操作系统期末复习知识点

1.操作系统的功能：平台与环境功能；资源管理者功能；计算机工作流程组织者或者总调度员的功能。操作系统管理的资源：处理机、内存、I/O设备（系统设备：键盘、打印机、显示器）、文件。2.操作系统基本特征：1）静态驻留2）动态运行微观特征：并发性；共享性；不确定性；虚拟化。3.操作系统的基本类型：①批处理系统。特点：一是成批多道；二是作业的自动控制方式，在作业运行期间，用户不能干预作业的运行；三是这种系统特别追求作业的大吞吐量和系统资源的利用率。典型系统：银河巨型计算机。②分时系统。特点：多路性；同时性；交互性；独占性。典型系统：麻省理工学院的CTSS，现代的UNIX.。③实时系统。特点：响应及时；安全可靠。典型系统：武汉钢铁公司直径1.7m的轧机上配套的计算机。④个人机操作系统。特点：便于携带和安装；单用户使用，但支持注册多个用户，可以进行用户切换；交互式用机方式，使用方便；有良好的多媒体环境，并配有丰富的游戏和应用软件供使用；有良好的网络功能。典型系统：Windows系列操作系统。⑤网络操作系统。典型系统：UNIX,WindowsNT⑥分布式操作系统。特点：分布性；对称性；协同性。⑦云操作系统。兼分布式，网络，个人机系统的特点，并有进一步的升华。典型系统：谷歌的ChormeOS，微软的WindowsAzure，海浪的云海OS是云计算中心操作系统的代表，苹果IOS和谷歌的安卓操作系统是云终端的代表。操作系统结构：整体式系统；层次式系统；虚拟机；客户机/服务器系统；云计算分布式系统结构。操作系统的概念：①中断驱动：中断是CPU对于某个外部事件的响应。②核心态与特权指令：操作系统在CPU核心态执行，用户程序在CPU用户态执行，特权指令包括CPU状态转换，按绝对地址访问内存单元，启动外设，给专用寄存器置值等。③内核与微内核④系统调用（操作系统以系统调用为其他软件提供使用计算机资源的接口，与子程序调用不同）⑤进程结构⑥用户界面（命令行与Shell接口，图形用户界面、网络浏览器和门户网站界面、手指屏幕触摸）4.并发程序的特征：间断性；失去封闭性；不可再现性。5.进程的概念：进程是一个有一定独立功能的程序在某个数据集合上的一次运行活动。特征：动态性；并发性；独立性；制约性。进程与程序的联系和区别：①进程是程序的执行，进程属于动态概念，二程序是一组指令的有序集合，是静态概念②进程是程序的执行，或者说是“一次运行活动”因而他是有生命过程的。进程的存在是暂时的，而程序的存在是永久的③进程的组成包括程序和数据。除此之外。进程还由记录进程状态信息的进程控制块PCB组成。④一个程序可能对应多个进程6.进程控制块（数据结构）；进程控制块(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。内容：1）进程标识符：每个进程都必须有一个唯一的标识符，可以是字符串，也可以是一个数字2）进程当前状态：说明进程当前所处的状态3）进程相应的程序和数据地址，以便把PCB与其程序和数据联系起来4）进程资源清单。列出所拥有的除CPU外的资源记录5）进程优先级：进程的优先级反映进程的紧迫程度，通常由用户指定和系统设置。6）CPU现场保护区：当进程因某种原因不能继续占用CPU时，释放CPU，这时就要将CPU的各种状态信息保护起来，为将来再次得到处理机恢复CPU的各种状态继续运行7）进程同步与通信机制用于实现进程间互斥、同步和通信所需的信号。进程的状态1)运行态：进程正在占用CPU；2)就绪态：进程具备运行条件，但尚未占用CPU；3)等待态：进程由于等待某一事件不能运行时处于阻塞态。处于阻塞态的进程在逻辑上是不能运行的，即使CPU空闲，它也不能占用CPU。转化：每个进程必定处在不断变化状态中。进程管理原语；1）创建原语：为被创建进程建立一个PCB，初置其参数，分配唯一的进程标识号，分配内存和其他必要的资源，置进程的状态为就绪态；2）撤销原语：以便及时释放其所占有的各类资源包括它的PCB在内都应该由操作系统及时回收3）挂起原语：把发命令进程自身挂起；挂起具有标识符的进程；将某进程及其全部或部分子进程挂起。创建进程的时机：程序运行之前。7.进程的同步与互斥：互斥:是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的。同步:是指在互斥的基础上(大多数情况)，通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下，同步已经实现了互斥，特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源。临界资源：指每次仅允许一个进程访问的资源。临界区(个数)：多个进程必须互斥地对它进行访问。每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区。每次只准许一个进程进入临界区，进入后不允许其他进程进入。不论是硬件临界资源，还是软件临界资源，多个进程必须互斥地对它进行访问。信号量又叫信号灯，由内存中相邻的两个单元组成用以描述某种资源的可用程度，其中一个单元为信号量的值代表该资源的可用数量。另一个单元是在该资源上等待的进程队列指针。如可以用C语言的结构类型semaphore来定义一个信号量Structsemaphore{Intcount;QueueTypequeue;}按用途可将信号量分为以下两种：1）二元信号量：它仅允许取值0或1，主要用作互斥操作。2）一般信号量：它允许取值为整数，主要用于进程间的一般同步问题。信号量仅能由P,v同步原语对其进行操作P,V操作：是作用于信号量上，用于实现互斥与同步的有效工具。定义如下：1）P操作：Voidp(semaphores){s.count--;if(s.count0){Placethisprocessins.queue;Blockthisprocess}}2）V操作：Voidv(semaphores){s.count++;if(s.count=0){RemoveaprocessPfroms.queue;PlaceprocessPonreadylist;}}从定义可知，P操作代表进程对资源的测试，有资源则占用，没有资源则等待，放弃对CPU的竞争，造成“让权等待”局面。V操作代表对资源的释放，同时考虑是否有在等待队列上等待的程序，如果有则唤醒一个。让权等待比忙等待方式的CPU利用率高些，使得P,V操作被广泛使用。临界区软件解决方案：1）简单标记法：这种方法为临界区设个标志字gate，其值为1表示已有进程处在临界区中，值为0表示临界区尚无进程占用。为了互斥地使用临界区，进入临界区的进程要作上一个已在临界区的标记，将gate置为1，每个进程在欲进入临界区之前，都要检查这个标记gate，如果已经被别的进程置1，就知道已经有进程处在其中，不再进入临界区。2）Dekker算法。8．进程通信的方式：共享内存，管道，Socket，消息队列,DDE等9.线程的概念：是由进程派生出来的一组代码（指令组）的执行过程属性（windowsNT)状态：1）新建：用new语句创建的线程对处于新建状态2）就绪：程序通过线程对象调用启动方法start()后系统会为这个线程分配它运行时所需的除处理器之外的所有系统资源。这时它处在随时可以运行的状态，在随后的任意时刻只要它获得处理器即会进入运行状态3）运行：处于这个状态的线程占用CPU，执行程序代码4）阻塞：阻塞状态是指线程因为某些原因放弃CPU，时停止运行。当线程处于阻塞状态时Java虚拟机不会给线程分配CPU，直到线程重新进入就绪状态它才有机会转到运行状态。10.作业调度算法评测：1)接纳多少个作业2）接纳哪些作业分级调度高、中、低级11.常用调度算法：1）非抢占式方式：让原来正在运行的进程继续运行，直至该进程完成或发生某种事件而被阻塞才能把处理机分配给其他进程。不允许任何进程抢占已经分配的处理机2）抢占式方式：允许调度程序根据某种原则去停止某个正在执行的进程，将已分配的处理机重新分配给另一进程。原则：时间片原则、优先权原则、短作业优先原则。12.死锁的概念：指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。产生原因：1）竞争系统资源2）进程的推进顺序不当必要条件：互斥条件：某些资源有排他地使用性质，不能保证资源被进程任意共享源保持不放。请求和保持条件：进程已经拥有部分资源又还要继续申请资源。不剥夺条件：进程已获得的资源不能被系统强行收回以做它用。环路等待条件：在发生死锁时，必然存在一个进程--资源的环形链。预防：死锁预防是计算机操作系统，在设计时确定资源分配算法，为保证不发生死锁，而破坏产生死锁的必要条件的行为过程。系统运行的安全状态：是指系统能按某种顺序如P1,P2,...,Pn(称P1,P2,...Pn序列为安全序列)，来为每个进程分配其所需资源，直到最大需求，使每个进程都可顺序完成。若系统不存在这样一个安全序列，则称系统处于不安全状态。死锁避免：预防死锁的几种策略，会严重地损害系统性能。因此在避免死锁时，要施加较弱的限制，从而获得较满意的系统性能。由于在避免死锁的策略中，允许进程动态地申请资源。因而，系统在进行资源分配之前预先计算资源分配的安全性。若此次分配不会导致系统进入不安全状态，则将资源分配给进程；否则，进程等待。其中最具有代表性的避免死锁算法是银行家算法。银行家算法：银行家算法是一种最有代表性的避免死锁的算法。13．主存与外存的特点：存储器按照用途可分为主存储器和辅助存储器，主存储器又称内存储器，辅助存储器又称外存储器。外存通常是磁性介质或光盘，像硬盘，软盘，磁带，CD等，能长期保存信息，并且不依赖于电来保存信息，但是由机械部件带动，速度与CPU相比就显得慢的多。内存指的就是主板上的存储部件，是CPU直接与之沟通，并用其存储数据的部件，存放当前正在使用的(即执行中)的数据和程序，它的物理实质就是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路，内存只用于暂时存放程序和数据，一旦关闭电源或发生断电，其中的程序和数据就会丢失。14.内存分配方式（静态、动态）1）直接存储分配方式：在程序设计过程中，所用的是实际物理地址，以确保各程序所用的地址之间互不重叠。直接存储分配方式要求内存的可用空间已经确定。2）静态存储分配方式：采用的地址空间为逻辑地址。当连接程序对它们进行装入、连接时，才确定它们在内存中的物理位置，从而产生可执行程序。这种分配方式要求用户在进行装入、连接时，系统必须分配其要求的全部内存空间。3）动态存储分配方式：是一种能有效使用内存的方法。用户程序在内存空间中的位置也是在装入时确定的，但是它不必一次性将整个程序装入到内存中，可根据执行的需要，一部分一部分地动态装入。同时，装入内存的程序不执行时，系统可以收回该程序所占据的内存空间。动态存储分配通常可采用覆盖与交换技术实现内存回收：对所回收的内存空闲区和已存在的内存空闲区的整理。15.存储管理方式：连续分配方式（单一连续分配、分区分配：固定分区、动态分区）；离散分配方式（分页、分段、段页式）；（请求分页、分段）16．固定分区分配：基本思想（作业调入内存前划分空间、分区固定）、方法（固定式分区、可变式分区、可重定位分区和多重分区）、特点（把内存划分为若干个固定大小的连续分区）17.可变分区、分配算法①首次适应算法：首次适应算法的表是按空闲区首址升序的方法组织的。分配时从表首开始，以请求内存区的大小逐个与空闲区进行比较，找到第一个满足要求的空闲后，若空闲区大小与请求区的大小相等，则将该空闲区分配给请求者，并撤消该空闲区所在表目；若大于请求区，就将该空闲区的一部分分配给请求者，然后，修改空闲区的大小和首址②最佳适应算法：最佳适应算法是将申请者放入与其大小最接近的空闲区中。切割后的空闲区最小，若系统中有与申请区大小相等的空闲区，肯定能将这种空闲区分配给申请者。这种算法最大的缺点是分割后的空闲区将会很小，直至无法使用，而造成浪费③最坏适应算法为了克服最佳适应算法把空闲区切割得大小的缺点，人们提出了一种最坏适应算法，即每次分配时，总是将最