操作系统考试课程重点 中国海洋大学.docx

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操作系统考试课程重点中国海洋大学

1.进程的同步与应用（第二章）：

生产者——消费者问题

in:

=（in+1）modn;输入指针加1；（in+1）modn=out;缓冲池满；

out:

=（out+1）modn;输出指针加1；in=out;缓冲池空；

count=0,生产者向缓冲池中投放一个产品count+1，反之消费者从缓冲池中取走有一个产品则count-1;

Varmutex,empty,full:

semaphore:

=1,n,0;

buffer:

array[0,…,n-1]ofitem;

in,out:

integer:

=0,0;

begin

parbegin

proceducer:

begin

repeat…

produceranitemnextp;…

wait（empty）;

wait（mutex）;

buffer（in）:

=nextp;

in:

=（in+1）modn;

signal（mutex）;

signal（full）;

untilfalse;

end

consumer:

begin

repeat

wait（full）;

wait（mutex）;

nextc:

=buffer（out）;

out:

=（out+1）modn;

signal（mutex）;

signal（empty）;

consumertheiteminnextc;untilfalse;end

parend

end

思路2

利用AND信号量解决

可避免因为wait顺序书写错误，引发的死锁问题

方法

生产者:

…

Swait（empty,mutex）;

buffer[in]:

=nextp;

in:

=（in+1）modn;

Ssignal（mutex,full）;

消费者:

Swait（full,mutex）;

nextc:

=buffer[out];

out:

=（out+1）modn;

Ssignal（mutex,empty）;

…

哲学家问题:

思路1

利用记录型信号量

方法

varchopstick:

array[0,…,4]ofsemaphore;

所有信号量初始值为1；

repeat//第i个哲学家的活动

wait（chopstick[i]）;//拿左筷子

wait（chopstick[（i+1）mod5]）;//拿右筷子

吃饭;

signal（chopstick[i]）;//放左筷子

signal（chopstick[（i+1）mod5]）;//放右筷子

思考;

untilfalse;

思路2

利用AND型信号量

方法

varchopstick:

array[0,…,4]ofsemaphore;

所有信号量全部初始化为1;

repeat

Swait（chopstick[i],chopstick[（i+1）mod5]）;

吃饭;

Ssignal（chopstick[（i+1）mod5],chopstick[i]）;

思考；

untilfalse;

读者——写者问题：

rmutex,wmutex:

semaphore:

=1,1;

readcount:

integer:

=0;

读者进程：

begin

repeat

wait（rmutex）;

ifreadcount=0then

wait（wmutex）;

readcount:

=readcount+1;

signal（rmutex）;

读操作;

wait（rmutex）;

readcount:

=readcount–1;

ifreadcount=0then

signal（wmutex）;

signal（rmutex）;

untilfalse;

end;

写者进程：

begin

repeat

wait（wmutex）;

写操作;

signal（wmutex）;

untilfalse;

End;

利用信号量集解决

VarL,mx：

semaphore：

=RN,1;

读者进程：

begin

repeat

swait（L,1,1）;

swait（mx,1,0）;

读操作;

ssignal（L,1）;

untilfalse;

end;

写者进程：

begin

repeat

swait（mx,1,1,L,RN,0）;

写操作;

ssignal（mx,1）;

untilfalse;

end;

2.进程互斥与同步（第二章）：

1.进程间的同步关系是必然的，而进程间的互斥关系是偶然的。

在一般情况下，互斥的进程并不知道对方的存在，而同步的进程不仅知道其他进程的存在，还要通过与其他进程的通信来达到相互的协调。

2.互斥的各个进程在各自单独执行是时都可以得到正确的结果，但是当他们在临街区内交叉执行时就可能出现问题。

而同步的各个进程，如果各自单独执行将不会完成作业的特定任务，只有当他们互相配合、相互协调推进是才能得到正确的结果

3.互斥的进程只要求她们不能同时进入临界区，而至于哪个先进入则不会产生运行的错误。

但同步进程的协调关系是建立在它们之间执行时序的基础上的，所以各个进程必须按照严格的先后次序执行

4.互斥是一种特殊的同步。

3.银行家算法（第三章）：

Available:

系统中现有资源；Max：

进程所需最大资源；

Allocation:

进程已得到资源；Need：

进程还需要的资源

Request:

进程需要资源数（进程发出的请求）

（1）Request<=Need则判断如果

（2）Request<=Available

则（3）Available[j]:

=Available[j]-Request[j];

Allocation[i,j]:

=Allocation[i,j]+Request[j];

Need[i,j]:

=Need[i,j]-Request[j]；

否则等待

（4）安全性检查，如果安全的正式分配资源，不安全就作废资源分配状态，让进程等待：

Work:

=Available系统中现有各类资源的数目

Finish[i]:

=false初始状态；

Finish[i]:

=true判断系统有足够的资源给进程；

安全性检查：

2从进程合集中找到进程

（1）Finish[i]:

=false

（2）Need[i,j]<=Work[j];找到则3Work[j]:

=Work[j]+Allocation[i,j];

Finish[i]:

=true

Gotothestep2;否则4如果所有进程的Finish[i]:

=true都满足，则系统安全；否则不安全。

4.连续内存分配各种算法（第四章）：

单一连续分配P121

把内存分为系统区和用户区两部分

系统区:

仅提供给OS使用

用户区:

除系统区以外的全部内存空间，供用户使用

单一连续分配的特点

把整个用户区分配给一个程序使用

实际上，用户区又被分为“使用区”和“空闲区”

由于任何时刻用户区中只有一个程序运行，因此只适用于

单道OS

单一连续分配的缺点

由于每次只能有一个程序进入内存，故整个系统的工作效

率不高，资源利用率低

若程序比用户区大，那么它就无法运行。

即大任务无法在

小内存上运行

固定分区分配P122

把用户区划分成若干个大小固定的分区

每个分区只放一个进程

因此，有几个分区就允许几个进程并发

当一个分区空闲时，可选择一个新的进程进入那里运行

由于这些区域是在系统启动时划定的，在进程运行过程中，所获得的区域是不能改变的

划分固定分区的方法

分区大小相等

方法：

所有的分区都大小相等

缺点：

缺乏灵活性，程序太小时，内存浪费；太大时，又无法装入

应用：

控制多个相同的对象（如工业控制机床、锅炉等），因为它们所需的内存空间是大小相等的

分区大小不等

目的：

克服“分区大小相等”的缺点

方法：

把内存划分成多个较小分区、适量中等分区和少量大分区

动态分区分配P123

首次适应算法（FF）

以地址递增次序链接空闲分区

从链首开始查找，找到第一个满足请求大小的分区，从中划出请求大小的空间，余下的仍留在链中（一般从低地址开始划分）

循环首次适应算法

由FF算法演变而成

从上次找到的空闲分区的下一个空闲分区查找

需设置起始查找指针，以指示下次从哪开始查找

最佳适应算法

找能满足分配的最小空闲分区

这要求分区按容量递增顺序排列

动态重定位分配P127

5.分页系统与地址转换（第四章）：

分页：

P130

地址转换：

P132

逻辑地址0=>页号0

偏移量0

物理地址=对应块号*页大小

+偏移量

=2*4K+0

=8K

=8*1024

=8192

6.页面淘汰算法（第四章）：

P149

最佳置换算法：

从内存中移出永远不再需要的页面；如无这样的页面存在，则应选择最长时间不需要访问的页面

先进先出置换算法（FIFO）：

总是选择进程中驻留时间最长的一页淘汰。

即：

先进入内存的页面先淘汰出内存

最近最久未使用（LRU）置换算法：

选择最近一段时间内最久不用的页面进行淘汰。

实现这种技术，是利用页表项的“页面访问位”来记录一个页面自上次访问以来所经历的时间t，并淘汰t最大的页

7.快表（第四章）：

P132

具有快表的地址变换机构

因为页表存储在内存中，这使得每次访问一个数据，必须访问两次内存：

一次是访问页表：

确定数据所在的物理地址

另一次才是访问真正的数据

这使得访问内存的次数加倍，导致系统总的处理速度明显下降

解决的方法

增设一个具有并行查寻能力的特殊高速缓冲寄存器，用于存放当前访问的那些表项

这个高速缓存在IBM系统中取名为快表（TLB），又称为联想存储器

8.SPOOLing技术（第五章）：

P189-P191

SPOOLing技术

脱机输入/输出技术是利用专门的外围控制机，将低速I/O设备上的数据传送到高速磁盘上；或者相反。

SPOOLing技术的实质是模拟脱机输入/输出

基本方法

用一个进程将设备输入的数据暂存到磁盘上,用另一个进程把暂存在磁盘上的数据传送到设备上;这样，便可在主机的直接控制下，实现脱机输入/输出功能.此时的外围操作与CPU对数据的处理同时进行，这种在联机情况下实现的同时外围操作称为SPOOLing，或称为假脱机操作

SPOOLing系统的组成

SPOOLing系统必须建立在具有多道程序功能的OS上

而且应有高速随机外存的支持,这通常是采用磁盘存储技术来实现。

SPOOLing系统主要有以下三部分：

输入井、输出井

磁盘上的两块大存储区，用于暂存输入、输出的数据

输入缓冲区、输出缓冲区

位于内存中，作用是缓和CPU、设备之间的速度差异

输入进程、输出进程

输入进程：

利用输入缓冲区为中介，把输入设备的数据存入输入井

输出进程：

将用户数据存入输出井，设备空闲时，再将输出井中的数据利用输出缓冲区送入设备

利用SPOOLing技术实现共享打印机

SPOOLing系统的特点

提高了I/O的速度

将独占设备改造为共享设备

实现了虚拟设备功能

9.磁盘调度算法（第五章）：

P191-P196

平均寻道长度=移动距离之和/寻道次数

先来先服务（FCFS）

一种最简单的磁盘调度算法。

它根据进程请求访问磁盘的先后次序进行调度。

优点：

公平、简单，且每个进程的请求都能依次地得到处理，不会出现某一进程的请求长期得不到满足的情况。

缺点：

由于未对寻道进行优化，致使平均寻道时间可能较长。

该算法仅适用于请求磁盘I/O的进程数目较少的场合。

最短寻道时间优先（SSTF,ShortestSeekTimeFirst）

该算法首先满足“要求访问的磁道与当前所在磁道之间距离最短”的进程，以使每次的寻道时间最短。

总是优先访问离当前磁头最近的磁道

SSTF算法的平均磁头移动距离明显低于FCFS，因而SSTF较之FCFS有更好的寻道性能，故过去曾一度被广泛采用。

但这种算法不能保证平均寻道时间最短。

进程“饥饿”现象

扫描（SCAN）算法

它是对SSTF算法的改进，以防止老进程出现“饥饿”现象。

该算法不仅考虑到要访问的磁道与当前磁道之间的距离，更优先考虑的是磁头当前的移动方向。

例如，当磁头正在自里向外移动时，SCAN算法所考虑的下一个访问对象，应是要访问的磁道既在当前磁道之外，又是距离最近的。

这样自里向外地访问，直至再无更外的磁道需要访问时，才将磁头换向为自外向里移动。

由于该算法的磁头移动规律颇似电梯的运行，因而又常称之为“电梯调度算法”。

循环扫描（CSCAN）算法

减少SCAN算法造成的这种延迟，CSCAN算法规定磁头只做单向移动。

例如，总是自里向外移动，当磁头移到最外的磁道并访问完后，磁头立即返回到最里的要访问磁道，亦即将最小磁道号紧接着最大磁道号构成循环，进行循环扫描