操作系统期末总结.docx
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操作系统期末总结
第一章：
1操作系统：
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使用计算机提供良好运行环境的一种系统软件。
操作系统与高级程序设计语言的编译器无关。
操作系统方便用户管理计算机的资源。
2操作系统功能（5个）：
作业管理文件管理存储管理设备管理进程管理（cpu调度内存管理中断处理）
1、用户的角度：
操作系统是用户和计算机硬件之间的接口。
2、系统的角度：
操作系统是计算机系统资源的管理者。
第一个操作系统：
单道批处理系统
批处理系统：
失去交互性（主要缺点）内存中只允许存放一个作业。
在作业执行时用户不能直接干预。
五类操作系统：
批处理分时实时网络分布式
引入多道的原因：
为提高CPU的利用率减少CPU的等待时间
多道批处理系统：
在内存中可同时存在若干道作业，可通过一定的作业调度算法来使用CPU，多道程序轮流占用CPU，交替执行。
多道：
有多个程序同时进入主存并行运行。
DOS没有多道程序设计特点。
引入多道：
提高计算机系统和CPU的并行性。
多道特点：
资源利用率高系统吞吐量大缺点：
平均运转周期长
分时系统：
多路性、交互性、独占性、及时性。
UNIX
时间片：
分时操作系统讲CPU的时间划分成若干个片段。
多路性：
同时有多个用户交互使用一台计算机，宏观上是多个人使用一个CPU，微观上是多个人在不同时刻轮流使用CPU。
交互性：
用户根据响应结果进一步提出新请求。
独占性：
用户感觉像整个系统为他所独占。
及时性：
系统对用户提出的请求及时响应。
分时与实时区别：
实时：
进程独占CPU快速响应分时：
CPU被几个进程共同占用
现代操作系统特点：
程序的并发执行资源共享
操作系统程序结构主要特点：
层次化模块
并发性是指宏观上在一段时间内有多道程序在同时运行。
但在单处理机系统中，每一时刻仅能执行一道程序，因此，微观上，这些程序是在交替执行的。
并行性：
两个或两个以上的事件或活动在同一时刻发生。
并发：
指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间，且这几个程序都是在同一个处理机上运行，但任一个时刻点上只有一个程序在处理机上运行
并发并行区别：
并行性指的是两个或两个以上的事件或活动在同一时刻发生。
并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
共享：
操作系统中的资源可被多个并发执行的进程共同使用，而不是一个进程所独占。
3计算机软件：
计算机的程序及文档
系统资源：
硬件资源软件资源
软件：
系统软件应用软件
3操作系统有很多类型：
允许多个用户以交互式的方式使用计算机的操作系统称为分时操作系统，允许用户将若干个作业批量提交给计算机系统集中处理的操作系统称为批处理操作系统，在实时操作系统的控制下计算机系统能及时处理过程控制反馈的数据并做出快速的响应；分布式计算机系统是指由多台分散的计算机，经网络连接而成的系统；嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置；
6并发执行带来的问题：
间断（异步）性：
“执行—暂停—执行”，一个程序可能走到中途停下来，失去原有的时序关系。
失去封闭性：
共享资源，受其他程序的控制逻辑的影响。
如：
一个程序写到存储器中的数据可能被另一个程序修改，失去原有的不变特征。
失去可再现性：
失去封闭性—>失去可再现性；外界环境在程序的两次执行期间发生变化，失去原有的可重复特征。
7资源共享的方式：
（1）互斥访问：
系统中的某些资源虽然可提供给多个进程使用，但在同一时间内却只允许一个进程访问这些资源。
仅当该进程访问完毕并释放资源后，才允许另一进程访问该资源。
（2）同时访问：
允许同一时间内多个进程对它们进行访问
第二章：
单道程序顺序执行：
封闭性可再现性
多道程序的并发执行:
允许若干进程同时执行轮就占用CPU在一个时间段上存在多个计算任务对资源的共享，而在一个时间点上，至多有一个计算任务占用某个资源。
多道：
失去封闭性和可再现性
失去封闭性：
在程序的并发执行过程中多个程序共享系统的资源，使得系统中资源的状态将由多个程序来共同决定和改变。
失去可再现性：
程序并发执行时，由于失去了封闭性，其计算结果不再由程序和初始条件完全决定，还与并发程序执行的速度有关，从而使程序的执行失去了可再现性。
并发程序执行总体上执行的时间快于顺序执行
进程间的关系：
同步互斥
进程：
即是一个具有一定独立功能的程序对某个数据集合在处理机上的执行过程和分配资源的基本单位。
进程是并发环境中程序的一次执行过程。
进程存在的标志：
进程控制块
一个进程只能有唯一一个进程控制块。
进程属性：
动态性并发性独立性异步性交往性
进程=程序+数据+执行
进程实体=程序段+相关的数据段+PCB
进程和程序的区别（最本质区别：
动静态）
①进程是动态的，程序是静态的：
程序是有序代码的集合；进程是程序的执行
②进程具有并行性。
而程序没有
③进程是竞争系统资源的基本单位。
④进程与程序的对于关系：
通过多次执行，一个程序可对应多个进程；通过调用关系，
一个进程可包括多个程序。
8、进程的状态：
就绪态，执行态，等待态
进程结束：
完成时间片到需要I/O
内存中只有两个队列：
就绪等待
作业：
作业是用户在一次算题过程中或一个事务处理中要求计算机系统所做的工作的集合
作业：
程序、数据、作业说明书
JCB：
作业控制块
作业基本状态：
提交态：
（作业由输入设备进入外存储器的过程称为提交态）
后备态：
（作业的全部信息都已经进入输入井中等待调度运行，并且系统已为该作业建立一个JCB，此时称为后备状态）在外存
运行态：
（一个属于后备态的作业，一旦被作业调度程序选中而被送入内存中，并且系统已为该作业对应的进程后，该作业就进入了运行态）
完成态：
（当作业终止，但作业所占用的资源尚未全部被系统回收时的状态称为完成态）
作业调度：
后备态到就绪态。
作业和进程的异同：
作业是用户在一次算题或者事务处理中要求计算机系统所做工作的集合
进程既是一个具有一定独立功能的程序对某个数据集合在处理机上的执行过程和分配
资源的基本单位。
作业可以包含多个进程，而进程只是针对某一个作业执行的一部分。
进程直接参与操作系统的竞争，具有并发性特征，而作业是一个任务进行的整个过程，
不参与操作系统资源的竞争
进程直接由系统调用，而作业主要由用户调用。
进程控制原语：
若干条机器指令组成。
进程唤醒：
阻塞到就绪。
线程：
由进程进一步派生出来的一组代码的执行过程。
系统独立调度的基本单位。
TCB：
线程控制块
进程和线程的区别：
①进程是资源分配的基本单位，线程与资源分配无关，它属于某个进程，并与进程内的
其他线程一起共享进程的资源。
②进程是抢占CPU资源的调度单位，它拥有一个完整的虚礼地址空间。
③当进程发生调度时，不同的进程拥有不同的虚拟地址空间，而同一个进程内的不同线
程共享同一个地址空间。
④线程只由相关堆栈、寄存器和线程控制表TCB组成，寄存器可被用来存储线程内的局
部变量，但不能存储其他线程的相关变量。
⑤进程切换时将涉及到有关资源指针的保存以及控件地址的变化等问题，而线程切换没
有，从而减少了OS的开销
⑥进程的调度和切换是由OS内核完成，线程既可以由OS内核完成，也可由用户程序
进行。
12、处理机的四级调度：
作业调度（高级）
交换调度（中级）
进程调度（低级/短程）
线程调度（微级）
13、调度算法：
先来先服务（FCFS）最短周期优先（SJF）最高优先级优先（HPF）时间片轮转（RR多个终端都能得到系统的及时响应）多级反馈队列（）
14、进程调度性能的定性衡量：
可靠性：
如进程调度是否会破坏数据结构。
简洁性：
调度程序不会太繁琐和复杂
15、进程调度性能的定量衡量：
CPU利用率
进程等待-执行时间比
响应时间
16、PCB应包含的信息：
（1）进程标识符
（2）进程的当前状态（3）进程相应的程序和数据地址（4）进程资源清单（5）进程优先级（6）CPU现场保护区（7）进程同步和通信机制（8）进程所在队列的PCB的连接字（9）与进程相关的其他信息
17、周转时间：
从作业提交给系统到返回结果所需时间；
响应时间：
用户输入一个请求（如击键）到系统给出首次响应（如屏幕显示）的时间－－分时系统。
截止时间：
开始截止时间和完成截止时间－－实时系统，与周转时间有些相似。
响应时间：
用户向计算机发出一个命令到计算机将结果返回给用户所需的时间；
吞吐率：
在给定时间内，一个计算机系统所完成的总工作量；
设备利用率：
指I/O设备的使用情况。
第三章：
与时间有关的错误：
程序的执行与并发进程执行的速度无关。
1Bernstein条件（互斥满足的条件）：
①不能假设各并发执行进程的相对执行速度。
②某个进程进入临界区时，它不能阻止其他进程进入临界区。
③若干个并发进程申请进入临界区时，只能有一个进程进入临界区
④申请进入临界区的进程应在有限时间内得以进入临界区。
2临界资源：
一次只允许被一个进程使用的资源
3临界区：
在进程中访问临界资源的那一段程序。
4为什么需要互斥？
如操作系统不考虑互斥会产生什么后果？
①资源共享引起并发进程的相互制约
②多个进程在对硬件或软件进行访问时，必须互斥的进行—有些资源可以同时访问，如
只读数据。
导致无法预料的错误，导致系统不稳定，计算结果不正确，不在具有可再现性
5互斥的实现算法：
软件方法：
严格轮换法、Dekker算法:
在严格轮换法的基础上再引入一个警告变量、Peterson算法、互斥的加锁实现方法
硬件方法：
关中断、使用测试和设置指令、使用对换指令对换指令实现进程互斥
同步：
指两个或多个进程为了合作完成同一个任务，基于某个条件，在执行速度或某些个确定的时序点上必须相互协调，存在依赖或相互依赖的关系。
互斥是一种特殊的同步。
6生产者消费者问题：
生产者-消费者问题需满足如下条件：
（1）消费者想接收数据时，有界缓冲区中至少有一个单元是满的；
（2）生产者想发送数据时，有界缓冲区中至少有一个单元是空的；
（3）由于有界缓冲区是临界资源，因此，各生产者和消费者之间必须互斥地使用。
7信号量：
信号量是一种特殊的整型变量，被用于描述资源的个数，信号量sem大于等于零时，代表可供并发进程使用的资源数，小于零时表示等待使用临界区的进程数，其数值仅能由P，V原语操作改变，一次P原语操作使信号量sem减1，而一次V原语操作将使信号量sem加1
8管程定义：
指关于共享资源的数据及在其上操作的一组过程或共享数据结构及其规定的所有操作。
9进程的高级通信：
能够传送任意数量的数据，包括四种方式：
消息缓冲区、邮箱机制、共享存储区、管道
10死锁定义：
指各并发进程彼此互相等待对方所拥有的资源，且这些并发进程在得到对方的资源之前不会释放自己所拥有的资源，从而造成大家都想得到资源而又都得不到资源，
各并发进程不能继续向前推进的状态。
11死锁原因、条件：
条件：
①互斥条件，一个资源一次只能被一个进程所使用
②非剥夺条件：
进程所获得的资源在为使用完毕之前不能被别的进程强行剥夺，只能由获得该资源的进程自己释放。
③部分分配条件，进程每次申请它所需要的一部分资源，在等待新资源的同时，继续占有已分配到的资源
③环路条件，若干进程构成环路请求链，每个进程已获得的资源同时是下一个进程的请求
方法：
1预防②避免③检测与恢复④不理会
12死锁检测和清除：
死锁检测的时机
（1）周期性地检测。
（2）CPU利用率低时检测。
（3）资源请求时检测。
13死锁的清除
（1）资源抢占法。
（2）进程回退法。
（3）撤销进程法。
14银行家算法：
顾客的借款操作依次顺序进行，直到全部操作完成；
银行家对当前顾客的借款操作进行判断，以确定其安全性（能否支持顾客借款，直到全部归还）；
安全时，贷款；否则，暂不贷款。
第四章：
1分区存储管理三种方法：
最先适应法最佳适应法最坏适应法
2分页式存储管理：
各进程的虚拟地址空间被划分成若干个长度相等的页（page）。
页长的划分和内存外存之间数据传输速度以及内存大小等有关，一般为1-4K。
物理内存空间也按页的大小划分为页面（pageframe）。
这些页面为系统中的任一进程所共享。
页式管理把页式虚拟地址与内存物理地址建立一一对应的页表，并用相应的硬件地址变换机构，来解决离散地址变换。
页式管理采用请求调页或预调页技术实现了内外存存储器的统一管理。
3分配算法：
4分段式存储管理算法：
把用户进程按逻辑关系划分成若干个段，每个段有自己的名字，从零开始编址。
以段为基本单位，对进程进行划分，要求每一段分配一个连续的存储空间，而各段之间不一定连续。
5段页式存储管理算法：
（1）先将整个内存划分成大小相等的、位置固定的页面；
（2）再把进程按逻辑关系分为若干个段，并为每个段赋予一个段名；（3）最后把每段的线性地址空间划分成与页面大小相等的页。
6至少需要访问三次以上的内存：
第一次：
由段表地址寄存器得到段表始址去访问段表，由此取出对应段的页表地址；
第二次：
访问页表得到所要访问的物理地址；
第三次：
访问真正的内存物理单元。
7抖动：
当系统给进程分配的内存小于所要求的工作集时，由于内外存之间数据交换非常频繁，大部分时间都花在内存和外存之间的来回调入调出上，造成CPU因等待数据而空转，使系统性能大大降低，这个现象称为抖动。
8虚拟存储管理：
第五章：
1文件概念：
从用户的角度：
文件是存贮在某种介质上的（如磁盘、磁带等）并具有文件名的一组有序信息的集合。
从系统的角度：
文件是一组赋名的相关联字符流的集合，或者是相关联记录（一个有意义的信息单位）的集合。
2文件的逻辑结构：
选取文件的逻辑结构应遵循如下原则：
（1）当用户对文件信息进行修改操作时，给定的逻辑结构能尽量减少对已存储好的文件信息的变动。
（2）当用户需要对文件信息进行操作时，给定的逻辑结构应使文件系统在尽可能短的时间内查找到需要查找的记录或基本信息单位。
（3）应使文件信息占据最小的存储空间。
（4）应是便于用户进行操作的。
3文件的物理结构：
指文件在存储介质上的结构，目前有三种基本结构:
连续文件结构
串联文件结构
索引文件结构
直接文件
4文件共享：
指不同用户或进程共同使用同一个文件
5文件保护：
指只允许合法访问的结果。
通常指访问控制
6四种文件保护方式：
存取控制矩阵、存取控制表、密码方式和加密方式
7文件的存取控制涉及哪几个问题？
除存取控制矩阵方式外，还有哪几种文件存取控制方式？
文件的存取控制涉及文件的共享、保护和保密三个问题。
除了存取控制矩阵外，还有存取控制表、口令、密码等文件存取控制方式。
第六章：
1设备分类：
按交互对象分类
人机交互设备：
视频显示设备、键盘、鼠标、打印机
与计算机或其他电子设备交互的设备：
磁盘、磁带、传感器、控制器
计算机间的通信设备：
网卡、调制解调器
按使用特性分类：
存储设备
输入输出设备
终端设备
脱机设备
按从属关系分类：
系统设备和用户设备
系统设备：
在操作系统生成时就已配置好的设备，如键盘、打印机及磁盘等
用户设备：
由用户自己安装配置后由操作系统统一管理的设备，如网络板、调制解调器、图像设备等。
2I/O设备管理的目标和功能：
答：
设备管理的目标是选择和分配输入/输出设备以便进行数据传输操作；控制输入/输出设备和CPU直接交换数据；为用户提供一个友好的透明借口等。
设备管理的功能是：
提供和进程管理的接口；进行设备分配；实现设备和设备、设备和CPU等质检的并行操作；进程缓冲区管理。
3I/O控制方式：
（1）程序直接控制方式；
（2）中断控制方式；
（3）DMA方式；
（4）通道方式
4程序直接控制方式：
又称轮询方式（polling）或忙等待（busy-waiting）。
由用户进程直接控制内存或CPU和I/O设备之间的数据传送。
5中断控制方式：
当应用进程需要启动某个I/O设备工作时，由CPU向相应的设备控制器发出一条I/O命令，然后立即返回继续执行原来的任务。
由设备控制器按照该命令去控制I/O设备完成相应的操作。
6DMA方式：
基本思想：
在内存和外设之间开辟直接的数据交换通路。
DMA控制器中除了控制状态寄存器和数据缓冲寄存器外，还包括传送字节计数器、内存地址寄存器等。
DMA方式挪用CPU的一个工作周期把数据从缓冲寄存器中直接送到内存地址寄存器中所指向的内存区域中
7什么是缓冲？
引入缓冲的目的是什么？
答：
缓冲是用来在两种不同速度的设备之间传输信息时平滑传输过程的常用手段。
分为硬缓冲和软缓冲两种。
软缓冲是指在I/O操作期间用来临时存放I/Ｏ数据的一块存储区域。
引入缓冲的目的是：
缓和ＣＰＵ与Ｉ／Ｏ设备之间速度不匹配的矛盾；
减少中断ＣＰＵ的次数。
7通道方式：
在通道方式中，I/O控制器中没有传送字节计数器和内存地址寄存器；但多了通道设备控制器和指令执行机构。
在通道方式下，CPU只需发出启动指令，指出相应的操作和I/O设备，该指令就可启动通道并使该通道从内存中调出相应的通道指令执行。
8I/O软件：
9I/O中断处理程序：
10I/O设备驱动程序：
是计算机和设备通信的特殊程序；是硬件和计算机系统之间的桥梁。
11设备分配技术：
12设备分配的策略：
13SPOOLing技术：
通常称为“假脱机技术”。
它是在多道程序系统中处理独占设备的一种方法
1，程序并发执行时若不满足Bernstein条件会出现什么结果？
程序执行结果会不可避免地失去封闭性和可再现性。
2，一个作业从提交到运行结束通产经历哪几个阶段？
提交、收容、执行和完成4个状态。
3，段页式管理的主要缺点是什么？
有什么改进办法？
段页式管理的主要缺点是对内存中指令或数据进行一次存取的话，至少需要访问三次以上的内存，地址转换速度太慢。
改进办法是：
采用联想寄存器的方式提高CPU的访问内存速度。
4，常用的文件物理结构有哪几种？
试比较他们的优劣。
常用的文件物理结构有：
1》连续文件：
实现简单，支持直接存取，不便于文件的动态增加、删除
2》串联文件：
便于文件的动态增加、删除，但不支持直接存取
3》索引文件：
采用索引表，便于文件的动态增加、删除，但不支持直接存取
5，简述数据传输控制下中断方式与DMA方式的主要区别？
1中断方式是在数据缓冲寄存器满之后发中断请求CPU进行中断处理，而ＤＭＡ方式则是在所要求传送的数据块全部传送结束时要求ＣＰＵ进行中断处理。
2断方式的数据传送是在中断处理时由ＣＰＵ控制完成的，而ＤＭＡ方式是在ＤＭＡ控制器的控制下经过ＣＰＵ控制完成的。
6，什么是抖动？
如何减少系统的抖动现象？
抖动：
刚被调出内存的页又要马上被调回内存，调回内存不久又要马上被调出内存，使整个系统的页面调度非常频繁的现象。
可以采取两种方法减少抖动：
1扩大工作集
2选择不同的淘汰算法。
7，常用的文件物理结构有哪几种？
为什么串联文件不适宜随机存取？
常用的文件物理结构：
连续文件、串联文件、索引文件
串联文件结构非连续的物理块连接成一个串联队列来存放文件信息，搜索时只能按队列中的串联指针顺序搜索，存取方法应该是顺序存取，否则为读取某个信息块而造成的磁头大幅度移动将花去较多的时间。
因此，串联文件结构不适于随机存取。
8，数据传送控制方式有哪几种？
DMA方式与中断方式有何不同？
（1）程序直接控制方式；
（2）中断控制方式；（3）DMA方式；（4）通道方式
其中，DMA方式比中断方式功能更强。
中断方式是在数据缓冲寄存器满之后发中断要求CPU进行中断处理，而DMA方式则是在所要求转送的数据块全部转送结束时要求CPU进行中断处理，从而减少了CPU中断次数，而且数据转送不需经过CPU，而是由DMA控制器控制。
9，什么是临界区？
多个并发进程互斥执行的条件是什么？
不允许多个并发进程交叉执行的一段程序称为临界区。
a不能假设各并阿飞进程的相对执行速度
b某个进程不在临界区时，它不能阻止其他进程进入临界区；
c多个并发进程申请进入临界区时，只能有一个进程金入临界区；
d申请进入临界区的进程应在有限时间内得以进入临界区。
三：
若有相同类型的5个资源被4个进程所共享，试问下列情况下该系统是否会由于对这类资源的竞争而产生死锁？
请分析原因：
1每个进程最多需要2个这样的资源就可以运行完毕
2每个进程最多需要3个这样的资源就可以运行完毕
四：
某操作系统采用动态分区存储管理方法，用户区为512K且始址为0，用空闲分区表管理空闲分区。
若分配时采用分配空闲区低地址部分的方案，且用户区的512K空间分配情况如图所示，则对进程BCDEFG，执行下列操作序列：
申请B。
250K，申请C。
100K释放B。
250K申请D120K申请E.30K申请F。
40K申请G。
50K释放E.30K，请回答下列问题：
1、采用最先适应算法，执行上述操作序列后内存的分配情况如何？
（画出内存分配图，标明各分区起始地址和大小）
2、采用最佳适应算法，执行上述操作序列后内存的分配情况如何？
（画出内存分配图，标明各分区起始地址和大小）
3、如果申请100K，针对问题1和问题2能否满足分配要求？
五：
在单机系统中，系统中各进程到达就绪队列的时刻、执行时间和优先数（优先数越小优先级越高）如下表所示。
假设进程的调度时间忽略不计。
请分别给出采用如下不同的进程调度算法时各进程的调度次序，并计算平均周转时间。
进程
到到就绪队列时刻
执行时间（ms）
优先数
P1
0
3
3
P2
2
6
5
P3
4
4
1
P4
6
5
2
P5
8
2
4
1、先来先服务
2、时间片轮转
3、剥夺式优先级
六：
在请求页式系统中，假如一个进程的页面走向为2,3,4,5,2,3,6,2,3,4,5,6，设分配给该进程的存储块数为m,试分别计算m=3和m=4时，先进先出（FIFO）和最近最久未使用（LRU）两种置换算法的缺页数，分析所得结果说明了什么？
采用FIFO置换算法时可能产生什么现象？
其他：
七：
设公共汽车上司机和售票员的活动分别为：
Driver：
启动汽车；正常行车；到站停车；
BUsman：
关车门；售票；开车门；
在公共汽车不断的到站停车，启动行驶的过程中，这两个活动之间的关系为：
售票员关车门后，向司机发开车信号，司机接到开车信号后启动车辆，在汽车正常行驶的过程中售票员售票，到站时司机停车，售票员在车停后开车门让乘客上下车。
1.Driver和BUSMAN着两个活动之间是互斥关系还是同步关系？
2.若设信号量s1表示是否允许司机启动汽车，信号量s2表示是否允许售票员开车门，试用PV操作管理这两个活动，编写胡Driver和Busman过程（程序段），以及调用这两个过程的主过程main，使其能正确实现上述功能。
（注：
可用类PASCAL语言或类C语言编写）
ints1=1;
ints2=0;
main（）
{
cobegin;
driver（）;
busman（）;
}
driver（）
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