复习大纲-2011.

上课时间：1-12周（48学时）实验时间：7-12周（16学时）复习课：第16周–信管1004:12月12号下午14:00，文波111–信管1003:12月13号上午10:00，文澜102考试时间：第19周1《操作系统原理》复习大纲任课教师：李玲中南财经政法大学信息与安全管理学院考试内容第1章引论（基础）第2章作业管理和用户接口（次重点）第3章进程管理和处理机管理（重点）第4章存储管理（重点）第5章设备管理（重点）第6章文件系统（重点）第7章网络操作系统（次重点）第8章以后（含第8章）不作为考试范围31.操作系统的概念2.操作系统的功能（5大功能）3.操作系统的类型：批处理、多道、多道批处理、分时、实时系统4.操作系统的特性和性能指标5.中断系统：中断的概念、中断的处理过程4第1章引论从操作系统的角度来看计算机系统的组成：操作系统的概念5操作系统的定义操作系统（OperatingSystem，简称OS）是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合——它们管理和控制计算机系统中的软件和硬件资源，合理地组织计算机工作流程，以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强大、使用方便和可扩展的工作环境，从而在计算机与其用户之间起到接口的作用。6操作系统的功能①处理机管理（CPU）（第3章）②存储管理（内存）（第4章）③设备管理（外设）（第5章）④文件管理（外存上信息的管理）（第6章）-软件资源管理计算机的各种资源，提高计算机的利用率。⑤作业管理（第2章）为用户提供方便易用的接口（界面）7硬件资源计算机发展分为四个阶段：1946～50年代末：第一代，电子管时代，无操作系统。50年代末～60年代中：第二代，晶体管时代，批处理系统。60年代中～70年代中：第三代，集成电路时代，多道程序系统。70年代中期～至今：第四代，大规模、超大规模集成电路时代，分时系统、实时系统…。操作系统的历史8早期的批处理分为2种：联机批处理脱机批处理联机批处理：由CPU直接控制作业的输入输出。脱机批处理：由卫星机（外围机）控制作业的输入输出。批处理系统的分类9多道程序系统的特点多道宏观上并行：同时有多道程序在内存运行，某一时间段上，各道程序不同程度地向前推进。微观上串行：任一时刻最多只有一道作业占用CPU，多道程序交替使用CPU。10多道批处理操作系统的主要特征：（1）成批处理（2）多道程序运行分时操作系统的主要特征：（1）交互性（2）共享性（3）独占性实时操作系统的主要特征：（1）即时响应（2）高可靠性11操作系统的基本类型12操作系统的性能指标RSA可靠性（Reliability）：系统正常工作的时间；可维修性（Serviceability）：从故障发生到故障修复所需要的时间；可用性（Availability）：系统在执行任务时能正常工作的概率。P24第2、3、4、5、6、7、8、10、11、12、14、15、16、17、18、2113习题要求1.用户和操作系统间的接口：2种接口（程序接口和命令接口）系统调用：操作系统内提供的一些子程序命令接口分为2种：联机接口和脱机接口2.作业管理的基本概念作业、作业步作业管理的功能①作业的输入与输出（3种）②作业调度（作业的4种状态、JCB、3种作业调度算法）③作业控制（2种方式：脱机方式和联机方式）14第2章作业管理和用户接口用户态和系统态处理机在用户程序中执行称为用户态（目态）。处理机在系统程序中执行称为系统态（核心态、管态）。系统调用：调用程序（用户的源程序）在用户态，被调用程序在系统态。15联机输入/输出脱机输入/输出Spooling系统联机输入/输出：由CPU直接控制作业的输入输出。脱机输入/输出：由卫星机（外围机）控制作业的输入输出。Spooling系统：外围设备同时联机操作。2.3作业的输入与输出162.4作业调度2.4.1作业的状态作业从提交给系统直到它完成后离开系统前的整个活动过程，要经历四种不同状态：提交状态后备状态运行状态完成状态172.4.4作业调度算法作业调度是按照某种调度算法从所有处于后备状态的作业队列中挑选一个或多个作业进入主存中运行。1．先来先服务调度算法（FirstComeFirstServed,FCFS）2．短作业优先调度算法(ShortestJobFirst,SJF)3．响应比高者优先调度算法18P44第1、2、3、4、5、6、7、9、12、1319习题要求1.进程及其有关概念：并发、进程的定义及特征、进程的类型2.进程管理：进程的状态及其转化、进程的组成、PCB、进程调度3.进程的同步与互斥：临界区、临界资源、用信号量机制解决进程同步和互斥问题（3个经典问题：生产者-消费者问题、读者-写者问题、哲学家进餐问题）4.进程通信：高级通信（消息通信：直接通信和间接通信）5.死锁：产生死锁的条件；解决死锁的对策20第3章进程及处理机管理213.2.1进程的状态及其转换3.2.2进程的结构1.进程的组成进程由三部分组成①程序：是进程中能被进程调度程序选中，并在CPU上执行的程序代码段，它描述了进程所完成的功能。②数据集合：程序运行时所需的数据区和工作区。这两者称为进程的实体。③进程控制块（PCB）：包含了有关进程的描述信息、控制信息以及资源信息，是进程动态特征的集中反映。22进程调度算法1先来先服务调度算法(FCFS：FirstComeFirstServe)2短进程优先调度算法(ShortestProcessFirst,SPF)3时间片轮转法P68例子233.3进程的同步与互斥并发系统中，进程之间有两种不同的制约关系：1．互斥关系，也称间接制约关系。有些资源需要互斥使用，各进程竞争使用这些资源，进程的这种关系为进程的互斥。比如两个不同的进程同时要求使用打印机，如果我们不加以控制，打印出来的就是两个内容的夹杂，为了避免这种情况的发生，各进程必须独占打印机。2．同步关系，也称直接制约关系。指系统中多个进程中发生的事件存在某种时序关系，需要相互合作，共同完成一项任务。24临界资源：一次只允许一个进程使用的资源。如：打印机。临界资源可能是硬件，也可能是软件：变量，数据，表格，队列等。临界区:进程中访问临界资源的那段代码。253.3.1临界区P,V操作讨论信号量的物理含义：S0表示有S个资源可用S=0表示无资源可用S0则|S|表示等待队列中的进程个数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026P，V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；而两个V操作的顺序无关紧要。27P,V操作讨论掌握3个经典问题：–生产者-消费者问题–读者-写者问题–哲学家进餐问题28用信号量机制解决进程同步和互斥问题3.4.1进程通信的概念进程通信：指进程之间的信息交换。按通信内容可以划分为2种：低级通信：进程之间控制信息的交换。信息交换量少，一般只传送一个和几个字节的信息，达到控制进程执行速度的作用。（例如，进程的同步和互斥）高级通信：用户可以直接利用OS所提供的一组通信命令，高效地传送大量数据的一种通信方式。常引进共享存贮器和消息系统等技术。293.4.2消息通信在消息通信中，进程间的数据交换是以消息为单位。程序员直接利用系统提供的一组通信命令（原语）来实现通信。因其实现方法的不同，又可分为：直接通信方式（消息缓冲机制）间接通信方式（邮箱通信方式）30直接通信方式：发送进程直接将消息发送给接收进程，并将它挂在接收进程的消息缓冲队列上。接收进程从消息缓冲队列中取得消息。故称为消息缓冲机制。间接通信方式：发送进程将消息发送到某个中间实体（一般称为邮箱）中，接收进程从中取得消息，所以称为邮箱通讯方式，在网络中称为电子邮件系统。313.4.2消息通信死锁Deadlock：是计算机系统中多道程序并发执行时，两个或两个以上的进程由于竞争资源而造成的一种互相等待的现象（僵局），如无外力作用，这些进程将永远不能再向前推进。32死锁的定义产生死锁的原因1.系统资源不足：当系统中供多个进程所共享的资源，不足以同时满足它们的需要时，引起它们对资源的竞争而产生死锁；2.进程推进顺序不当：进程在运行过程中，请求和释放资源的顺序不当，导致进程的死锁。333.5.2产生死锁现象的条件产生死锁的4个必要条件1.互斥条件：出现死锁的系统中必须存在需要互斥使用的资源（临界资源）。2.占有等待条件：出现死锁的系统中一定有这样的进程，它们已分配到了某些资源，并且在等待另外的资源。3.非剥夺条件：出现死锁的系统中一定有不可剥夺使用的资源。4.循环等待条件（环路条件）：存在一种进程的循环链，链中的每一个进程已获得的资源同时被链中的下一个进程所请求。R1R2P1P234P105第1、2、3、4、5、8、9、10、11、19、20、21、22、23、24、25、26、31、32、33、34、35、37、38、39、40、41、4235习题要求1.可变式分区/动态分区管理的原理，优缺点。2.覆盖与交换的概念。3.页式管理原理，地址变换过程及越界保护，请求分页管理中的缺页中断及其处理过程。4.页面置换算法，FIFO算法中的Belady异常现象。5.段式管理原理，地址变换过程及越界保护，请求分段管理中的缺段中断及其处理过程。36第4章存储管理地址空间和存储空间用户编程所用的地址称为逻辑地址（或相对地址，或虚地址），由逻辑地址组成的空间称为地址空间（或程序地址空间）。其首地址为0，其余指令中的地址都相对于首地址来编址。不能用逻辑地址在内存中读取信息。内存的每个存储单元都有一个编号，这种编号称为内存地址（或称为物理地址，绝对地址，实地址）。内存地址的集合称为存储空间（或内存空间，物理地址空间）。374.1.2存储管理中使用的几个概念地址重定位当用户程序被装入计算机系统并请求执行时，存储管理首先要为它分配合适的内存空间。该内存空间的起始地址是不固定的，而且逻辑地址与分到的内存空间的物理地址经常不一致。也就是说，每个逻辑地址在内存中没有一个固定的物理地址与之对应。为了保证程序的正确执行，必须根据分配给程序的内存空间对程序中指令和数据的存放地址进行重定位，即要把逻辑地址转换成物理地址。把逻辑地址转换成物理地址的工作称“地址重定位”或“地址映射”或“地址变换”。384.1.2存储管理中使用的几个概念实现地址重定位的方法有两种：静态重定位和动态重定位。静态重定位：在装入一个程序时，把程序中的指令地址和数据地址全部转换为物理地址，在程序执行过程中就不需要再进行地址转换的工作。（地址转换工作是在程序执行前集中一次完成的）动态重定位：在装入程序时，不立即进行地址转换，而是直接把程序装入所分配的内存区域中。然后，在程序执行过程中，每执行一条指令时都由硬件的地址转换机构将程序指令中的逻辑地址转换成物理地址。394.1.2存储管理中使用的几个概念方法功能单一连续区分区式页式段式段页式固定分区可变分区适用环境单道多道多道多道多道地址空间一维一维一维二维二维重定位方式静态静态动态动态动态动态各种存储方法比较-140方法功能单一连续区分区式页式段式段页式固定分区可变分区静态动态\请求分页分配方式静态分配连续区静态分配连续区动态分配连续区静态，页为单位非连续动态，页为单位非连续动态，段为单位非连续动态，页为单位非连续内存释放执行完成后全部释放分区释放分区释放执行完成后释放淘汰或执行完后释放淘汰或执行完成后释放淘汰或执行完成后释放存储保护越界保护或没有越界保护（界限寄存器）与存储保护键越界保护与控制权保护同左同左41各种存储方法比较-2方法功能单一连续区分区式页式段式段页式固定分区可变分区