南京邮电大学操作系统期末考试复习提纲及补充

1、一操作系统:管理系统资源、控制程序执行、改善人机界面、提供各种服务，并合理组织计算机工作流程和为用户方便而有效地使用计算机提供良好运行环境的最基本的系统软件。操作系统的主要特性：并发、共享、异步、虚拟并发性：是指两个或两个以上的活动或事件在同一时间间隔内发生。共享性：是指计算机系统中的资源可以被多个并发执行的程序共同使用，而不是被某个程序独占。异步：又称随机性，在多道程序环境中，允许多个程序并发执行，并发活动会导致随机事件的发生。多道程序设计是指允许多个作业同时进入计算机系统的主存并启动交替计算的方法。中断（实现多道程序切换）、通道（实现硬件之间的并行）、磁盘的出现促成了多道程序设计技术，让I

2、O与CPU并行工作提高CPU利用率，充分发挥计算机硬件部件的并发性。并行活动一定是并发的，反之并发活动未必是并行的，并行性是并发性的特例，并发行是并行性的扩展。系统调用：操作系统提供给用户的应用程序同系统之间的接口，系统调用把应用程序的请求传给内核，调用相应的的内核函数完成所需的处理，将处理结果返回给应用程序。应用程序只有通过系统调用才能请求系统服务并使用系统资源。系统调用分类：进程管理、文件操作、设备管理、主存管理、进程通信、信息维护。系统调用的作用：一是内核可以基于权限和规则对资源访问进行裁决，保证系统的安全性；二是系统调用对系统资源进行抽象，提供一致性接口，避免用户在使用资源时发生错误，

3、且使编程效率提高。系统调用和过程（函数）调用的区别：调用形式和实现方式不同、被调用代码的位置不同、提供方式不同。二特权指令：只能提供给操作系统的核心程序使用的指令。如启动设备、设置时钟、控制中端屏蔽位、清空主存、建立存贮键、加载PSW等敏感性操作。处理器状态可以划分为核心态（管态）和用户态（目态）：当处理器处于核心态时，CPU运行可信软件，硬件允许执行全部机器指令，可以访问所有主存单元和系统资源，并具有改变处理器状态的能力；当处理器处于用户态时，CPU运行非可信软件，程序无法执行特权指令，且访问仅限于当前CPU上进程的地址空间，这样就能防止内核收到应用程序的侵害。处理器模式切换：一是程序请求操

4、作系统服务，执行系统调用；二是在程序运行时，产生中断或异常事件，运行程序被中断，转向中断处理程序或异常处理程序工作。PSW指的是程序状态字，用来指示处理器状态，控制指令的执行顺序，并且保留和指示与运行程序有关的各种信息，主要作用是实现程序状态的保护和恢复。中断：是指在程序执行过程中，遇到急需处理的时间时，暂时中止现行程序在CPU上的运行，转而执行相应的事件处理程序，待处理完成后再返回断点或调度其他程序执行。进程：进程是可并发执行的程序在某个数据集合上的一次计算活动，也是操作系统进行资源分配和保护的基本单位。进程的属性：结构性、共享性、动态性、独立性、制约性、并发性。进程的状态及转换：运行态、就

5、绪态、等待态。运行状态同一时刻仅有一个进程；OS将处于同一状态的进程安排成一进程队列，队列中节点元素是些什么内容？进程切换过程：1) 保存被中断进程的处理器现场信息；2) 修改被中断进程PCB的有关信息，如进程状态等；3) 把被中断进程的PCB加入相关队列；4) 选择占用处理器运行的另一个进程；5) 修改被选中进程PCB的有关信息，如改为就绪态；6) 设置被选中进程的地址空间，恢复存储管理信息；7) 根据被选中进程的上下文信息来恢复处理器现场。和模式切换过程：1 保存被中断进程的处理器现场信息；2 处理器从用户态切换到核心态，以便执行系统服务程序或中断处理程序；3 如果处理中断，可根据所规定的

6、中断级别设置中断屏蔽位；4 根据系统调用号或中断号，从系统调用表或中断入口地址表中找到系统服务程序或中断处理程序的地址。高级调度：又称作业调度、长程调度，在多道批处理操作系统中，从输入系统的一批作业中按照预定的调度策略挑选若干作业进入主存，为其分配所需资源，并创建作业的相应用户进程。中级调度：又称平衡调度、中程调度，根据主存资源决定主存中所能容纳的进程数目，并根据进程的当前状态来决定辅助存储器和主存中的进程的对换。低级调度：又称进程调度/线程调度、短程调度，根据某种原则决定就绪队列中的哪个进程/内核级线程获得处理器，并将处理器出让给它使用。计算题：CPU调度算法 FCFS、SJF、SRTF、H

7、RRF以及优先数调度。三：并发进程之间的关系1) 无关的 （分别在不同的变量集合上操作，一个进程不会改变另一个与其并发执行的进程的变量） 怎么证明无关性？ 进程的执行与时间无关2) 交互的竞争：互斥 是指若干进程因相互争夺独占型资源而产生的竞争制约关系。 （资源竞争会引发的两个控制问题：死锁和饥饿）协作：同步 是指为完成共同任务的并发进程基于某个条件来协调其活动，因为需要在某些位置上排定执行的先后次序而等待、传递信号或消息所产生的协作制约关系。信号量：一个进程在某一个关键点上被迫停止执行直至接收到对应的特殊变量值，通过这一措施，任何复杂的进程交互要求均可得到满足，这种特殊变量就是信号量。主要用

8、于封锁临界区、进程同步及维护资源计数。信号量按用途分为：公用信号量（初值往往为1，用于实现进程互斥）；私有信号量（初值往往为0或正整数，多用于并发进程同步）计算题：P、V操作解决互斥和同步问题：死锁：如果一个进程集合中的每个进程都在等待只能由此集合中的其他进程才能引发的事件，而无限期陷入僵持的局面。产生死锁的四个必要条件：互斥、占有和等待、不剥夺和循环等待。死锁解决方案：防止、避免、检测和恢复。四：物理地址：物理主存储器从统一的基地址开始顺序编址的存储单元。逻辑地址：相对某个基准开始编号的顺序地址。地址转换：1. 静态地址重定位：由装入程序实现装载代码模块的加载和地址转换，把它装入分配给进程的

9、主存指定区域，其中的所有逻辑地址修改成主存物理地址。2. 动态地址重定位：由装入程序实现装载代码模块的加载，把它装入分配给进程的主存指定区域，但对链接程序处理过的应用程序的逻辑地址则不做任何修改，程序主存起始地址被置入硬件专用寄存器-重定位寄存器。连续存储空间管理：固定分区：可变分区： 最先适应分配算法、下次适应分配算法、最优适应分配算法、最坏适应分配算法、快速适应分配算法。页面：进程逻辑地址空间分成大小相等的区，每个区成为页面或页，页号从0开始依次编号。页框：又称页帧，把主存物理地址空间分成大小相等的区，其大小与页面大小相等，每个区是一个物理块或页框，块号从0开始依次编号。逻辑地址格式：20

10、位页号+10位页内位移。动态地址转换：物理地址=页框号*块长+页内位移n 存储保护如何进行？（小心缺页！）*页表的内容：页表中的每一栏指明程序中的一个页面和分得页框之间的对应关系。数学角度而言：页表是一个函数，变量是页面号，函数值为页框号。快表：为了提高运算速度，在硬件中设置相联存储器，用来存放进程最近访问的部分页表项，也即转换后援缓冲。存放快表的存储器叫相联存储器。二级页表：系统为每个进程建立一张页目录表，其表项指出一个页表页，而页表页的每个表项给出页面和页框之间的对应关系。页目录表是一级页表，页表页是二级页表。采用二级页表可以解决分散存放页表页的问题，但并未解决页表页如何占用主存空间的问题

11、。l 段式存储管理n 段表的内容：各段在主存中的情况n 如何进行动态地址转换？进程运行时通过段表将逻辑地址转换成物理地址。n 存储保护如何进行？（小心越界！）将段控制寄存器中的段表长度与逻辑地址中的段号进行比较，若段号超过段表长度则触发越界中断，再利用段表项中的段长与逻辑地址中的段内位移进行比较，检查是否产生越界中断。MMU：操作系统的存储管理依靠低层硬件的支撑来完成任务，此硬件称为主存管理部件。提供地址转换和存储保护功能，完成逻辑地址到物理地址的转换功能。缺页：由于发现当前访问页面不在主存时由硬件所产生的一种特殊中断信号。MMU地址转换全过程：1) MMU接收CPU传送过来的逻辑地址并自动按

12、照页面大小把它从某位起分解成两部分：页号和页内位移；2) 以页号为索引搜索快表TLB；3) 如果命中，立即送出页框号，并与页内位移拼接成物理地址，然后进行访问权限检查，如获通过，进城就可以访问物理地址；4) 如果不命中，由硬件以页号为索引搜索进程页表，页表基址由硬件页表基址寄存器指出；5) 如果在页表中找到此页面，说明所访问页面已在主存中，可送出页框号，并与页内位移拼接成物理地址，然后进行访问权限检查，若获通过，进城就可以访问物理地址，同时要把这个页面的信息装入快表TLB，以便再次访问；6) 如果发现页表中的对应页面失效，MMU发出缺页中断，请求操作系统进行处理，MMU工作到此结束。页面的装入

13、策略：请页式调度和预调式调度。清除策略：请页式和预约式。 分配策略：固定分配和可变分配。进程工作集：是指在某一段时间间隔内进程运行所需访问的页面集合。以此来检测系统中是否发生了“抖动”。计算题：页面置换策略：FIFO、LRU、OPT、CLOCK五：l IO系统=IO硬件+IO软件n IO硬件u 控制器、寄存器、IO地址空间u IO的控制方式：询问、中断、DMA和通道n IO软件u 中断处理程序、设备驱动程序、设备无关软件、用户IO软件缓冲用于平滑两种不同速度的硬部件或设备之间的信息传输，在主存储器中开辟一个存储区，专门用于临时存放I/O操作的数据。单缓冲：对于块设备输入，先从磁盘把一块数据读至

14、缓冲区，接着系统把缓冲区中的数据送到用户区，系统可预读紧接着的下一块，然后应用程序对这批数据进行计算。对于块设备输出，先把数据从用户区复制到系统缓冲区，应用进程可继续请求输出，直到缓冲区填满，由系统写到磁盘上。 用时max(C,T)+M双缓冲：输入数据时，首先从设备读出数据填充缓冲区1，系统从缓冲区1把数据传送到用户区，应用进程便可对数据进行加工和计算；与此同时，从设备读出数据填充缓冲区2。当缓冲区1为空时，继续上面操作，两个缓冲区交替使用。l 驱动调度技术n 磁盘的参数: 柱面号、磁头号、扇区号。n 寻道时间（查找时间）和旋转延迟（搜索延迟）n 旋转优化：循环排序和优化分布n 驱动调度：FC

15、FS、最短查找时间优先、电梯调度和扫描算法（*计算题*）l 设备分配的过程（所涉及的数据结构有：设备类表和设备表）设备类表：每类设备对应于设备类表中的一栏，其中包括设备类、总台数、空闲台数和设备表起始地址。设备表：每类设备都有各自的设备表，用来登记这类设备中的每一台物理设备，包含：物理设备名、逻辑设备名、占有设备的进程号、已分配/未分配、好/坏标志。SPOOLing技术是用一类物理设备模拟另一类物理设备的技术，是使独占型设备变成共享设备的一种技术。由预输入程序、井管理程序和缓输出程序组成。六：文件：是由文件名所标示的一组信息的集合。文件目录：文件系统为建立、维护和检索文件而编排的目录。每个文件

16、目录项称作文件控制块FCB。文件的存取方式：顺序存取、直接存取和索引存取。文件的逻辑结构：流式文件和记录式文件。文件的物理结构1) 顺序2) 连接：深刻理解使用FAT表如何查找文件块之间的连接关系的过程3) 直接4) 索引：深刻理解Unix的多级索引方式，掌握给出文件地址计算出需要几次间接连接的方法（计算题）。七：对称多处理机（SMP）和非对称多处理（ASMP）的不同。SMP中不存在主处理机-操作系统和用户线程能被安排在处理机上运行，所有的处理机共享一个内存空间；ASMP只能在某个特定处理机上执行操作系统代码，而处理机只能运行用户代码。陷阱机制：n 中断：u 硬中断：IRQ、ISR、IDT、IRQLsu 软中断：DPC（了解其原理以及触发过程）、APCn