操作系统期末复习要点 1.docx
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操作系统期末复习要点1
操作系统期末复习
第一章操作系统概述
1、计算机系统的组成
硬件和软件组成。
硬件：
中央处理机（CPU）、存贮器—包括主存和辅存（又叫外存）和输入输出设备。
软件：
操作系统、实用程序和应用程序
2、OS的设计目标
①提高系统资源的利用。
②方便用户使用。
3、OS的三个基本类型、各自的特点和适应范围
三个基本类型：
多道批处理系统、分时系统和实时系统
■多道批处理特点：
①有效地提高了资源的利用效率。
②提高系统的吞吐量。
③用户与作业之间无法交互。
④作业平均周转时间较长。
适应范围：
计算量大的和I/O量大的作业合理搭配。
■分时系统特点：
①同时性②独立性③交互性④及时性
适应范围：
计算量小的不成熟的作业。
■实时系统的特点
①实时性。
②高度安全可靠性。
适应范围：
专用系统，不强调资源的利用效率。
4、什么是吞吐量和周转时间？
衡量OS的性能指标有哪些？
吞吐量（Throughput）：
指单位时间内系统所处理的信息量。
周转时间：
指从作业进入系统到作业退出系统所用的时间。
衡量OS的性能指标：
资源利用率、吞吐量、周转时间
5、OS包括哪些功能和特性？
■OS的功能
①处理机管理②存储器管理③设备管理
④文件管理。
⑤作业管理。
■特性
①并发性。
②共享性。
6、有哪些类型的OS？
除了多道批处理、分时、实时系统外，还有个人计算机
操作系统、计算机的网络操作系统、分布式操作系统
7、多道程序设计的概念及特点
■概念
主存中同时存放多个作业，使之同时处于运行状态的程序
设计方法。
■特点
①内存多道并行②宏观上并行③微观上串行
第二章进程管理
1、程序顺序执行的特点
①运行程序独占系统资源，形成程序执行环境的封闭性。
②程序执行的初始条件不变时，其执行结果是唯一的，或
结果的可再现性。
2、进程的概念和特点
进程是程序的一次执行。
特点：
①动态性②并发性③独立性④异步性
3、进程有哪三部分组成？
从结构上看（或静态的看），进程是由程序、数据和进程控
制块（PCB）三部分组成。
4、进程控制块的组成和作用
组成：
它包含了进程的描述信息、控制信息和资源信息。
作用：
PCB存储有关进程的各种信息，操作系统根据PCB
中存放的有关信息来对进程进行控制和管理，它是进程存在的唯一标识，
5、进程三个基本状态及相互转换
三种基本状态：
运行态（running）、阻塞态（blocked）、就绪态（ready）
运行态→阻塞态：
等待某个条件发生
运行态→就绪态:
①时间片用完
②有更高的优先级的进程变为就绪
就绪态→运行态：
进程调度
阻塞态→就绪态：
进程等待的某个事件的发生
6、什么是原语？
操作系统中一些具有特定功能的程序段，该程序段在执行时不允许被中断的，具有这样特点的程序段叫原语。
进程控制就是由原语实现的。
要求知道进程创建、删除、阻塞和唤醒的作用。
7、引起进程之间的同步与互斥的原因是什么？
进程由于共享资源而引起关系为间接制约关系，又叫互斥；进程由于协作完成同一个任务而引起的关系为直接制约关系，又称为同步。
8、 什么是临界资源？
什么是临界区？
临界资源：
一次只允许一个进程使用的资源。
临界区:
就是每个进程访问临界资源的那段必须互斥执行的程序。
9、解决进程之间互斥的方法
开、关中断法，加锁、开锁（又叫测试与设置），信号量
与PV操作。
10、信号量与PV操作的物理意义和作用
信号量表示资源的物理实体。
它由两部分组成。
值域部分表示该类资源的可用数量；指针部分是等待使用该类资源的进程排成队列的队列头指针。
从物理意义上理解，P操作相当于申请资源；V操作相当于释放资源。
■P操作的作用：
执行P操作时，将信号量value的值减1，若value>=0，则执行P操作的进程继续执行；若value<0,则执行P操作进程变为阻塞状态，并排到与该信号量有关的pointer所指队列中等待。
■V操作的作用：
执行V操作时，将信号量value的值加1，若value的值不大于0，则执行V操作的进程从与该信号量有关的pointer所指队列中释放一个进程，使它由阻塞变为就绪状态，之后执行V操作进程继续执行或转进程调度；否则，继续前进。
11、利用P、V操作能解决进程之间的同步与互斥
12、进程调度方式与区别及进程调度的时机
进程调度方式：
①非剥夺方式（Non-preemptivemode）；
②剥夺方式（Preemptivemode）。
区别：
非剥夺式调度：
调度程序一旦把CPU分配给某一进程后便让它一直运行下去，直到进程完成或发生某事件而不能运行，才将CPU分给其它进程。
剥夺式调度：
当一个进程正在执行时，系统可以基于某种策略剥夺CPU给其它进程。
进程调度的时机有：
①正在执行的进程正确完成或由于某种错误而中止运行。
②执行中的进程提出I/O请求，等待I/O完成时，转进程调
度。
③在分时系统中，按照时间片论转，分给进程的时间片用
完时。
④在可剥夺调度方式中，按照优先级调度时，有更高优先
级进程变为就绪时。
⑤在进程通讯中，执行中的程序执行了某种原语操作，都
可能引起进程调度。
13、死锁产生的四个必要条件及解决死锁的办法
死锁产生的四个必要条件：
①互斥条件
②不可抢占条件
③部分分配条件
④循环等待条件：
解决死锁的办法：
预防、避免、检测与恢复
14、当进程对信号量S执行P、V操作时，S的值发生变化，当S>0、S=0和S<0时，其物理意义是什么？
P操作：
S>0申请资源成功；S=0申请资源成功且没有剩余
资源；S<0只有等待（或阻塞）。
V操作：
S>0没有等待进程；S=0有一个进程等待，由阻
塞态变就绪态；S<0有一个以上进程等待。
第三章处理机调度
1、CPU调度的基本原则
尽量提高CPU的效率和增加作业的吞吐率。
这样，在考虑作业调度算法时，要尽可能使作业搭配合理。
2、用户与OS之间的接口方法
①命令接口
根据控制方式不同，提供给联机操作的用户是键盘操作命
令；提供给脱机操作用户的是作业控制语言，用户利用这
些命令组织和控制作业的执行。
②程序级接口—系统调用
用户程序利用系统调用请求资源和获得系统核心的服务。
3、CPU调度方式分为哪四级？
■作业调度：
又称为宏观调度或高级调度，其主要任务是按一定的原则对外存输入井上的大量后备作业进行选择，给选出的作业分配内存、输入输出设备等必要资源，并建立了相应的进程，以使该作业的进程获得竞争处理机的权利。
■交换调度：
又称为中级调度，其主要任务是按一定的原则和策略，将处于外存交换区中的就绪状态或等待状态的进程调入内存，或把处于内存就绪状态或内存等待状态的进程交换到外存交换区，交换调度主要涉及内存管理与扩充。
■进程调度:
又称为微观调度或低级调度，其主要任务是按照某种策略和方法选取一个处于就绪状态的进程占用处理机。
■线程调度。
4、进程调度的功能
v记录系统中所有进程的执行情况。
操作系统的进程管理模块必须将系统中各进程的执行情况和运行状态记录在各进程的PCB表中。
v选择占有处理机的进程。
进程管理模块按照一定的策略选择一个处于就绪状态的进程，使其获得处理机执行。
v进行进程上下文的切换。
一个进程的上下文包括进程的状态、有关变量和数据结构的值、硬件寄存器的值和PCB以及程序等，一个进程的执行是在进程的上下文中执行，当正在执行的进程由于某种原因要让出处理机时，系统要进行上下文的切换，以使另一个进程在CPU上运行。
5、作业调度完成哪些功能？
■记录系统中各作业的状况；
■从后备队列中挑选出一部分作业投入运行；
■为选中的作业做好执行前的准备工作；
■在作业执行结束时做善后处理工作（如：
撤销该作业的
全部进程PCB和作业控制块JCB）。
6、作业调度的目标是什么？
■对所有的作业应该是公平合理的；
■应使设备具有较高的利用率；
■单位时间内执行尽可能多的作业；
■有较快的响应时间。
7.衡量作业调度算法优劣的标准是什么?
（1）周转时间：
①作业i的周转时间Ti为:
Ti=Tei-Tsi
其中：
Tsi为作业的提交时间
Tei为作业的完成时
②所有作业的平均周转时间为T=/n
其中：
n为作业数（T越小越好）
（2）带权周转时间：
①带权周转时间是作业周转时间与作业执行时间之比。
Wi=Ti/Tri其中：
Tri作业的执行时间
②平均带权周转时间为：
W=/n
8、进程调度的功能是什么？
v记录系统中所有进程的执行情况。
操作系统的进程管理模块必须将系统中各进程的执行情况和运行状态记录在各进程的PCB表中。
v选择占有处理机的进程。
进程管理模块按照一定的策略选择一个处于就绪状态的进程，使其获得处理机执行。
v进行进程上下文的切换。
一个进程的上下文包括进程的状态、有关变量和数据结构的值、硬件寄存器的值和PCB以及程序等，一个进程的执行是在进程的上下文中执行，当正在执行的进程由于某种原因要让出处理机时，系统要进行上下文的切换，以使另一个进程在CPU上运行。
9、引起进程调度的原因主要包括哪些?
（1）正在执行的进程执行完毕。
（2）执行中的进程自己调用阻塞原语将自己阻塞起来进入睡眠状态。
（3）执行中的进程因申请外部设备而没有得到被阻塞。
（4）使用CPU的时间片到。
（5）就绪队列中的某进程的优先级变得高于当前执行进程的优先级，从而也将引发进程调度。
10、评价进程调度性能的衡量方法
■定形衡量：
（1）可靠性。
包括一次进程调度是否可能引起数据结构的破坏，这要求对调度时机的选择和保存CPU现场非常谨慎；
（2）简洁性。
要求进程调度不要产生较大的系统开销，以免消耗过多资源。
■定量衡量：
（1）CPU利用率评价；
（2）进程在就绪队列中等待时间与执行时间之比。
11、调度算法
■先来先服务（FCFS）调度算法
■时间片轮转法（roundrobin）
■多级反馈轮转法
把就绪队列按照进程到达就绪队列的类型和进程被阻塞时的阻塞原因分成不同的就绪队列，每个队列按FCFS原则排列，各队列之间的进程享有不同的优先级，但同一队列内优先级相同。
当一个进程在执行完它的时间片之后，或从睡眠中被唤醒以及被创建之后，将进入不同的就绪队列。
多级反馈轮转法与优先级法在原理上的区别是，一个进程在它执行结束之前，可能需要反复多次通过反馈循环执行，而不是优先级法中的一次执行。
■优先级算法
首先，系统或用户按某种原则为作业或进程指定一个优先级来表示该作业或进程所享有的调度优先权。
该算法的核心是如何确定进程或作业的优先级（静态优先级/动态优先级）。
1.作业静态优先级按以下原则确定
（1）由用户自己根据作业的紧急程度输入一个适当的优先级
（2）由系统或操作员根据作业类型指定优先级;
作业类型:
I／O繁忙的作业;CPU繁忙的作业;I／O与CPU
均衡的作业;一般作业等。
（3）系统根据作业要求资源情况确定优先级。
2.进程静态优先级按以下原则确定
（1）按进程的类型给予不同的优先级。
进程类型:
I／O繁忙的进程;CPU繁忙的进程;
I／O与CPU均衡的进程;一般进程等。
（2）将作业的静态优先级作为它所属进程的优先级。
3.进程的动态优先级按以下原则确定
（1）根据进程占有CPU时间的长短来决定。
一个进程占有处理机的时间愈长，则在被阻塞之后再次获得调度的优先级就越低，反之，其获得调度的可能性就会越大。
（2）根据就绪进程等待CPU的时间长短来决定。
一个就绪进程在就绪队列中等待的时间越长，则它获得调度选中的优先级就越高。
由于动态优先级随时间的推移而变化，系统要经常计算各进程的优先级，因此，系统要为此付出一定的开销。
■最短作业优先法（ShortestJobFirst，SJF）
最短作业优先法（SJF）就是选择那些估计需要执行时间最短的作业投入执行
■最高响应比优先法（HighestResponseratioＮext，HRN）
最高响应比优先法（HRN）是对FCFS方式和SJF方式的一种综合平衡。
HRN调度策略同时考虑每个作业的等待时间长短和估计需要的执行时间长短，从中选出响应比最高的作业投入执行。
响应比R定义如下：
R=（W+T）/T=1+W/T
其中T为该作业估计需要的执行时间，W为作业在后备状态队列中的等待时间。
每当要进行作业调度时，系统计算每个作业的响应比，选择其中R最大者投入执行。
这样，即使是长作业，随着它等待时间的增加，W/T也就随着增加，也就有机会获得调度执行。
12、为了实现系统保护，CUP通常分为哪几种执行方式？
各方式下执行什么程序？
方式之间的转换条件是什么？
分为用户态、核心态（系统态）。
在用户态下，执行用户程序，在核心态下，执行操作系统程序。
用户程序中使用系统设备和请求操作系统服务时，调用系统调用。
当用户程序执行系统调用命令时，CPU由用户态变为核心态，转去执行系统调用命令，执行完成以后，返回用户程序执行之前，CPU的状态由核心态变为用户态，再继续执行用户程序。
第四章存储器管理
1、存储管理的目的
①尽量方便用户；
②提高主存的利用率。
2、存储器管理所涉及的四方面的研究课题
① 存贮器的分配与回收；②地址转换或重定位；
③存贮器保护；④存贮器扩充
3、内存划分为两大部分
操作系统区和用户区，存储器管理是针对用户区的管理。
4、常用的两种存储保护机构
①界地址寄存器保护法
②存储键保护法
5、存贮器保护的目的
①防止用户程序彼此破坏；
②防止破坏操作系统。
6、存储器管理所涉及的几个概念
物理地址与逻辑地址物理地址空间与逻辑地址空间
绝对地址与相对地址绝对地址空间与相对地址空间
实地址与虚地址实地址空间与虚地址空间
存储空间：
指物理存贮器中全部物理单元的集合所限定的空间。
地址重定位：
把程序地址空间的相对地址（逻辑地址/虚地址）转换为存贮空间的绝对地址（物理地址/实地址）的工作叫地址重定位。
7、地址重定位方式及区别
静态重定位：
在装入作业时，由装入程序把用户程序中的
指令地址和数据地址全部转换成存贮空间的
绝对地址。
动态重定位：
装入程序时，程序中的指令和数据地址保持不
变，当执行访问内存操作时，靠硬件的地址转换机构来完成地址动态重定位。
8、存储器管理方案通常有哪些？
各有什么特点？
■存储器管理技术通常有哪些？
分区管理:
静态分区（固定分区）和可变分区。
分页管理：
静态页式和动态页式（请求页式管理和预调入
页式管理）
分段管理：
段页式管理：
分区管理的特点：
一个作业占有连续的内存区（占用一块连续的存储空间），容易产生碎片（固定分区产生内碎片，可变分区产生外碎片）。
■分页管理特点：
一个作业允许占有不连续的存储块（块/页
面），解决了碎片问题（产生内碎片）。
■段页式管理特点：
综合了段式和页式管理各自的优点。
问题：
各种管理技术的基本思想是什么？
9、可变式分区管理空闲区的方法、存储器的保护方式
管理空闲区的方法有：
表格法、空闲区链法、位示图法。
其中表格法、空闲区链法采用的算法有：
最先适应法、最佳适应法、最坏适应法。
10、实现内存扩充的三种技术
■覆盖技术
■交换技术
■虚拟存储器：
严格意义上说，虚拟存储器不单纯是内存扩充技术，而是一种计算机体系结构的设计思想，实现内外存储器的统一管理、统一分配，具体的实现技术是交换技术。
11、什么是虚拟存储器？
支持虚存的技术基础是什么？
虚存大小由什么决定？
虚拟存贮器是指一种实际上并不存在的虚假存贮器，它是系统为了满足应用对存贮器容量的巨大需求而构造的一个非常大的地址空间（即编程空间）。
支持虚存的技术基础：
一定的内存；一部分外存；地址变换机构。
虚存的大小由CPU地址长度决定的。
12、页表中增加三个控制位的作用
状态位：
用来指示某页是否在主存，以决定是否产生缺页中断；
13、请求页式管理中的置换算法
■随机淘汰算法（RG）
随机地选择某个用户的页面并将其换出。
■轮转法（RR）
循回换出内存可用区内一个可以被换出的页面，
■最佳算法（OPT）
选择“未来不再使用的”页面被置换。
这当然是一种理想
情况，在实际执行中根本无法预知的，因而不能实现。
■先进先出淘汰算法（FIFO）；
■最近最久未使用的页面置换算法（LRU）
最不经常使用的页面淘汰算法（LFU）
最近没使用的页面淘汰算法（NUR）
15、什么是抖动（Thrashing）现象
■在请求式页式管理中，在作业或进程运行过程中，当发现欲访问的页不在内存时，将产生缺页中断，分两种情况：
（1）如果主存中有空闲页面，则将所缺的页调入主存即可
（换入）。
（2）如果主存中没有空闲的页面，则将调用置换算法将主存
的某一个页面淘汰出去（换出）。
■如果置换算法选择不当，有可能产生刚被换出内存的页又要马上被换入内存，而换入内存不久又马上被换出，如此反复将使整个系统的页面调度非常频繁，以致大部分时间都花费在主存和辅存之间来回换入和换出上，这种现象称为抖动现象。
14、什么是程序的局部性原理？
由模拟实验知道，在几乎所有的程序的执行中，在一段时间内，CPU总是集中地访问程序中的某一个部分而不是随机地对程序所有部分具有平均访问概率。
把这种现象称为局部性原理。
第五章文件系统
1、什么叫文件？
文件是一段程序或数据的集合（文件是一组逻辑上相关的信息集合）。
在计算机系统中，文件被解释为一组赋名的相关联字符流的集合，或者是相关联记录（一组相关信息单位）的集合。
文件的两种解释定义了两种文件形式。
2、什么是文件的透明存取？
透明存取是指不必了解文件存放的物理结构和查找方法
等与存取介质有关的部分，只需给定一个相应的文件
名，文件系统就可自动完成对所给定的文件的相关操作。
3、文件系统必须完成下列工作：
1）为了合理的存放文件，必需对磁盘等辅助存储器的空间进行统一管理。
附存空间的分配和回收。
（2）为了实现按名存取，需要有一个用户可见的文件逻辑结构，用户按照文件逻辑结构所给定的方式进行信息的存取和加工。
这种逻辑结构是独立于物理存储设备的。
（3）文件在存储设备上应按一定的方式存放。
这种存放方式被称为文件的物理结构。
（4）完成对存放在存储设备上的文件信息的查找。
（5）完成文件的共享和提供保护功能。
①字符流文件是一种无结构文件或流式文件。
目前常用的操作系统，例如UNIX操作系统，MS-DOS等均采用无结构文件形式。
无结构文件由于采用字符流方式，与源程序、目标代码等在形式上是一致的，因此，该方式适用于源程序、目标代码等文件。
②由相关联记录组成的文件中的基本信息单位是记录。
记录是由N（N>1）个字节组成的具有特定意义的信息单位。
记录式文件主要用于信息管理。
3、文件有几种逻辑结构？
常用的存取方式有几种？
■逻辑结构
①字符流式的无结构文件（或非记录式文件）
②有结构的记录式文件（定长记录式文件和非定长记录式文件）
■存取方式
①顺序存取
②随机存取法（直接存取法）
4、文件的逻辑组织和物理组织
（1）逻辑组织：
用户对文件的观察和使用常以编制时的组织
方式来对待文件的组织方式，称为文件的逻
辑组织（记录式文件和非记录式文件）。
（2）物理组织：
系统程序员常按文件具体在辅存上是如何存
放、如何组织来看待文件的组织形式，称为
文件的物理组织。
文件的物理结构
在文件系统中，文件的存储设备通常画分为若干个大小相等的物理块，每块长为512或1024字节。
与此相对应，为了有效地利用存储设备和便于系统管理,一般把文件信息也画分为与物理存储设备的物理块大小相等的逻辑块。
从而，以块作为分配和传送信息的基本单位
有哪些常用的文件物理结构？
（1）连续文件
（2）串联文件（链接结构）
（3）索引文件
7、空闲块管理方法有几种？
（1）空闲文件目录
（2）空闲块链
（3）位示图
第六章设备管理
1．I/O设备通常大致可分为哪两大类？
各自传输的信息单位有什么特点？
■字符设备（键盘、打印机等）
字符设备的数据传输单位是字符；
■块设备（磁盘、磁带等）
块设备的数据传输单位是字符块。
2．常用的数据传输方式有哪四种方式？
程序查询方式、中断方式、DMA方式和通道方式。
3.设备管理的主要任务
（1）选择和分配I/O设备以进行数据传输操作；
（2）控制I/O设备以实现内外存之间的数据交换；
（3）为用户提供友好的透明接口，把用户和设备硬件特性分
开，使得用户在编制应用程序时不必涉及具体设备，系
统按用户要求控制设备工作。
（4）提高设备和设备之间、CPU和设备之间，以及进程和进程
之间的并行操作度，以使操作系统获得最佳效率
4.设备管理的主要功能
（1）提供设备和进程之间的接口。
当进程要求设备资源时，
该接口将进程要求转达给设备管理程序；
（2）设备的分配。
按照设备类型和相应的分配算法把设备和其它有关的硬件分配给请求该设备的进程，并把未分配到所请求设备或其他有关硬件的进程放入等待队列；
（3）实现设备与设备、设备与CPU等之间的并行操作。
这需要有相应的硬件支持。
如：
除了装有控制状态寄存器、数据缓冲寄存器等控制器之外，对应于不同的输入输出（I/O）控制方式，还需要有DMA或通道等硬件的支持。
5．根据设备的使用方式，设备被分为几种类型？
何为虚拟设备？
独占型、共享型和虚拟型设备。
虚拟型设备是指用共享设备的一部分空间来模拟独享设备
的一种I/O技术。
6．什么是通道？
有几种类型？
各有什么特点？
通道（I/O处理机），它代替CPU控制设备完成输入输出的
I/O操作。
（1）字节多路通道
以字节为单位传送数据，它主要用来连接大量的低速设
备，如终端、打印机等。
（2）数组多路通道
以块为单位传送数据，它具有传送速率高和能分时操作
不同的设备等优点。
数组多路通道主要用来连接中速块
设备，如磁带机等。
（3）选择通道
选择通道一次只能控制一台设备进行I/O操作
7、何为设备的独立性？
设备独立性是指用户及用户程序不受系统配置的设备类型和具体设备的台号的影响。
用户只是使用逻辑设备，具体的映射由操作系统完成。
8、什么是SPOOLING技术？
以输出为例，说明它的实现原理。
SPOOLING技术是指系统利用共享设备的一部分空间来模拟独享设备的一种I/O技术。
9、缓冲区的种类
10、设备分配用数据结构、分配算法（分配流程）
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