操作系统原理第四版复习.docx
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操作系统原理第四版复习
第一章
多道程序设计技术：
在计算机主存中同时存放几道相互独立的程序，使他们在管理程序控制之下，相互穿插地运行。
（轮流使用）
1、硬件：
组成计算机的任何机械的、磁性的、电子的装置或部件，包括：
中央处理器，存储器，外部设备
中央处理器包括指令系统和中断系统
存储器包括存储保护和存储管理
2、裸机：
仅由硬件组成的机器
3、软件：
由程序、数据和软件研制过程中形成的各种文档资料，包括系统软件、应用软件、和工具软件
系统软件包括：
操作系统、编译程序、程序设计语言、与计算机密切相关的程序
应用软件包括：
各种应用程序，各种软件包
工具软件包括：
诊断程序、检查程序、引导程序
4、资源共享（竞争）：
多个计算任务对计算机系统资源的共同享用（竞争）
5、操作系统：
是与份额大型的程序系统，负责计算机系统软硬件资源的分配和管理，控制和协调并发活动，实现信息的存储和保护，提供用户接口，使用户获得良好的工作环境
6、操作系统的核心任务：
系统资源的分配、控制和协调并发活动（活动执行的基本单位称为进程）
7、操作系统管理的目标：
提高资源利用率和方便用户的使用
资源管理的功能有：
①、处理机分配“如提出进程调度策略，给出进程调度算法，进行处理机的分派
②、存储管理：
包括存储分配与存储的无关性，存储保护和存储扩充（存储保护必须由硬件提供支持，具体保护办法有基址、界限寄存器法、存储键和锁）
③、设备管理：
用户程序中或资源申请命中使用设备的逻辑名与实际操作的设备无关
使用独享、共享和虚拟分配技术实现设备分配
对设备有传输控制
④、软件资源管理
软件资源：
各种程序和数据的集合
程序包括系统程序和用户程序
系统程序包括操作系统的功能模块、系统库和实用程序
8、操作系统的特性：
①并发性指能处理多个同时性的活动的能力
②共享性指多个计算任务对资源的共同享用
③不确定性指操作系统能处理随机发生的对个事件
9、操作系统解决的基本问题：
提出解决资源分配的策略、协调并发活动的关系、保证数据的一致性，实现数据的存储控制
保证数据的一致性涉及多级保护：
系统程序>同时进入主存的多道程序>共享数据
10、操作系统的基本类型：
批量、分时、实时、个人计算机、网络、分布式操作系统
①批量操作系统：
在主存中总是同时存有几道程序
②分时操作系统：
采用时间片轮转的办法，提高整个系统的效率，重点是实现公平的处理机共享的策略（可以实现连接同一计算机的多个终端有自己的一个虚拟机）
③实时操作系统：
能监视、响应或控制外部的环境，对外部输入的信息能够在规定时间内处理完毕并作出反应
④网络操作系统：
由通信接口中断处理程序、通信控制程序和各级网络协议等软件组成
计算机网络的功能：
信息传递>资源共享>提高计算机的可靠性和可用性>实现分布处理
⑤分布式操作系统：
由多个相互连接的处理单位组成的计算机系统，这些单元能够在整个系统的控制下完成一个共同任务，最少依赖集中的程序、数据或硬件
UNIX系统是多用户交互式分时操作系统
第二章
1、操作系统采用区分处理机的工作状态的办法建立一个保护环境
2、处理机的态：
处理机当前出于何种状态，正在运行的是管理程序还是用户程序
管态：
又称系统态，处理机执行管理程序，使用全部系统资源和指令，包括一组特权指令，访问整个存储区
细分：
管态+核态（核态下，处理机能使用特权指令，可改变机器状态，修改特殊寄存器，涉及外部设备的输出和输入指令）
用户态：
又称目态，只允许访问自己的存储区域
3、中断：
某个事件发生时，系统中止现行程序的运行、引出处理该事件的程序进行处理，处理完毕后返回断电，继续执行
中断一个程序的执行只能发生在某条指令的周期末尾
4、中断分类：
①按中断功能分类：
I/O中断→外中断（对某台中央处理器而言，它的外部非通道式装置所引起的中断）→机器故障中断→程序中断→访管中断（对系统指出某种需求时所发出的中断）
②按中断方式分类：
强迫性中断（外部请求所引起，非期待性）
I/O中断+外中断+机器故障中断+程序中断
自愿中断（期待事件）访管中断
③按中断来源分类
外中断（处理机外部引起，又称中断）I/O中断+外中断
俘获（处理机内部引起）机器故障中断+程序中断+访管中断
5、中断装置：
发现中断源而产生中断过程的设备，也称中断系统
职能：
实现中断的进入，即实现中断的响应过程
6、现场：
中断的那一时刻能确保程序继续运行的有关信息，包括后续指令所在主存的单元号、程序运行所处的状态（管态或用户态）、指令执行情况、程序执行的中间结果（保护现场是中断进管后的第一件工作）
7、程序状态字：
程序运行时，反映其运行状态的一组信息。
存放这些信息的寄存器称为状态字寄存器
8、中断响应：
中断现在程序执行，并自动引出中断处理程序的过程
实质：
交换指令执行的地址和处理机的状态，以达到保留程序断点及有关信息和自动转入相应的中断处理程序执行的目的
9、中断机制：
包括向量中断和探询中断
向量中断：
中断发生时，由中断源引导处理机进去中断服务程序的中断过程（为自动处理）
探询中断：
将系统中的所有中断类型分为几大类，每一大类中都包括若干个中断类型
中断向量：
存储该类型中断的中断服务例行程序的入口地址和处理器状态字的存储单元
第三章
1、操作系统的用户界面分为操作界面（即操作命令）和程序界面（即系统功能调用）
其形式与操作系统类型和用户上机方式有关
2、操作界面分为键盘命令、图形化用户界面、作业控制语言
键盘命令和图形化用户界面使用交互操作方式
作业控制语言采用脱机操作方式
键盘命令中一般终端机与主机通信的过程可分为注册、通信、注销三步
图形化用户界面例如菜单驱动方式图符驱动方式等等
3、系统功能调用：
由系统设计者实现编制好能实现这些功能的例行子程序，作为操作系统程序模块的一部分。
实现方式：
访管方式（用户态→管态）
4、自愿进管指令：
svcnsvc表示机器资源进管指令的操作码记忆符，n为地址码
访管中断：
机器执行到svcn时，发生的中断
5、系统调用提供运行程序和操作系统之间的界面，通过系统服务请求机构（亦称管理程序调用）以实现对操作系统基本服务级的处理（每个系统调用对应一个功能号）
第四章
1、进程：
一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动
2、进程与程序的区别
程序：
指令的有序集合。
其本身没有任何运行的含义，是一个静态概念
进程：
程序在处理机上的一次执行过程，是一个动态概念
程序可以作为一种软件资料长期保存，而进程有一定的生命期，将动态地产生和消亡
进程是一个能独立运行的单位，能与其他进程并行地活动
进程是竞争计算机系统有限资源的基本单位，也是处理机调度的基本单位
进程一定包含一个程序，而一个程序可以对应多个进程
程序是进程完成功能的逻辑描述
2、进程的类型
系统进程：
管理和控制资源
用户进程：
为用户算题任务而建立的进程
区别：
①系统进程被分配一个初始的，可独占，亦可为最高优先级的资格优先使用的资源集合，而用户进程需通过系统服务请求的手段竞争系统资源
②系统进程可以做显示的，直接的I/O操作，而用户进程不能做直接I/O操作
③系统进程在管态下活动，而用户进程在用户态下活动
4、进程的状态：
等待、就绪、运行
当进程处于就绪状态时，该进程以获得除CPU之外的资源
状态转换图：
5、进程控制块（pcb）：
一个与进程相联系的数据块，以刻画一个进程在各个不同时期所处的状态，也称进程描述器，是标识进程存在的实体
进程包括一个程序段（包括数据）和一个进程控制块
程序和数据描述进程本身应完成的功能，
进程控制块则描述进程的动态特征，进程与其他进程和系统资源的关系
6、进程间通过竞争系统资源而存在间接相互制约关系，通过共享数据存在直接相互制约关系
7、临界资源：
一次仅允许一个进程使用的资源
临界区（临界段）：
在每个进程中，从概念上分离出来的那段程序
共享临界资源的各进程都有访问临界资源的临界区，所以相对于同一个临界资源，可以对应多个临界区。
注意准则：
应在有限时间内使进程进入对应的临界区
每次至多有一个进程处于临界区
进程在临界区内进逗留有限的时间
8、互斥：
在操作系统中，当某一进程正在访问某一存储区域时，就不允许其他进程来读出或者修改该存储区内的内容，否则，就会出现无法估计的错误，通常将进程之间的这种相互制约关系称为互斥
9、异步环境：
相互合作的一组并发进程，其中每一个进程都以各自独立的、不可预知的速度向前推进，但它们又需要密切合作，以完成一个共同的任务，即彼此“知道”相互存在和作用
10、同步：
并发进程在一些关键点上可能需要互相等待与互通消息，这种相互制约的等待与互通消息称为进程同步
11、同步机构：
实现进程协作的措施和方法
包括锁和上锁、开锁操作、信号灯和P/V操作
重点：
课本89-99
第五章
1、资源：
指执行一个用户程序所需要的全部硬件、软件和数据
2、资源分配方法有静态分配和动态分配两种
3、对资源的管理都应该包含的内容：
①资源数据结构的描述②、确定资源的分配原则和调度原则③、执行资源分配④、存取控制和安全保护
4、资源分类方法：
①物理资源和程序资源②单一访问入口的资源和多访问入口的资源③等同资源④虚拟资源
5、机构：
是进行资源分配所必须的基本设施和部件，它包括描述资源状态的数据结构，还包括保证不可共享资源互斥使用的同步机构以及对不能立即得到满足的资源请求进行排队的手段
6、主存储器以块为单位进行分配：
磁盘的分配一般以一个扇区作为最小分配单位
7、资源描述器RD：
描述各类资源的最小分配单位的数据结构
8、存放在一个描述器中的信息取决于资源的特征及对该资源的管理方式
9、描述器的组织方式取决于资源分配单位的数量和这一数量是固定不变的、还是可以变化的这一特征。
10、资源分配程序包括：
分配程序和回收程序
11、资源分配的方式取决于设计所选择的目标，以及与应用每一类资源先联系的特定限制
12、先请求先服务（FIFO服务）和优先调度
13、操作系统的基本特征是并发与共享
14、死锁：
两个或两个以上进程无止境地等待着永远不会成立的条件的一种系统状态
15、死锁的分类：
同类资源的死锁和非同类资源的死锁
16、产生死锁的原因：
①系统资源不足②进程推进顺序非法
产生死锁的根本原因：
系统能够提供的资源个数比要求该资源的进程数少
17、产生死锁的必要条件：
①互斥条件②不剥夺条件③占有并等待④环路条件
18、死锁的预防方法：
静态预防和动态避免
19、死锁避免的算法：
有序资源分配法和银行家算法
第六章
1、处理机是单入口资源，任何时刻只能有一个任务得到它的控制权。
处理机时间是以分片方式提交给计算任务使用
2、作业的几种状态：
后备状态、执行状态、完成状态P140
3、作业调度的功能：
①确定数据结构②确定调度算法③分配资源④善后处理
4、作业控制块P141
5、作业平均周转时间P142
6、作业调度算法：
①先来先服务调度算法②短作业优先调度算法③相应比高者优先调度算法④优先调度算法
7、进程调度的功能可分为调度和分配、调度意味着依照完全确定的策略将一批进程进行排序，分配则是从就绪队列中移出一个进程并给它提供处理机的使用权
8、处理机的分配包含：
①按确定的调度原则选一个进程②给选中进程赋予处理机的控制权
9、进程调度的功能：
①记录和保持系统中所有进程的有关情况和状态特征②决定分配策略③实时处理机的分配和回收
10、进程调度的准则的因素：
①CPU使用率②吞吐率③周转时间④响应时间⑤等待时间
11、处理机分配由进程调度和作业调度共同完成的
12、优先级设计包括：
①进程就绪队列必须以进程的优先级排序，具有最高优先级的进程放在队首并且是第一个被分配的进程②决定优先级的数目，在较简单的优先调度中，每一个优先级上只能有一个进程
13、优先数可以按静态或动态方式指派给进程
14、进程所索取的系统资源越多，估计的运算时间越长，其优先级越低
15、循环轮转调度是一种先来先服务调度算法
循环轮转规则：
每个进程被调度时分得一个时间片，当这一时间片用完时，该进程转为就绪状态并进入就绪队列末端
16、简单循环轮转调度和可变时间片轮转调度P150
第七章
1、主存：
物理主存和逻辑主存。
主存共享的基础是物理主存。
主存以分片方式实现共享。
主存分片的方式：
划分为大小不等的区域、划分为大小相等的块。
2、地址映射：
将程序地址空间中使用的逻辑地址变换为主存中的物理地址的过程
3、存储管理的功能：
①映射逻辑地址到物理主存地址②在多用户之间分配物理主存③对各用户区的信息提供保护措施④扩充逻辑主存区
4、虚拟存储器：
提供了一个其存储容量比实际主存大得多的存储器。
虚拟存储器将用户的逻辑主存与物理主存分开。
虚拟存储器的核心问题是将程序的访问地址和主存的可用地址相脱离。
虚地址范围是由虚地址寄存器的位数决定
5、逻辑地址转换成物理地址是通过地址变换机构自动完成的
6、地址重定位：
使一个程序装入到与其地址空间不一致的存储空间所引起的、对有关地址部分的调整过程
7、地址映射方式：
①编程或编译时确定地址映射关系②静态地址映射：
在作业装入过程中随即进行的地址变换方式③动态地址映射：
在程序执行期间，随着每条指令和数据的访问自动地、连续地进行映射。
P162
8、程序地址空间的两种组织方式：
一维线性结构、二维段式结构P163
9、主存分配的功能包括：
制定分配策略、构造分配用的数据结构
10、管理存储器的策略有：
①放置策略—决定主存中放置信息的区域②调入策略—决定信息装入主存的时机③淘汰策略—在主存中没有可用的空闲区域时，决定哪些信息可以从主存中移走，即确定淘汰已占用主存区部分信息的原则
11、存储保护：
目的是防止用户程序之间的相互干扰
12、存储保护的手段有：
上下界防护和存储键防护等.P164
13、主存保护方式：
防止越界、禁止做任何操作、只能执行、只能读、读/写
14、分区存储管理允许多个用户作业共享主存空间
15、基址存储器的作用是重定位寄存器，它用来存放一个程序在主存中所占分区的首地址
16、主存资源信息块：
flag—分配标志Size—分区大小next—勾链字
17、几种放置策略：
首次适应算法、最佳适应算法、最坏适应算法P170
18、页表：
在页式系统中实现这种地址变换的机构。
它是记录程序虚页与其在主存中块的对应关系的数据结构
19、请调策略：
P177
20、淘汰策略：
①置换算法：
当索取一页面并送入主存时，必须将该作业已在主存中的某一页面淘汰掉。
②颠簸
21、几种置换算法：
①最佳算法（OPT算法）②先进先出算法（FIFO算法）③最久未使用淘汰算法（LRU算法）④最不经常使用淘汰算法（LFU算法）
22、段式系统P187
第八章
1、计算机系统的两个主要任务：
计算处理和输入/输出（I/O）处理
输入/输出管理负责管理和控制I/O操作和I/O设备、I/O设备是计算机系统除中央处理机、主存储器外的所有其他设备
2、计算机系统使用的设备分为：
存储设备、I/O设备、传输设备
3、字符设备：
设备上的信息是以字符为单位组织的
块设备：
设备上的信息是以块为单位组织的
4、提高设备利用率的关键是实现设备的并行操作
5、输入/输出管理功能有：
状态跟踪、设备存取、设备分配（静态分配：
在作业级进行的设备分配；动态分配：
在进程级进行的设备分配）、设备控制。
6、设备独立性：
用户在编制程序时所使用的设备与实际使用的设备无关，也就是在用户程序中仅使用逻辑设备名。
逻辑设备名：
用户可以自己指定的设备名。
物理设备名是系统提供的设备标准名称。
7、设备独立性的两种类型：
①一个程序应该独立于分配给它的某种类型的具体设备②与它所使用的I/O设备类型无关
8、逻辑设备的关闭指的是不再使用这个逻辑设备，相应的逻辑设备描述器可释放给系统
9、设备控制块：
记录设备的硬件特性、连接和使用情况等信息的数据结构
10、终端设备的特性：
传输速度、图形字符集、其他
11、缓冲是为了解决中央处理机的速度和I/O设备的速度不匹配的问题而提出来的
12、软件缓冲区：
在I/O设备操作期间用来临时存放I/O数据的一块存储区域
13、使用缓冲区的理由：
①处理数据流的生存者和消费者之间的速度差异②协调传说数据大小的不一致
③应用程序的拷贝语义
14、双缓冲：
P202
15、设备分配原则：
①静态分配和动态分配：
对外部设备可分为独占设备和共享设备。
独占设备一般采用静态分配；共享设备采用动态分配②I/O设备分配算法。
一般采用先请求先服务和优先级最高者优先算法③设备分配的安全性
16、常用的设备分配技术：
独享分配（是让一个作业在整个运行期间独占使用的设备）、共享分配（对磁盘设备的共享：
共享磁盘的存储空间（以文件方式将自己的信息存放在共享设备上）；共享磁盘驱动器）和虚拟分配（Spool（假脱机系统）、虚拟设备和虚拟分配、虚拟打印机）P208
17、I/O硬件主要有：
端口（计算机端口和软件领域的端口）、总线（一个或多个设备使用的一组共同的线：
主要有PC总线、PCI总线、SCSI总线）、控制器（用于操作端口、总线或设备的一组电子器件）
18、设备控制器通常有四种寄存器：
状态寄存器（包含一些主机可以读取的位信息）、控制寄存器（主机通过控制寄存器向设备发送命令或改变设备状态）、数据输入寄存器（用于存放数据以被主机读取）、数据输出寄存器（主机向数据输出寄存器写入数据以便发送）
19、I/O设备的控制方式有：
循环测试I/O方式（有数据缓冲寄存器和控制寄存器）、I/O中断方式、DMA方式和通道方式（通道有三种不同的类型：
字节多路通道、选择通道、数组多路通道）P211-P213
第九章
1、文件管理系统：
通过把它的所管理的信息（程序和数据）组织成一个个文件的方式来实现其管理
2、文件是由文件系统和加工的逻辑部件，文件是具有符号名的信息项和记录的集合
3、域是一组相关的字符。
数据域只包含数字、字符域包含字符与空格
4、记录是一组相关的域
5、构成文件的基本单位是信息项
6、文件的分类：
系统文件、程序库文件和用户文件
7、①文件按保护级别可分为：
执行文件、只读文件和读写文件②文件按文件流向可分为：
输入文件、输出文件和输入/输出文件
8、文件名是由串来描述且由文件内容来表示。
文件名长度一般为1~12个字符
9、文件系统是由操作系统中负责管理和存取文件信息的软件机构，它是由管理文件所需的数据结构、相应的管理软件，以及访问文件的一组操作所组成
10、文件都存储在辅助设备上。
文件存储器上的屋里空间是以块为单位进行分配的
11、文件系统应提供顺序存取和直接存取方法
12、文件系统操作包括：
创建文件、撤销文件、读文件、写文件、传输文件和控制文件的访问权
13、文件的组织形式可以用两种不同的观点：
用户观点和实现观点
14、记录式文件：
由记录组成的文件
15、文件的物理结构是信息在物理存储器上的存储方式，是数据的物理表示和组织
16、物理记录（或称块）：
有连续信息所组成的一个区域
17、间隙是块之间不记录代码信息的区域
18、卷是辅存上较大的物理单位。
一个卷可以记录一个文件（单卷文件）或多个文件（多文件卷），一个文件可记录在多个卷（多卷文件）或多个文件记录在多个卷上（多卷多文件）
19、文件的逻辑结构可分为流式文件（一种无结构的文件）和记录式文件（一种有结构的文件）
20、文件的存储方法由文件的性质和用户使用文件的情况决定，存储方法可分为：
顺序存储和直接存储（随机存储）
21、文件管理系统的组织文件的方式有：
连续文件、串联文件、随机文件结构
22、索引文件的索引项按文件逻辑块号顺序排序，而分配到的物理块号可以不连续
23、索引文件在存储区中占有两个区：
索引区和数据区
24、索引表的组织结构：
直接索引、一级间接索引、二级间接索引
25、连续文件的特点及优缺点：
P245串联文件的优缺点：
P246随机文件的优缺点P246
26、文件目录是一张记录所有文件的名字及其存放地址的目录表。
表中包括关于文件的说明和控制方面的信息。
文件目录的内容：
文件名、文件逻辑结构、文件爱你在辅存上的物理位置、存取控制信息、管理信息、文件类型
27、一级文件目录不允许两个文件具有相同的名字。
二级文件目录结构文件目录分成主文件目录和用户文件目录两级。
多级文件目录的一个文件的路径是由主目录到该文件的通路上所有目录文件名和该文件的符号名组成
28、目录文件：
将大量的文件目录组织成文件。
它与文件一起存放在文件存储器上。
目录文件是用户和文件管理的接口
29、两种特殊的文件操作：
打开文件（建立用户与这个文件的联系）和关闭文件（切断用户和这个文件的联系）。
打开文件时是把有关文件的目录表复制到主存中
30、建立文件拷贝的基本方法：
周期性转储（全量转储或定期后备）和增量转储
1-4章补充习题
1.有一个仓库，可以存放A,B两种产品，但要求：
（1）每次只能存入一种产品（A或B）；
（2）-N其中，N和M是正整数。
使用P、V操作描述产品A和产品B的入库过程。
2.设公共汽车上，司机和售票员的活动分别是：
司机的活动：
启动车辆；正常行驶；到站停车。
售票员的活动：
关门；售票；开车门。
在汽车不断地到站、停车、行驶过程中，这两个活动有什么同步关系？
用信号量和P、V操作实现它们的同步。
3.用P、V操作实现下述问题。
桌子上有一个盘子，可以存放一个水果。
父亲总放苹果到盘子中，而母亲总放香蕉到盘子中：
一个儿子专等吃盘中的香蕉，而一个女儿专等吃盘子中的苹果。
5-7章习题课
1.某系统有R1,R2,R3共三种资源，在T0时刻P1,P2,P3,P4这4个进程对资源的占用和需求情况如表所示，此时系统的可用资源向量为（2，1，2）。
试问：
（1）将系统中各种资源总数和此刻各进程对各种资源的需求数量用向量或矩阵表示出来。
（2）如果此时P1,P2均发出资源请求向量request（1,0,1）,为了保证系统的安全性，应该如何分配资源给这两个进程？
说明你采用策略的原因。
（3）如果
（2）中两个请求立即得到满足后，系统此刻是否处于死锁状态？
T0时刻P1,P2,P3,P5这4个进程对资源的占用和需求情况
资源情况
进程
最大资源需求量
已分配资源数量
R1R2R3
R1R2R3
P1
3
2
2
1
0
0
P2
6
1
3
4
1
1
P3
3
1
4
2
1
1
P4
4
2
2
0
0
2
解：
（1）系统中各种资源总数=（2,1,2）+（1,0,0）+（4,1,1）+（2,1,1）+（0,0,2）=（9,3,6）。
此刻各进程对各种资源的需求数量=
（2）①若先分配给P1进程资源（1,0,1），则系统剩余资源（1,1,1）此刻各进程对各种资源的需求数量=
。
由以上可知，系统剩余资源（1,1,1）不能满足四个进程中任意一进程的需求，故不能先分配给P1进程。
②若先分配给P2进程资源（1,0,1），则系统剩余资源（1,1,1）此刻各进程对各种资源的需求数量=
。
由以上可知，系统剩余资源（1,1,1）可以满足P2进程的需求,后系统剩余资源为（0,1,0）。
待P2进程结束后释放所有资源后，系统剩余资源为（6,2,3）；然后系统把资源分配给P1，P1结束后系统剩余资源为（8,4,5）；同理，依次分配给进程P3，P4。
故因先把资源分配
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