西北工业大学计算机操作系统复习提纲Word格式.docx
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作业平均周转时间长
调度机制:
1.用户将作业交给系统操作员
2.系统操作员将许多用户的作业组成一批作业,输入到计算机系统中,在系统中形成一个自动转接的连续作业流
3.启动操作系统
4.系统自动、依次执行每个作业
5.由操作员将作业结果交给用户
分时操作系统
原理:
分时就是把计算机的系统资源(尤其是CPU时间)进行时间上的分割,每个时间段称为一个时间片,每个用户依次轮流使用时间片。
多路性:
多个用户同时工作。
也称为同时性。
各用户独立操作,互不干扰,感觉不到计算机为其它用户服务。
系统能及时对用户的操作进行响应。
分时系统的基本属性。
1.一台主机连接了若干个终端
2.每个终端有一个用户使用
3.交互式的向系统提出命令请求
4.系统接受每个用户的命令
5.用时间片轮转方式处理服务请求
6.通过交互方式在终端上显示结果
7.用户根据上步结果发出下道命令
实时操作系统
能够在指定或者确定的时间内完成系统功能和对外部或内部、同步或异步时间做出响应的系统。
在实时计算中,系统的正确性不仅仅依赖于计算的逻辑结果,而且依赖于结果产生的时间
4.SPOOLing技术
同时外围设备联机操作--假脱机技术:
利用磁盘作缓冲,将输入、计算、输出分别组织成独立的任务流,使I/O和计算真正并行。
5.实时操作系统分类:
硬实时系统、软实时系统
多处理机操作系统分类:
紧密耦合、松散耦合
6.操作系统的内核
强内核:
基于传统的集中式操作系统的内核结构,系统调用式通过程序陷入内核实现,内核完成相应的服务后返回应用程序,同时返回结果给用户。
微内核:
基本思想:
良好的结构化、模块化,最小的公共服务;
设计目标:
使内核尽可能小,功能尽可能少(基本),把其他所有功能放到核外的用户级来完成。
提供基本服务:
(有限的)进程管理和调度;
进程间的通信机制;
(某些)存储管理;
低级I/O操作;
Chapter3
1.作业级接口:
操作系统为用户对作业运行全过程控制提供的功能。
脱机用户接口(批处理)
联机用户接口(交互式)——命令级接口
程序级接口:
系统为用户在程序一级提供有关服务而设置,由一组系统调用命令组成。
2.作业:
用户在一次计算过程中或一次事务处理过程中,要求计算机系统所做工作的总称。
作业的组成:
由程序、数据和作业说明书三部分组成
作业的状态:
进入状态→后备状态→运行状态→退出状态
3.系统调用:
操作系统提供给软件开发人员的唯一接口,开发人员可利用它使用系统功能。
系统调用实现过程:
系统调用与普通调用的相同点和不同点(简答题)
相同点:
改变指令流程、重复执行和公用、改变指令流程后需要返回原处
不同点:
两者区别
系统调用
普通调用
调用方式
动态调用
静态调用
运行状态
不同系统状态
相同系统状态
进入方式
利用int、trap指令进行系统调用
利用call、jmp指令进入普通过程调用
系统调用是动态调用,而普通调用是静态调用
程序中不包含被调用代码,用户程序长度缩短;
当OS升级时,调用方不必改变
调用地址和返回地址都是不固定的,系统调用指令中不包含调用地址,只包含功能号
普通过程调用
被调用代码与调用代码在同一程序之内。
调用地址是固定的,包含在调用语句中;
返回地址是不固定的
Chapter4
1.进程概念:
是具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的独立单位。
进程的特征:
动态性:
进程是程序的一次执行,有着“创建”、“活动”、“暂停”、“撤消”等过程,具有一定的生命期,是动态地产生、变化和消亡的。
并发性:
进程之间的动作在时间上可以重叠,即系统中有若干进程都已经“开始”但又没有“结束”,称这些进程为并发进程。
进程是系统调度和资源分配的独立单位,它具有相对独立的功能,拥有自己独立的进程控制块PCB。
异步性:
各个并发进程按照各自独立的、不可预知的速度向前推进。
并发进程之间具有直接或间接的关系,在运行过程中需要进行必要的交互(同步、互斥和数据通信等),以完成特定的任务。
程序与进程之间的区别:
1.程序是静态的,进程是动态的
2.进程与程序的组成不同,进程=程序+数据+PCB
3.进程的存在是暂时的,程序的存在是永久的
4.一个程序可以对应多个进程,一个进程可以包含多个程序
2.进程控制块PCB:
系统为了管理进程设置的一个专门的数据结构,用来记录进程的外部特征,描述进程的变化过程。
是系统感知进程存在的唯一标志,进程与PCB是一一对应的
为什么说PCB是进程存在的唯一标志
1.包含了进程的描述信息和控制信息,
2.是进程的动态特征的集中反映,
3.系统根据PCB而感知某一进程的存在
3.进程的状态
运行状态(Running):
进程占有CPU,并在CPU上运行
就绪状态(Ready):
一个进程已经具备运行条件,但由于无CPU暂时不能运行的状态(当调度给其CPU时,立即可以运行)
阻塞状态(Block):
指进程因等待某种事件的发生而暂时不能运行的状态(即使CPU空闲,该进程也不可运行)
就绪→运行:
一个进程被进程调度程序选中
运行→就绪:
时间片用完或在抢占式调度中有更高优先级的进程变为就绪
运行→阻塞:
请求并等待某个事件的发生
阻塞→就绪:
进程因为等待的某个条件发生而被唤醒
Chapter5
1.调度:
实质是一种资源分配,处理机调度是对处理机资源进行分配。
解决问题:
按什么原则分配CPU、何时分配CPU、如何分配CPU
目标:
高CPU的利用率、大吞吐量、快响应时间。
调度的类型:
高级调度:
也称为作业调度或宏观调度,从用户工作流程的角度,一次提交的若干个流程,其中每个程序按照进程调度。
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,将当前进程所需部分换入到内存。
低级调度:
也称进程调度、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。
2.调度算法(计算题)
先来先服务:
按照作业提交或进程变为就绪状态的先后次序分派CPU。
短作业优先:
对预计执行时间短的作业(进程)优先分派处理机。
平均周转时间最小。
时间片轮转算法:
通过时间片轮转,提高进程并发性和响应时间特性,提高资源利用率。
基于优先级的调度算法:
系统为每个进程设置一个优先数(对应一个优先级),把所有的就绪进程按优先级从大到小排序,调度时从就绪队列中选择优先级最高的进程投入运行,仅当占用CPU的进程运行结束或因某种原因不能继续运行时,系统才进行重新调度。
多级队列算法:
根据作业或进程的性质或类型的不同,将就绪队列再分为若干个子队列。
每个作业固定归入一个队列。
各队列不同处理,不同队列可有不同的优先级、时间片长度、调度策略等。
Chapter6
1.实时调度条件:
提供必要的信息、可调度的实时系统、采用抢占式调度机制、具有快速切换机制。
2.多处理机调度相关名词:
对称式多处理系统(SMP):
各CPU之间共享内存子系统以及总线结构。
虽然同时使用多个CPU,但是从管理的角度来看,它们的表现就像一台单机一样。
非对称式多处理系统(ASMP):
主-从处理机系统,由主处理机管理一个公共就绪队列,并分派进程给从处理机执行。
各个处理机有固定分工,如执行OS的系统功能,I/O处理。
成组调度(gangscheduling):
将一个进程中的一组线程,每次分派时同时到一组处理机上执行,在剥夺处理机时也同时对这一组线程进行。
专用处理机调度:
为进程中的每个线程都固定分配一个CPU,直到该线程执行完成。
Chapter7
1.线程的概念:
线程是进程内一个相对独立的、可调度的执行单元。
进程中的一个运行实体,是一个CPU调度单位,资源的拥有者还是进程。
进程和线程的比较(简答题)
调度:
线程上下文切换比进程上下文切换要快得多;
线程的创建时间比进程短;
终止时间比进程短;
同进程内的线程切换时间比进程短;
拥有资源:
进程间相互独立,同一进程的各线程间资源共享——某进程内的线程在其他进程不可见。
由于同进程内线程间共享内存和文件资源,可直接进行不通过内核的通信;
系统开销:
线程减小并发执行的时间和空间开销。
在系统中建立更多的线程来提高并发程度。
2.核心级线程:
由操作系统内核进行管理。
操作系统内核给应用程序提供相应的系统调用和应用程序接口API,以使用户程序可以创建、执行、撤消线程。
用户级线程:
管理过程全部由用户程序完成,操作系统内核心只对进程进行管理。
Chapter8
1.进程同步:
指进程之间的一种协调配合关系,它表现在进程的执行顺序的规定上。
相互协调的几个进程在某些确定点上协调它们的工作,一个进程到达了这些点后,除非另一进程已完成了某些操作,否则就需要停下来等待这些操作的完成。
进程互斥:
两个或两个以上的进程由于不能同时使用同一资源,只能一个进程使用完了另一个进程才能使用的现象。
访问基本原则:
相互合作,竞争资源。
2.同步机制遵循的准则
空闲让进:
当无进程处于临界区,表明临界资源处于空闲状态,应允许一个请求进入临界区的进程立即进入自己的临界区,以有效地利用临界资源。
忙则等待:
当已有进程进入临界区时,表明临界资源正在被访问,因而其他试图进入临界区的进程必须等待,以保证对临界资源的互斥访问。
有限等待:
对要求访问临界资源的进程,应保证在有限时间内能进入自己的临界区,以免陷入“死等”状态。
让权等待:
当进程不能进入自己的临界区时,应立即释放处理机,以免进程陷入“忙等”。
Chapter9
1.信号量:
一个数据结构,它由两个变量构成:
整型变量V、指针变量S。
若为非负值表示当前的空闲资源数,若为负值其绝对值表示当前等待临界区的进程数。
操作(重点)
Chapter10
1.进程通信:
是指进程之间可直接以较高的效率传递较多数据的信息交换方式。
进程通信类型:
共享存储器系统:
通过数据、数据区的共享,写入与读出达到通信的目的。
消息传递系统:
进程间的数据交换以消息为单位,程序员利用系统的通信原语实现通信。
直接通信方式:
消息缓冲
采用进程的消息缓冲队列
消息发送者将消息直接放在接收者的消息缓冲队列
间接通信方式:
邮箱通信
利用中间者——信箱、邮局来传递信件。
发送进程将消息发送到信箱中,接收进程从信箱中取出消息
管道通信(共享文件方式):
用以连接读、写进程的共享文件。
Chapter11
1.死锁定义:
一组进程中,每个进程都无限等待被该组进程中另一进程所占有的资源,因而永远无法得到资源,这种现象称为进程死锁,这一组进程就称为死锁进程。
产生死锁的原因:
资源不足导致的资源竞争。
多个进程所共享的资源不足,引起它们对资源的竞争而产生死锁。
并发执行的顺序不当。
进程运行过程中,请求和释放资源的顺序不当,而导致进程死锁.如P,V操作的顺序不当。
死锁产生的必要条件:
(重点)
互斥条件:
指进程对所分配到的资源进行排它性使用,即在一段时间内某资源只能由一个进程占有。
如果此时还有其它进程申请该资源,则它只能阻塞,直至占有该资源的进程释放。
请求和保持条件:
进程已经保持了至少一个资源,但又提出了新的资源要求,而该资源又已被其它进程占有,此时请求进程阻塞,但又对已经获得的其它资源保持不放。
非抢占条件:
进程已获得的资源,在未使用完之前不能被剥夺,只能在使用完时由自己释放。
循环等待条件:
在发生死锁时,必然存在一个进程-资源的封闭的环形链。
即进程集合{P0,P1,P2,…,Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源;
P1正在等待P2占用的资源,……,Pn正在等待已被P0占用的资源。
处理死锁的方法:
预防死锁:
通过限制如何申请资源的方法来确保至少有一个条件不成立。
避免死锁:
根据有关进程申请资源和使用资源的额外信息,确定对于一个申请,进程是否应该等待。
检测死锁和恢复:
通过算法来检测并恢复。
2.安全状态:
如果存在一个由系统中所有进程构成的安全序列,则系统处于安全状态。
不安全状态:
不存在一个安全序列。
不安全状态不一定导致死锁,只是很可能死锁。
安全序列:
一个进程序列{P1,…,Pn}是安全的,如果对于每一个进程Pi(1≤i≤n),它以后尚需要的资源量不超过系统当前剩余资源量与所有进程Pj(j<
i)当前占有资源量之和,系统处于安全状态。
安全序列可以不唯一!
Chapter12
1.银行家算法(计算题)
可利用资源向量Available、最大需求矩阵Max
分配矩阵Allocation、需求矩阵Need、请求向量Request
2.资源分配图
资源类(资源的不同类型):
用方框表示
资源实例(每个资源类中):
用方框中的黑圆点(圈)表示
进程:
用圆圈中加进程名表示
资源分配图的化简:
1)找一个非孤立点进程结点且只有分配边,去掉分配边,将其变为孤立结点
2)再把相应的资源分配给一个等待该资源的进程,即将某进程的申请边变为分配边
3)重复以上步骤,若所有进程成为孤立结点,称该图是可完全简化的,否则称该图是不可完全简化的。
Chapter13
1.存储系统的组织
高速缓存Cache:
少量的、非常快速、昂贵、易变
内存RAM:
若干兆字节、中等速度、中等价格、易变
磁盘:
数百兆或数千兆字节、低速、价廉、不易变
存储管理的四大功能:
1.存储空间的管理、分配和回收
2.地址再定位(地址变换、地址映射)
3.存储共享和保护
4.存储器扩充
2.地址分类:
物理地址(绝对地址,实地址)、逻辑地址(相对地址,虚地址)
静态地址再定位:
在程序执行之前进行地址再定位,由装配程序完成。
不需硬件支持,可以装入有限多道程序。
1.程序装入内存后不能移动
2.一个程序通常需要占用连续的内存空间
3.不易实现共享
动态地址再定位:
在执行寻址时重定位——在程序运行过程中要访问数据时再进行地址变换,即在逐条指令执行时完成地址映射。
程序占用的内存空间是动态可变的,当程序从某个存储区移到另一个区域时,只需要修改相应的寄存器BR的内容即可。
1.需要硬件的支持。
2.实现存储管理的软件算法较为复杂。
3.碎片(零头):
存在于已分配的分区之间的一些不能充分利用的空白区
解决方法:
1.将程序装入分散存区中–––多重分区
2.将碎片集中(紧凑或拼接)–––可重定位分配
移动内存已分配区的信息,使得所有分配区靠在一起使空白区连成一片,采用浮动方法。
Chapter14
1.覆盖技术:
一个作业的若干程序段,或几个作业的某些部分共享某一个存储空间。
交换技术:
系统将内存中某些进程暂时移到外存,把外存中某些进程换进内存,占据前者所占用的区域。
2.分页存储管理的基本思想(简答题)
主存分成多个固定大小的块
主存划分为大小相等的区域,称为块或内存块(物理页面,页框)
作业按照主存块大小分页
把用户程序按逻辑页划分成大小相等的部分,称为页(page)。
从0开始编制页号,页内地址是相对于0编址
连续的页存放在离散的块中
以页为单位进行分配,并按作业的页数多少来分配。
逻辑上相邻的页,物理上不一定相邻
Chapter15
1.中断位:
0表示在内存、1表示不在内存
引用位:
0表示没有访问过、1表示已被访问过
修改位:
0表示修改过需要写回辅存、1表示未修改过不必写回辅存
2.缺页中断处理
1.在地址映射过程中,在页表中发现所要访问的页不在内存,则产生缺页中断。
2.操作系统接到此中断信号后,就调出缺页中断处理程序,根据页表中给出的外存地址,准备将该页调入内存
3.此时应将缺页的进程挂起(调页完成唤醒)
4.如果内存中有空闲块,则分配一个块,将要调入的页装入该块,并修改页表中相应页表项目的驻留位及相应的内存块号
5.若此时内存中没有空闲块,则要淘汰某页(若被淘汰页在内存期间被修改过,则要将其写回外存)
3.页面置换(淘汰)算法(计算题)
先进先出页面算法(FIFO):
选择在内存中驻留时间最长的页并淘汰之
最近最久未使用置换算法(LRU):
淘汰没有使用的时间最长的页
最佳页面算法(OPT):
淘汰以后不再需要的或最远的将来才会用到的页面
最不经常使用(LFU):
选择访问次数最少的页面淘汰之
4.常驻集:
指虚拟页式管理中给进程分配的物理页面数目
颠簸(抖动):
在虚存中,页面在内存与外存之间频繁调度,系统效率急剧下降,甚至导致系统崩溃。
Belady现象:
一个进程P要访问M个页,OS分配N个内存页面给进程P;
对一个访问序列S,发生缺页次数为PE(S,N)。
当N增大时,PE(S,N)时而增大,时而减小。
Chapter16
1.分段存储管理基本思想:
用户程序划分:
按程序自身的逻辑关系划分为若干个程序段,每个程序段都有一个段名,且有一个段号。
段号从0开始,每一段段内也从0开始编址,段内地址是连续的。
内存划分:
内存空间被动态的划分为若干个长度不相同的区域,称为物理段,每个物理段由起始地址和长度确定。
内存分配:
以段为单位分配内存,每一个段在内存中占据连续空间(内存随机分割,需要多少分配多少),但各段之间可以不连续存放。
2.分段与分页主要有以下差别:
1.段是依据程序的逻辑结构划分的,页是按内存线性空间物理划分的。
2.段式技术中程序地址空间是二维的,分页技术中程序地址空间是一维的。
3.段是面向用户的,页对用户而言是透明的。
4.段长由用户决定,且各段的大小一般不相等,唯一的限制是最大长度。
页长是由系统决定的,各页的长度必须相等。
5.段的共享比页的共享更容易。
3.分页优点:
提供了虚存管理方式,作业地址空间不再受实存容量的限制;
更有效的利用了主存,方便于多道程序运行,方便了用户;
分页缺点:
为处理缺页中断,增加了处理机时间的开销。
用时间的代价换取了空间的扩大;
可能因作业地址空间过大或程序数目过多等造成系统抖动;
为此采取措施会增加的系统的复杂度。
分段优点:
消除了内碎片
通过请求分段存储管理方式提供了大量虚存
允许动态增加段的长度
便于动态装入和链接
便于程序共享
便于存储保护
分段缺点:
进行地址变换和实现内存紧凑(靠拢)要花费处理机时间;
在辅存上管理可变长度的段比较困难;
Chapter17
1.工作集:
是一个进程执行过程中所访问页面的集合,可用一个二元函数W(t,Δ)表示。
工作集是在[t-Δ,t]时间段内所访问的页面的集合。
Chapter18
1.文件:
文件是赋名的信息(数据)项的集合。
文件是赋名有关联的信息单位(记录)的集合。
文件系统:
操作系统中负责管理相关文件信息的软件机构。
文件目录:
就是把所有FCB组织在一起,是FCB的有序集合。
目录文件:
将文件目录以文件形式保存到外存,这个文件就是目录文件。
2.文件的逻辑结构:
从用户角度看文件,研究文件的组织形式。
文件的物理结构:
是指文件在物理存储介质上的存储结构。
连续结构:
一个逻辑文件的信息存放在存储器上的相邻物理块中,该文件为连续文件,这样结构称为连续结构。
顺序存取速度快,所需的磁盘寻道次数和寻道时间最少。
知道文件存储的起始块号和文件块数,就可以立即找到所需要的信息。
简单,支持顺序存取和随机存取。
在建立连续结构文件时,要求用户给出文件的最大长度,以便系统分配足够的存储空间,但这个有时候难以办到;
不便记录的增删操作,一般只能在末端进行。
链接结构:
在每个物理块中设置一指针,指向该文件的下一个物理块号,文件的末尾块存放结束标记“NULL”。
文件可以动态扩充,也不必事先提出文件的最大长度。
由于不连续分配,不存在外部碎片问题,所以不会造成几块连续区域的浪费。
有利于文件插入和删除
存取速度慢,不适于随机存取,只适合顺序存取
每块设置链接字破坏物理信息的完整性
链接指针占用一定的空间
索引结构:
为文件建立一张索引表,每个记录设置一个表项。
索引表按记录关键字排序,本身是顺序文件。
在对索引文件进行检索的时候,首先按照顺序文件检索方法查找索引表,从中找到相关表项,然后直接访问该记录。
保持了链接结构的优点,又解决了其缺点:
即能顺序存取,又能随机存取
满足了文件动态增长、插入删除的要求
能充分利用外存空间
索引表本身带来了系统开销,如:
内外存空间,存取时间
3.文件分配表(FAT):
将盘块中的链接字按盘块号的顺序集中起来,构成盘文件映射表/文件分配表FAT。
Chapter19
1.文件控制块:
是操作系统为管理文件而设置的数据结构,存放了为管理文件所需的所有有关信息。
文件控制块与文件一一对应,是文件存在的标志。
文件控制块的内容:
1.基本信息类:
文件名、文件物理位置、文件逻辑结构、文件的物理结构
2.存取控制信息类
3.使用信息类
2.文件共享:
系统允许多个用户(进程)共享同一份文件。
方法:
1.各用户通过唯一的共享文件的路径名访问共享文件
2.利用多个目录中的不同文件名来描述同一共享文件
Chapter20
1.磁盘:
信息记录在磁道上,多个盘片,正反两面都用来记录信息,每面一个磁头。
所有盘面中处于同一磁道号上的所有磁道组成一个柱面。
访盘请求:
由三个动作组成
寻道(时间):
磁头移动定位到指定磁道
旋转延迟(时间):
等待指定扇区从磁头下旋转经过
数据传输(时间):
数据在磁盘与内存之间的实际传输
2.一些基本概念:
簇:
文件存储单位。
一个文件通
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