Linux操作系统期末重点.docx

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Linux操作系统期末重点

操作系统复习资料

第1章绪论

1、多道程序设计技术

多道程序程序的工作情况：

多道程序程序设计技术：

在计算机主存中同时存放几道相互独立的程序。

这些程序在管理程序控制之下，相互穿插地运行。

当某道程序因某种原因不能继续运行下去时（如等待外部设备传输数据），管理程序便将另一道程序投入运行。

特征：

1）多道；2）宏观上并行；3）微观上串行；

2、分时技术

分时技术：

所谓分时技术，是把处理机时间划分成很短的时间片（如几百毫秒）轮流地分配给各个联机作业使用，如果某个作业在分配的时间片用完之前计算还未完成，该作业就暂时中断，等待下一轮继续计算。

分时处理：

一台计算机与许多终端设备连接，终端用户以联机方式使用计算机。

联机工作方式：

由用户通过终端设备直接操作、控制自己程序的运行的操作方式。

3操作系统的定义与特征（p10）

操作系统的定义：

操作系统是一个大型的程序系统，它负责计算机系统软、硬件资源的分配；控制和协调并发活动；提供用户接口，使用户获得良好的工作环境。

操作系统的特征：

1）并发：

能处理多个同时性活动的能力

2）共享：

多个计算任务对系统资源的共同享用

3）不确定性：

操作系统能处理大量的、随机的事件序列，使各用户的计算任务正确地完成。

（该不确定性指在操作系统控制下的多个作业的执行顺序和每个作业的执行时间是不确定的）

4操作系统的资源管理功能（p12）

1、处理机管理（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、存储器管理（存储分配和存储无关性、存储保护、存储扩充）

3、设备管理（设备无关性、设备分配、设备的传输控制）

4、信息管理（文件系统）

信息组织、存取方法、文件共享、文件安全、文件完整性、磁盘空间分配

5批量操作系统（p14）

一般用于处理商业和科学应用。

定义：

批量操作系统是操作系统的一种类型。

该系统把用户提交的作业成批送入计算机，然后由作业调度程序自动选择作业，在系统内多道运行。

优点：

缩短作业间的交接时间，减少处理机的空闲等待时间，提高系统的吞吐量。

--------脱机操作多道运行合理搭配作业

缺点：

用户响应时间较长。

用户既不能了解自己程序的运行情况，也不能控制计算机。

6分时操作系统：

（p14）

分时操作系统是操作系统的另一种类型。

它一般采用时间片轮转的办法，使一台计算机同时为多个终端用户服务。

该系统对每个用户都能保证足够快的响应时间，并提供交互会话功能。

特点：

1）并行性；2）独占性；3）交互性；

7分时OS和多道批处理OS的差别

（1）目标不同：

多道批处理操作系统的目标是提高机器效率；而分时操作系统的目标是对用户请求的快速响应。

（2）对于要求在几分钟内能从终端上获得结果的短小作业来说，分时系统是最有效的；对于需要较长时间才能完成的大型作业而言，多道批处理操作系统较为有效。

（3）对于充分使用系统资源而言，多道批处理系统是较好的，因为它可以同时接收经过合理安排的各种不同负载的作业；对于要求执行相同功能的作业而言，分时系统是较好的，因为在不同的终端上同时使用同一个功能的例行子程序将减少系统调用它的开销。

8操作系统采用的关键技术

关键技术——并行处理技术、虚拟技术

1、并行处理技术（p19）

并行性:

处理多个同时性活动的能力

并行处理:

利用多个处理部件，为完成一个整体任务而同时执行。

（必要条件：

必须具备多个能真正同时操作的物理部件）

并发执行：

多用户、多任务同时执行

2、虚拟技术（p20）

用户的逻辑视图与操作系统所管理的物理视图分离

逻辑视图与物理视图的映射

第2章操作系统的运行基础与结构

1处理机的态

系统中有两类程序

1）管理程序：

管理系统资源，控制程序运行

2）用户程序：

使用资源，提出申请，被控制

区分处理机状态的目的：

保护操作系统

2、什么是处理机的状态

中央处理机的工作状态，当前它正在执行哪类程序，决定处理机的态。

3、处理机状态的分类

管态：

又称系统态，操作系统的管理程序执行时机器所处的状态。

使用全部指令（包括一组特权指令）；使用全部系统资源（包括整个存储区域）。

用户态：

又称目态，用户程序执行时机器所处的状态。

在此状态下禁止使用特权指令，不能直接取用资源与改变机器状态，并且只允许用户程序访问自己的存储区域。

有的操作系统还将管理程序执行时的机器状态分为核态（kernelmode）和管态。

核态：

具有上述管态所具有的所有权限。

管态：

允许使用一些用户态下所不能使用的资源，但不能使用修改机器的状态指令。

其权限次序是：

核态、管态、用户态。

4中断进入（中断响应）

由硬件设备实现的中断进入

中断装置：

又称中断系统，是发现中断源而产生中断过程的硬件设备，包括中断逻辑线路和中断寄存器（即中断字）、中断屏蔽寄存器等。

（主要工作：

发现中断源;保护现场;启动中断处理程序）

中断响应是当中央处理机发现已有中断请求时，中止现行程序执行，并自动引出中断处理程序的过程。

中断响应

过程：

保留程序断点及处理机有关信息；自动转入相应的中断处理程序执行

实质：

交换指令地址及处理机的状态信息。

目的：

保留程序断点及有关信息；自动转入相应的中断处理程序执行。

5向量中断

两种中断处理机制，向量中断和探询中断

向量中断机制——用于微机

当中断发生时，由中断源自己引导处理机进入中断服务程序的中断过程称为向量中断。

中断向量：

每类中断类型都有自己的中断向量，包含以下内容:

中断服务例行程序入口地址；处理器状态字。

中断向量地址——中断向量在中断向量表中的地址。

中断向量表——主存中用于存放各类中断向量的一组存储单元组成的表。

探询中断机制——用于大型机

将系统中的所有中断类型分为几大类,每一大类都包含若干个中断类型。

当产生一个中断信号时，在探询中断机制下，由中断响应转入的是某一大类中断的处理程序入口，再分析、判断应转入那个具体的设备中断进行处理。

第3章操作系统的用户界面

1操作系统提供的环境

什么是系统生成

所谓系统生成，就是指为了满足物理设备的约束和需要的系统功能，通过组装一批模块来产生一个清晰的、使用方便的操作系统的过程。

系统生成的内容：

根据硬件部件确定系统构造的参数，编辑系统模块的参数，并且连接系统模块成为一个可执行的程序。

系统引导的任务：

将操作系统的必要部分装入主存并对系统进行初始化工作，最终使系统处于命令接收状态。

系统引导的方式：

独立引导方式（滚雪球方式）、辅助下装方式

2系统功能调用的定义

操作系统如何为用户提供服务：

操作系统提供实现各种功能的例行子程序。

应用程序如何调用操作服务功能：

采用统一进管方式——系统提供访管指令、访管中断

访管指令（自愿进管指令）

svcn

svc表示机器访管指令的操作码记忆符，n为地址码（功能号）

访管中断：

当处理机执行到访管指令时就发生中断，该中断称为访管中断，它表示正在运行的程序对操作系统的某种需求。

操作系统提供实现各种功能的例行子程序，其中的每一个功能对应访管指令的一个功能号。

举例如下：

svc0显示一个字符

svc1打印一个字符串

系统调用：

系统功能调用是用户在程序一级请求操作系统服务的一种手段，它是带有一定功能号的“访管指令”。

其功能是由操作系统中的程序完成的，即由软件方法实现的。

第4章进程与进程管理

1进程的相关概念

进程定义:

所谓进程，就是一个程序在给定活动空间和初始环境下，在一个处理机上的执行过程。

在传统OS中，进程是系统进行资源分配和处理机调度的基本单位。

进程与程序的区别

1）程序是静态的概念；进程是动态的概念。

程序可以作为软件资料长期保存，进程是有生命周期的。

动态性是进程的最基本的特征。

2）进程是一个独立运行的活动单位，能与其它进程并发执行。

而程序则不是。

并发性是进程的重要的特征，同时也是OS的重要特征。

3）进程是竞争系统资源的基本单位,也是进行处理机调度的基本单位。

程序不具有这样的职能。

进程与程序的联系

一个程序可以对应多个进程；一个进程至少包含一个程序。

进程的状态

进程在系统中的活动规律是：

运行暂停运行

进程的三种基本状态

运行状态——当进程由调度/分派程序分派后，得到CPU控制权，它的程序正在运行，该进程所处的状态为运行状态，也叫执行状态。

（在单CPU系统中,至多只有一个进程处于此状态）

等待状态——正在执行的进程由于发生某事件而暂时无法继续执行时，便放弃处理机而处于暂停状态，亦即进程的执行受到阻塞，把这种暂停状态称为阻塞状态，有时也称为等待状态或封锁状态。

就绪状态——存在于处理机调度队列中的那些进程，它们已分配到除CPU以外的所有必要资源，一旦得到CPU，就立即可以运行，这些进程所处的状态为就绪状态（有多个进程处于此状态）。

进程组成:

1）程序与数据:

描述进程本身所应完成的功能

2）PCB:

进程的动态特征，该进程与其他进程和系统资源的关系。

什么是进程控制块PCB

描述进程与其他进程、系统资源的关系以及进程在各个不同时期所处的状态的数据结构，称为进程控制块

进程控制块的主要内容（了解）

1）进程标识符:

进程标识符用于惟一地标识一个进程。

通常有两种标识符：

内部标识符：

为每一个进程赋予了一个惟一的数字标识符，它通常是一个进程的序号,为了方便系统使用。

外部标识符：

它由创建者提供，通常是由字母、数字组成，往往是由用户（进程）在访问该进程时使用。

2）进程当前状态:

本进程目前处于何种状态（运行、就绪、等待）

3）当前队列指针next该项登记了处于同一状态的下一个进程的pcb地址

4）进程优先级:

反映了进程要求CPU的紧迫程度。

5）CPU现场保护区

当进程由于某种原因释放处理机时，CPU现场信息被保存在pcb的该区域中。

包括通用寄存器、PC、PSW和用户栈指针。

6）通信信息:

进程间进行通信时所记录的有关信息。

7）家族联系

8）占有资源清单

线程定义

线程也称轻量级进程，是比进程更小的活动单位，它是进程中的一个执行路径，是处理机调度的最小单位。

线程可以这样来描述：

进程中的一条执行路径；

它有自己私用的堆栈和处理机执行环境；

它与父进程共享分配给父进程的主存；

它是单个进程所创建的许多个同时存在的线程中的一个。

线程的特点

1）创建一个线程比创建一个进程开销要小得多；因为一个进程创建的多个线程可以共享地址区域和数据，实现线程间同步和通信十分方便。

2）各线程之间可以并发地运行。

线程切换时只需保存和设置少量寄存器的内容，而并不涉及存储管理方面的操作，所以线程切换的开销远远小于进程的切换

2进程控制

常用的进程控制原语：

创建原语、撤消原语、阻塞原语、唤醒原语

进程创建原语的形式：

create（name，priority）name为被创建进程的标识符priority为进程优先级

进程创建原语的功能：

创建一个具有指定标识符的进程，建立进程的PCB结构。

UNIX系统：

fork（）

进程撤销原语的形式：

当进程完成任务后希望终止自己时使用进程撤消原语。

Kill（或exit）

进程撤销原语的功能：

撤消当前运行的进程。

将该进程的PCB结构归还到PCB资源池，所占用的资源归还给父进程，然后转进程调度程序。

UNIX系统：

exit（）

进程等待原语的形式：

当进程需要等待某一事件完成时，它可以调用等待原语挂起自己。

susp（chan）

入口参数chan：

进程等待的原因

进程等待原语的功能：

中止调用进程的执行，并加入到等待chan的等待队列中；最后使控制转向进程调度。

UNIX系统:

sleep（chan,pri）

其中：

chan进程阻塞的原因；pri进程被唤醒后的优先级

进程唤醒原语的形式：

当处于等待状态的进程所期待的事件来到时，由发现者进程使用唤醒原语唤醒它。

wakeup（chan）

入口参数chan：

进程等待的原因。

进程唤醒原语的功能：

当进程等待的事件发生时，唤醒等待该事件的进程。

UNIX系统:

wakeup（chan）

3进程的协作与系统的支持

进程互斥：

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存储区的内容，否则，就会发生后果无法估计的错误。

进程间的这种相互制约关系称为互斥。

进程同步：

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

如何实现互斥和同步功能：

解决方案：

两种机制——锁机制和信号灯机制

什么是锁：

用变量w代表某种资源的状态，w称为“锁”。

每一个共享临界资源都要有一个单独的锁位。

上锁操作和开锁操作

1）检测w的值（是0还是1）；

2）如果w的值为1，继续检测；

3）如果w的值为0，将锁位置1（表示占用资源），进入临界区执行。

（此为上锁操作）

4）临界资源使用完毕，将锁位置0。

（此为开锁操作）

信号机制详细程序请见（P61）

什么是信号灯：

信号灯是整型变量：

1）s值≥0时，表示绿灯，进程执行；

2）s值<0时，表示红灯，进程停止执行。

信号灯是一个确定的二元组（s，q），s是一个具有非负初值的整型变量，q是一个初始状态为空的队列。

操作系统利用信号灯的状态对并发进程和共享资源进行控制和管理。

注意：

创建信号灯时，应准确说明信号灯s的意义和初值（这个初值绝不能为负值）。

信号灯s是一个被保护的变量，只有P操作、V操作和一种称为信号量初始化操作才能访问和改变它的值。

在实际操作系统中，一般情况下是由机器硬件提供P、V操作的指令，当然是原子操作，若机器不提供P、V操作的指令，则操作系统提供P、V操作原语。

P操作的定义:

对信号灯s的p操作记为p（s）。

p（s）是一个不可分割的原语操作，即取信号灯值减1，若相减结果为负，则调用p（s）的进程被阻，并插入到该信号灯的等待队列中，否则可以继续执行。

V操作的定义:

对信号灯s的v操作记为v（s）。

v（s）是一个不可分割的原语操作，即取信号灯值加1，若相加结果大于零，进程继续执行，否则，要帮助唤醒在信号灯等待队列上的一个进程。

4进程互斥与同步的实现（过于简略，详见P62-P67）

信号灯可能的取值:

两个并发进程，互斥信号灯的值仅取1、0和–1三个值。

mutex=1（表示没有进程进入临界区）

mutex=0（表示有一个进程进入临界区）

mutex=–1（表示一个进程进入临界区，另一个进程等待进入）

生产者——消费者问题（P66）（注意信号灯的设置）

计算进程和打印进程

计算进程cp不断产生数据，是生产者；

打印进程iop不断打印数据，是消费者。

通信问题

发消息进程send不断产生消息，是生产者；

收消息进程receive不断接收消息，是消费者。

生产者与消费者的同步关系

生产者：

当有界缓冲区中无空位置时，要等待；否则向有界缓冲区放入物品后，要发送消息。

消费者：

当有界缓冲区中无物品时，要等待；否则从有界缓冲区取出物品后，要发消息。

信号灯设置

两个同步信号灯——

sb：

表示空缓冲区的数目，初值=n

sa：

表示满缓冲区（即信息）的数目，初值=0

一个互斥信号灯——mutex：

表示有界缓冲区是否被占用，初值=1

第5章操作系统的资源管理（太多。

直接看书）

5.2死锁及其解决方法（5.2.1、5.2.2、5.2.5）

5.3处理机管理（5.3.2、5.3.5）

5.4主存管理

5.5设备管理