操作系统复习汇总概念.docx

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操作系统复习汇总概念

操作系统复习汇总

操作系统（OperatingSystem）是管理系统资源、控制程序执行，改善人机界面，提供各种服务，合理组织计算机工作流程和为用户有效使用计算机提供良好运行环境的一种系统软件。

操作系统的三大基本类型

批处理操作系统：

用户把要计算的应用问题编成程序，连同数据和作业说明书一起交给操作员，操作员集中一批作业，输入到计算机中。

然后，由操作系统来调度和控制作业的执行。

这种批量化处理作业方式的操作系统称为批处理操作系统（BatchOperatingSystem）。

批处理系统的主要特征：

•用户脱机工作•成批处理作业•多道程序运行•作业周转时间长

优点：

系统资源为多个作业所共享，其工作方式是作业间的自行调度执行。

并在运行过程中用户不干扰自己的作业，从而大大提高了系统的利用率和作业吞吐量。

缺点：

无交互性，作业周转时间长，用户使用不方便。

分时操作系统（TimeSharingOperatingSystem）：

允许多个联机用户同时使用一台计算机系统进行计算的操作系统称分时操作系统

分时操作系统的主要特征：

同时性交互性“独占”性及时性

实时操作系统（RealTimeOperatingSystem）指当外界事件或数据产生时，能接收并以足够快的速度予以处理，处理的结果又能在规定时间内来控制监控的生产过程或对处理系统作出快速响应，并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。

实施操作系统的主要特征：

实时时钟管理,过载保护,高度可靠性和安全性

操作系统的主要特性：

并发性共享性异步性虚拟性

最基本

研究操作系统的几种观点

操作系统是计算机资源的管理者

用户界面的观点

进程管理观点

作业：

用户在一次计算过程中，或者一次事务处理过程中，要求计算机系统所做工作的总称

作业的组成：

程序数据作业说明书

spooling（外围设备同时联机操作）工作原理：

spooling：

又译外围设备同时联机操作。

多台外围设备通过通道或DMA器件和主机与外存连接起来。

作业的输入输出过程由主机中的操作系统控制。

操作系统中的输入程序包含两个独立的过程，一个过程负责从外部设备把信息读入缓冲区；另一个是写过程，负责把缓冲区的信息送到外存输入井中。

系统调用的分类：

（1）进程和作业管理：

（2）文件操作：

（3）设备管理：

（4）内存管理：

（5）信息维护：

（6）通信：

系统调用定义：

是操作系统提供给软件开发人员的唯一接口，开发人员可利用它使用系统功能。

进程的定义：

进程（process）是一个可并发执行的具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次执行过程，也是操作系统进行资源分配和保护的基本单位。

进程的组成：

（静态描述）进程控制块PCB有关程序段该程序段对其进行操作的数据结构集

进程的特性：

结构性•共享性•动态性•独立性•制约性•并发性

进程的五种基本状态：

初始态执行状态等待状态就绪状态终止状态

进程与程序的区别

（1）进程是一个动态的概念，而程序则一个是静态的概念。

程序是指令的有序集合，没有任何执行的含义。

而进程则强调执行过程，它动态的被创建，并被调度执行后消亡。

（2）进程具有并行特性，而程序没有。

（3）进程是竞争计算机系统资源的基本单位，从而其并行性受到系统自己的制约。

这里，制约就是对进程独立性和异步性的限制。

（4）不同的进程可以包含同一程序，只要该程序所对应的数据集不同。

用P，V原语操作实现同步

生产者-消费者问题

选择调度算法的原则:

l 资源利用率2 响应时间3周转时间4吞吐率5公平性

如果作业i提交给系统的时刻是ts，完成时刻是tf，该作业的周转时间ti为：

ti=tf-ts

实际上，它是作业在系统里的等待时间与运行时间之和。

为了提高系统的性能，要让若干个用户的平均作业周转时间和平均带权周转时间最小。

平均作业周转时间T=（Σti）/n

如果作业i的周转时间为ti，所需运行时间为tk，则称wi=ti/tk为该作业的带权周转时间。

ti是等待时间与运行时间之和，故带权周转时间总大于1。

平均作业带权周转时间W=（Σwi）/n

作业调度算法：

先来先服务算法（FCFS）：

按照作业进入系统的先后次序来挑选作业，先进入系统的作业优先被挑选。

算法容易实现，效率不高，只顾及作业等候时间，没考虑作业要求服务时间的长短，不利于短作业而优待了长作业。

最短作业优先算法（SJF）：

SJF算法以进入系统的作业所要求的CPU时间为标准，总选取估计计算时间最短的作业投入运行。

算法易于实现，效率不高，主要弱点是忽视了作业等待时间。

出现饥饿现象。

以上两者之比较：

SJF的平均作业周转时间比FCFS要小，故它的调度性能比FCFS好。

实现SJF调度算法需要知道作业所需运行时间，否则调度就没有依据，要精确知道一个作业的运行时间是办不到的。

最高响应比优先法定义：

作业进入系统后的等待时间与估计运行时间之比称作响应比，现定义；响应比＝1+已等待时间/估计运行时间

•短作业容易得到较高响应比，•长作业等待时间足够长后，也将获得足够高的响应比，

•饥饿现象不会发生。

优先数法：

这种算法是根据确定的优先数来选取作业，每次总是选择优先数高的作业。

规定用户作业优先数的方法：

一种是由用户自己提出作业的优先数。

另一种是由系统综合考虑有关因素来确定用户作业的优先数。

分类调度算法：

预先按一定原则把作业划分成若干类，以达到均衡使用系统资源和兼顾大小作业的目的。

分类原则包括作业计算时间、对内存的需求、对外围设备的需求等。

作业调度时还可为每类作业设置优先级，从而照顾到同类作业中的轻重缓急。

静态页面管理：

分配算法：

动态页式管理：

分配算法：

页式管理具有如下优点：

（1）由于它不要求作业或进程的程序段和数据在内存中连续存放，从而有效地解决了碎片问题。

（2）动态页式管理提供了内存和外存统一管理的虚存实现方式，使用户可以利用的存储空间大大增加。

这既提高了主存的利用纽，又有利于组织多道程序执行。

缺点：

（1）要求有相应的硬件支持。

（2）增加了系统开销。

（3）请求调页的算法如选择不当，有可能产生抖动现象。

（4）虽然消除了碎片，但每个作业或进程的最后一页内总有一部分空间得不到利用果页面较大，则这一部分的损失仍然较大。

段式管理

缺段中断处理过程：

分段和分页的比较：

分段是信息的逻辑单位，由源程序的逻辑结构所决定，用户可见，

段长可根据用户需要来规定，段起始地址可从任何主存地址开始。

分段方式中，源程序（段号，段内位移）经连结装配后地址仍保持二维结构。

分页是信息的物理单位，与源程序的逻辑结构无关，用户不可见，页长由系统确定，页面只能以页大小的整倍数地址开始。

分页方式中，源程序（页号，页内位移）经连结装配后地址变成了一维结构。

比较常用的几种页面置换算法：

随机淘汰算法（randomglongram）轮转法RR（roundrobin）

先进先出法FIFO（firstinfirstout）最近最久未使用页面置换算法LRU（leastrecentlyunused）

理想型淘汰算法OPT（optimalreplacementalgorithm）

文件系统的概念:

文件系统是操作系统中负责存取和管理信息的模块，它用统一的方式管理用户和系统信息的存储、检索、更新、共享和保护，并为用户提供一整套方便有效的文件使用和操作方法。

按文件性质和用途分类:

系统文件用户文件库文件

文件的物理结构：

文件的物理结构和组织是指逻辑文件在物理存储空间中存放方法和组织关系。

文件的存储结构涉及：

块的划分、记录的排列、索引的组织、信息的搜索，其优劣直接影响文件系统的性能。

文件的物理结构：

1.连续文件

优点:

简单；支持顺序存取和随机存取；顺序存取速度快；所需的磁盘寻道次数和寻道时间最少。

缺点：

建立文件前需要能预先确定文件长度，以便分配存储空间；修改、插入和增生文件记录有困难；对直接存储器作连续分配，会造成少量空闲块的浪费。

2.串联文件

优点：

提高了磁盘空间利用率,不存在外部碎片问题.有利于文件插入和删除.有利于文件动态扩充.

缺点：

存取速度慢，不适于随机存取.可靠性问题，如指针出错.更多的寻道次数和寻道时间.链接指针占用一定的空间.

3.索引文件

优点：

保持了链接结构的优点,又解决了其缺点：

即能顺序存取,又能随机存取.满足了文件动态增长、插入删除的要求.也能充分利用外存空间.

缺点：

较多的寻道次数和寻道时间.索引表本身带来了系统开销如：

内外存空间，存取时间.

文件目录

一个文件的文件名和对该文件实施控制管理的说明信息称为该文件的目录。

文件目录可分为单级目录（优点:

简单，易实现缺点:

限制了用户对文件的命名，文件平均检索时间长，限制了对文件的共享。

），二级目录（优点：

解决了文件的重名问题和文件共享问题.用户名|文件名.查找时间降低.缺点：

增加了系统开销.），多级目录（优点：

层次结构清晰，便于管理和保护；有利于文件分类；解决重名问题；提高文件检索速度；能进行存取权限的控制.缺点：

查找一个文件按路径名逐层检查，由于每个文件都放在外存，多次访盘影响速度.

。

）

文件系统的层次模型

引入缓冲的主要原因：

1.改善CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾

2.可以减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制

3.提高CPU和I／O设备之间的并行性

I/O控制过程在系统中可以按三种方式实现：

（1）作为请求I/O操作的进程的一部分实现。

（2）作为当前进程的一部分实现。

（3）I/O控制由专门的系统进程——I/O进程完成。

I/O进程也可分为三种方式实现：

（1）每类（个）设备设一个专门的I/O进程，该进程只能在系统状态下执行。

（2）整个系统设一I/O进程，全面负责系统的数据传送工作。

（3）每类（个）设备设一个专门的I/O进程，但该进程可在用户态也可在系统态下执行。

作业题：

Belady现象:

一般来说，对于任一作业或进程，如果给它分配的内存页面数越接近于它所要求的页面数，则发生缺页的次数会越少。

在极限情况下，这个推论是成立的。

因为如果给一个进程分配了它所要求的全部页面，则不会发生缺页现象。

但是，使用FIFO算法时，在未给进程或作业分配足它所要求的页面数时，有时会出现分配的页面数增多，缺页次数反而增加的奇怪现象。

这种现象称为Belady现象。