《计算机操作系统》期末复习指导

《计算机操作系统》期末复习指导第一章计算机操作系统概述1、操作系统的概念OperatingSystem，OS），是一种软件，属于系统软件；1、科普的观点操作系统是计算机系统的管理和控制中心，它依照设计者制定的各种调度策略组织和管理计算机系统资源，使之能高效地运行。2、功能的观点操作系统是一个计算机资源管理系统，它负责计算机系统的全部资源的分配、控制、调度和回收。3、用户的观点操作系统是计算机与用户之间的接口，用户通过这种接口使用计算机。4、软件的观点操作系统是程序和数据结构的集合。5、管理的观点操作系统是计算机硬件和软件资源的合理而协调的管理者。6、操作系统是一个大型的程序系统，它负责计算机的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制并协调并发活动，实现信息的存取和保护。它提供用户接口，使用户获得良好的工作环境。操作系统使整个计算机系统实现了高效率和高度自动化。2、操作系统的生成和五大类型OS内核（kernel）。既方便用户，又使系统开销尽量小；生成的配置过程如UNIX中newconfig命令；DOS中config.sys文件；维护由系统管理员负责。布式操作系统。但从微观上看，内存中的多道程序轮流地或分时地占用处理机，交替执行。≠多重处理系统≠多用户≠多终端多用户系统一定是采用多道技术。而多道系统不一定是多用户系统。多重处理系统一般指多CPU系统。当然，一个CPU的系统采用分时技术可以为多用户服务。多用户的关键技术是在用户之间要有保密保安措施。终端指用户使用的硬件设备，即使一个终端也可为多用户使用，例如，银行的自动取款机(ATM)。CPU的时间分成很短的时间片（例如，几十至几百毫秒）工作。随着时间片的时间减少，对换时间所占的比例随之增大。随着用户数目的不断增加，这种矛盾会越来越突出。快的速度进行处理，并在被控对象允许的时间范围内做出快速反应。交互作用能力较差。3、操作系统的五大功能CPU真正合理地分配给每个任务。4、表征操作系统的属性响应比，并发性，信息的共享、保密与保护，可扩充性、可移植性、可读性、可“生成”性，安全可靠性，可测试性等。第二章用户与操作系统的接口1、基本概念(Job)是让计算机完成一件事或任务，可大可小，可多可少。(Jobsteps)：作业顺序执行的工作单元。(JobStream)：作业步的控制流程。2、用户界面界面：图形界面在二维空间（图形界面）；3、传统的人机接口Shell语言）：DOSShell；UNIX；BShell、CShell等SystemCall）4、作业输入输出方式SPOOLing：联机外围同时操作，假脱机（排队转储，设备虚拟技术）5、作业调度调度的功能：1）采用JCB（作业控制块）表格，记录各作业状况；2）按选定的算法，从后备作业队列中选出一部分（多道）或一个作业投入运行；3）为被选中的作业做好运行前的准备工作。例如建立相应的执行进程和分配系统资源；4）作业运行结束的善后处理工作。1）先来先服务（FCFS）=∑（作业完成时刻i-作业提交时刻i）/n个作业2）最短作业优先：在作业内容参差很不均衡时有合理性3）“响应比”最高的优先(系数)比”：作业响应时间（等待和运行）/作业运行时间4）定时轮转法（按时间片）：适合作业不定的情况5）优先数法：急事先办的原则第三章进程及处理机管理1、为什么要引入“进程”1）进程调度属于低级处理机管理，即确定系统中哪个进程将获得CPU；而作业调度属于高级处理机管理，即确定系统中哪些作业将获得CPU。2）进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。3）引入进程的意义是描述多道程序设计系统中程序的动态执行过程。2、进程的定义及特征1）程序和进程的区别2）进程的五个基本特征：动态性、并发性、独立性、制约性、结构性3、进程调度1）进程的三个基本状态及转换2）进程调度算法FCFS）、时间片轮转法、多级反馈轮转法、优先数法。3）进程控制块（PCB）是进程存在的唯一标志，它描述了进程的动态性。4、进程通信1）进程的同步与互斥任务时在时间次序上的某种限制，进程相互之间各自的存在及作用，通过交换信息完成通信。如接力比赛中一组队员使用接力棒等。往往指多个任务多个进程间的通讯制约，因而使用更广泛。如打篮球时双方挣抢篮板球等。2）临界区进程进入临界区；②本进程结束负责通知下一进程；③进程调度，不能阻塞。3）原语/开锁（LOCK/UNLOCK）原语Semaphore）及PV操作PV操作能够实现对临界区的管理要求。它由P操作原语和V操作原语组成，对信号量进行操作，具体定义如下：P（S）：①将信号量S的值减1，即S=S-1；S0，则该进程继续执行；否则该进程置为等待状态，排入等待队列。V（S）：①将信号量S的值加1，即S=S+1；S0，则该进程继续执行；否则释放队列中第一个等待信号量的进程。个值和一个指针，指针指向等待该信号量的下一个进程。信号量的值与相应资源的使用情况有关。当它的值大于0时，表示当前可用资源的数量；当它的值小于0时，其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。注意信号量的值仅能由PV操作来改变。S0时，S表示可用资源的数量。执行一次P操作意味着请求分配一个单位资源，因此S的值减1；当S0时，表示已经没有可用资源，请求者必须等待别的进程释放该类资源，它才能运行下去。而执行一个V操作意味着释放一个单位资源，因此S的值加1；若S0，表示有某些进程正在等待该资源，因此要唤醒一个等待状态的进程，使之运行下去。Send）与读取（Read）。5、死锁1）死锁的概念们都无法向前推进，称这种现象为死锁现象。争，而且操作不当。2）产生死锁的四个必要条件是资源互斥使用、保持和等待、非剥夺性、循环等待。3）解决死锁的方法破坏产生死锁的四个必要条件中的一个或多个，使系统绝不会进入死锁状态；死锁的避免，即在资源动态分配的过程中使用某种办法防止系统进人死锁状态；和允许系统产生死锁，然后使用检测算法及时地发现并解除它。安全状态、安全系列、银行家算法等第四章存储管理1、存储管理使用的基本概念和信息实际存放在内存中的地址有所不同。前者叫逻辑（相对）地址，后者叫物理（绝对）地址。调出内存，这样好象内存容量不受限制。1）虚存容量不是无限的，极端情况受内存和外存可利用的总容量限制；2）虚存容量还受计算机总线地址结构限制；3）速度和容量的“时空”矛盾，虛存量的“扩大”是以牺牲CPU工作时间以及内外存交换时间为代价的。2、分区分配存储管理---保护系统工作区和用户作业区，特别是如何防止系统区被破坏。方法有存储保护键、界限寄存器3、请求页式存储管理1）页式存储管理实现原理不用的程序装入内存。2）页表的作用是将逻辑页号转换为物理块号。3）页面淘汰算法(FIFO)、循环检测法、最近最少使用页面先淘汰（LRU）、最不经常使用的页面先淘汰（LFU）、最近没有使用页面先淘汰（NUR）、最优淘汰算法（OPT）等。4）页式存储管理的优、缺点利用率高，不常用的页面尽量不留在内存；分区比，无零星碎片产生。中断、缺页中断处理等，系统开销较大；4、段式、段页式存储管理第五章文件管理1、文件管理任务与功能本身和用户，以达到方便用户和提高资源利用率的目的。---分配与管理外存---提供合适的存储方法---文件共享、保护，解决命名冲突=文件管理程序（文件和目录的集合）+它所管理的全部文件；2、文件分类1）按文件性质与用途分：系统文件、库文件、用户文件2）按操作保护分：只读文件、可读可写文件、可执行文件3）按使用情况分：临时文件、永久文件、档案文件4）按用户观点分：普通文件、目录文件、特殊文件5）按存取的物理结构分：顺序（连续）文件、链接文件、索引文件6）按文件的逻辑存储结构分：有结构文件、无结构文件7）按文件中的数据形式分：源文件、目标文件3、文件的逻辑结构和物理结构---从用户观点看---按文件名及记录号存取文件，是一维、连续的字符序列，方便存储、检索或加工---文件由若干个逻辑记录组成，并加以命名或编号(自由)链表法、成组链接法4、文件目录1）文件目录分类：一级文件目录、二级文件目录、多级文件目录2）文件目录的管理5、文件存取控制制矩阵、用户权限表、使用口令、使用密码6、文件系统的数据结构和表示UNIX或Linux操作系统中文件系统的主要特点1）操作系统文件的目录组织是一个树形结构，从根结点到叶子称为文件的全路径名，文件可以由其全路径名唯一确定；2）文件本身是无结构的字符流；3）把外部设备的特殊文件和普通文件以及目录文件都统一在文件这一概念上，对于一般文件的访问、共享和保护方式也可以适用于外部设备。第六章输入输出设备管理1、设备管理的任务和功能1）按用户需求提出的要求接入外部设备，系统按一定算法分配和管理控制，而用户不必关心设备的实际地址和控制指令；2）尽量提高输入输出设备的利用率，例如发挥主机与外设以及外设与外设之间的真正并行工作能力。1）分配设备2）控制和实现真正的输入输出操作3）对输入输出缓冲区进行管理4）在一些较大系统中实现虚拟设备技术2、外部设备分类1）按系统和用户分：系统设备、用户设备2）按输入输出传送方式分（UNIX或Linux操作系统）：字符型设备、块设备3）按资源特点分：独享设备、共享设备、虚拟设备4）按设备硬件物理特性分：顺序存取设备、直接存取设备5）按设备使用分：物理设备、逻辑设备、伪设备I/O方式：询问、通道、中断I/O设备分配算法：先来先服务（FCFS）、按优先级进行分配3、设备管理技术1）I/O设置缓存理由I/O信息，以减少中断CPU的次数。这种情形可进一步推广，使得一次读入的信息可多次重复使用。2）虚拟设备的技术（SPOOLing）SPOOLing，即外围设备联机并行操作，它是关于慢速字符设备如何与计算机主机交换信息的一种技术，通常也叫做“假脱机技术”。是一种预输入、缓输出和转储的管理技术.SPOOLing系统的特点：I/O速度；4、设备处理程序编制内容1）将接收到的抽象要求转换为具体要求；2）检查用户I/O请求的合法性，了解I/O设备的状态，传递有I/O关参数，设置设备的工作方式；3）发出I/O命令，启动分配到的I/O设备，完成指定的I/O操作；4）及时响应由控制器或通道发来的中断请求，并根据其中断类型调用相应的中断处理程序进行处理；5）对于设置有通道的计算机系统，驱动程序还应能够根据用户的I/O请求，自动地构成通道程序。1）驱动程序主要是在请求I/O的进程与设备控制器之间的一个通信程序。2）驱动程序与I/O设备的特性紧密相关。3）驱动程序与I/O控制方式紧密相关。4）由于驱动程序与硬件紧密相关，因而其中的一部分程序用汇编语言书写，目前有很多驱动程序，其基本部分已经固化，放在ROM中。1）将抽象要求转换为具体要求2）检查I/O请求的合法性3）读出和检查设备的状态4）传送必要的参数5）方式的设置和I/O设备启动难点分析算机系统中的作用，大致可以从两方面体会：对内，操作系统管理计算机系统的各种资源，扩充硬件的功能；对外，操作系统提供良好的人机界面，方便用户使用计算机。它在整个计算机系统中具有承上启下的地位。区别如下：1）运行状态不同。一般的过程调用，其调用和被调用过程都是用户程序，它们都运行在同一系统状态下；而系统调用的调用过程是用户程序，它运行在用户态，其被调用过程是系统过程，运行在系统态。2）进入方式不同。一般过程调用可以直接通过过程调用语句将控制转移到被调用过程；而执行系统调用时，由于调用和被调用过程处于不同系统状态，必须通过访管中断进入。3）代码层次不同。一般过程调用中的被调用程序是用户级程序，而系统调用是操作系统中的代码程序，是系统级程序。l、2、3的提交时间和运行时间。采用先来先服务调度算法和短作业优先调度算法，试问平均周转时间各为多少？（时间单位：小时，以十进制进行计算。）l、2、3。T＝（8＋11.6＋12）/3＝10.53l、3、2。T＝（8＋8＋12.6）/3＝9.53询目录。由于文件目录与文件一起存放在辅存上，当存取文件时，必须先到辅存中读取文件目录信息，从中获得文件