操作系统基础知识

操作系统基础知识-1-2.3操作系2.3.1主要知掌握操作系2.3.1.1操作系根据使用环境和对用户作业的处理方式划分，操作系统的基本类型可以分为批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统3大分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(时间紧迫性)、可靠性和完整性。网络环境下的操作系统又分成网络操作系统和分布式操作系统。分布式操作系统要求一个统一的操作系统，负责全系统的资源分配和调度，为用户操作系统主要有5个功能模块：处理器管理、存储管理、设备管理、文件管理和用户接口。2.3.1.2(1)进程是一个程序关于某个数据集的一次运行。也就是说，进程是运行中的程序，是程序的一次运行活动。相对于程序，进程是一个的概念，而程序在操作系统中进程是进行系统资源分配、调度和管理的最小单位，注意，现代操作系统中还引入了线程(Thread)这一概念，它是处理器分配资源的(2)多道系统中，进程的运行是时走时停的。它在处理器上的交替运行，使它的运行状态不断地变化着，最基本的状态有3种，即运行、就绪和阻塞。··就绪：只要获得处理·阻塞：正等待某(3)操作系统基础知识-2-进程是一个动态的概念，在操作系统中，引入数据结构--进程控制块(简记为PCB)来标记进程。PCB是进程存在的唯一标志，PCB描述了进程的基本程序是进程运行所对应的运行代码，一个进程对应于一个程序，一个程序可以同时对应于多个进程，这个程序代码在运行过程中不会被改变，常称进程控制块保存进程状态、进程性质(如优先程度)、与进程有关的控制信息(如参数、信号量和消息等)、相应队列和现场保护区域等。进程控制块PCB是操作系统核心中最主要的数据结构之一，它既是进程存在的标志和调度的依据，又是进程可以被打断并能恢复运行的基础。操作系统核心通过PCB管理进程，一般PCB是常(4)在操作系进程的生命过程从它被创建时开始，直至任务终止而撤消，其间会经历各种状态的转换，它们都是在操作系统控制下完成的。操作系统提供了对进进程调度即处理器调度，它的主要功能是确定在什么时候分派处理器，并确定分给哪一个进程。在分时系统中，一般有一个确定的时间单位(时间片)。当一进程用完一个时间单位时，就发生进程调度，即让正在运行的进程改变状态并转入就绪队列的队尾，再由调度原语将绪队列的首进程取出，投进程调度的方法基本上分为两类：非剥夺调度与剥夺调度。所谓非剥夺调度是指一旦某个作业或进程占有了处理器，别的进程就不能把处理器从这(5)管程管程是一种并发性的构造，包括用于分配一个特定的共享资源或一组共享资源的数据和过程。为了完成分配资源的功能，进程必须调用特定的管程入口。许多进程可能打算在不同的时间进入管程，但在管程边界上严格地实施互斥，在某一时刻，只允许一个进程进入。当管程中已有一个进程时，管程中的数据或者是管程中所有的全局变量，或者是某个特定过程的局部变量。所有这些数据只能在管程内访问，在管程外的进程无法访问管程内2.3.1.3存现代计算机系统中的存储系统常是多级存储体系，至少有主存(内存)和辅存(外存)两级，有的系统有更多级数。主存大小由系统硬件决定，是实实在在的存储，它的存储容量受到实际存储单元的限制。虚拟存储(简称虚存)不考虑实际主存的大小和数据存取的实际地址，只考虑相互有关的数据操作系统基础知识-3-2.3.1.4设备管理是对计算机输入/输出系统的管理。其主要任务有：实现对外部设备的分配和回收；启动外部设备；控制输入/输出设备与处理器或主存间外部和主存之间常用的传输控制方式有4种：程序控制方式、中断方式、直接存储访问(DMA)方式和通道方式。2.3.1.5文件管理(1)文件系操作系统的文件系统包括两个方面：一方面包括负责管理文件的一组系统软件，另一方面包括被管理的对象文件。文件系统的主要目标是提高存储器的利用率，接受用户的委托，实施对文件的操作。主要问题是管理辅助存储器，实现文件丛名字空间到辅存地址空间的转换，决定文件信息的存(2)文件的文件的结构是指文件的组织形式。从用户观点所看到的文件组织形式，称为文件的逻辑结构；从实现观点考查文件在辅助存储器上的存放方式，常文件的逻辑组织是为了方便用户使用。一般文件的逻辑结构可以分为两种：无结构的字符流文件和有结构的记录文件，后者也称为有格式文件。优化文件的物理结构是为了提高存储器的利用效率和降低存取时间。文件的存储设备通常被划分为大小相同的物理块，物理块是分配和传输信息的基本单位。文件的物理结构是指文件在存储设备上的存储主法。文件的物理结构涉及文件存储2.3.1.6作作业(Job)是系统为完成一个用户的计算任务或一次事务处理所做的工作的总和。操作系统中用来控制作业的进入、执行和撤消的一组程序称为作业用户的作业可以通过直接的方式，由用户自己按照作业步顺序操作；也可以通过间接的方式，由用户事先编写作业步依次执行的说明，一次交给操一般操作系统提供两种作业控制方式，一种为联机作业方式，另一种为脱机作业方式。联机作业方式是通过直接输入作业控制命令来提交和运行用户作业。脱机作业方式是通过作业控制语言(JCL，也称为作业控制命令)编写用户作业说明书。在这种方式中，用户不直接干预作业的运行，而是把作业与作业说明书一起交给系统(称为提交)。作业调度主要是从后备状态的作业中挑选一个(或一些)作业投入运行。根据不同的调度目标，有不同的算法。作业调度算法有许多种，它们与进程调度相似，有的适宜于单道系统，有的适宜于多道系统。它们是先来先服务(FCFS)、短作业优先(SJF)、响应比(HRN)高者优先和成先2.3.1.7其他管理(1)死操作系统基础知识-4-如果一个进程正在等待一个不可能发生的事件，则称该进程处于死锁状态。系统发生死锁是指一个或多个进程处于死锁状态。产生死锁的主要原因是共享的系统资源不足，资源分配策略和进程的推进顺序不当。系统资源既可能是可重用的永久性资源，也可能是消耗性的临时资源。处于死锁状态的进程不能继续运行又占有了系统资源，阻碍其他进程的运行。对待死锁的策略主要有：②死锁的避免。这种策略不对用户进程的推进顺序加以限制，在进程申请资源时先判断这次分配安全否，只有安全实施分配，典型的算法是银行家算法。③死锁的检测。这种策略采用资源请求分配图的化简方法来判断是否发生了不安全状态。资源请求分配图是一种有向图，表示进程与资源之间的关④死锁的解除。解除死锁的基本方法是剥夺。一种方法是把资源从一些进程处剥夺分给别的进程，被剥夺资源的进程则需回退到请求资源处重新等(2)多重多重处理系统的主要目标是为了提高系统的处理能力，也是为了提高系统的可靠性。多重处理系统的操作系统除了具有单处理器操作系统的功能以外，还应提供处理器的负载平衡、处理器发生故障后的结构重组等功能。一般多重处理系统的操作系统可以分为主从式、分离执行式和移动执行式3对称多处理器系统SMP是由若干同构甚至相同的处理器构成的一个系统。Solaris和WindowsNT等操作系统支持SMP系统。操作系统提供了线程(Thread)机制以发挥多个处理器的作用。在多线程系统中，一个进程可以由一个或多个线程构成。进程是资源分配的基本单位，也是被保护的基本单位。一个进程对应于一个保存进程映象的虚地址空间，每一线程可以独立运行一个进程的线程共享这个进程的地址空间。有多种方法可以实现多2.3.1.8操作系(1)无序结构法，又称整体结构或模块组合结构。它以大型表格和队列为中心，操作系统的各部分程序围绕着表格运行，整个系统是一个程序。这种(2)层次结构法是把一个大型复杂的操作系统分解成若干个单向依赖的层次，由多层的正确性保证操作系统的可靠性。层次结构清晰，且有利于系统(3)面向对象的操作系统基于面向对象程序设计的概念，采用了各种不同的对象技术。在计算机系统中对象是操作系统管理的信息和资源的抽象，是一种抽象的数据类型。可以把对象作为系统中的最小单位，由对象、对象操作、对象保护组成的操作系统，就是面向对象的操作系统。如WindowsNT中有执行体对象(进程、线程、文件和令牌等)和内核对象(时钟、事件和信号等)。(4)微内核结构法把系统的公共部分抽象出来，形成一个底层核心，提供最基本的服务，其他功能以服务器形式建立在微内核之上。它具有良好的模块化和结构化特征，模块之间和上下层之间通过消息来通信。建立在微内核上的服务器可以根据不同的需要构造，从而形成不同的操作系统，如WindowsNT操作系操作系统基础知识-5-2.3.1.9常用操作系UNIX系统是一个分时操作系统。它利用最内层硬件提供的基本服务，向外层提供全部应用程序所需要的服务。应用程序组可以构成应用子系统，如UNIX系统的源代码控制系统(SCCS)、图形(X-Window、Motif)等。WindowsNT系统是20世纪90年代的操作系统技术，适用于高档工作站平台、局域网服务器或者主干计算机。WindowsNT支持对称处理器结构，支持多线程并行，采用90年代操作系统技术(即微内核技术)，在体系结构上采用客户机/服2.3.2试题解析操作系统也是每年必考的知识点。从历年试题统计(见表2-4)来看，考查内容主要集中在存储管理、进程、作业管理等知识点，特别是有关进程的内容反复考查，考查的问题也都差不多。操作系统基础试题还有一个突出的特点，自1998年以来，每年都有一道试题与过去考查过的试题基本相同，其中1998年试题7与1990年试题2基本相同，1999年试题4与1995年试题1基本相同，2000年试题2与1998年试题9几乎完全一样，1991年试题6则原封不动地搬以了2000年程序试题1(2000年试题从供选择的答案中，选出应填入下面叙述中{}当存储器采用段页式管理时，主存被划分为定长的A，程序按逻辑模块分成B。在某机器的多道程序环境下，每道程序还需要一个C作为有用户标志号，每道程序都有对应D。一个逻辑地址包括C，x、段号s、页号p和页内地址d等4设逻辑地址长度分配如下，其中x、s、p、d均以二进制数表示。212219141311100xspd其转换后的地址为E。操作系统基础知识-6-供A：①段②页③区域B：①区域②页③块C：①模块号②区域号③基号D：①一个段表和一个页表③一组段表和一个页表E：①x*220+s*214+p*211+d②③(((x)+s)+p)*211+(d)④(((x)+s)+p)*211【解析】本题涉及存储管理知识，主要考查段页式存储管理，与1998年试题9几乎完全相同。段页式存储组织综合了段式组织与页式组织的特点，主存被划分为定长的页，段页式系统中的虚地址形式是(段号、页号、位移)。系统为每个进程建立一个段表，为每个段建立一个页表。也就是说，先将程序按逻辑模块(如主程序、子程序和数据段等)分段页式存储体系中逻辑地址与物理地址的转换：首先由基号段号得到段表的地址，再访问段表得到页表的地址，再由页表得到物理块的地址，此时得到的地址是高11位的地址，因此需乘以211再加上【答案】A：②B：④C：③D：②E：试题2(2000年试题从供选择的答案中，选出应填入下面叙述中{}内的A是操作系统中可以并行工作的基本单位，也是核心调度及资源分配的最小单位，它由B组成，它与程序的重要区别之一是C。在SMP系统中，操作系统还提供了D机制，它是E的最小供A：①作业②过程③函数B：①程序、数据和标识符②程序、和PCBD；③程序、标识符和PCB④数据、标识符和PCBC：①程序可占有资源，而它不可③它有状态，而程序没有操作系统基础知识-7-D：约束②线程共享分E：①存储器分配②资源分配③处理器分配【解析】本进程是一个程序关于某个数据集的一次运行。也就是说，进程是运行中的程序，是程序的一次运行活动。相对于程序，进程是一个动态的概念，而进程是一个动态的概念，在操作系统中，引入数据结构-PCB(进程控制块)来标记进程，。PCB是进程存在的唯一标志，PCB描述了进程的基本情况。对称多处理器系统SMP是由若干同构甚至相同的处理器构成一个系统，其操作系统提供了线程(T