四级操作系统原理考试真题复习资料全国计算机等级考试NCRE.docx
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四级操作系统原理考试真题复习资料全国计算机等级考试NCRE
计算机四级网络工程师之操作系统
第一章操作系统概论
1、计算机系统包括硬件系统、软件系统。
2、计算机系统的资源包括两大类硬件资源和软件资源。
3、硬件系统：
中央处理器，内存储器，外存储器，以及各种类型的输入输出设备（键盘，鼠标显示器，打印机）。
4、软件系统：
各种程序和数据。
5、软件系统又分为：
应用软件、支撑软件（数据库、网络、多媒体）、系统软件（操作系统、编译器）
6、集中了资源管理功能和控制程序执行功能的一种软件称为操作系统。
7、操作系统的任务：
1）、组织和管理计算机系统中的硬件和软件资源。
2）、向用户提供各种服务功能（一方面，向程序开发和设计人员提供高效的程序设计接口；另一方面，向使用计算机系统的用户提供接口）。
8、操作系统的特征
并发性，共享性，随机性，虚拟性
9、操作系统的功能
进程管理，存储管理，文件管理，作业管理，设备管理，用户接口
10、操作系统的发展
1）、手工操作
2）、监控程序（早期批处理）
3）、多道批处理
4）、分时系统
11、UNIX系统
1）、用C语言编写
2）、是一个良好的、通用的、多用户、多任务、分时操作系统
3）、具有树形文件系统和一定的安全机制
12、个人计算机操作系统
20世纪70年代微软MSDOS单用户单任务
1984年苹果操作系统交互式图形功能
1992年微软交互式图形功能操作系统Windows3.1
1995年微软Windows95
1991年Linux遵从UNIX标准POSIX，继承UNIX全部优点
13、Android操作系统
2007年11月5日Google公司成立开放手持设备联盟（OHA），发布基于Linux2.6内核的Android1.0beta版
14、操作系统分类
1）、按用户界面的使用环境和功能特征分为：
批处理操作系统，分时操作系统，实时操作系统；
2）、按计算机体系结构的发展分为：
个人操作系统、网络操作系统、分布式操作系统、嵌入式操作系统
15、批处理操作系统
特点：
成批处理。
目标：
系统资源利用率高、作业吞吐率高（单位时间内计算机系统处理作业的个数）
优点：
作业流程自动化较高，资源利用率高，作业吞吐量大，从而提高了整个系统效率。
缺点：
用户不能直接及计算机交互，不适合调试程序。
16、一般指令和特权指令
1）、运行模式：
用户模式，特权模式
2）、为用户服务的用户模式称作为目态为系统专用的特权模式称为管态
3）、机器指令划分为一般指令和特权指令，特权指令包括：
输入输出指令，停机指令
17、SPOOLing技术
多道程序的基本思想是在内存中同时保持多大作业，主机可以以交替方式同时处理多个作业。
18、分时系统
设计思想：
分时操作系统将CPU的时间划分为若干个小片段称为时间片
特点：
多路性，交互性，独占性，及时性
分时系统追求的目标是及时响应用户输入的交互命令，用来衡量系统及时响应的指标是响应时间，响应时间越短越好。
19、实时操作系统
实时操作系统是指使计算机能在规定的时间内及时响应外部事件的请求。
实时操作系统主要目标是在严格时间范围内，对外部请求作出反应，系统具有高度可靠性。
实时操作系统具有的几个方面的能力：
1）、具有多道程序系统
2）、实时时钟管理
3）、过载防护
4）、高可靠性
20、嵌入式操作系统
嵌入式操作系统具有高可靠性、实时性、占有资源少、智能化能源管理、易于连接、低成本等优点。
21、个人计算机操作系统
是一种单用户多任务的操作系统。
22、网络操作系统（NOS）
目标：
相互通信及资源共享
两种模式：
集中式模式、分布式模式
23、分布式操作系统（DOS）
特征：
1）、是一个统一的操作系统
2）、实现资源的深度共享
3）、透明性
4）、自治性
集群是分布式系统的一种。
网络操作系统和分布式操作系统主要不同在于：
网络操作系统可以构架于不同的操作系统。
网络操作系统不要求对网络资源透明的访问，对本地资源和异地资源访问区别对待。
分布式操作系统强调单一操作系统对整个分布式系统的管理、调度。
24、智能卡操作系统
指令集有ISO/IEC7816-4
提供的指令类型：
数据管理类、通信控制类、安全控制类
四个基本功能：
资源管理，通信管理，安全管理，应用管理
智能卡硬件资源：
CPU，存储部件，通信接口
25、操作系统结构
1）、整体式结构
2）、层次式结构
3）、微内核（客户机/服务器，典型的WINDOWSNT）
第二章操作系统运行机制
1、处理器的构成：
运算器，控制器，一系列寄存器和高速缓存
运算器：
实现任何指令中的算术和逻辑运算
控制器：
负责控制程序的运行的流程
寄存器：
指令在CPU内部作出处理过程中的暂存数据，地址及指令信息的存储设备。
在计算机的存储系统中具有最快的访问速度
高速缓存：
位于CPU和物理内存之间，一般有内存管理单元管理，访问速度快于内存，低于寄存器
2、处理器中的寄存器：
用户可见寄存器（数据寄存器，地址寄存器，条件码寄存器）
控制和状态寄存器（程序计数器PC，指令寄存器IR，程序状态字PSW）
3、处理器中的指令大致分为5类：
访问存储器指令、算术逻辑指令、I/0指令、控制转移指令、处理器控制指令
4、特权指令和非特权指令
特权指令：
只能由操作系统使用的指令，包括启动某设备指令、设置时钟指令、控制中断屏蔽的某些指令、清主存指令和建立存储保护指令）
非特权指令：
用户可以使用的
5、处理器的状态：
划分为管态和目态
管态：
一般指操作系统管理程序运行的状态，又称为特权态，系统态，
目态：
一般指用户程序运行时的状态，又称为普通态，用户态
6、CPU状态的转换
目态->管态的转换通过中断或者异常
管态->目态的转换通过PSW指令（修改程序状态字）
7、程序状态字PSW
包括：
CPU的工作状态代码、条件码、中断屏蔽码
8、存储体系
作业和程序只有存放在主存储器（又称内部存储器或者内存）中才能运行
9、存储器的层次结构
主要考虑的三个问题：
容量、速度、成本
层次化的存储体系：
寄存器，高速缓存，内存，硬盘存储器，磁带机和光盘存储器
10、存储保护
界地址寄存器（界限寄存器）
存储键
11、中断及异常机制
中断：
CPU对系统中或系统外发生的异步事件的响应。
引起中断的事件称为中断事件或中断源。
中断向量表：
程序状态字WPS+指令计数器PC
12、中断技术解决了主机和外设并存工作的问题
作用：
能充分发挥处理器的使用效率
提高系统的实时能力
13、异常
中断是由外部事件引起的，异常是由正在执行的指令引发的。
14、中断和异常的分类
典型的中断：
时钟中断、输入输出中断、控制台中断、硬件故障中断
典型的异常：
程序性中断、访管指令异常
15、中断系统
中断系统的组成：
中断系统的硬件中断装置和软件中断处理程序
中断请求的接收=>中断响应=>中断处理
16、中断信号的接收、响应和处理过程简要的归纳为：
接收和响应中断，保护中断断点现场，分析中断变量，调用中断处理程序，中断处理结束回复现场，继续执行
17、几种典型的中断的处理
1）、I/0中断
2）、时钟中断
3）、硬件故障中断
4）、程序性中断
5）、系统服务请求（访管中断）
18、中断优先级及中断屏蔽
1）、多级中断及中断优先级
硬件决定了各个中断的优先级别
在同一中断优先级中多2个设备接口中同时又中断请求时：
固定优先数，轮转法
2）、中断屏蔽（可屏蔽和不可屏蔽）
机器故障中断不可屏蔽
19、系统调用
1）、系统调用和一般过程调用区别
系统调用：
调用程序在用户态，被调用程序在系统态
一般过程调用：
在相同状态（核心态或者用户态）
2）、系统调用分类：
进程控制类系统调用
文件操作类系统调用
进程通信类系统调用
设备管理类系统调用
信息维护类系统调用
20、I/O技术
主题：
I/O结构，通道，直接存储器存取（DMA）技术，缓冲技术
1）、通道：
代替CPU对I/O操作的控制，从而使CPU和外设可以并行工作，所以称为I/O处理机
2）、DMA技术自动控制成块数据在内存和I/O单元之间的传送
3）、缓冲技术：
数据暂存技术，设置一个缓冲区。
采用缓冲区的根本目的：
CPU处理数据的能力及设备传输数据速度不相匹配，需要用缓冲区来缓解速度的矛盾。
21、时钟
一般分为：
硬件时钟软件时钟
用途分为：
绝对时钟相对时钟（又称间隔时钟）
第三章进程线程模型
1、多道程序的设计模型
采用多道程序的设计可以提高CPU的利用率
2、程序的顺序执行
顺序性
封闭性
程序执行结果的确定性
程序执行结果的可再现性
3、多道程序设计
通常采用并行操作技术，使系统的各种硬件资源尽量做到并行工作。
4、多道程序设计环境的特点
根本目的：
提高整个操作系统的效率。
衡量系统效率的尺度：
系统吞吐量系统吞吐指在单位时间内系统所处理作业的道数。
多道程序的特点：
独立性，随机性，资源共享性
5、程序的并发执行
并发执行，指两个或两个以上的程序在计算机中同处于已开始执行且尚未结束的状态。
1、并发程序在执行期间具有相互制约关系
2、程序及计算不再一一对应
3、并发程序执行结果不可再现
宏观上是同时进行的，但从微观上，在单个CPU中仍然是顺序执行的
6、进程模型：
进程控制块的概念
从操作系统的角度：
分为系统进程和用户进程（系统进程优先级高于用户进程）
7、进程和程序的联系和区别
联系：
程序是构成进程的组成部分之一，从静态角度，进程是由程序、数据和进程控制块（PCB）组成。
区别：
程序是静态的，进程是动态的
8、进程的特性：
1）、并发性
2）、动态性（动态产生，动态消亡）
3）、独立性（一个进程是相对完整的资源分配单位）
4）、交往性（进程间相互作用）
5）、异步性（相互独立不可预知的速度向前推进）
9、进程的状态及其状态转换
三状态：
运行就绪等待
就绪->运行进程被调度的程序选中
运行->就绪时间片用完
运行->等待等待某事件发生
等待->就绪等待的事件已经发生
五状态：
运行，就绪，阻塞，创建，结束
状态转换：
创建进程，提交，调度运行，释放，超时，事件等待，事件出现。
（P50）
七状态：
运行，阻塞，创建，结束，就绪挂起，阻塞挂起，就绪
新引入的状态：
挂起和激活
10、进程控制块PCB
PCB的内容可以分为调度信息和现场信息两大部分
调度信息包括（进程名，进程号，存储信息，优先级，当前状态，资源清单，“家族”关系，消息队列指针，进程队列指针和当前打开文件）
现场信息（程序状态字，时钟，界地址寄存器）
进程的组成：
程序，数据和进程控制块
11、PCB组织（线性方式，索引方式，链接方式）
12、进程的队列（就绪队列，等待队列，运行队列）
13、进程控制
进程控制是通过原语来实现的。
原语通常由若干条指令所组成，用来实现某个特定的操作。
14、进程控制原语：
创建进程，撤销进程，挂起进程，激活进程，阻塞进程，唤醒进程以及改变进程优先级。
创建原语：
创建一个进程的主要任务是建立进程控制块PCB
撤销原语：
撤销进程的实质是撤销PCB
阻塞原语：
某进程执行过程中，需要执行I/O操作，则由该进程调用阻塞原语把进程从运行状态转换为阻塞状态
唤醒原语：
一个进程因为等待事件的发生而处于等待状态，当等待事件完成后，就用唤醒原语将其装换为就绪状态
15、UNIX通过fork（）函数创建子进程
16、线程模型（更小的独立运行的基本单位——线程）
引入线程是为了减少并发执行时所付出的时间和空间开销。
进程拥有两个基本属性：
进程是一个可拥有资源的独立单位，又是一个可以独立调度和分派的基本单位。
17、线程的基本概念
线程是进程中的一个实体，是CPU调度和分派的基本单位
一个线程可以创建和撤销另一个线程，同一个进程的多个线程之间可以并发执行
线程特性：
每个线程有一个唯一的标识符和一张线程描述表。
不同的线程可以执行相同的程序。
同一个进程中的各个线程共享该进程的内存地址空间。
线程是处理器的独立调度单位，多个线程是可以并发执行的。
一个线程被创建后便开始了它的生命周期。
18、引入线程的好处：
花费时间少、创建的速度比进程块、系统开销少、两线成的切换花费时间少、线程间信息传送速度快、能独立运行
19、线程和进程比较
线程又称为轻量级进程，传统的进程称为重量级进程。
调度：
线程作为调度和分派的基本单位，进程作为资源拥有的基本单位。
并发性：
能更有效地使用系统资源和提高系统的吞吐量。
拥有资源：
线程不拥有系统资源
系统开销：
进程的开销远大于线程的开销
20、线程实现机制
第一种：
用户级线程不依赖于内核典型操作系统：
LINUX
第二种：
内核级线程依赖内核典型操作系统：
Windows
第三种：
混合实现方式同时实现用户级线程和内核级线程典型操作系统：
Solaris
21、进程（线程）调度
一般分为：
高级调度（作业调度），中级调度，低级调度（进程（线程）调度）
进程（线性）调度即处理机调度
22、调度算法的设计原则
1）、进程行为：
当一个进程等待外部设备完成工作而被阻塞的行为属于I/O
某些进程花费了绝大多数时间在计算上面的称为计算密集型（CPU密集型）
在等待I/0花费了绝大多数的时间的称为I/0密集型
2）、系统分类：
通常分为批处理、交互式和实时系统
23、调度算法的设计目标
设计目标：
公平，系统策略的强制执行，保持系统的所有部分尽可能忙碌
通常检查三个指标：
吞吐量，周转时间以及CPU利用率
周转时间：
从一个批处理作业提交时刻开始直到改作业完成时刻为止统计的平均时间
24、进程（线程）调度算法
先来先服务（非抢占式）
最短作业优先（非抢占式）
最短剩余时间优先（抢占式SRTN）
轮转法（R-R）
将CPU处理时间分成一个个时间片，影响时间片的因素（系统响应时间，就绪进程的数目，计算机的处理能力），将时间片设为20-50ms通常是比较合理的折中。
最高优先级算法
多级反馈队列算法（综合了先进先出，时间片，可抢占式）
最短进程优先
实时系统中的调度算法
1）速率单调调度算法（RMS）
2）最早最终时限优先调度（EDF）
第四章并发及同步
1、进程（线程）间相互作用
进程同步是指多个进程中发生的事件存在某种时序关系，必须协同工作，相互配合，以共同的完成一个任务。
进程互斥是指由于共享资源所要求的排他性，进程间要相互竞争，以使用这些互斥资源。
2、进程互斥的解决方法：
一是由竞争各方平等协商，二是引入进程管理者
3、临界资源是指计算机系统中的需要互斥使用的硬件或软件资源
4、计算机中的资源共享的程度可分为三次：
互斥，死锁，饥饿。
互斥是指多个进程不能同时使用同一个资源。
死锁是指避免多个进程互不相让，避免出现都得不到足够资源的情况
饥饿避免某些进程一直得不到资源或得到资源的概率很小
5、临界资源访问过程分成：
进入区，临界区，退出区，剩余区。
6、遵循的准则：
空闲则入，忙则等待，有限等待，让权等待
7、管程：
一个管程由过程变量数据结构等组成的集合
一个管程由四个部分组成：
管程名称，共享数据的说明，对数据进行操作的一组进程和对公共享数据赋初值的语句。
8、管程三个主要特征：
模块化抽象数据类型信息隐蔽
9、进程通信
解决进程之间的大量信息通信的问题有三类方案：
共享内存，消息机制以及通过共享文件进行通信（管道通信），这三种方式可以称为高级通信原语。
10、共享内存：
设有一个公共内存区
11、消息机制：
消息缓冲通信（用来发送消息原语，接收消息原语）
信箱通信（可存信件数，已有信件数，可存信件的指针）
管道通信（UNIX就是连接两个进程之间的一个打开的共享文件）
优点：
传输数据量大但通信速度慢
第五章内存管理
1、计算机系统中的存储器分为两类：
内存储器和外存储器，处理器可以直接访问内存但不能直接访问外存。
CPU通过启动相应的输入/输出设备后才能使外存和内存交换信息。
2、对于内存速度和容量的要求是：
内存的直接存取速度尽量快到及CPU取值速度相匹配，其容量达到能装下当前运行的程序和数据
3、存储器由内存和外存组成。
内存空间由存储单元组成的一堆连续的地址空间，简称内存空间。
内存空间一般分为：
系统区和用户区
4、存储管理的主要任务：
1）、内存的分配和回收
组织方式：
位示图表示法，空闲页面表，空闲块表
内存分配两种方式：
静态分配（程序运行前）和动态分配（在目标模块装入时确定并分配的）。
2）、存储共享：
两个或多个进程共用内存中的相同区域。
内容包括：
代码共享（纯代码）和数据共享。
3）、存储保护：
为多个程序共享内存提供保障，使得内存的各程序只能访问其自己的区域，避免各程序间的相互干扰。
分为地址越界保护和权限保护。
4）、“扩充”内存容量：
在逻辑上扩充了内存容量
5、地址转换：
逻辑地址从“0”开始，绝对地址就是物理地址。
分为地址重定位把逻辑地址装换成绝对地址。
静态重定位把程序的指令地址和数据地址全部转换程绝对地址，在程序执行前完成
动态重定位直接把程序装入到分配的内存区域中，每当执行一条指令时都由硬件的地址转换机构将指令中的逻辑地址转换为绝对地址。
由于地址转换是在程序执行时动态完成的，故称为动态重定位。
6、内存管理方案：
单一用户（连续区）管理，分区管理，页式管理，段式管理，段页式管理
7、分区存储管理方案：
把内存划分为若干个连续区域，每个分区装入一个运行的程序。
分区的方式归纳成固定分区和可变分区。
固定分区：
在程序运行时必须提供对内存资源的最大申请量。
可变分区：
在装入程序时划分内存分区，可变分区有较大的灵活性，比固定分区有更好地内存利用率。
8、移动技术：
解决碎片问题的办法是在适当的时刻进行碎片整理。
移动技术可以集中分散的空闲区，提高内存的利用率，便于作业动态扩充内存。
缺点：
移动技术会增加系统的开销，移动是有条件的。
9、可变分区的实现：
硬件设置两个专用的控制寄存器：
基址寄存器（起始地址）和限长寄存器（存放长度）。
10、空闲分区的分配策略：
最先适应算法，最优适应算法，最坏适应算法，下次适应算法。
11、分区的回收
12、分区的保护：
系统设置界限寄存器，保护键方法
13、分区管理方案的优缺点
在内存利用率方面：
可变分区的内存利用率比固定分区高
缺点：
内存使用仍不充分，并且存在较为严重的碎片问题，浪费处理机时间
14、覆盖技术和交换技术
覆盖技术和交换技术的主要区别是控制交换的方式不同，前者主要是在早期的系统中，而后者目前主要用于小型分时系统。
交换技术又称为对换技术：
进程从内存移到磁盘并再移回内存称为交换。
交换技术多用于分时系统中。
缺点：
在交换时需要花费大量的CPU时间，影响对用户的响应时间。
15、页式存储管理方案
页式存储器使用的逻辑地址由两部分组成，页号和页内地址。
块号=字号*字长+位号
16、地址转换及块表
物理地址=内存块号*块长+页内地址
页表：
多级页表，大多数操作系统采用二级页表，
散列页表
反置页表
17、快表：
当要按给定的逻辑地址进行读写时，必须访问两次内存，第一次按页号读出页表中对应的块号，第二次按计算出来的绝对地址进行读写
为了提高存取速度，采用两种方法：
一种是在地址映射机制中增加一组高速寄存器保存页表，另一方法是在地址映射机制中增加一个小容量的联想存储器（相联存储器）
18、虚拟存储技术及虚拟页式存储管理方案的实现
虚拟存储技术：
利用大容量的外存来扩充内存（简称虚拟内存）
虚拟存储技术同交换技术在原理上市类似的：
交换技术是以进程为单位进行的，而虚拟存储一般是以页或段为单位。
虚拟页式存储管理
在使用虚拟页式存储管理时需要在页表中增加以下的表项：
页号，有效号，页框号，访问位，修改位，保护位，禁止缓存位
19、缺页中断：
要访问的页面不在内存中。
20、页面调度策略：
调入策略（外存调入内存），置业策略和置换策略。
21、置换策略分为（固定分配局部置换，可变分配全局置换，可变分配局部置换）
22、页面置换算法：
刚被调出的页面又要立即要用，因而又要把他装入，频繁的调度，这种现象称为抖动或者颠簸
页面置换算法有：
先进先出页面置换算法（FIFO）
最近最少使用页面置换算法（LRU）
最近最不常使用页面置换算法（LFU）
理想页面置换算法（OPT）
最近未使用页面置换算法（NRU）
第二次机会页面置换算法
时钟页面置换算法（Clock）
23、缺页中断率：
缺页中断率及缺页中断的次数有关
影响缺页中断率的因素：
分配给程序的内存块数，页面的大小，程序编制方法，页面置换算法。
24、段式和段页式存储管理方案：
系统将内存空间动态分为若干个长度不同的区域，每个区域称作一个物理块，每个物理块在内存中有一个起始地址，称作段首止，从0开始编址，用户程序的逻辑地址由段号和段内地址组成。
自己细看***段式存储
第六单元文件管理
1、文件：
可以被解释为一组带有标识的、在逻辑意义有完整的意义的信息项的序列，这个标识为文件名，信息项是构成文件内容的基本单位。
2、各种文件系统的文件命名不尽相同。
文件系统的文件名：
solaris的UFS长度可达255个字符，FAT12（MS-DOS8个字符，外加句点和3个字符的拓展名，NTFS也可达到255个字符）
FAT12不区分大小写EXT2区分大小写。
FAT12只使用ACSII，MS-DOS和windows2000/XP对不同的后缀有特定的解释。
3、文件系统：
是操作系统中统一管理信息资源的一种软件。
文件系统还负责对文件的按名存取和对文件进行存取控制
4、文件分类：
按文件的用途：
系统文件，库函数文件，用户文件
按文件组织形式：
普通文件目录文件特殊文件
一些常见的文件分类方式：
按文件的保护方式：
只读文件，读写文件，可执行文件，无保护文件
按文件的信息流向分类：
输入文件，输出文件，输入输出文件
按文件的存放时限：
临时文件，永久文件，档案文件
按文件的介质类型：
磁盘文件，磁带文件，卡片文件，打印文件
按文件的组织结构：
逻辑文件（流式文件和记录式文件）物理结构（顺序文件，链接文件，索引文件）
UNIX类操作系统的文件分类：
普通文件，目录文件，特殊文件
5、文件的结构
文件的逻辑结构：
分为三类无结构的字符流式文件，定长记录文件和不定长记录文件。
定长记录文件和不定长记录文件统称为记录式文件。
流式文件：
是有序字符的集合，UNIX是流式文件结构。
记录式文件：
是一组有序记录的集合。
构成文件的基本单位是记录，记录式文件分为：
定长记录文件和不定长记录文件
6、文件的物理结构：
常见的文件的物理结构：
顺序结构，链接结构，索引结构
Windows的FAT文件系统采用的是链接结构。
7、文件的存储介质：
文件在存储设备上的存取，顺序存取设备（磁带），随机存取设备（典型设备：
磁盘）
磁盘上每个物理块的位置可以用柱面号，磁头号，扇区号表示
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