计算机操作系统第四版期末复习知识点汇总附习题

第一章引论①为什么发明计算机系统：方便、有效、可扩充、开放计算机系统作用：做接口、管理资源、资源的抽象发展计算机系统的动力：提高利用率、更加方便、应用.体系.硬件更新都要跟上②计算机系统发展史一、无操作系统（一）人工操作：单用户、CPU.内存长期空闲（二）脱机输入/输出（OFF-LINEI/0）：装好卡片再上机。节约CPU空闲时间、提高I/O速度二、单道批操作系统描述：有个监督程序将磁带上的作业调入计算机缺点：I/O太慢，CPU太快三、多道批操作系统描述：A在I/0，B趁机CPU优点：肯定提高资源利用率、系统吞吐量变大缺点：每个程序都要很久才处理完（作业要排队）、无交互能力未解难题：内存、处理机争用、I/O设备、文件的组织和管理、作业管理、用户和系统的接口四、分时系统描述：解决人机交互问题优点：终于有人机交互、多用户共享主机实际问题：由于多用户，所以要有“多路卡”、作业直接入内存、有个“时间片”调度作业特征：多路、独立、及时（用户可接受）、交互五、实时系统描述：工业（武器）控制系统、信息查询系统、多媒体系统、嵌入式系统类型1：周期性实时：真的很周期；非周期性实时：有开始截止时间和完成截止时间类型2：硬实时：工业、武器系统；软实时：信息查询系统和多媒体系统与分时系统比较：多路、独立、及时（毫秒级）、交互、可靠六、微机时代（一）单用户单任务：8位机的CP/M、16位机的MS-DOS（二）单用户多任务：目前的32位系统，如Windows（三）多用户多任务：UNIX、Solaris、Linux③操作系统共同特性：一、并发（一）并发和并行宏观上一样，并发：单处理机系统，微观上交替运行并行：多处理机系统，微观上同时运行（二）引入进程进程：在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位，由机器指令、数据和堆栈等组成，能独立运行的活动实体特点：用进程就可以并发执行了二、共享（一）互斥共享方式例子：临界资源，打印机、磁带机描述：你要先申请才能获得资源（二）同时访问方式描述：微观上还是并发例子：多用户磁盘设备条件：系统允许进程并发、系统能有效管理资源三、虚拟（一）时分复用技术（利用空闲时间服务其他用户）虚拟处理机技术：分身之术虚拟设备：又是分身之术，骗用户以为有专人服务时分复用：速度：≤1/N（二）空分复用技术描述：将程序、电话线分成若干部分，然后各部分分时进入内存运行空分复用：空间：≤1/N四、异步描述：因为要并发，所以需要一个机制调度进程④操作系统主要功能一、处理机管理功能（一）进程控制描述：要并发，就要进程、要进程，就要管理（二）进程同步进程互斥方式：临界资源要互斥进程同步方式：合作完成共同任务，同步机构要协调先后次序（信号量控制）（三）进程通信描述：对合作进程而言，需要交换信息。当他们处于同一计算机系统时，通常采用直接通信的方式。例子：输入进程、计算进程、打印进程，需要信息交换（四）调度作业调度：选择作业、建立进程、分配资源、插入就绪队列进程调度：从就绪队列中选出进程，分配CPU二、存储器管理功能（一）内存分配任务：分配空间、减少碎片、追加内存空间方式：静态分配，装入内存时确定，不允许追加、不允许移动；动态分配，允许追加、允许移动（二）内存保护任务1：每道程序只在自己的内存空间运行，互不干扰任务2：不允许用户程序访问操作系统程序和数据、也不允许用户程序转移到非共享的其他用户程序中执行（三）地址映射任务：存储器要负责地址映射，在硬件支持下完成（四）内存扩充描述：用虚拟存储技术，从逻辑上扩充内存容量任务1：请求-调入功能任务2：置换功能三、设备管理功能任务1：完成用户进程的I/O请求：分配I/O设备，完成I/O操作任务2：提高CPU和I/O利用率：提高I/O速度，方便用户使用I/O设备（一）缓冲管理描述：在内存中设置缓冲区（CPU高速性和I/O低速性）例子：单缓冲机制、双向同时传送数据的双缓冲机制、多个设备共同使用的公用“缓冲池”机制（二）设备分配描述：在系统中设置“设备控制表”、“控制器控制表”等数据结构，用于记录设备和控制器等标识符和状态。根据表就知道指定设备当前是否可用、忙碌。分配时，针对不同设备要有不同“分配方式”，对独占设备还要考虑分配后是否安全（三）设备处理描述：CPU向设备控制器发出I/O命令，要求完成I/O操作、反之，CPU接收控制器发出的中断请求，并响应.处理四、文件管理功能描述：管理用户、系统文件，方便使用；保证安全性（一）文件储存空间管理背景：多用户环境下，用户自己管理文件存储，会困难和低效任务1：为每个文件分配外存空间、提高外存利用率、进而提高存取速度任务2：系统中设置数据结构，记录文件存储空间使用情况，以供分配时参考任务3：分配和回收（二）目录管理任务1：为每个文件建立目录项，包括文件名、属性、物理位置等，以实现按名存取任务2：实现文件共享。任务3：提供目录查询手段（三）文件读/写管理和保护文件读/写管理：根据用户请求，从外存中读取数据，或将数据写入外存文件保护：防止未经核准的用户存取文件、防止冒名顶替存取文件、防止以不正确方式使用文件五、操作系统与用户之间的接口（一）用户接口描述：方便用户直接.间接控制自己的作业联机用户接口：等待用户键入命令脱机用户接口：一开始就提供作业说明书，直到作业结束语句图形用户接口：移动鼠标选择菜单项（二）程序接口描述：旧系统用汇编语言写，所以只有汇编语言的才能直接使用系统调用；如果是高级语言，就用一一对应的库函数六、现代操作系统的新功能（一）系统安全描述：确保存储和传送数据的保密性、完整性和系统可用性，要用几种技术技术：认证技术、密码技术、访问控制技术、反病毒技术（二）网络的功能和服务功能：网络通信、资源管理、应用互操作（三）支持多媒体功能：接纳控制功能、实时调度、多媒体文件的存储⑤OS结构设计一、传统操作系统结构（一）无结构操作系统又名：整体系统结构（二）模块化结构OS基本概念：又名：模块-接口法描述：有模块、子模块、接口模块独立性：标准：内聚性越高，模块独立性越高、耦合度越低，模块独立性越高优点：提高设计正确性.可理解性和可维护性、增强可适应性、加快加速过程缺点：接口难以满足需求、无序（三）分层式结构OS基本概念：有序分层，自底向上法铺设中间层优点：易保证系统正确性、易扩充和易维护缺点：系统效率降低二、客户/服务器模式(Client/ServerModel)简介（一）客户/服务器模式的由来、组成和类型组成：客户机、服务器、网络系统（二）客户/服务器之间的交互描述：客户发送请求消息、服务器接收消息、服务器回送消息、客户机接收消息（三）客户/服务器模式的优点描述：数据分布处理和存储、便于集中管理、灵活性和可扩充性、易于改编应用软件三、面向对象的程序设计（一）OOP的基本概念描述：抽象，具体事物为对象对象：封装好对象类：创建多个相似对象继承：继承父类，增加部分（二）OOP的优点描述：“重用”提高产品质量和生产率、使系统具有更好的易修改性和易扩展性、易于保证系统“正确性”和“可靠性”四、微内核OS结构描述：支持多处理机例子：卡内基·梅隆的MachOS、Windows2000/XP（一）基本概念描述：足够小的内核、基于C/S模式、应用“机制与策略分离”原理、采用OOP技术（二）基本功能描述：进程管理、低级存储器管理、中断和陷入处理（三）优点描述：提高可扩展性、增强可靠性、可移植性强、提供对分布式系统的支持、融入OOP（四）缺点描述：效率降低第二章进程描述与控制①前趋图与程序执行一、前趋图与程序执行（一）前趋图描述：前一个做完，才到后一个做、禁止循环二、顺序执行描述：一个跟一个特征：顺序、封闭（独占资源）、可再现三、并发执行描述：互不依赖才能并发执行特征：间断、失去封闭、不可再现②进程的描述一、进程的定义和特征进程实体：程序段、相关的数据段和PCB定义：进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位特征：动态、并发、独立、异步二、进程的基本状态及转换进程的三基态：就绪（只欠CPU）、执行、阻塞（因故无法继续执行）三态转换：如图新增两态：创建状态、终止状态五态转换：如图三、挂起操作和进程状态的转换挂起原因：终端用户需要、父进程请求、负荷调节、操作系统需要引入挂起后的三态转换：如图引入挂起后的五态转换：如图四、进程管理中的数据结构用于管理控制的数据结构：每个资源、进程都有一个数据结构用于表征实体——资源信息表、进程信息表，包括：标识、描述、状态等和一批指针，通过指针能够链接成队列，便于查找分类：内存表、设备表、文件表、进程表PCB的作用：作为独立运行基本单位的标识、能实现间断运行、提供进程管理所需的信息、实现与其他进程的同步与通信PCB的信息：进程标识符（内外部）、处理机状态、进程调度信息、进程控制信息PCB组织方式：线性方式、链接方式、索引方式③进程控制一、操作系统内核描述：常驻内存的模块目的：保护软件、提高OS运行效率系统态、管态、内核态：高特权、访问所有寄存器.存储区、传统OS都在系统态运行用户态、目态：低特权、执行指定指令.访问指定寄存器和存储区支撑功能：中断处理、时钟管理、原语操作资源管理功能：进程管理、存储器管理、设备管理二、进程的创建层次结构：UNIX有父子关系，Windows只有控制与被控制关系进程图：描述家庭关系的图引起创建进程的事件：用户登录、作业调度、提供服务（譬如打印）、应用请求进程的创建：申请空白PCB、分配物理.逻辑资源、初始化PCB、如果能插入就绪，就插三、进程的终止引起进程终止的事件：正常结束、异常结束、外界干预进程的终止过程：根据标识符、终止执行.立即调度、子孙终止、资源归还、移出队列四、进程的阻塞与唤醒引起进程阻塞和唤醒的事件：向系统请求共享资源失败、等待某操作完成、新数据尚未到达、等待新任务到达进行阻塞过程：发生上述的某事件，就进入block过程，主动将状态改为阻塞，PCB插入阻塞队列（分类插入），处理机分配给另一就绪进程，切换，并保留被阻塞进程的处理机状态进程唤醒过程：由释放资源的进程调用wakeup原语，即移出阻塞队列，合作/相关的进程中安排wakeup五、进程的挂起与激活进程的挂起：活动→静止，suspend原语进程正在执行，就转向调度程序重新调度进程的激活过程：从外存调入active原语到内存，检查进程现行状态，静止→活动抢占调度策略：静止就绪进程→就绪队列，比较当前进程优先度，有机会立即剥夺当前进程运行④进程同步描述：能够并发、改善利用率、提高吞吐量、但使系统复杂一、进程同步的基本概念制约关系：间接相互制约关系、直接相互制约关系间接相互制约关系：互斥共享直接相互制约关系：合作共享，异步性要做好临界资源：生产者-消费者问题、临界区、：进入区、临界区、退出区、剩余区同步机制应遵循的规则：空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待二、硬件同步机制关中断：缺点多：滥用关中断.造成严重后果、关中断时间过长、不适用于多CPU系统（因为一个处理器关中断并不能防止进程在其他处理器上执行相同的临界段代码）Test-and-Set：不断测试lock，如果是FALSE，就进入临界区，并lock==TRUE；否则测试到TS(s)==TRUESwap指令：一直等，直到key==TRUE但以上都不符合“让权等待”原则三、信号量机制整形信号量：S≤0，就一直等，直到释放互斥资源记录型信号量：整形信号量不符合“让权等待”原则。如果有资源，就分配，如果无，就插入阻塞队列；释放资源，如果有等待，就激活AND型信号量：一口气全分配信号量集：有多个信号量（S信号量,至少要t个,每次分配d个）四、信号量的应用利用信号量实现进程互斥：mutex=(-1,0,1）=（无，一临一阻队，一临一信队）利用信号量实现前趋关系：需要的信号量被占用了，就这样实现五、管程机制描述：为解决信号量机制分散、容易死锁的问题，发明新同步工具——管程定义：定义一个数据结构和能为并发进程所执行（在该数据结构上）的一组操作，这组操作能同步进程和改变管程中的数据组成：管程名称、数据结构的说明、对数据