操作系统复习提纲

操作系统复习提纲共9页当前第1页操作系统复习提纲第一章1.操作系统的定义和目标：操作系统是管理系统资源、控制程序执行、改善人机界面、提供各种服务，合理组织计算机工作流程和为用户有效使用计算机提供良好运行环境的一种系统软件。配置操作系统的主要目标：（1）、方便用户使用。（2）、扩大机器功能。（3）、提高系统资源。（4）、提高系统效率。（5）、构筑开放环境。2.操作系统的主要特性：（1）、并发性：是指两个或两个以上的事件或活动在同一时间间隔内发生。（2）、共享性：计算机系统中的资源（包括硬件资源和信息资源）可被多个并发执行的用户程序共同使用，而不是被其中某一个程序所独占。（3）、异步性：或称随机性。（4）、虚拟性：是指操作系统中的一种管理技术，它是把物理上的一个实体变成逻辑上的多个对应物，或把物理上的多个实体变成逻辑上的一个对应物的技术。3.多道程序设计：是指允许多个程序（作业）同时进入一个计算机系统的内存储器并启动进行交替计算的方法。4.多道程序设计与多重处理系统的区别：后者是指配置了多个物理CPU，从而，能真正同时执行多道程序的计算机系统。当然要有效地使用多重处理系统，必须采用多道程序设计技术；反过来，多道程序设计不一定要求有多重处理系统支持。多重处理系统的硬件结构可以多种多样，如共享内存的多CPU结构、网络连接的独立计算机结构。虽然多重处理系统增加了硬件，但却换来了提高系统吞吐量、可靠性、计算能力和并行处理能力的好处。5.系统调用和过程调用的区别：（1）、调用形式不同。过程（函数）使用一般调用指令，其转向地址是固定不变的，包含在跳转语句中，但系统调用中不包含处理程序入口，而仅仅提供功能号，按功能号调用。（2）、被调用代码的位置不同。过程（函数）调用是一种静态调用，调用程序和被调用代码在同一程序内，经过连接编辑后作为目标代码的一部份。当过程（函数）升级或修改时，必须重新编译连接。而系统调用是一种动态调用，系统调用的处理代码在调用程序之外（在操作系统中），系统调用处理代码升级或修改时，与调用程序无关。而且调用程序的长度也大大缩短，减少了调用程序占用的存储空间。（3）、提供方式不同。过程（函数）往往由编译系统提供，不同编译系统提供的过程（函数）可以不同；系统调用由操作系统提供，一旦操作系统设计好，系统调用的功能、种类与数量便固定不变了。（4）、调用的实现不同。程序使用一般机器指令（跳转指令）来调用过程（函数），是在用户态运行的；程序执行系统调用，是通过中断机构来实现，需要从用户态转变到核心态，在管理状态执行。因此程序执行系统调用安全性好。6.内核定义和它提供的三个方面的功能：系统必须有一组软件能对硬件处理器及有关资源进行首次改造，以便给进程的执行提供良好的运行环境，这个部分就是操作系统的内核。内核不是进程，而是提供支持系统运行的基本功能和基本操作的一组程序模块，有了内核的支撑，进程运行环境得到改善，安全性得到保证，系统效率就能提高。内核提供的三方面功能：（1）、中断处理。（2）、短程调度。（3）、原语管理。第二章操作系统复习提纲共9页当前第2页1.特权指令和非特权指令：特权指令是指那些只能提供给操作系统的核心程序使用的指令，如启动输入/输出设备、设置时钟、控制中断屏蔽位、清内存、建立存储键，加载PSW等。只有操作系统才能执行全部指令（特权指令和非特权指令），如果一般用户执行特权指令，会导致非法执行而产生保护中断，转交给操作系统的“用户非法执行特权指令”的特殊处理程序处理。2.核心状态和用户状态：处理器状态又称为处理器的运行模式，有些系统把处理器状态划分为核心状态、管理状态和用户状态，而大多数系统把处理器状态划分为管理状态（又称特权状态、系统模式、特态或管态）和用户状态（又称目标状态、用户模式、常态或目态）。3.中断、中断源、自愿性中断事件和强迫性中断事件、中断装置：中断是指程序执行过程中，当发生某个事件时，中止CPU上现行程序的运行，引出处理该事件的服务程序执行的过程。中断源：引起中断的事件。自愿性中断事件：是正在运行的程序所期待的事件。这种事件是由于执行了一条访管指令而引起的，它表示正在运行的程序对操作系统有某种需求，一旦机器执行到一条访管指令时，便自愿停止现行程序的执行而转入访管中断处理程序处理。强迫性中断事件：不是正在运行的程序所期待的，而是由于随机发生的某种事故或外部请求信息所引起的。大致包括：机器故障中断事件、程序性中断事件、外部中断事件、输入输出中断事件。4.中断的优先级、中断屏蔽：中断的优先级:在一个计算机系统中，各中断源的优先顺序是根据某个中断源或中断级若得不到及时响应，造成计算机出错的严重性程度来定的。一种可能的中断优先级由高到低的顺序是：机器校验中断、自愿性中断、程序性中断、外部中断、输入输出中断、重启动中断。中断屏蔽:主机是否允许某类中断，由当前程序状态字中的某些中断屏蔽位来决定的。一般，当屏蔽位为1时，主机允许相应的中断，当屏蔽位为0时，相应中断被禁止。按照屏蔽位的标志，可能禁止某一类内的全部中断，也可能有选择地禁止某一类内的饿部分中断。有了中断屏蔽功能，就增加了中断排队的灵活性，采用程序的方法在某段时间中屏蔽一些中断请求，以改变中断响应的顺序。5.进程的定义和属性：进程是一个可并发执行的具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次执行过程，也是操作系统进行资源分配和保护的基本单位。属性：结构性、共享性、动态性、独立性、独立性、制约性、并发性。6.进程的三态模型、五态模型和转换：三态模型：运行态：进程占有处理器正在运行。就绪态：进程具备运行条件，等待系统分配处理器以便运行。等待态：又称为阻塞态或睡眠态，指进程不具备运行条件，正在等待某个事件的完成。五态模型：新建态、就绪态、运行态、等待态、终止态。转换：就绪态等待态运行态等待事件结束选中落选出现等待事件新建态运行态新建态终止态操作系统复习提纲共9页当前第3页7.进程的挂起和挂起进程的特征:进程的挂起:由于进程的不断创建,系统的资源特别如内存资源已经不能满足进程运行的要求,这个时候就必须把某些进程挂起(suspend)，对换到镜盘影像区中,释放它所占有的某些资源,暂时不参与低级调度,起到平滑系统操作负荷的目的.也可能系统出现故障,需要暂时挂起一些进程,以便故障消除后,再解除挂起恢复这些进程运行.挂起进程的特征:进程新增加了两个新状态:挂起就绪态和挂起等待态.挂起就绪态(readysuspend)表明了进程具备运行条件但目前在辅存储器中,只有当它被对换到主存才能被调度执行.挂起等待态(blockedsuspend)则表明了进程正在等待某一个事件且在辅存储器中.8.操作系统的控制表分类:进程控制表、存储控制表、I/O控制表和文件控制表.9.进程的上下文和进程组成的4要素:在操作系统中,进程的上下文包括三个组成:(1)、用户上下文(user-levelcontext).由用户进程的程序块、用户数据块(含共享数据块)和用户堆栈等组成的进程地址空间.(2)、系统上下文(system-levelcontext).包括进程控制块、内存管理信息、进程环境块,以及系统堆栈等组成的进程地址空间.(3)、寄存器上下文(registercontext).由程序状态字寄存器、各类控制寄存器、地址寄存器、通用寄存器、用户栈指针等组成进程组成的4要素:控制块、程序块、数据块和堆栈.10.进程控制块:每一个进程都有一个也只有一个进程控制块,进程控制块是操作系统用语记录和刻画进程状态及有关信息的数据结构,也是操作系统掌握进程的惟一资料结构,是操作系统控制和管理进程的主要依据.一般说,进程控制块包含三类信息:标志信息、现场信息、控制信息.11.进程切换和模式切换:进程切换发生在核心态,进程切换的步骤：（1）保存被中断进程的处理器现场信息（2）修改被中断进程的进程控制块的有关信息,如进程状态等(3)把被中断进程的进程控制块加入有关队列(4)选择下一个占有处理器运行的进程(5)修改被选中进程的进程控制块的有关信息(6)根据被选中进程设置操作系统用到的地址转换和存储保护信息(7)根据被选中进程的信息来恢复处理器现场模式切换不一定引起进程状态的变化和进程的切换,模式切换的步骤:(1)保存被中断进程的处理器现场操作系统复习提纲共9页当前第4页信息(2)根据中断号设置程序计数器(3)把用户状态切换到内核状态,以便执行中断处理程序12原语和进程控制原语:创建、阻塞、唤醒、撤销创建:每一个进程都有生命期,即从创建到消亡的时间周期.当操作系统为一个程序构造一个进程控制块并分配地址空间之后,就创建了一个进程.阻塞:是指使一个进程让出处理器,去等待一个事件,如等待资源、等待I/O完成、等待一个事件发生等.阻塞是进程自主行为,是一个同步事件.唤醒:当一个等待事件结束时会产生一个中断,从而激活操作系统,在系统的控制之下将被阻塞的进程唤醒,如I/O操作结束、某个资源可用或期待事件出现.撤销:一个进程完成了特定的工作或出现了严重的异常后,操作系统则收回它占有的地址空间和进程控制块,此时就水撤销了一个进程.它分为正常和非正常撤销,前者如分时系统中的注消和批处理系统中的撤离作业步,后者如进程运行过程中出现错误与异常.13.引入线程的动机:是为了减少进程并发执行时所付出的时空开销,使得并发粒度更细、并发性更好.在同一进程中设计出多条控制流,多控制流之间可以并发执行,多控制流切换不需通过进程调度,多控制流之间还可以通过内存区直接通信,降低通信开销.14.线程的概念和状态:线程是操作系统进程中能够独立执行的实体(控制流),是处理器调度和分派的基本单位.线程的状态:运行、就绪和等待.15.高级调度、中级调度和低级调度:高级调度:又称为作业调度、长度调度在多道批处理操作系统中,作业是用户要求计算机系统完成的一项相对独立的工作,新提交的作业被输入到磁盘,并保存在一个批处理后备作业队列中.高级调度将按照系统预定的调度策略决定把后备队列作业中的部分满足其资源要求的作业调入主存,为它们创建进程,分配所需资源.中级调度：又称平衡负载调度，中程调度。它决定主存储器中所能容纳的进程数，这些进程将允许参与竞争处理器和有关资源，而有些暂时不能运行的进程被调出主存，这时这个进程处于挂起状态，当进程具备了运行条件，且主存又有空闲区域时，再由中级调度决定把一部分这样的进程重新调回主存工作。低级调度：又称进程调度（或线程调度）、短程调度。它的主要功能是按照某种原则决定就绪队列中的哪个进程或内核级线程能获得处理器，并将处理器出让给它进行工作。16.剥夺方式和非剥夺方式：剥夺方式：当一个进程正在处理器上执行时，系统可以根据规定的原则剥夺分配给它的处理器，而把处理器分配给其他进程使用。有两种剥夺原则：一是高优先级进程或线程可以剥夺低优先级进程或线程运行；二是当运行进程时间用完后被剥夺处理器。非剥夺方式：一旦某个进程或线程开始执行后便不再出让处理器，除非该进程或线程运行结束或发生了某个事件不能继续执行。17.作业周转时间、平均作业周转时间和平均作业带权周转时间：如果作业i提交给系统的时刻是Ts,完成时刻是Tf,那么作业周转时间Ti为：Ti=Tf-Ts平均作业周转时间T=（∑Ti）/N（N为用户个数）如果作业i的周转时间为Ti，所需运行时间为Tk,则Wi=Ti/Tk为作业的带权周转时间。因为Ti是等待时间与运行时间之和，故带权周转时间总大于1。平均作业带权周转时间W=（∑Wi）/N18.作业调度算法：先来先服务、最短作业优先算法、最短剩余时间优先算法和响应比高优先：先来先服务算法（ECFS）：是按照作业进入系统的作业后备队列的先后次序来挑选作业，先进入系统的作业优先被挑选。这是一种非剥夺式算法。最短作业优先算法（SJF）：是以进入系统的作业所要求的CPU时间长短为标准，总是选取估计计算时间操作系统复习提纲共9页当前第5页最短的作业投入运行。这是一种非剥夺式调度算法。最短剩余时间优先算法（SRTF）当一个作业正在执行时，一个新作业进入就绪状态，如果新作业需要的C