操作系统期末复习知识点

1.OS的定义:OS是一组控制和管理计算机资源，合理组织计算机工作流程，以及方便用户使用的程序的集合。多道批处理系统的出现标志着OS的形成。OS的作用:一：提供用户和硬件系统的接口，使系统易于使用.二：有效地控制和管理计算机系统中的各种软硬件资源，使之得到有效利用。三：合理组织计算机系统的工作流程，改善系统性能四个特征1.并发性并发：两个或多个事件在同一时间间隔内发生并行：两个或多个事件在同一时刻发生2.共享性系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用3.虚拟性4.异步性（不确定性）OS的功能：1.用户接口（1）命令接口：含GUI（2）程序接口：广义指令2.处理器管理（1）进程控制（2）进程同步（3）进程通信（4）进程调度3.存储管理（1）内存分配（2）内存保护（3）地址映射（4）内存扩充4.设备管理（1）设备分配（2）缓冲管理（3）设备处理5.文件管理（1）文件存储空间管理（2）目录管理（3）文件读写管理和保护2.单道批处理系统,简单批处理系统中，任一时刻，内存中仅有一道作业在执行，所以又称为单道批处理系统单道批处理系统的特点：（1）单道性（2）顺序性（3）自动性3.多道程序技术：将一个以上的程序存放于主存，使其同时处于运行状态。多道批处理系统的特点：A.多道：内存中有多道程序，都处于执行的开始点和结束点之间。B.宏观上并行C.微观上并发优点：资源利用率、系统吞吐量高缺点：无交互性、作业平均周转时间长4.分时OS:主机连多终端、多用户分时OS的特征：多路性（一台主机上连接多台联机终端宏观多个用户同时工作，微观每个用户轮流运行一个时间片）、交互性（人机对话）、独占性（虚拟性）、及时性（1~3秒）(UNIX是典型的分时系统)（前台人机交互，后台批处理）实时OS的主要类型（1）实时控制系统如：火炮自动控制系统，飞机自动驾驶系统，导弹制导系统（2）实时信息处理系统如：飞机火车订票系统，情报检索系统实时OS的主要特点：（1）及时性（2）高可靠性5.OS能提供两类用户接口：（1）命令接口：又称作业控制级接口。脱机用户接口（脱机用户界面、批处理命令接口）：用JCL（作业控制语言）写成脱机控制命令，控制作业执行两种形式：作业控制卡，作业说明书虽然系统能自动控制程序执行，但无交互性联机用户接口（联机用户界面、交互式命令接口）采用人机对话的方式，用一组联机控制命令来控制程序的执行。常用于分时系统和个人计算机。一般有如下几种方式：命令驱动方式；窗口系统与菜单驱动方式：GUI；命令文件方式：批处理文件（2）程序接口：系统调用接口*管态与目态：计算机系统中存在两类不同的程序：用户程序和系统程序。管态运行系统程序时系统所处的状态目态运行用户程序时系统所处的状态*特权指令：只能由OS使用的指令非特权指令：OS和用户都可以使用的指令访管指令：实现从目态到管态的切换*系统调用的定义：用户在程序中调用OS所提供的子功能，是OS提供给编程人员的唯一接口。系统调用和过程调用的区别（1）运行在不同的系统状态（2）调用方式不同（3）返回方式不同系统调用的类型（1）进程控制（2）文件管理（3）进程通信（4）设备管理（5）内存管理（6）线程管理6.JCB：作业控制块（JobControlBlock），通常包含：作业名、作业状态、作业建立时间、估计执行时间、资源要求、程序语言类型、优先数、作业在外存中的地址、作业说明书文件名等信息。（作业注册过程实质上是申请和填写一张空白JCB表的过程）7.程序顺序执行的特征：（1）顺序性（2）封闭性（3）可再现性程序并发执行的特征：（1）间断性（2）失去封闭性（3）不可再现性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独立单位。进程的特征：动态性，并发性，独立性，异步性，结构化进程的结构描述：程序、数据、PCB（进程控制块）：进程存在的唯一标识、栈进程和程序的关系1、进程是动态的，程序是静态的2、进程是暂时的，程序是永久的3、进程和程序的组成不同4、进程和程序密切相关进程的三种基本状态（1）就绪状态(Ready)（2）执行状态(Running)（3）阻塞状态(Blocked)挂起状态引入的原因：a.终端用户请求b.父进程请求c.负荷调节的需要d.OS的需要活动就绪：未挂起的就绪状态，内存中就绪Readya静止就绪：挂起的就绪状态，外存中就绪活动阻塞：未挂起的阻塞状态，内存中阻塞Blockeda静止阻塞：挂起的阻塞状态，外存中阻塞执行状态：RunningSuspend原语挂起。Active激活8.进程的唯一标识：PCB进程控制块结构a.进程标识符b.cpu现场保护区c.进程调度信息d.进程控制信息进程控制块的组织方式（1）链接方式将同状态进程的PCB链接成一个队列（2）索引方式将同状态进程的PCB放入索引表9.原语是由若干条机器指令构成的一段程序，用以完成特定功能，这段程序在执行期间不可分割。即原语的执行不能被中断，原语操作具有原子性。创建原语create（）a）申请空白PCBb）分配资源c）初始化PCBd）插入就绪队列终止原语a）找到PCBb）停止进程及其子进程的运行，归还资源c）从所在队列中移出阻塞原语block（）：a）停止进程执行b）保存CPU状态到PCBc）将进程插入相应阻塞唤醒原语wakeup（）：a）将阻塞进程从阻塞队列中移出b）将PCB状态改为“就绪”c）将PCB插入到就绪队列队列d）转调度程序调度下一个进程执行进程挂起原语suspend（）：a）检查将被挂起的进程状态，作相应处理b）将PCB复制到内存某指定区域c）若是挂起了执行进程，则选择另一个进程运行进程激活原语active（）：a）进程从外存调入内存b）修改进程状态c）某些情况下可让激活的进程抢占处理器10.线程是进程内一个相对独立的、可调度的执行单元线程的属性1.轻型实体2.独立调度和分派的基本单位3.可并发执行4.共享进程资源线程的状态及其转换1.创建状态2.就绪状态3.运行状态4.等待状态5.终止状态线程与进程的比较1.拥有资源：进程拥有资源2.调度：线程是调度单位3.并发性：线程可并发执行4.系统开销：引入线程后，系统开销小11.临界区：对临界资源互斥操作的程序段。一个程序分为四个部分：进入区、临界区、退出区、剩余区临界区管理的原则(1)空闲让进(2)忙则等待(3)有限等待(4)让权等待12.同步与互斥的关系（1）区别互斥；联系松散，取用资源随机，有则用同步：联系紧密，按序执行，有资源也不一定可用（2）联系都是进程之间的相互制约关系，互斥是特殊的同步，可将二者统称为进程同步。1.直接制约关系表现为进程同步2.间接制约关系表现为进程互斥同步机构：是负责处理进程之间制约关系的机制，即OS中负责解决进程间同步互斥的执行机构。13.整型信号量整型值S：初值不为负，表示资源数P、V操作：wait、signal原语1）信号量只能执行三个操作：置初值，且不为负，P、V2）信号量的物理含义：S0，S的值表示可用的资源数S＝0，S的值表示资源数为0，即无资源可用3）实现对临界区互斥访问4）P操作会“忙等”记录型信号量S0S的值表示可用资源数量，S=0S的值表示无资源可用，S0表示无资源可用，且|S|表示在阻塞队列中等待的进程数量考大题14.进程高级通信类型：1.共享存储器系统1）基于共享数据结构的通信方式2）基于共享存储区的通信方式2.消息传递系统1）直接通信方式：消息通信2）间接通信方式：信箱通信（P、V属于低级通信原语Send、Receive高级通信原语）3.管道通信（pipe）管道是用于连接一个读进程和一个写进程的文件，称pipe文件。15.高级调度为作业调度，又称为长程（宏观）调度。按一定原则从外存后备作业中选若干个进入内存运行作业的四个状态：提交、后备（收容）、运行、完成低级调度为进程调度，又称短程（微观）调度。进程调度：按一定策略从就绪队列中选一个到cpu上运行中级调度为交换调度，又称中程调度交换调度：按一定原则，在内外存间进行进程对换说明：1）三级调度不是必须的2）三级调度的频率是不同的16.进程调度采用的两种调度方式（1）非抢占方式（2）抢占方式准则（1）面向系统的准则：提高吞吐量、提高资源利用率面向用户的准则A周转时间短。周转时间：是作业从提交给系统开始，到作业完成为止的时间间隔。周转时间包括四个部分：作业在外存后备队列上的等待时间，进程在内存就绪队列上的等待时间，进程在cpu上的执行时间，进程等待I/O的时间B响应时间快C截至时间的保证D优先权的准则:让紧急的任务优先处理17.死锁产生的必要条件1.互斥条件2.请求和保持3.不剥夺条件4.环路等待条件处理死锁的基本方法1.鸵鸟算法2.预防死锁：限制条件严格，影响进程并发3.避免死锁：条件宽松，有利于进程并发4.检测死锁5.解除死锁死锁的预防一、摒弃互斥条件无法实现二、摒弃请求和保持条件---采用资源的静态分配法缺点：必须事先申请所有资源，系统资源得不到充分利用，进程延迟运行三、摒弃不剥夺条件--请求的资源得不到满足时，释放已得到的资源缺点：实现复杂，增加系统开销，降低系统吞吐量四、摒弃环路等待条件---有序资源分配法缺点：不灵活死锁的检测：在OS中保存资源请求和分配信息，利用某种算法对这些信息加以检查，判断是否存在死锁化简资源分配图以检测死锁1）找既非阻塞又非独立的进程节点pi2）再找非阻塞非独立的进程，即回到1）继续化简3）经过一系列化简后，若所有节点都成为了独立（孤立）节点，则称该图是可以完全简化的死锁定理：S为死锁状态的条件是当且仅当S状态的资源分配图是不可完全简化的，该定理称为死锁定理。死锁的解除：1.资源剥夺法2.撤销进程法撤销所有进程，撤销部分进程18.目标程序或可执行程序以“0”地址开始，形成的连续地址空间称为逻辑地址空间，其中的地址称为逻辑地址。主存以字节（byte）为单位，且顺序编号，这种地址称为物理地址，对应的地址空间称物理地址空间。19.地址重定位重定位:逻辑地址到物理地址的转换过程1.静态重定位--程序运行前进行的地址映射特点：容易实现，无需增加硬件地址变换机构，程序不能在内存中移动2.动态重定位--程序指令执行过程中进行地址映射特点：实现时要依靠硬件地址变换机构，程序可以在内存中移动位置20.连续式主存分配一、单一连续分配--最简单的连续分配方式缺点：只允许一个作业在内存中运行（只适用于单道系统），资源利用率不高二、分区分配方式--满足多道程序环境要求的最简单的存储器分配方法1.固定分区分配系统启动时就将内存空间分为固定大小的分区，每个分区放一道程序。a）分区大小相等，适用于炉温群控系统b）分区大小不等减少内部碎片2.动态分区分配又称可变式分区分配分区大小根据作业大小而定，且分区数量也不固定分区分配算法分配时找第一个能满足大小要求的空闲分区，分配后将多余的空闲分区仍留在分区表或分区链中。a）首次适应算法（FirstFit），又称最先适应算法，空闲分区按地址递增的次序排列。特点：优先分配内存低地址部分b）循环首次适应算法（NextFit），从上次分配后的下一个空闲分区开始分配，若到最后一块分区还未找到，再从头开始找。特点：存储空间利用比较均衡c）最佳适应算法（BestFit）--按空闲分区大小递增的次序排列，内存分配时从小分区开始找，可将与作业大小最接近的分区分给作业。特点：会留下一些很难利用的小空闲分区（外部碎片）d)最坏适应算法（WorstFit）--与最佳适应算法相反，该算法每次按空闲分区大小递减的次序排列，即分配时从最大的分区开始分特点：大分区被划分，使得大作业可能装不下21.分页和分段比较1.页大小固定，段大小不固定2.分页的地址空间是一维的，分段是二维的3.分页为了方便管理，分段为了满足用户需要4.分页对用户透明，分段是用户可见的22.局部性原理程序执行过程中的一个较短时期，指令地址和操作数地址分别局限于一定区域。A）时间局部性B）空间局部性总之：（1）重复引用同一变量的程序有良好的时间局部性（2）步长越小，空间局部性越好（3）循环有良