自己整理的操作系统知识点

冰原狼1冰原狼1.操作系统定义：操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。2.主要任务/作用：为多道程序的运行提供良好的运行环境，以保证多道程序能有条不紊地、高效地运行，并能最大程度地提高操作系统中各种资源的利用率和方便用户的使用。3.提供用户的使用方式：命令方式、系统调用方式、图形、窗口方式4.五大功能：档管理、存储管理、设备管理、处理器管理、作业管理4、操作系统分类及各分类特点：1#单用户操作系统：一个用户独占计算机系统资源。系统所有软、硬件资源全为一个用户服务，单独地执行该用户提交的一个任务。2#批处理操作系统：用户与他的作业之间没有交互作用，不能直接控制其作业的运行；作业成批处理；多道程序执行自动化，充分利用系统资源。3#实时操作系统：能对外部事件做出迅速回应，具有较强的中断处理机构。可靠性高。4#分时操作系统：同时性：多个用户同时工作。独立性：各用户独立操作，互不干扰。交互性：系统能及时对用户的操作进行回应，显著提高调试和修改程序的效率，缩短了周转时间。及时性：用户的请求能在较短时间内得到回应。5#网络操作系统：略分时系统与多道批处理系统区别目标用户请求的快速回应提高系统效率适用作业小作业大作业效率适用多个执行相同功能的作业充分利用系统资源5.处理器的状态（用户态与核心态）处理器状态：管态：可以执行全部指令，使用所有资源，并具有改变处理器状态的能力。目态：只能执行非特权指令。6.中断及分类A、定义：在执行期间，发生任何非寻常的或非预期的急需处理事件→使得CPU暂时中断当前程序的执行，而转去执行相应的事件处理程序，等到事件处理结束后又返回到原来被中断的程序继续执行的过程。B、分类：冰原狼2冰原狼软件中断(例如地址非法，除法出错，溢出中断)、硬件中断（不可屏蔽中断/可屏蔽中断）C、中断系统职能:发现中断源，提出中断请求保护现场启动处理事件的程序7.中断优先级1)软件查询：2）硬件查询优缺点8.中断事件处理程序一般分为三类:1.处理器中断事件的处理2.自愿中断事件的处理3.外部中断事件的处理9.单道程序系统：每次只允许一道程序进入计算机执行的系统。单道程序系统1.每次只允许一道程序运行；2.它将独占系统资源（处理器、主存、辅存、外设、软件）3.系统按照程序的步骤顺序地执行。4.在该程序执行完之前，其他程序只能等待。10.顺序执行的特点：程序执行的顺序性：前一步完才做下一步；程序运行时对资源的独占性：没有其他程序与之争夺资源程序结果的可再现性：程序执行的结果与执行速度、时间无关。程序结果的封闭性：程序的运行只由初始条件和程序本身来确定。11.多道程序并发执行的特点：a.程序执行时的资源共享性b.程序失去了封闭性和可再现性c.并发程序之间的相互制约性12.进程考点：A、定义：（程序+数据）能和其他程序并行执行的程序段在某数据集合上的一次运行过程，是系统资源分配和调度的一个独立单位。注意的问题：程序段可以并行执行。（并发性）基础是一个程序段，而不是整个程序。程序段在数据上的一次运行（某数据集合上的运行）冰原狼3冰原狼动态的，是程序的一次执行过程。（动态性）能独立运行的基本单位。（独立性）进程的六种理解方法（任务、活动）任何一个处于执行的程序。可以和别的计算并发执行的计算。程序及其数据在处理器上顺序执行时的活动。抽象实体，当它执行一个任务时，将要分配和释放各种资源。独立的可以调度的活动。具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。B、进程和程序的区别:1)进程是一段程序的一次运行活动：动态概念；有一定“生命期”。程序是一组指令的集合：静态概念2程序段运行在两个不同数据集合上，就是两个不同的进程；一个程序可以对应多个进程；一个进程至少要对应一个程序，或对应多个程序，多个进程也可对应相同的程序。3)进程具有并行特征（独立性和异步性）4)进程是资源分配的基本单位C、进程的组成：程序、数据集合、进程式控制制块（PCB）(进程存在的唯一标识)PCB的组织方式（为了管理上的方便）线性方式：所有的PCB组成一个数组；链接方式：运行队列、就绪队列、阻塞队列；索引方式：建立N张索引表。例如就绪索引表、阻塞索引表等。D、3种基本状态：就绪状态、执行状态、阻塞状态就绪状态就绪状态执行状态执行状态阻塞状态阻塞状态资源满足且获得CPU（选中）时间片用完（落选）等待事件已发生（资源得到满足）等待事件发生（等待资源）就绪状态就绪状态执行状态执行状态阻塞状态阻塞状态资源满足且获得CPU（选中）时间片用完（落选）等待事件已发生（资源得到满足）等待事件发生（等待资源）E、进程原语：成对使用1）创建原语、建立进程的两种方式a)由操作系统建立；b)由其他进程创建一个新的进程；2）撤销原语、实质：撤销进程存在标志（进程式控制制块PCB）3）阻塞原语、4）唤醒原语13.进程调度（处理器调度）概念：当用户进程数多于处理器数目，系统按一定算法把CPU动态分配给就绪队列中的某个进程，并使之运行调度的层次（三级）高级调度（宏调度或作业调度）：冰原狼4冰原狼按某种原则从外存的后备作业中，选一个或几个进入存储器，为其运行做好有关准备工作；将作业变为一个或一组进程，分配必要的资源，进入就绪队列。中级调度：内外存之间的进程对换（解决存储器紧张问题低级调度：决定就绪队列中哪个进程将获得处理器调度的功能（由调度程序来实现）保护执行进程的现场（程序状态寄存器、指令计数器、通用寄存器）查询、登记和更新PCB的相应项，选择合适的进程执行（进入执行态）恢复被调度到的进程的原来现场；让被选中的进程继续执行。调度的方式：指把CPU分配给进程后，它能占用多长时间。1）剥夺式2）非剥夺式进程调度常用算法：1、时间片轮转法：简单易行，但不精确（分时系统）；关键：选择合适的时间片就绪态的进程轮流占用CPU执行一定的时间（时间片）；时间片按顺序赋予就绪队列中的每一个进程；规定时间片内未执行完毕，也必须释放CPU；2、优先级调度，调度性能好，增加了系统开销（适用于批处理系统和实时系统）关键：确定优先级1）静态优先级——进程创建时即被确定2）动态优先级——按某种原则不断修改进程优先级、确定优先级的依据：静态：进程类型、对资源的需求、用户要求动态：占用CPU时间的长短：长的优先级别低等待处理器时间的长短：长的优先级别高3、多重队列轮换法：把时间片轮转法中的单就绪队列→双就绪队列或多就绪队列，赋每个队列以不同的优先权14.线程以及与进程区别：线程定义：进程中的一个实体，比进程更小的独立运行的基本单位。引入线程原因：为了减少程序并发执行时所付出的时空开销，使操作系统具有更好的并发性。引入进程原因:为使多个程序并发执行，提高资源利用率和系统吞吐量与进程区别：a.进程是资源分配和拥有的基本单位，线程是处理器调度的基本单位。b.进程拥有资源，线程不独立拥有资源，进程中的线程共享进程的资源。c.进程有自己独立的地址空间，线程是进程内的一个执行单元；进程至少有一个线程；它们共享进程的地址空间；15.存储管理的功能：a.存储空间的分配和回收b.b.地址映射和重定位(程序地址空间中的逻辑地址转换为主存空间中对应的物理地址)c.存储共享与保护，共享1）共同使用存储空间，各自使用不同的存储区域2）共同使用主存中的某些程序和数据区—共享区d.主存扩充（主存单元逻辑上的扩充）存储器分为三级：冰原狼5冰原狼1）外部存储器,（用来存放不立即使用的程序和数据，当用户的程序运行需要它们时，再从外存把它们读入到主存储器。）、2)主存储器,(程序的运行总是存放在主存中，以便处理器的访问)3)高速缓冲存储器,处理机取指令和存取数据在高速缓冲存储器进行12.存储分配的三种方式:直接存储分配方式、静态存储分配方式、动态存储分配方式13.重定位:定义：地址空间的相对地址转化为存储空间中的绝对地址的地址变换过程，称为地址重定位，也称地址映射。2种方式：静态地址重定位和动态地址重定位A.静态地址重定位缺点：1用户程序必须分配一个连续的存储空间。2)难以实现程序和数据的共享。B.动态地址重定位的优点是：1)有利于提高主存的利用率和存储空间使用的灵活性。2)有利于程序段的共享实现。3)为实现虚拟存储管理提供了基础。缺点：1)实现存储器管理的软件比较复杂。2)需要附加的硬件支持。14.覆盖与交换：从逻辑上扩充主存的两种方法，解决在较小主存空间中如何执行大、多程序的问题覆盖技术：把程序划分为若干个功能相互独立的程序段，让那些不会同时被CPU执行的程序段共享同一个主存区。通常，这些程序段被保存在外存中，当CPU要求某一程序段执行时，才将该程序段装入主存中覆盖以前的某一程序段。对于用户看来，主存好像扩大了，这便是覆盖技术。交换技术：将系统暂时不用的程序或数据部分或全部从主存中调出，以腾出更大的存储空间，同时将系统要求使用的程序和数据调入主存中，并将控制权转交给它，让其在系统上运行。区别：对象的区别：交换不要求给出覆盖结构，主要是在进程或作业之间进行，而覆盖则主要是在同一个进程或作业之间进行。作用的区别：交换可以在较小的存储空间中运行较多的作业或进程，覆盖可以在较小的存储空间中运行比其容量大的作业或进程。15.分区存储管理：固定分区法（存在碎片现象）：指系统在初始化时，将主存空间划分为若干个固定大小的区域。用户程序在执行过程中，不允许改变划分区域的大小，只能够根据各自的要求，由系统分配一个存储区域。动态分区法（不存在碎片现象）：在系统初启时，除了操作系统常驻主存部分以外，只存在一个空闲分区。随后，分配程序将该区依次划分给调度程序选中的进程，并且分配的大小可随用户进程对主存的要求而改变，这种分配方式不会产生“碎片”现象，从而大大提高了主存的利用率。动态分区的分配方式冰原狼6冰原狼（1）最先适应法：将作业分配到主存的第一个足够装入它的可用空闲区中。这种算法的缺点是可能将大的空闲区分割成一个社区，不利大作业的装入与运行。（2）最佳适应法：将作业分配到主存中与它所需大小最接近的一个可用空闲区分区存储管理的优缺点（3）最坏适应法：把一个作业分配到主存中最大的空闲区中。优点:在大空闲区中装入作业后，剩下的空闲区常常也很大，于是也能满足以后较大的作业的要求。该算法对中、小作业的运行是很有利的分区存储管理(1)主要优点实现了多道程序设计，从而提高了系统资源的利用率。系统要求的硬件支持少，管理简单。(2)主要缺点作业在装入时的连续性使主存的利用率不高。主存的扩充只能采用覆盖与交换技术，无法真正实现虚拟存储。动态分区的回收分区的回收有四种情况：（1）释放区与上下两个空闲区相邻。（2）释放区与上空闲区相邻。（3）释放区与下空闲区相邻。（4）释放区与上下两个空闲区都不相邻。移动技术:优点：可使分散的“碎片”或小空闲区汇集成大的空闲区；为作业执行过程中扩充主存提供了方便。缺点：增加了系统的开销；不是随时可移动；作业动态申请主存会出现“死锁”。解决的办法：撤出部分死锁作业，让一些作业获得主存运行，后归还主存，再将送出的作业调回运行。页式存储管理分页管理的基本思想：1）将作业分配在不连续的大小相同存储区域中（见缝插针分配），同时又要保证作业的连续执行。每个区称为一块（页框），与此对应，编制程序的逻辑地址也分为页（页面），页的大小与块的大小相等，通常页的大小总是2的整数次幂。2）分配的考虑：将进程的页分配到主存的块中。分页存储器的逻辑地址格式：页号页内偏移优越性1、实现了连续存储到非连续存储的飞跃，为实现虚拟存储打下了基础；2、解决了主存中的“碎片”问题，任意一个“内碎片”或“内零头”都不会大于整个页框的大小，从而提高了主存的利用率。分类：1，静态分页管理2，虚拟分页管理16.虚拟存储器的基本思想：系统把当前要用的程序和数据装入主存中启动程序运行，而暂时不用的程序和数据驻留在外存中。在执行中需要用到不在主存中的信息时，可将暂时不用的程序和数据调出主存，腾出主存空间让系统调入要用的程序和数据。从用户角度上看，系统