操作系统重点知识汇总(1)

操作系统重点第一章1.操作系统的目标:有效性（系统管理人员的观点）;方便性（用户的观点）；可扩充性（开放的观点）；开放性2.操作系统的管理对象包括：CPU、存储器、外部设备、信息（数据和软件）；3.管理的内容：资源的当前状态（数量和使用情况）、资源的分配、回收和访问操作，相应管理策略（包括用户权限）4.单道批处理系统：系统对作业的处理是成批进行的，内存中始终保持一道作业5.单道批处理系统的特征：自动性；顺序性；单道性6.多道程序设计技术带来的好处：提高CPU的利用率；可提高内存和I/O设备利用率；增加系统吞吐量。7.*多道批处理系统的优缺点：资源利用率高；作业吞吐量大；用户交互性差；作业平均周转时间长8.分时系统：在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许许多个用户通过自己的终端，以交互方式使用用计算机，共享主机中的资源9.分时系统的特征：多路性；独立性；及时性；交互性10.实时系统：系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行11.实时系统与分时系统特征比较：多路性：（实时控制系统的多路性主要表现在系统周期性地对多路现场信息进行采集，以及对多个对象或多个执行机构进行控制，分时系统中的多路性则与用户情况有关时多时少）独立性：（实时信息处理系统中的每个终端用户在向实时系统提出服务请求时是彼此独立操作地互不干扰，实时控制系统中，对信息的采集和对象的控制也都是彼此互不干扰）及时性：(实时信息处理系统对实时性的要求和分时性系统类似，都是以人所能接受的等待时间来确定的，而实时控制系统的及时性则是以控制对象所要求的开始截止时间或完成时间来确定的，一般为秒级到毫秒级，甚至有的要低于100微妙)交互性：(实时信息处理系统虽然也具有交互性但这里人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序，它不像分时系统那样能向终端用户提供数据处理和资源共享等服务)可靠性：(分时系统虽然也要求系统可靠但相比之下实时系统则要求具有高度上午可靠性)12.操作系统的基本特征：并发性：是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生*并行性(parallel)是指两个或多个事件在同一时刻发生。共享性：多个进程共享有限的计算机系统资源方式分为：互斥共享方式（如音频设备）资源分配后到释放前不能被其他进程所用；同时访问方式（如可重入代码，磁盘文件）虚拟技术：指通过某种技术（分时或分空间）把一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体。实现方式包括：时分复用技术：虚拟处理机技术、虚拟设备技术；空分复用技术：虚拟磁盘技术、虚拟存储器技术异步性：进程是以人们不可预知的速度向前推进。13.操作系统的各特征之间的关系：虚拟以并发和共享为前提；异步性是并发和共享的必然结果14.操作系统的功能：处理机管理；存储管理；设备管理信息管理；用户接口15.操作系统向用户提供的两种接口：用户接口：包括联机用户接口，脱机用户接口、图形接口用户接口；程序接口第二章进程管理1、程序：是一组有序指令的集合，有存放于某种介质上，其本身并不具有运动的含义，是静态的2、进程的特征：（1）结构特征：为使程序（含数据）能独立运行，应为之配置一进程控制块（PCB）；由程序段、相关的数据段和PCB三部分构成了进程实体（2）动态性：进程的实质是进程实体的一次执行过程，是进程的最基本的特征，进程由创建而产生，由调度而执行，由撤销而消亡（3）并发性：指多个进程实体同存于内存中，且能在一段时间内同时运行（4）独立性：指进程实体是一个能独立运行、独立分配资源和独立接受调度的基本单位（5）异步性：指进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进，或说进程实体按异步方式运行3、程序和进程的区别：程序是静态的，不能并发执行；进程是动态的，能够并发执行4(1)(2)(3)进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。(4)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5、进程的三种基本状态（记住）（1）就绪状态：当进程已分配到除ＣＰＵ以外的所有必要资源后，只要再获得ＣＰＵ，便可立即执行，进程这时的状态称为就绪状态（２）执行状态：进程已获得ＣＰＵ，其程序正在运行（３）阻塞状态：正在执行的进程由于发生某事件而暂时无法继续执行时，便放弃处理机而处于暂停状态，亦即进程的执行受到阻塞，把这种暂停状态称为阻塞状态。致使进程阻塞的典型事件有：请求Ｉ／Ｏ，申请缓冲空间等6、进程控制块：是进程实体的一部分，操作系统中最重要的记录型数据结构。其作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序(含数据)，成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其它进程并发执行的进程。或者说，OS是根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理的。7、原语：是由若干条指令组成的，用于完成一定功能的一个过程。原子操作：一个操作中的所有动作要么全做，要么全不做，是一个不可分割的基本单位8、（1）引起进程阻塞和唤醒的事件：1）请求系统服务2)启动某种操作3)新数据尚未到达4)无新工作可做（2）进程阻塞：正在执行的进程，当所请求的某事件没出现时，由于无法继续执行，于是进程便通过调用阻塞原语block把自己阻塞。进程阻塞是进程自身的一种主动行为。(3)程唤醒：当被阻塞进程所期待的事件出现时，如I/O完成或其所期待的数据已经到达，则由有关进程(比如，用完并释放了该I/O设备的进程)调用唤醒原语wakeup()，将等待该事件的进程唤醒。9、进程同步：是对多个相关进程在执行次序上进行协调，以使并发执行的诸进程之间能有效地共享资源和相互合作，从而使程序的执行具有可再现性。10、临界资源：临界资源是指每次仅允许一个进程访问的资源。如打印机、磁带机等都属于临界资源。诸进程间应采取互斥方式，实现对这种资源的共享。11、临界区：把在每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区12、同步机制应遵循的四条规则：（1）空闲让进(2)忙则等待(3)有限等待(4)让权等待13、信号量机制（1）整型信号量：一个用于表示资源数目的整型量，除初始化外，仅能通过两个标准的原子操作(AtomicOperation)wait(S)和signal(S)来访问。（2）记录型信号量：一种采取了“让权等待”的策略使进程不存在“忙等”现象的进程同步机制。除了需要一个用于代表资源数目的整型变量value外，还应增加一个进程链表L，用于链接上述的所有等待进程。14、经典进程的同步问题：生产者—消费者问题P58（结合P82的课后练习复习）15、进程通信：指进程之间的信息交换，其所交换的信息量少者是一个状态或数值，多者则是成千上万个字节。16、管道机制提供的三方面协调能力：（1）互斥（2）同步（3）确定对方是否存在，只有确定了对方已存在时，才能进行通信17、线程：不拥有系统资源，能独立运行的基本单位，也是独立调度和分派的基本单位。第三章处理机调度的层次：（运行频率：低级调度中级调度高级调度）1.高级调度（作业调度、长程调度、接纳调度）：将外存作业调入内存，创建PCB等，插入就绪队列。一般用于批处理系统，分/实时系统一般直接入内存，无此环节。2.低级调度（进程调度，短程调度）主要是决定就绪队列中的哪个进程应获得处理机，然后由分派程序（Dispatcher）分派处理机。两种调度方式：1)非抢占方式：简单、系统开销小，实时性差(如win31)2)抢占方式：（1）优先权原则（2）短进程优先原则（3）时间片原则3.中级调度（中程调度）：为提高系统吞吐量和内存利用率而引入的一内---外存对换功能（换出时，进程为挂起或就绪驻外存状态）面向用户的准则（1）周转时间短（常用于批处理系统）概念：作业从提交到完成的时间.分为：驻外存等待调度时间；驻内存等待调度时间；执行时间；阻塞时间平均周转时间：平均带权时间：（可见带权w越小越好,Ts为实际服务时间。）面向系统的准则（1）吞吐量高（特别是批处理）：单位时间完成作业数（2）处理机利用率好：（因CPU贵，特别是大中型多用户系统）（3）各类资源的平衡利用。先来先服务和短作业（进程）优先调度算法1.FCFS特点：简单，有利于长作业（进程）即CPU繁忙性作业,不利于短作业（进程）2.短作业（进程）优先调度算法：SJ(P)F提高了平均周转时间和平均带权周转时间（从而提高了系统吞吐量）特点：对长作业不利，有可能得不到服务估计时间不易确定][11niiTnT11[]niisiTWnT计算：带权周转时间=周转时间/服务时间；完成时间：FCFS按顺序完成作业，SJF完成第一个作业后选择服务时间最短的作业依次完成；3.最先优先权调度算法类型：1）非抢占式优先权算法2）抢占式优先权算法，实时性更好。优先权类型：1）静态优先权：进程优先权在整个运行期不变。特点：简单，但低优先权作业可能长期不被调度（饥饿）。2）动态优先权：进程优先级可随进程的推进或等待时间的增加而改变。优点：长短兼顾缺点：需经常计算各进程优先级高响应比优先调度算法：（短作业RP大）响应比Rp=（Tw+Ts）/Ts=（等待时间+要求服务时间）/要求服务时间=优先权=响应时间/要求服务时间4.时间片轮转调度：系统能在给定的时间内响应所有用户的请求时间片大小的确定：太大：退化为FCFS；太小：系统开销过大作业名ABCDE平均到达时间01234服务时间43424RRq＝1完成时间151216917周转时间15111461311.8带权周转时间3.753.673.533.333.46RRq＝4完成时间47111317周转时间46910138.4带权周转时间122.2553.332.5时间片大小不同时带权周转时间于完成时间也不同；实时调度：对用户的实时响应实现实时调度的基本条件1．提供必要的调度信息（1）就绪时间；（2）开始/完成截止时间；（3）处理时间；（4）资源要求；（5）优先级；2．系统处理能力强3.采用抢占调度方式1）剥夺方式：一般都采用此方式2）非剥夺方式（实现简单）：一般应使实时任务较小，以及时放弃CPU。4.具有快速切换机制1）具有快速响应外部中断能力。2）快速任务分派死锁：指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局。产生死锁的原因。1、竞争资源引起死锁。2.进程间推进顺序非法引起死锁。产生死锁的必要条件1．）互斥条件（资源的临界性）2．）请求和保持条件3．）不剥夺条件4．）环路等待条件处理死锁的基本方法1．预防死锁：破坏4个条件之一：有效，使资源利用率低。2．避免死锁：防止进入不安全态。3．检测死锁：检测到死锁再清除。4．解除死锁：与“检测”配套。1、）互斥条件是资源固有属性，不能避免。2、）摒弃请求和保持条件3、）摒弃“不剥夺”条件，增加系统开销，且进程前段工作可能失效。4、）摒弃“环路”条件有序资源分配法：为资源编号，申请时需按编号进行。缺点：（1）新增资源不便，（原序号已排定）（2）资源与进程使用顺序不同造成浪费（3）用户不自由在“避免死锁”方法中的判断条件安全状态：能找到安全序列的状态为安全状态。（系统按某种顺序并发进程都能达到获得最大资源而顺序完成的序列为安全序列。）例：进程最大需求已分配可用P11053P242P392安全序列：p2-p1-p3银行家算法避免死锁available[j]=k:系统现有Rj类资源k个；max[i,j]=k:进程i需要Rj的最大数k个；alloc[i,j]=k:进程i已得到Rj类资源k个；need[i,j]=k:进程i需要Rj类资源k个有：need[i,j]=max[i,j]－alloc[i,j]（requesti进程i请求资源数；worki：进程i执行完后系统应有资源数（也即可用数）finish[i]：布尔量，表进程i能否顺序完成。）Allocation：已分配；Available：可分配Need：需求1.Work：=Available；2.Finish[i]=falseneed=work则Finish[i]=true;3.work=Available+work；直到进程的Finish[i]