操作系统复习总结

1第一章操作系统引论1.1操作系统的目标（了解、知道）a、有效性：提高系统资源的利用率，提高系统的吞吐量。b、方便性：方便使用计算机系统，避免用户使用机器语言编写程序的繁琐工作。c、可扩充性：超大规模集成电路（VLSI）技术、计算机技术以及计算机网络发展的需求，以便于增加新的功能和模块，并能修改老的功能和模块。d、开放性：遵循世界标准规范，如开放系统互联（OSI）国际标准。1.2操作系统的作用（知道）A、它作为用户和计算机硬件之间的接口；a、命令方式；b、系统调用方式；c、图形窗口方式B、它作为计算机系统资源的管理者：a.处理器管理（分配和控制处理机）b、存储器管理（负责内存的分配与回收）c、I/O设备管理（I/O设备的分配与操纵）d、信息管理（信息的存取、共享和保护）。C、它实现了对计算机资源的抽象：铺设在硬件上的多层软件系统，增强了系统的功能，隐藏了硬件操作的具体细节，从而方便用户使用。1.3推动操作系统发展的主要动力（知道）A、不断提高计算机资源的利用率：最初的动力——计算机系统的昂贵。B、方便用户使用：改善用户上机、调试的条件，如图形用户界面的出现。C、器件的不断更新换代：微电子技术的发展，推动OS的功能和性能迅速增强和提高。D、计算机体系结构的不断发展：操作系统：单处理机OSOSOS人工操作方式；脱机输入/输出方式。脱机的优点：减少CPU的空闲时间；提高了I/O速度。单道批处理系统主要特征：（知道）(a)自动性：作业自动逐个依次运行，无需人工干预(b)顺序性：先调入内存的作业先完成(c)单道性：内存始终仅有一道程序运行多道批处理系统的好处：（知道）1、提高CPU的利用率；2、提高内存和I/O设备利用率；3、增加系统吞吐量。多道批处理系统（知道）优点：资源利用率高，系统吞吐量大缺点：平均周转时间长（排队、调度），无交互能力多道批处理系统应解决的问题：（知道）1、处理机的管理问题（分配和回收）；2、内存的的管理问题（分配和保护）；3、I/O设备的管理问题（共享）；4、文件管理问题（程序和数据的组织）；5、作业的管理问题（组织和管理）。分时系统：（掌握）定义：在一台主机上连接多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过终端，以交互的方式使用计算机，共享主机资源。分时系统特征：（知道）a)多路性：宏观上多个用户同时工作，微观上每个用户轮流运行一个时间片。(b)独立性：每个用户各占一个终端，彼此独立操作。(c)及时性：用户请求能在很短时间内获得相应。(d)交互性：用户可通过终端与系统进行人机对话。2实时系统：（掌握）定义：计算机能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对原事件的处理，并且控制所有实时设备和实时任务协调一致的工作。实时系统特征：（1）响应时间要快；（2）系统可靠性要高；（3）具有连续的人-机对话能力；（4）具有保护过载能力；（5）系统整体性要强。实时系统和分时系统的比较：（掌握）1.4操作系统的基本特征：（知道）1、并发性（并行合并发：并发同间隔事件发生，并行同时刻进行；引入进程、线程）；2、共享性（互斥共享性和同时访问性）；3、虚拟性（时分复用技术，空分复用技术）；4、异步性。1.5操作系统的主要功能（重点）1.处理机管理：对CPU进行分配，并对其运行控制和管理A、进程控制：为作业创建进程，撤销已结束的进程，控制进程在运行过程中的状态转换；B、进程同步：为多个进程的运行进行协调，包括进程互斥和进程同步两种协调方式；C、进程通信：实现相互合作的进程之间的信息交换；D、调度：包括作业调度和进程调度。2.存储器管理：为多道程序分配内存，方便用户使用存储器，提高存储器利用率以及能从逻辑上扩充内存。A、内存分配：为每道程序静态或者动态地分配内存；B、内存保护：确保每道用户程序都只在自己的内存空间运行，互不干扰；C、地址映射：将应用程序地址空间中的逻辑地址映射为内存空间中的物理地址；D、内存扩充：借助虚拟存储技术，从逻辑上扩充内存。3.设备管理功能：完成I/O请求，分配I/O设备，提高CPU和I/O设备的利用率，提高I/O速度，方便用户使用I/O设备。A、缓冲管理：管理好各类缓冲区，提高系统吞吐量；B、设备分配：根据I/O请求，分配所需要的设备；C、设备处理：实现CPU与设备控制器之间的通信；D、虚拟设备：将一个物理设备变换（改造）为多个对应的逻辑设备，使每个用户感觉自己独占该设备34、文件管理：对用户文件和系统文件进行管理，方便用户使用，并保证文件的安全性。A、文件存储空间的管理：为文件分配必要的外存空间，提高外存利用率，并提高文件系统的存取速度；B、目录管理：为每个文件建立目录项，并对众多的目录项加以有效的组织，实现方便的按名存取；C、文件读/写管理和保护：进程之间的信息交换；D、文件读/写管理：从外存中读取数据，或将数据写入外存；E、文件保护：防止未经核准的用户存取文件，防止冒名顶替存取文件，防止以不正确的方式存取文件。5.用户接口：方便用户使用操作系统，以命令、系统调用或者图形方式为用户提供接口。A、命令接口：包括联机用户接口和脱机用户接口（即批处理用户接口）；B、程序接口：由一组具有特定功能的系统调用组成；C、图形接口：图形化的操作界面。第二章进程管理1.、程序的顺序执行（掌握）特征：a.顺序性b.封闭性c.可再现性前趋图（P35-P36）作业。2、并发执行的特征：（掌握）(1)间断性；(2)失去封闭性；(3)不可再现性。3.进程的定义：（掌握）进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。特征：1、结构特征：进程实体由程序段、相关的数据段和进程控制块（PCB）构成。2、动态性：进程的最基本特征，进程由创建而产生，因调度而执行，由撤消而消亡。3、并发性：进程的重要特征，多个进程实体共同存在于内存中，在一段时间内可以同时运行。4、独立性：进程是一个能独立运行、独立分配资源和独立接受调度的基本单位。5、异步性：进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进，即进程按异步方式运行。进程的三种基本状态：就绪、执行和阻塞。进程的状态转换：接收就绪新进程时间片完成I/O完成进程调度结束执行I/O请求撤消死锁阻塞完成4进程的状态转换：状态转换原理要掌握（P38---P40）进程控制块的组织：1、线性表方式2、链接方式3、索引方式。进程控制实现方式：原语（1）原语由若干指令组成，完成特定功能；（2）原语是不可分割的基本单位，执行过程中不允许被打断；（3）原语存于内核中，并常驻内存；进程的创建和终止，阻塞和唤醒（掌握）进程创建的步骤：（1）申请空白PCB：申请唯一的数字标识符，并从PCB集合中索取空白PCB；（2）为新进程分配资源：为新进程的程序和数据以及用户栈分配内存空间，操作系统必须知道新活动唤醒挂起唤醒挂起I/O完成时间片完进程调度I/O请求静止I/O完成挂起就绪就绪挂起阻塞撤消结束死锁阻塞执行5进程所需内存的大小；（3）初始化进程控制块：初始化标识信息，初始化处理机状态信息，初始化处理机控制信息；（4）将新进程插入就绪队列：如果就绪队列接纳新进程，则将新进程插入到就绪队列中；进程创建的终止：1、正常结束。2、异常结束。3、外界干预。进程的终止过程：1、根据标识符，从PCB集合中检索出进程PCB，读取该进程的状态；2、若进程处于执行状态，则终止，并置调度标志为真；3、若进程有子进程，则终止其所有子进程；4、将进程拥有的全部资源归还其父进程或者系统；5、将进程PCB从队列中移除；引起进程阻塞和唤醒的事件：（1）请求系统服务；（2）启动某种操作；（3）新数据尚未到达；（4）无新工作可做进程的阻塞过程：a.调用Block原语，b.停止执行，c.将PCB状态从执行改为阻塞d.将PCB插入阻塞队列进程的唤醒过程：a.调用wakeup原语，b.从阻塞队列移出进程，c.将PCB状态从阻塞改为就绪d.将PCB插入就绪队列进程的挂起过程：1、调用suspend原语，2、检查被挂起进程的状态3、将活动状态改为静止状态进程的激活过程：1、调用active原语；2、检查进程状态；3、将静止状态改为活动状态。进程同步的基本定义：（掌握）对多个相关进程在执行次序上进行协调，以使并发执行的诸进程之间能有效地共享资源和相互合作，从而使程序的执行具有可再现性。临界资源：（掌握）一段时间内只允许一个进程访问的资源，如打印机、扫描仪等。临界区：（掌握）每个进程中访问临界资源的那段代码。同步机制，生产着消费者关系编程（精通）；（P48--P61，作业）。整型信号量：描述资源数目的整型量S，它的值只能由原子操作wait(S)和signal(S)来访问，这两个操作又分别称为P操作和V操作，OS用它来管理资源和进程。记录型信号量：整型信号量机制存在“忙等”，记录型信号量采取“让权等待”策略，它比整型信号量增加一个进程链表指针，用于链接等待的进程。管程的定义：由代表共享资源的数据结构，以及由对该共享数据结构实施操作的一组过程所组成的资源管理程序，它可被请求和释放资源的进程所调用进程通信（知道）1、进程通信的类型：(1)共享存储器系统（基于共享数据结构，基于共享存储区）；（2）消息传递系统；（3）管道通信（管道定义：用来连接一个读进程和一个写进程以实现它们之间通信的一个共享文件，又名Pipe文件）。2、消息传递通信的实现方式；（1）直接通信方式；（2）、间接通信方式（私用信箱；公用信箱；共享信箱）。3、进程同步方式：a、发送进程阻塞，接收进程阻塞；b、发送进程不阻塞，接收进程阻塞；c、发送进程和接收进程均不阻塞；4、线程：定义线程又称为轻型进程（LightweightProcess),是处理机调度的单位。a.轻型实体：基本上不拥有资源;b.独立调度和分派的基本单位：独立运行，切换快且开销小;c.可并发执行：进程内以及进程间的线程均可并发执行;d.共享进程资源：线程拥有与进程相同的地址空间；65、线程和进程的比较（精通）6、多线程OS中的进程：1、作为系统资源分配的基本单位；2、可包括多个线程；3、进程不再作为一个可执行的实体第三章处理机调度与死锁1、处理机调度的层次：（知道）1.1高级调度：主要功能：根据某种算法，把外存中把处于后备队列中的那些作业调入内存，当作业完成时做善后处理。A、作业的基本概念（作业，作业步，作业流）；B、作业控制块C、作业调度：是根据作业控制块中的信息，审查系统能否满足用户作业的资源需求，以及按照一定的算法，从外存后备队列中选取某些作业调入内存，为它们创建进程、分配必要的资源，然后将进程插入就绪队列，准备执行。1.2中级调度：提高内存利用率和系统吞吐量，使那些暂时不能运行的进程不再占用内存，把它们调至外存（存储管理中的对换功能）。1.3.低级调度：（1）保存处理机的现场信息；（2）按照某种算法选择进程（如优先数算法，轮转算法）（3）把处理器分配给进程。进程调度的三个基本机制：（1）排队器；（2）分派器（分派程序）；（3）上下文切换机制：进程调度方式：1、非抢占方式；2、抢占方式。面向用户的准则：（知道）（1）周转时间短（批处理系统）；（2）响应时间快（分时系统）；（3）截止时间的保证（实时系统）（4）优先权准则。面向系统的准则：（知道）（1）系统吞吐量高（2）处理机利用率好（3）各类资源的平衡利用调度的各种算法和时间片（精通）P91--P962、实现实时调度的基本条件：（知道）A、提供必要的信息（就绪时间；开始截止时间和完成截止时间；处理时间；资源要求；优先级)。B、系统处理能力强;3、采用抢占式调度机制；4、具有快速切换机制3、实时调度算法分类：（了解）A、非抢占式调度算法（非抢占式轮转调度算法；非抢占式优先级调度算法。）7B、抢占式调度算法（基于时钟中断的抢占式优先权调度算法，立即抢占的优先权调度算法）4、产生死锁的原因（掌握）（1）、竞争资源：多个进程共享资源，资源数目不足所引起进程对资源的竞争；a、可剥夺资源和非剥夺性资源;b、竞争非剥夺性资源；c、竞争临时性资源（2）进程推进顺序非法：请求和释放资源顺