操作系统复习知识总结.docx
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操作系统复习知识总结
计算机操作系统
第一章
1.1.1操作系统的定义
1、什么是计算机系统，它有哪些组成部分
计算机系统就是按照人的要求接受和存储信息，自动进行处理和计算，并输出结果信息的机器系统。
（计算机系统的特点是能进行精确、快速的计算和判断，通用性好，使用容易，能连接成网络。
）组成部分：
计算机硬件（运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备、辅助存储器、总线、转换设备、输入输出控制系统、电源和场地设备）、计算机软件（系统软件、支撑软件、应用软件）。
1.1.2操作系统的目标
a、有效性：
提高系统资源的利用率，提高系统的吞吐量。
b、方便性：
方便使用计算机系统，避免用户使用机器语言编写程序的繁琐工作。
c、可扩充性：
超大规模集成电路（VLSI）技术、计算机技术以及计算机网络发展的需求，以便于增加新的功能和模块，并能修改老的功能和模块。
d、开放性：
遵循世界标准规范，如开放系统互联（OSI）国际标准。
1.2操作系统的作用
A、它作为用户和计算机硬件之间的接口；
a、命令方式；b、系统调用方式；c、图形窗口方式
B、它作为计算机系统资源的管理者：
a.处理器管理（分配和控制处理机）b、存储器管理（负责内存的分配与回收）
c、I/O设备管理（I/O设备的分配与操纵）d、信息管理（信息的存取、共享和保护）。
C、它实现了对计算机资源的抽象：
铺设在硬件上的多层软件系统，增强了系统的功能，隐藏了硬件操作的具体细节，从而方便用户使用。
1.3推动操作系统发展的主要动力
A、不断提高计算机资源的利用率：
最初的动力——计算机系统的昂贵。
B、方便用户使用：
改善用户上机、调试的条件，如图形用户界面的出现。
C、器件的不断更新换代：
微电子技术的发展，推动OS的功能和性能迅速增强和提高。
D、计算机体系结构的不断发展：
计算机：
单处理机系统à多处理机系统à计算机网络。
操作系统：
单处理机OSà多处理机OSà网络OS
人工操作方式；脱机输入/输出方式。
脱机的优点：
减少CPU的空闲时间；提高了I/O速度。
单道批处理系统主要特征：
（知道）
（a）自动性：
作业自动逐个依次运行，无需人工干预
（b）顺序性：
先调入内存的作业先完成
（c）单道性：
内存始终仅有一道程序运行
多道批处理系统的好处：
（知道）
1、提高CPU的利用率；2、提高内存和I/O设备利用率；3、增加系统吞吐量。
多道批处理系统（知道）优点：
资源利用率高，系统吞吐量大
缺点：
平均周转时间长（排队、调度），无交互能力
多道批处理系统应解决的问题：
（知道）
1、处理机的管理问题（分配和回收）；2、内存的的管理问题（分配和保护）；
3、I/O设备的管理问题（共享）；4、文件管理问题（程序和数据的组织）；
5、作业的管理问题（组织和管理）。
分时系统：
（掌握）
定义：
在一台主机上连接多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过终端，以交互的方式使用计算机，共享主机资源。
分时系统特征：
（知道）
a）多路性：
宏观上多个用户同时工作，微观上每个用户轮流运行一个时间片。
（b）独立性：
每个用户各占一个终端，彼此独立操作。
（c）及时性：
用户请求能在很短时间内获得相应。
（d）交互性：
用户可通过终端与系统进行人机对话。
实时系统：
（掌握）
定义：
计算机能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对原事件的处理，并且控制所有实时设备和实时任务协调一致的工作。
实时系统特征：
（1）响应时间要快；
（2）系统可靠性要高；（3）具有连续的人-机对话能力；
（4）具有保护过载能力；（5）系统整体性要强。
实时系统和分时系统的比较：
（掌握）
1.4操作系统的基本特征：
（知道）
1、并发性（并行合并发：
并发同间隔事件发生，并行同时刻进行；引入进程、线程）；
2、共享性（互斥共享性和同时访问性）；
3、虚拟性（时分复用技术，空分复用技术）；
4、异步性。
1.5操作系统的主要功能（重点）
1.处理机管理：
对CPU进行分配，并对其运行控制和管理
A、进程控制：
为作业创建进程，撤销已结束的进程，控制进程在运行过程中的状态转换；
B、进程同步：
为多个进程的运行进行协调，包括进程互斥和进程同步两种协调方式；
C、进程通信：
实现相互合作的进程之间的信息交换；
D、调度：
包括作业调度和进程调度。
2.存储器管理：
为多道程序分配内存，方便用户使用存储器，提高存储器利用率以及能从逻辑上扩充内存。
A、内存分配：
为每道程序静态或者动态地分配内存；
B、内存保护：
确保每道用户程序都只在自己的内存空间运行，互不干扰；
C、地址映射：
将应用程序地址空间中的逻辑地址映射为内存空间中的物理地址；
D、内存扩充：
借助虚拟存储技术，从逻辑上扩充内存。
3.设备管理功能：
完成I/O请求，分配I/O设备，提高CPU和I/O设备的利用率，提高I/O速度，方便用户使用I/O设备。
A、缓冲管理：
管理好各类缓冲区，提高系统吞吐量；
B、设备分配：
根据I/O请求，分配所需要的设备；
C、设备处理：
实现CPU与设备控制器之间的通信；
D、虚拟设备：
将一个物理设备变换（改造）为多个对应的逻辑设备，使每个用户感觉自己独占该设备
4、文件管理：
对用户文件和系统文件进行管理，方便用户使用，并保证文件的安全性。
A、文件存储空间的管理：
为文件分配必要的外存空间，提高外存利用率，并提高文件系统的存取速度；
B、目录管理：
为每个文件建立目录项，并对众多的目录项加以有效的组织，实现方便的按名存取；
C、文件读/写管理和保护：
进程之间的信息交换；
D、文件读/写管理：
从外存中读取数据，或将数据写入外存；
E、文件保护：
防止未经核准的用户存取文件，防止冒名顶替存取文件，防止以不正确的方式存取文件。
5.用户接口：
方便用户使用操作系统，以命令、系统调用或者图形方式为用户提供接口。
A、命令接口：
包括联机用户接口和脱机用户接口（即批处理用户接口）；
B、程序接口：
由一组具有特定功能的系统调用组成；
C、图形接口：
图形化的操作界面。
第1章进程管理
1.、程序的顺序执行（掌握）
特征：
a.顺序性b.封闭性c.可再现性
前趋图（P35-P36）作业。
2、并发执行的特征：
（掌握）
（1）间断性；
（2）失去封闭性；（3）不可再现性。
3.进程的定义：
（掌握）进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
特征：
1、结构特征：
进程实体由程序段、相关的数据段和进程控制块（PCB）构成。
2、动态性：
进程的最基本特征，进程由创建而产生，因调度而执行，由撤消而消亡。
3、并发性：
进程的重要特征，多个进程实体共同存在于内存中，在一段时间内可以同时运行。
4、独立性：
进程是一个能独立运行、独立分配资源和独立接受调度的基本单位。
5、异步性：
进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进，即进程按异步方式运行。
进程的三种基本状态：
就绪、执行和阻塞。
进程的状态转换：
进程的状态转换：
状态转换原理要掌握（P38---P40）
进程控制块的组织：
1、线性表方式2、链接方式3、索引方式。
进程控制实现方式：
原语
（1）原语由若干指令组成，完成特定功能；
（2）原语是不可分割的基本单位，执行过程中不允许被打断；（3）原语存于内核中，并常驻内存；
进程的创建和终止，阻塞和唤醒（掌握）
进程创建的步骤：
（1）申请空白PCB：
申请唯一的数字标识符，并从PCB集合中索取空白PCB；
（2）为新进程分配资源：
为新进程的程序和数据以及用户栈分配内存空间，操作系统必须知道新进程所需内存的大小；
（3）初始化进程控制块：
初始化标识信息，初始化处理机状态信息，初始化处理机控制信息；
（4）将新进程插入就绪队列：
如果就绪队列接纳新进程，则将新进程插入到就绪队列中；
进程创建的终止：
1、正常结束。
2、异常结束。
3、外界干预。
进程的终止过程：
1、根据标识符，从PCB集合中检索出进程PCB，读取该进程的状态；
2、若进程处于执行状态，则终止，并置调度标志为真；
3、若进程有子进程，则终止其所有子进程；
4、将进程拥有的全部资源归还其父进程或者系统；
5、将进程PCB从队列中移除；
引起进程阻塞和唤醒的事件：
（1）请求系统服务；
（2）启动某种操作；（3）新数据尚未到达；
（4）无新工作可做
进程的阻塞过程：
a.调用Block原语，b.停止执行，c.将PCB状态从执行改为阻塞
d.将PCB插入阻塞队列
进程的唤醒过程：
a.调用wakeup原语，b.从阻塞队列移出进程，c.将PCB状态从阻塞改为就绪d.将PCB插入就绪队列
进程的挂起过程：
1、调用suspend原语，2、检查被挂起进程的状态3、将活动状态改为静止状态
进程的激活过程：
1、调用active原语；2、检查进程状态；3、将静止状态改为活动状态。
进程同步的基本定义：
（掌握）
对多个相关进程在执行次序上进行协调，以使并发执行的诸进程之间能有效地共享资源和相互合作，从而使程序的执行具有可再现性。
临界资源：
（掌握）一段时间内只允许一个进程访问的资源，如打印机、扫描仪等。
临界区：
（掌握）每个进程中访问临界资源的那段代码。
同步机制，生产着消费者关系编程（精通）；（P48--P61，作业）。
整型信号量：
描述资源数目的整型量S，它的值只能由原子操作wait（S）和signal（S）来访问，这两个操作又分别称为P操作和V操作，OS用它来管理资源和进程。
记录型信号量：
整型信号量机制存在“忙等”，记录型信号量采取“让权等待”策略，它比整型信号量增加一个进程链表指针，用于链接等待的进程。
管程的定义：
由代表共享资源的数据结构，以及由对该共享数据结构实施操作的一组过程所组成的资源管理程序，它可被请求和释放资源的进程所调用
进程通信（知道）
1、进程通信的类型：
（1）共享存储器系统（基于共享数据结构，基于共享存储区）；
（2）消息传递系统；（3）管道通信（管道定义：
用来连接一个读进程和一个写进程以实现它们之间通信的一个共享文件，又名Pipe文件）。
2、消息传递通信的实现方式；
（1）直接通信方式；
（2）、间接通信方式（私用信箱；公用信箱；共享信箱）。
3、进程同步方式：
a、发送进程阻塞，接收进程阻塞；b、发送进程不阻塞，接收进程阻塞；
c、发送进程和接收进程均不阻塞；
4、线程：
定义
线程又称为轻型进程（LightweightProcess）,是处理机调度的单位。
a.轻型实体：
基本上不拥有资源;b.独立调度和分派的基本单位：
独立运行，切换快且开销小;c.可并发执行：
进程内以及进程间的线程均可并发执行;d.共享进程资源：
线程拥有与进程相同的地址空间；
5、线程和进程的比较（精通）
6、多线程OS中的进程：
1、作为系统资源分配的基本单位；2、可包括多个线程；3、进程不再作为一个可执行的实体
第2章处理机调度与死锁
1、处理机调度的层次：
（知道）
1.1高级调度：
主要功能：
根据某种算法，把外存中把处于后备队列中的那些作业调入内存，当作业完成时做善后处理。
A、作业的基本概念（作业，作业步，作业流）；B、作业控制块
C、作业调度：
是根据作业控制块中的信息，审查系统能否满足用户作业的资源需求，以及按照一定的算法，从外存后备队列中选取某些作业调入内存，为它们创建进程、分配必要的资源，然后将进程插入就绪队列，准备执行。
1.2中级调度：
提高内存利用率和系统吞吐量，使那些暂时不能运行的进程不再占用内存，把它们调至外存（存储管理中的对换功能）。
1.3.低级调度：
（1）保存处理机的现场信息；
（2）按照某种算法选择进程（如优先数算法，轮转算法）（3）把处理器分配给进程。
进程调度的三个基本机制：
（1）排队器；
（2）分派器（分派程序）；（3）上下文切换机制：
进程调度方式：
1、非抢占方式；2、抢占方式。
面向用户的准则：
（知道）
（1）周转时间短（批处理系统）；
（2）响应时间快（分时系统）；
（3）截止时间的保证（实时系统）（4）优先权准则。
面向系统的准则：
（知道）
（1）系统吞吐量高
（2）处理机利用率好（3）各类资源的平衡利用
调度的各种算法和时间片（精通）P91--P96
2、实现实时调度的基本条件：
（知道）
A、提供必要的信息（就绪时间；开始截止时间和完成截止时间；处理时间；资源要求；优先级）。
B、系统处理能力强;3、采用抢占式调度机制；4、具有快速切换机制
3、实时调度算法分类：
（了解）
A、非抢占式调度算法（非抢占式轮转调度算法；非抢占式优先级调度算法。
）
B、抢占式调度算法（基于时钟中断的抢占式优先权调度算法，立即抢占的优先权调度算法）
4、产生死锁的原因（掌握）
（1）、竞争资源：
多个进程共享资源，资源数目不足所引起进程对资源的竞争；
a、可剥夺资源和非剥夺性资源;b、竞争非剥夺性资源；c、竞争临时性资源
（2）进程推进顺序非法：
请求和释放资源顺序不当。
a、进程推进顺序合法b、进程推进顺序非法
4.1产生死锁的必要条件（精通）：
（1）互斥条件，一段时间内某资源只能由一个进程占用；
（2）请求和保持条件，部分分配资源；
（3）不剥夺条件，进程已获得资源不能被剥夺，直至使用完毕；
（4）环路等待条件，发生死锁时必然存在进程-资源的环形链。
4.2.处理死锁的基本方法（精通）：
（1）预防死锁：
通过设置某些限制条件，去破坏产生死锁的四个必要条件中的一个或者几个，预防死锁的发生；
（a）摒弃“请求和保持”条件，要么全部分配，要么一个也不分配；
（b）摒弃“不剥夺”条件，资源在进程运行过程中可被暂时释放；
（c）摒弃“环路等待”条件
（2）避免死锁：
在资源的动态分配过程中，用某种方法去防止系统进入不安全状态，从而避免发生死锁；
（3）检测死锁：
通过系统所设置的检测机制，及时地检测出死锁的发生，并精确地确定与死锁有关的进程和资源；
（4）解除死锁：
与死锁检测配合，通过撤销和挂起一些进程，以便回收一些资源，再将这些资源分配给处于阻塞状态的进程，使之就绪，以继续运行。
银行家算法（精通）作业P109--P113.
第3章存储器管理
1.程序的装入方式：
（知道）
A、绝对装入方式：
知道程序所驻留内存的具体位置，编译程序将产生绝对地址的目标代码。
B、可重定位装入方式：
编译程序不可能预知所编译的目标模块应放在内存何处，所以目标模块的起始地址通常从0开始，而程序中的其它地址则相对于起始地址计算而成。
C、动态运行时装入方式：
装入程序把装入模块装入内存，并不立即把相对地址转换为绝对地址，而是把地址转换推迟到程序真正运行时再执行。
2.程序的链接：
（知道）
A、静态链接方式：
（1）对相对地址进行修改；
（2）变换外部调用符号。
B、装入时动态链接方式：
用户源程序编译后所得的目标模块，在装入内存时边装入边链接，这种方式
（1）便于修改和更新
（2）便于实现对目标模块的共享。
C、运行时动态链接方式：
许多情况下，应用程序每次要运行的模块可能不相同，如果把所有模块都装入非常低效，所以要在运行过程中动态装入所需模块。
动态分区分配算法（精通）作业P123--P124
3、可重定位分区分配：
（掌握）
采用的方法：
将内存中的所有作业进行移动，使它们全部相邻接，这样，即可把原来分散的多个小分区拼接成一个大分区，这时就可以把作业装入该区。
定义：
通过移动内存中作业的位置，把原来多个分散的小分区拼接成一个大分区的方法，称为“拼接”或“紧凑”。
对换的定义：
是指把内存中暂时不能运行的进程或者暂时不用的程序和数据调出到外存上，以便腾出足够的内存空间，再把具备运行条件的进程或进程所需的程序和数据调入内存。
4、页面和页表：
定义：
将一个进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的片称为页面。
若给定一个逻辑地址空间中的地址为A，页面的大小为L，则页号P和页内地址d可按下式求得：
越界中断
基本的地址变换机构（掌握）
5、分段存储管理方式的引入
：
（知道）
1、方便编程2、信息共享3、信息保护4、动态增长5、动态链接
分段和分页的主要区别：
（掌握）
段页式存储管理方式基本原理：
（知道）是分段和分页原理的结合，即先将用户程序分成若干个段，然后再把每个段分成若干个页，并为每个段赋予一个段名。
虚拟存储器的引入：
局部性原理（了解）
程序在执行时将呈现出局部性规律，即在较短的时间内，程序的执行仅局限于某个部分；相应地，它所访问的存储空间也局限于某个区域，他提出几个论点：
（1）除了少部分转移和过程调用指令，程序大多数情况下是顺序执行的；
（2）过程调用会让程序的执行由一部分区域移至另一部分区域；
（3）程序中存在许多循环结构，虽然由少数指令构成，但是要多次执行；
（4）程序中许多对数据结构（如数组）的操作，往往局限于很小的范围内。
局限性表现：
1、时间局限性；2、空间局限性。
虚拟存储器的定义：
（精通）
是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统。
虚拟存储器的特征：
（精通）
（1）多次性：
多次性是指一个作业被分成多次调入内存运行，亦即在作业运行时没有必要将其全部装入，只需将当前要运行的那部分程序和数据装入内存即可；以后每当要运行到尚未调入的那部分程序时，再将它调入。
多次性是虚拟存储器最重要的特征，
（2）对换性：
对换性是指允许在作业的运行过程中进行换进、换出，亦即，在进程运行期间，允许将那些暂不使用的程序和数据，从内存调至外存的对换区（换出），待以后需要时再将它们从外存调至内存（换进）；甚至还允许将暂时不运行的进程调至外存，待它们重又具备运行条件时再调入内存。
换进和换出能有效地提高内存利用率。
（3）虚拟性：
虚拟性是指能够从逻辑上扩充内存容量，使用户所看到的内存容量远大于实际内存容量。
这是虚拟存储器所表现出来的最重要的特征，也是实现虚拟存储器的最重要的目标。
虚拟存储器的实现方法：
（知道）
（1）请求分页系统
（2）请求分段系统
最小物理块数的确定（知道）最小物理块数是指能保证进程正常运行所需的最小物理块数，当系统为进程分配的物理块数少于此值时，进程将无法运行。
物理块的分配策略：
（知道）
1）固定分配局部置换；2）可变分配全局置换；3）可变分配局部置换。
内存分配策略和分配算法（知道）P148
6、页面置换算法（精通）作业P150----P152.
第4章进程管理
1.I/O设备分类：
（知道）
按设备的使用特性分类：
存储设备：
如外存；输入/输出设备：
如键盘、鼠标、扫描仪和打印机等等。
按传输速率可以分类：
低速设备：
如键盘、鼠标等；中速设备：
如打印机；高速设备：
如磁带机、磁盘机等。
按信息交换的单位可以分类：
块设备：
如磁盘；字符设备：
如打印机。
按设备的共享属性可以分类：
独占设备：
一段时间只允许一个用户访问，如打印机；
共享设备：
一段时间内允许多个进程同时访问，如磁盘；
虚拟设备：
将一台独占设备变成若干台逻辑设备，如虚拟内存。
设备控制器的基本功能：
（知道）
1.接收和识别命令；2.数据交换；3.标识和报告设备状态；4.地址识别；5、数据缓冲；6、差错控制。
设备控制器的组成：
（知道）
1、设备控制器与处理机的接口；2、设备控制器与设备的接口；3、I/O逻辑。
通道的类型：
（知道）
1、字节多路通道；2、数组选择通道；3、数组多路通道。
程序I/O方式：
（知道）P167-P168中断驱动I/O方式（掌握分析）
直接存储器访问（DMA）I/O控制方式：
（知道）
DMA方式的特点：
1、数据传输的基本单位是数据块；2、所传送的数据是从设备直接送入内存的，或者相反；3、仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需CPU干预，整块数据的传送是在控制器的控制下完成的。
DMA控制器设置如下四类寄存器：
（知道）
1、命令/状态寄存器CR；2、内存地址寄存器MAR；3、数据寄存器DC；4、数据计数器CR
缓冲的引入的原因：
（知道）
1、缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾；2、减少对CPU的中断频率，放宽对CPU中断响应时间的限制；3、提高CPU和I/O设备之间的并行性。
缓冲池的组成：
（知道）
1、空缓冲区；2、装满输入数据的缓冲区；3、装满输出数据的缓冲区；
三个队列：
空缓冲队列，输入队列，输出队列；
缓冲区的工作方式：
（知道）
（1）收容输入；
（2）提取输入；（3）收容输出；（4）提取输出。
I/O软件的设计目标和原则：
（知道）
与具体设备无关；统一命名；对错误的处理；缓冲技术；设备的分配和释放；I/O控制方式
中断处理程序:
（掌握）
1、唤醒被阻塞的驱动（程序）进程；2、保护被中断进程的CPU环境；
3、转入相应的设备处理程序；4、中断处理；5、恢复被中断进程的现场
设备驱动程序的处理过程：
（知道）
1）将抽象的要求转换为具体要求；2）检查I/O请求的合法性；3）读出和检查设备的状态；
4）传送必要的参数；5）工作方式的设置；6）启动I/O设备。
设备独立性：
（知道可能解释）
又称为设备无关性，其含义：
应用程序独立于具体使用的物理设备。
好处：
1、设备分配时的灵活性；2、易于实现I/O重定向
设备分配时应考虑的因素：
（知道）
1、设备的固有属性：
三种设备分配策略：
独占设备；共享设备；可虚拟设备。
2、设备分配算法：
（1）先来先服务；
（2）优先级高者优先。
3、设备分配的安全性：
（1）安全分配方式；
（2）不安全分配方式。
独占设备的分配程序：
（知道）
基本的设备分配程序：
1、分配设备；2、分配控制器；3、分配通道。
设备分配程序的改进：
（1）增加设备的独立性；
（2）考虑多通路情况。
SPOOLING系统的组成：
（了解）
（1）输入井和输出井；
（2）输入缓冲区和输出缓冲区；（3）输入进程SPi和输出进程SPo。
SPOOLING系统的特点：
（了解）
（1）提高了I/O的速度；
（2）将独占设备改造成共享设备；（3）实现了虚拟设备功能。
磁盘调度算法（精通）作业P193--P197
提高磁盘I/O速度的其他方法：
（知道）
1）提前读；2）延迟写；3）优化物理块的分布；4）虚拟盘
第6章进程管理
1.文件、记录和数据项：
（解释）
记录定义：
是一组相关数据项的集合，用于描述一个对象某方面的属性。
文件定义：
是指由创建者所定义的、具有文件名的一组相关元素的集合。
文件类型：
（知道）
1、根据文件的性质和用途可分为：
系统文件；用户文件；库文件。
2、根据文件中的数据形式可分为：
源文件；目标文件；可执行文件。
3、根据文件存取控制属性可分为：
只执行文件；只读文件；读写文件。
4、根据组织形式和处理方式可分为：
普通文件；目录文件；特殊文件。
最基本的文件操作，可分为六种：
（知道）
1.创建文件；2.删除文件；3.读文件；4.写文件；5.截断文件；6.设置文
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