2016操作系统课程复习(1)

操作系统课程复习操作系统定义：计算机操作系统是方便用户、管理和控制计算机软硬件资源的系统软件（或程序集合）。操作系统的五大功能：作业管理、文件管理、存储管理、设备管理和进程管理。P11操作系统五大类型：批处理、实时、分时、网络、分布1、操作系统基本概念p2见定义2、用户接口，每种接口的含义p13程序一级的接口：提供一组广义指令供用户程序和其他系统程序调用。作业一级的接口：提供一组控制操作命令供用户去组织和控制自己作业的运行。3、批处理技术、分时系统、实时系统p8,p9批处理系统主要特征：1用户脱机使用计算机2成批处理3多道程序运行。优点是提高系统资源的利用率和作业吞吐量；缺点是无交互性，批处理导致的作业周转时间长和用户使用不方便。分时系统与实时系统：分时系统通用性强，交互性强，及时性要求一般（通常数量级为秒）；实时系统往往是专用的，系统与应用很难分离，常常紧密结合在一起，实时系统并不强调资源利用率，而更关心及时性（通常数量级为毫秒或微秒），可靠性等。4、操作系统的基本特征并发，共享，虚拟，异步5、并发和并行的概念、区别程序并发与程序并行：程序并发是指多道程序在宏观上同时向前推进，如用户程序与用户程序之间的并发执行；用户程序与操作系统程序之间并发执行等。程序并行与程序并发完全不相同，并行要求微观上的同时，即在绝对的同一时刻同时推进多道程序。并发实质上宏观上并行，而微观上串行的意思。进程管理进程的概念、特征,结构、基本状态p45概念：并发执行的程序在执行过程中分配和管理资源的基本单位。特征结构：1动态性:进程的实质是程序的一次执行过程，进程是动态产生，动态消亡的。2并发性:任何进程都可以同其他进程一起并发执行3独立性:进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统分配资源和调度的独立单位;4异步性:由于进程间的相互制约，使进程具有执行的间断性，即进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进5结构特征:进程由程序、数据和进程控制块三部分组成。基本状态：初始态，执行状态，等待状态，就绪状态，终止状态进程调度算法：先来先服务（FCFS）、轮转法（RR）、优先数法、多级反馈轮转法P、V操作算法进程同步、互斥、死锁、临界区、信号量、信号、共享缓冲区，管道。多道程序设计：指在计算机内存中同时存放多个程序，在管理程序的控制下交替的执行。进程：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。它是操作系统动态执行的基本单元，在传统的操作系统中，进程既是基本的分配单元，也是基本的执行单元。在采用微内核结构的现代操作系统中，进程的功能发生了变化：它只是资源分配的单位，而不再是调度运行的单位，其调度运行的基本单位是线程6、进程的概念、进程和程序的区别p39概念：并发执行的程序在执行过程中分配和管理资源的基本单位。1进程是个动态概念而程序时一个静态概念2进程具有并发特征而程序没有3进程是竞争计算机系统资源的基本单位，从而其并发性受到系统自己的制约。4不同的进程可以包含同一程序，只要该程序所对应的数据集不同。7、进程的基本状态（就绪、执行、等待）及不同状态之间转换的条件p45基本状态：初始态，执行状态，等待状态，就绪状态，终止状态就绪调度因等待事件发生而唤醒时间片到执行等待等待某个事件发生而睡眠8、进程控制、PCB和进程的关系，是进程存在的唯一标志p41因为PCB包含了进程的描述信息和控制信息及资源信息，有些系统中海油进程调度等待所使用的现场保护区，是进程的动态特征的集中反映。创建进程时先创建PCB，进程完成其功能后，系统则释放PCB，进程也随之消亡。9、用户态和系统态、进程上下文进程上下文：进程执行活动全过程的静态描述进程。组成：上下文由进程的用户地址空间内容、硬件寄存器，内容及与该进程相关的核心数据结构组成。把已执行过的进程指令和数据在相关寄存器与堆栈中的内容称为上文，把正在执行的指令和数据在寄存器与堆栈中的内容称为正文，把待执行的指令和数据在寄存器与堆栈中的内容称为下文。用户态和系统态：进程的执行过程划分为用户执行状态（简称用户态）和系统执行状态（简称为系统态或者核心态）。进程的用户端执行时，进程处于用户态，而一个进程的系统程序段执行时，该进程处于系统态。区分二者的目的是有利于程序的共享和保存。10、临界资源、临界区、直接制约、间接制约、互斥概念p48,p49,p50临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。临界区：每个进程中访问临界资源的那段程序称为临界区（临界资源是一次仅允许一个进程使用的共享资源）。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。直接制约：一组在异步环境下的并发进程，各自的执行结果互为对方的执行条件，从而限制各进程的执行速度的过程。间接制约：把由于共享某一公共资源而引起的在临界区内不允许并发进程交叉执行的现象称为共享公有资源而造成的对并发进程执行速度的间接制约，简称间接制约。互斥：不允许两个以上的共享该资源的并发进程同时进入临界区称为互斥。11、互斥的加锁实现p212当某个程序进入临界区之后，将它锁上临界区，直到它退出临界区时为止。12、信号量和P、V原语p51,p52,信号量sem大于等于0时代表可供并发进程使用的资源管理；或表示可使用资源的进程数；；sem＜0时，-sem表示等待使用资源的进程个数；或表示等待进入临界区的进程个数；P,V原语：改变信息量数值。p原语操作的动作：（1）sem减1.（2)若sem减1后仍大于或等于零，则p原语返回，该程序继续执行（3）若sem减1后小于0，则该进程被阻塞后进入与该信号想对应的队列中你让转进程调度。V原语操作的动作：（1）sem加1（2）若相机结果大于0，v原语停止执行，该进程返回调用处，继续执行。（3）若相加结果小于等于0，则从该信号的等待队列中唤醒一个等待进程，然后再返回原进程继续执行或转进程调度。13、利用P、V原语实现进程互斥p215把临界区置于P（sem）和V（sem）之间。描述：PA：P(sem）SV(sem)...PBP(sem）SV(sem)...14、进程同步的概念把异步环境下的一组并发进程因直接制约而互相发送消息而进行互相合作、互相等待，使得各进程按一定的速度执行的过程称为进程的同步。15、私有和公有信号量的含义p218称进程间的同步时使用的信号量为私有信号量。称互斥时使用的信号量为公有信号量。16、生产者消费者问题，哲学家进餐问题，读者写者问题p219,p22017、进程通信，进程的同步和互斥属于低级通信p222进程通信4种形式：主从式，会话式，消息或邮箱机制，共享存储区方式。低级通信：程序间控制信息的交换称为低级通信。高级通信：进程间大批量数据的交换称为高级通信。18、死锁的概念69死锁：指各并发进程彼此互相等待对方所拥有的资源，且这些并发进程在得到对方的资源之前不会释放自己所拥有的资源。从而造成大家都想得到资源而又都得不到资源，各并发进程不能继续向前推进的状态19、产生死锁的原因p69是并发进程的资源竞争。20、死锁的四个必要条件p69互斥条件2.不剥夺条件3.部分分配4.环路条件21、死锁的解决方案：预防、避免及检测与恢复；银行家算法属于死锁避免算法p70预防、避免及检测与恢复；银行家算法属于死锁避免算法22、线程的概念，p72线程是指进程内的一个执行单位，是进程的一部分。23、作业调度、交换调度、进程调度、线程调度作业调度P82功能：记录系统中各作业的状况；从后备作业队列中挑选一批作业进入执行状态；为被选中的作业分配资源建立进程，并在作业执行结束后释放所占用法的资源等。目标：1.对所有作业应该是公平合理的。2.应使设备有高的利用率。3.每天执行尽可能多的作业。4.有快的响应时间。交换调度进程调度功能：1.记录系统中所有进程的执行情况；2.选择占有处理机的集成；3.进行进程上下文切换。线程调度24、周转时间，平均周转时间，响应比p83,p90周转时间：Ti=Tei-Tsi平均周转时间：T=Tinni11响应比：（W+T)/T=1+W/T25、调度算法P86先来先服务（FCFS）、最短作业优先法（SJF）、最高响应比优先法（HRN）、定时轮转法、优先级法、多级反馈轮转法。26、逻辑地址、物理地址逻辑地址是指用户程序经编译后，每个目标模块以0为基地址进行的顺序编址。逻辑地址又称相对地址。物理地址是指内存中各物理存储单元的地址从统一的基地址进行的顺序编址。物理地址又称绝对地址，它是数据在内存中的实际存储地址。27、地址重定位，静态和动态p102可重定位地址：当含有它的程序被重定位时将随之被调整的一种地址。重定位：把逻辑地址转变为内存的物理地址的过程。静态重定位：是在虚拟空间程序执行之前由装配程序完成映射工作。动态重定位：是在程序执行过程中，在cpu访问内存之前，酱要访问的程序或数据地址转换成内存地址。28、内存扩充，覆盖技术和交换技术P113内存扩充P112：由于防区式管理时各用户进程或作业所要求的内存容量受到分区大小的限制，如果不采用内存扩充技术，将会极大地限制分区式管理技术使用。覆盖技术：由于CPU在某一时刻只能执行一条指令，所以一个作业不需要一开始就全装入内存，于是将作业的常驻部分装入内存，而让那些不会同时执行的部分共享同一块内存区，后调入共享区的内容覆盖前面调入的内容。交换技术：在多道系统中，对换是指系统把内存中暂时不能运行的某部分作业写入外存交换区，腾出空间，把外存交换区中具备运行条件的指定作业调入内存,并让其执行的一种技术。29、分区存储管理P106分区管理的基本原理是给每一个内存中的进程划分一块适当大小的存储区，以连接存储各继承的程序和数据，是个进程得以并发执行。30、页式存储管理P115，抖动原因P131页式存储管理：各进程的虚拟空间被划分为若干个长度为相等的页。页长的划分和内存、外存之间的数据传输速度和内存大小有关。抖动原因：当给进程分配的内存小于所要求的工作集中时，由于内存与外存之间交换频繁，访问外存时间和输入、输出处理时间大大增加，反而造成CPU因等待数据空转，使得整个系统性能大大下降，造系统抖动。31、段式和段页式存储管理设备管理：设备管理的任务和功能：分配设备、控制和实现输入输出操作、管理输入输出缓冲区、实现虚拟设备技术引入缓冲的目的设备分类设备I/O方式：询问、中断、通道32、设备的种类按资源分配管理的特点，输入输出设备可分为独享设备、共享设备和虚拟设备三类。独享设备：即不能共享的设备，一段时间只能由一个作业独占。如打印机、读卡机、磁带机等。所有字符型输入输出设备原则上都应是独享设备。共享设备：可由若干作业同时共享的设备，如磁盘机等。共享分配技术保证多个进程可以同时方便地直接存取一台共享设备。共享提高了设备的利用率。块设备都是共享设备。虚拟设备：利用某种技术把独享设备改造成多台同类型独享设备或共享设备。虚拟分配技术就是利用独享设备去模拟共享设备，从而使独占设备成为可共享的、快速I/O的设备。实现虚拟分配的最有名的技术是SPOOLing技术，即假脱机技术。33、数据传送控制方式三种：程序直接控制方式、中断控制方式、通道方式。34、中断技术中断指当主机接到外部信号（如设备完成信号）时，马上停止原来的工作，考虑去专门处理这一事件，处理完毕后，主机又回到原来的断点继续工作。中断源是引起中断发生的事件。中断响应指发生中断时，CPU做的现场保护等工作，包括记录当前运算结果，记录当前各寄存器的状态等工作。中断屏蔽指在中断请求产生后，系统用软件的方式有选择地封锁部分中断而允许其余部分中断仍能得到响应。开中断后，系统就可以响应其他的中断了，关中断后，系统不响应其他的中断除非优先级高的中断。35、通道技术通道是一种专用处理部件，它能控制一台或多台外设工作，负责外部设备和储存之间的信息传输。它一旦被启动就能独立于CPU运行，这样可使CPU和通道并行操作，而且CPU和各种外部设备也能并行操作。36、缓冲技术缓冲指缓冲存储器。为了匹配外设与CPU之间的处理速度，为了减少中断次数和中断处理时间，也是为了解决