西工大操作系统期末复习资料.docx

1、西工大操作系统期末复习资料1. 操作系统是管理系统资源、控制程序执行，改善人机界面，提供各种服务，合理组织计算机工作流程和为用户有效使用计算机提供良好运行环境的一种系统软件。它可被看作是用户和计算机硬件之间的一种接口，是现代计算机系统不可分割的重要组成部分。2. 操作系统的主要目标方便性：配置OS后，用户可以通过OS所提供的各种命令，更容易地使用计算机系统。有效性：可使CPU和I/O设备由于能保持忙碌状态而得到有效的利用；由于可使内存和外存中存放的数据有序而节省了存储空间。可扩充性：OS应采用层次化结构，以便增加新的功能层次和模块，并能修改老的功能层次和模块。开放性：为使来自不同厂家的计算机和

2、设备能通过网络加以集成化，并能正确、有效地协同工作，实现应用的可移植性和互操作性，必须具有统一的开放环境，进而要求OS具有开放性。3. 操作系统的作用 OS作为用户与计算机硬件之间的接口 OS作为虚拟计算机 OS作为计算机系统的资源管理者4. 操作系统的主要特性:一-并发性、二-共享性、三-异步性、四-虚拟性。5. 并发性指两个或两个以上的事件或活动在同一时间间隔内发生。并行性指两个或两个以上事件或活动在同一时刻发生。6. 虚拟性是指操作系统中的一种管理技术，它是把物理上的一个实体变成逻辑上的多个对应物，或把物理上的多个实体变成逻辑上的一个对应物的技术，显然，前者是实际存在的而后者是虚构假想的

3、。7. 操作系统的主要功能：处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理、网络与通信管理、用户接口8. 处理机管理(1)处理器管理的第一项工作是处理中断事件处理器管理的第二项工作是处理器调度。(2)处理器管理具体包括： 进程控制和管理 进程同步和互斥 进程通信和死锁 线程控制和管理 处理器调度，分作业调度，中程调度，低级调度等9.存储管理具有四大功能：存储分配、存储共享、地址转换与存储保护、存储扩充10.设备管理具有以下功能：设备分配、缓冲管理、设备驱动、设备独立性、实现虚拟设备11.文件管理要完成以下任务：提供文件逻辑组织方法、提供文件物理组织方法、提供文件的存取方法、提供文件的使用方法、实现文

4、件的目录管理、实现文件的存取控制、实现文件的存储空间管理12.人工操作方式 特点:用户独占全机、CPU等待人工操作、独占性、串行性缺点:计算机的有效机时严重浪费、效率低13.脱机I/O方式的主要优点如下：（1）减少了CPU的空闲时间。（2) 提高I/O速度。14.单道批处理系统的主要特征如下：(1) 自动性 (2) 顺序性 (3) 单道性15. 多道程序设计的基本概念在计算机内存中同时存放若干道已开始运行尚未结束的程序，它们交替运行，共享系统中的各种硬、软件资源，从而使处理机得到充分利用.16.多道批处理系统的特点 多道： 多道指某个作业占用CPU，若由于某种原因暂时不用CPU 则系统让第二个

5、作业占用CPU 成批处理： 用户自己不能干预自己作业的运行，一旦发现作业错误不能及时改正，并延长开发软件时间，所以适用于成熟的程序。 无序性 调度性 17.多道批处理系统的优缺点(1)资源利用率高 (2) 系统吞吐量大 (3)可提高内存和I/O设备利用率(4)平均周转时间长(5)无交互能力。适合大型科学计算、数据处理。18.多道批处理需要解决的问题:(1)处理机管理问题。(2) 内存管理问题。(3) I/O设备管理问题。(4) 文件管理问题。(5) 作业管理问题。19.分时系统是指，在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的

6、资源。20.分时操作系统特点 多路性：同时有多个用户使用一台计算机。宏观上，是多个人同时使用一个CPU；微观上，多个人在不同时刻轮流使用CPU。 交互性：用户根据系统响应结果进一步提出新请求(用户直接干预每一步)。 独立性：用户感觉不到计算机为其他人服务（OS提供虚机器，各用户虚机器互不干扰）。 及时性：系统对用户提出的请求及时响应。21.实时系统(Real-Time System)是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。22.进程的概念 进程是程序的一次执行。 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动。 进程是可与其

7、他程序并发执行的程序，在一个数据集合上的运行过程。它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。进程与程序的区别 程序是静态的，进程是动态的; 进程更能真实地描述并发,而程序不能; 同一程序同时运行于若干个数据集合上，它将属于若干个不同的进程。也就是说同一程序可以对应多个进程； 进程有生命周期，有诞生有消亡，短暂的；而程序是相对长久的; 程序可作为软件资源长期保存，进程只是一次执行过程，是暂时的； 进程是系统分配调度的独立单位，能与其他进程并发执行; 进程是由程序和数据两部分组成的； 进程具有创建其他进程的功能，而程序没有。 运行中的进程可能具有三种状态：就绪状态、执行状态、阻塞状态；这三种基本状

8、态可以依据一定的条件相互转换：就绪 - 运行:调度程序选择一个新的进程运行；运行 - 就绪:运行进程用完了时间片运行进程被中断，因为一高优先级进程处于就绪状态；运行 - 阻塞:当一进程必须等待时，OS尚未完成服务、对一资源的访问尚不能进行、初始化I/O 且必须等待结果、等待某一进程提供输入 (IPC)；阻塞 - 就绪；当所等待的事件发生时。 系统为了管理进程设置的一个专门的数据结构，存放了用于描述该进程情况和控制进程运行所需的全部信息。 系统利用PCB来控制和管理进程，所以PCB是系统感知进程存在的唯一标志 进程与PCB是一一对应的进程控制块PCB23.进程控制的主要任务 进程控制是对系统中所

9、有进程从产生、存在到消亡的全过程实行有效的管理和控制。进程控制一般是由操作系统的内核来实现，内核在执行操作时，往往是通过执行各种原语操作来实现的。 内核：加在硬件上的第一层软件，通过执行各种原语操作来实现各种控制和管理功能，具有创建、撤消、进程通信、资源管理的功能。 内核的基本功能:支撑功能：中断处理、时钟管理、原语操作资源管理功能：进程管理、存贮管理、设备管理 原语：是由若干多机器指令构成的完成某种特定功能的一段程序，具有不可分割性。即原语的执行必须是连续的，在执行过程中不允许被中断。24.进程同步的主要任务是使并发执行的进程间有效的共享资源和相互合作，从而使程序的执行具有可再现性。25.临

10、界资源： 系统中某些资源一次只允许一个进程使用，称这样的资源为临界资源或互斥资源或共享变量。多个进程访问同一资源的临界区称为相关临界区。26.使用互斥区的原则 空闲让进：当无进程在互斥区时，任何有权使用互斥区的进程可进入 忙则等待：不允许两个以上的进程同时进入互斥区 有限等待：任何进入互斥区的要求应在有限的时间内得到满足 让权等待：处于等待状态的进程应放弃占用CPU，以使其他进程有机会得到CPU的使用权。27信号量：是一个数据结构 定义如下： V(s) = +; if = 0)/意味着原有资源已用完,等待队列非空 唤醒相应等待队列中等待的一个进程 改变其状态为就绪态 并将其插入就绪队列 str

11、uc semaphore int value; pointer_PCB queue; P(s) = -; if 0) 该进程状态置为等待状态; 将该进程的PCB插入相应的等待队列末尾 ; P(S):表示申请一个资源，V(S)表示释放一个资源。信号量的初值应该大于等于0 。操作必须成对出现，有一个P操作就一定有一个V操作；当为互斥操作时，它们同处于同一进程；当为同步操作时，则不在同一进程中出现；如果P(S1)和P(S2)两个操作在一起，那么P操作的顺序至关重要,一个同步P操作与一个互斥P操作在一起时同步P操作在互斥P操作前，两个V操作无关紧要。操作的优缺点优点：简单，而且表达能力强（用操作可解决

12、任何同步互斥问题）缺点:“不够安；操作使用不当会出现死锁；遇到复杂同步互斥问题时实现复杂型信号量集是指同时需要多种资源且每种占用一个时的信号量操作AND型信号量集的基本思想：在一个原语中申请整段代码需要的多个临界资源，要么全部分配给它，要么一个都不分配30.读者优先。读者优先指的是除非有写者在写文件，否则读者不需要等待。所以可以用一个整数变量Read_count记录当前的读者数目，用于确定是否需要释放正在等待的写者进程（当Read_count=0时，表明所有的读者读完，需要释放写者等待队列中的一个写者）。每当一个读者开始读文件时，必须修改Read_count变量。因此需要一个互斥对象mutex

13、来实现对全局变量Read_count修改时的互斥。另外，为了实现读-写互斥，需要增加一个临界区对象W。当写者发出写请求时，必须申请临界区对象的所有权。通过这种方法，可以实现读-写互斥，当Read_count=1时（即第一个读者到来时），读者线程也必须申请临界区对象的所有权。当读者拥有临界区的所有权时，写者阻塞在临界区对象W上。当写者拥有临界区的所有权时，第一个读者判断完”Read_count=1”后阻塞在W上，其余的读者由于等待对Read_count的判断，阻塞在mutex上。写者： while (true) P(w); 写 V(w); ;读者： while (true) P(mutex);

14、readcount +; if (readcount=1) P (w); V(mutex); 读 P(mutex); readcount -; if (readcount=0) V(w); V(mutex); ;3)第二类读者写者问题：写者优先条件：1）多个读者可以同时进行读2）写者必须互斥（只允许一个写者写，也不能读者写者同时进行）3）写者优先于读者（一旦有写者，则后续读者必须等待，唤醒时优先考虑写者）写者优先。写者优先与读者优先相类似。不同之处在于一旦一个写者到来，它应该尽快对文件进行写操作，如果有一个写者在等待，则新到来的读者不允许进行读操作。为此应当填加一个整形变量Write_coun

15、t，用于记录正在等待的写者的数目，当Write_count=0时，才可以释放等待的读者线程队列。为了对全局变量Write_count实现互斥，必须增加一个互斥对象mutex3。为了实现写者优先，应当填加一个临界区对象read，当有写者在写文件或等待时，读者必须阻塞在read上。读者线程除了要对全局变量Read_count实现操作上的互斥外，还必须有一个互斥对象对阻塞read这一过程实现互斥。这两个互斥对象分别命名为mutex1,mutex2。20.实现进程通信的方式 共享存储器方式：相互通信的进程通过共享某些数据结构或存储区来进行通信，可分为共享数据结构方式、共享存储区方式； 消息通信方式：进

16、程间的消息交换以消息或报文为单位，程序员利用一组通信命令(原语)来实现通信，可分为直接、间接通信方式； 共享文件方式：利用共享文件来实现进程间的通信。 21.在UNIX系统中，利用一个打开的共享文件来连接两个相互通信的进程，该共享文件称为管道(Pipe)，因而该方式又称为管道通信。为了协调双方通信，管道通信必须提供三方面的协调能力：互斥、同步、对方是否存在。 22.可把处理机调度分成三个层次： 高级调度也称为作业调度或宏观调度 高级调度的时间尺度通常是分钟、小时或天 中级调度涉及进程在内外存间的交换，从存储器资源管理的角度来看，把进程的部分或全部换出到外存上，可为当前运行进程的执行提供所需内存

17、空间，将当前进程所需部分换入到内存。指令和数据必须在内存里才能被处理机直接访问 低级调度也称微观调度，从处理机资源分配的角度来看，处理机需要经常选择就绪进程或线程进入运行状态，低级调度的时间尺度通常是毫秒级的。由于低级调度算法的频繁使用，要求在实现时做到高效23.进程调度的任务是控制协调进程对CPU的竞争,即按一定的调度算法从就绪队列中选中一个进程，把CPU的使用权交给被选中的进程24.确定算法的原则 具有公平性 资源利用率高（特别是CPU利用率） 在交互式系统情况下要追求响应时间（越短越好） 在批处理系统情况下要追求系统吞吐量25.进程调度方式 非剥夺方式：分派程序一旦把处理机分配给某进程后

18、便让它一直运行下去，直到进程完成或发生某事件而阻塞时，才把处理机分配给另一个进程。 剥夺方式：当一个进程正在运行时，系统可以基于某种原则，剥夺已分配给它的处理机，将之分配给其它进程。剥夺原则有：优先权原则、短进程优先原则、时间片原则。 26.进程调度性能衡量的指标：周转时间、响应时间、CPU-I/O执行期27.选择进程调度方式的准则： 面向用户的准则：周转时间短；响应时间快；截止时间的保证；优先权准则 面向系统的准则：系统吞吐量高；处理机利用率好；各类资源的平衡利用28.进程调度算法 先来先服务(FCFS)算法 最短CPU运行期优先调度算法 最高优先权优先调度算法 轮转法 多级反馈队列29.与

19、时间片大小有关的因素：系统响应时间、就绪进程个数、CPU能力30.引起进程调度的原因:正在执行的进程执行完毕或因发生某事件而不能再继续执行；执行中的进程因提出I/O请求而暂停执行；在进程通信或同步过程中执行了某种原语操作如P操作、阻塞、挂起原语等；在可剥夺式调度中，有比当前进程优先权更高的进程进入就绪队列；在时间片轮转法中，时间片完；通常系统是按先来先服务或优先权形式来组织调度队列。31. 多个进程因竞争共享资源而造成的一种僵局，若无外力作用，这些进程都将永远不能再向前推进。这种现象称为进程死锁，这一组进程就称为死锁进程。32.产生死锁的原因：1.竞争系统资源2.进程的推进顺序不当33.产生死

20、锁的必要条件：互斥条件（资源独占）、请求和保持条件（部分分配，占有申请）、不剥夺条件（不可强占）、环路等待条件。34.解决死锁的基本办法:预防死锁、避免死锁、检测死锁、解除死锁35.预防死锁的方法 在系统设计时确定资源分配算法，保证不发生死锁。具体的做法是破坏产生死锁的四个必要条件之一。 1)资源一次性分配；(破坏请求和保持条件) 2)可剥夺资源；即当某进程新的资源未满足时，释放已占有的资源(破坏不可剥夺条件) 3)资源有序分配法；做法：系统给每类资源赋予一个编号，每一个进程按编号递增的顺序请求资源，释放则相反(破坏环路等待条件) 死锁避免定义:在系统运行过程中，对进程发出的每一个系统能够满足

21、的资源申请进行动态检查，并根据检查结果决定是否分配资源，若分配后系统可能发生死锁，则不予分配，否则予以分配。35.安全状态指系统能按某种进程顺序来为每个进程分配其所需资源，直至最大需求，使每个进程都可顺序完成。若系统不存在这样一个序列，则称系统处于不安全状态。36死锁定理：如果资源分配图中没有环路，则系统中没有死锁，如果图中存在环路则系统中可能存在死锁。如果每个资源类中只包含一个资源实例，则环路是死锁存在的充分必要条件。37.解除死锁采用的方法有： 剥夺资源：从其它进程剥夺足够数量的资源给死锁进程，以解除死锁状态； 撤消进程：可以直接撤消死锁进程或撤消代价最小的进程，直至有足够的资源可用，死锁

22、状态消除为止；所谓代价是指优先级、运行代价、进程的重要性和价值等。38.存储管理的目的主存的分配和管理、提高主存储器的利用率、“扩充”主存容量、存储保护39.地址空间:程序用来访问信息所用地址单元的集合、逻辑（相对）地址的集合由编译程序生成；存储空间:主存中物理单元的集合、物理（绝对）地址的集合由装配程序等生成40.程序的装入：绝对装入方式、可重定位装入方式、动态运行时装入方式程序的链接：静态链接方式、装入时动态链接装入时动态链接方式有以下优点： (1)便于修改和更新。 (2) 便于实现对目标模块的共享。运行时动态链接41.连续分配方式:是指为一个用户程序分配一个连续的内存空间。这种方式可分为

23、：单一连续分配、固定分区分配、动态分区分配、动态重定位分区分配42.单用户系统缺点不支持多道、主存利用率不高。程序的运行受主存容量限制43.按空闲块链接的方式不同，可以有以下四种分区分配算法： 最佳适应法特点：用最小空间满足要求 最坏适应法 首次适应法：特点：优先利用内存中低地址部分的空闲分区，保留了高地址部分的大空闲分区，给以后的大作业留下空间；缺点：低地址部分不断划分，会留下许多难以利用的、很小的空闲分区，而每次分配从低地址开始，增加了查找的开销。 下次适应法（循环首次适应法）特点：使空闲分区分布均匀，减少查找空闲分区的开销；缺点：会缺乏大的空闲分区。44.紧凑技术：通过在内存移动程序，将

24、所有小的空闲区域合并为大的空闲区域。（紧缩技术，紧致技术，浮动技术，搬家技术）问题：开销大；移动时机。45.分区式存储管理的优缺点：优点：便于动态申请内存、便于共享内存、便于动态链接缺点：碎片问题(外碎片)，内存利用率不高，受实际内存容量限制。46.可重定位分区的优缺点:优点:解决了可变分区分配所引入的“外零头”问题。消除内存碎片，提高内存利用率。缺点:提高硬件成本，紧凑时花费CPU时间。47.分页：把用户程序按逻辑页划分成大小相等的部分，称为页或虚页。从0开始编制页号，页内地址是相对于0编址。块：内存按页的大小划分为大小相等的区域，称为内存块页表是指在分页系统中，系统允许将进程的各个页离散地

25、存储在内存不同的物理块中为此而为每个进程建立的列出了页面的逻辑地址与其在主存中的物理地址间的对应关系的页面映像表。48.分页和分段的主要区:(1) 页是信息的物理单位，段则是信息的逻辑单位。(2)页的大小固定且由系统决定，而段的长度却不固定。(3) 分页的作业地址空间是一维的，即单一的线性地址空间，分段的作业地址空间则是二维的。49.分段管理的优缺点:优点：便于动态申请内存、管理和使用统一化、便于共享便于动态链接；缺点：产生碎片50.覆盖与交换的比较与覆盖技术相比，交换技术不要求用户给出程序段之间的逻辑覆盖结构；而且，交换发生在进程或作业之间。而覆盖发生在同一进程或作业内。此外，覆盖只能覆盖那

26、些与覆盖段无关的程序段。51.页面置换算法:最佳置换算法、先进先出置换算法、最近最久未用置换算法、近似的LRU算法（NRU算法）52.影响缺页次数的因素:(1)分配给进程的物理页面数(2)页面本身的大小(3)程序的编制方法(4)页面淘汰算法53.设备的分类按传输速率分：低速设备、中速设备、高速设备；按信息交换的单位分类：字符设备、块设备；按资源管理方式分类：独占型设备、共享型设备、虚拟设备54.设备管理的目标1.设备独立性2.提高设备利用率(与此有关的技术有：通道技术和缓冲技术）3.设备的统一管理(外设的主要差别反映在速度、传递单位、操作方法和特性、出错条件)是设备管理的重要数据结构，在这个结

27、构中较全面地反映了每台设备的特性、连接和使用的状态等信息。当一台设备进入系统时必须创立相应的DCB设备标识符设备属性设备I/O总线地址设备状态等待队列指针55I/O控制方式 循环测试I/O方式:以输入为例1.把启动位置1;2.反复测试完成位，为0转2，为1转3;3.把数据从数据缓冲区中读走。缺点:浪费大量CPU时间 I/O中断方式 : 工作过程：1. 把启动位置1，本进程（A）变为等待状态，转进程调度，调度另一进程B;2. 输入完成时，控制器发出中断，中断B，通过中断进入中断处理程序;3. 在中断处理程序中把数据缓冲寄存器中的数取走，放入内存特定位置M，唤醒等待进程A，中断返回到B的断点继续执

28、行;4. 在以后的某个时刻OS调度要求输入的进程A。A从M取数处理。同前相比，CPU利用率大大提高。缺点：每台设备每输入输出一个字节的数据都有一次中断。如果设备较多时，中断次数会很多，使CPU的计算时间大大减少。 DMA方式 : 1.当进程要求输入时，把要求传送的内存始址（M）和要传的字节数送入DMA的内存地址寄存器和传送字数寄存器;2.把启动位置1。设备开始工作。进程（A）挂起。调度另一进程（B）;3.一批数据输入完成后，DMA中断B，转向中断处理程序。4、中断处理程序唤醒A，返回B的断点继续执行。5.以后OS调度A运行时，A从M处取数据处理。 通道方式 ：某进程在运行过程中，若提出了I/O

29、请求，则通过系统调用进入操作系统，系统首先为I/O操作分配通道和外设，然后按I/O请求生成通道程序并存入内存，把起始地址送入通道的首地址寄存器（CAW），接着CPU发出启动通道的指令。中央处理机启动通道后，通道的工作过程为：根据CAW，从内存取出通道指令，送入通道控制字寄存器（CCW），并修改CAW，使其指向下一条通道指令。执行CCW中的通道指令，进行实际的I/O操作，执行完毕后，如果还有下一条指令，则返回前一步，否则转下一步。发出中断信号通知CPU通道程序已执行完成。方式与中断的主要区别 中断方式是在数据缓冲寄存区满后，发中断请求，CPU进行中断处理。 DMA方式则是在所要求传送的数据块全部

30、传送结束时要求CPU进行中断处理，大大减少了CPU进行中断处理的次数。 中断方式的数据传送是由CPU控制完成的 而DMA方式则是在DMA控制器的控制下不经过CPU控制完成的。57.为使中央处理机从繁忙的I/O处理中摆脱出来，现代大、中型计算机系统中设置了专门的处理I/O操作的处理机，并把这种处理机称为通道。58.通道程序是由通道指令组成，一个通道可以分时的方式执行几道程序。每道程序控制一台外部设备，因此每道通道程序称为子通道。59.通道有它自己的指令系统，用这些指令编写的程序叫通道程序，通道只能执行通道程序，不可能执行用户进程。60.缓冲技术的目的是为了提高中央处理机与外设的并行程度。61.单

31、缓冲最简单的一种缓冲形式。当进程发出一I/O请求时，OS为之分配一缓冲区。对于输入：设备先将数据送入缓冲区，OS再将数据传给进程。对于输出：进程先将数据传入缓冲区，OS再将数据送出到设备。62.双缓冲技术原理：设置两个缓冲区buf1和buf2。读入数据时，首先输入设备向buf1填入数据，然后进程从buf1提取数据，在进程从buf1提取数据的同时。输入设备向buf2中填数据。当buf取空时，进程又从buf2中提取数据，与此同时输入设备向buf1填数。如此交替使用两个缓冲区，使CPU和设备的并行操作的程度进一步提高。63.缓冲池由内存中一组大小相等的缓冲区组成，池中各缓冲区的大小与用于I/O的设备的基本信息单位相似，缓冲池属于系统资源，由系统进行管理。64.设备分配方式：静态分配、动态分配65.设备分配算法：先请求先服务、优先级高的优先服务