02326自考操作系统2021年考前知识点总结

1、第一章 操作系统概论计算机系统是由 硬件系统 和 软件系统 组成的操作系统的任务：组织和管理计算机系统中的硬件和软件资源、有效、合理、方便操作系统为用户提供两类使用接口：分别是 编程接口、用户接口。操作系统的特征：并发性、共享性、随机性研究操作系统的观点：-与硬件交互资源管理的观点调的核心所组成。（裸机。操作系统的功能：进程管理、存储管理、文件管理、作业管理、设备管理windows HALunix 操作系统的体系结构应用层Linux 操作系统体系结构：Linux Linux 、Linux Linux 应用程序Android 操作系统体系结构，从高到低：应用程序层、应用框架层、系统运行库层、 L

2、inux内核层批处理操作系统：特点：成批处理，用户自己不能干预自己作业的运行。发现作业无法及时改正。效率。缺点：用户不能直接与计算机交互，不适合调试程序。分时系统：用户通过中断交互式向系统提出命令，系统采用时间片轮转方式处理服务请求。特点：多路性、交互性、独占性、及时性实时操作系统：需具备实时时钟管理、过载防护、高可靠性嵌入式操作系统：微型化、实时性操作系统结构研究的目标：系统模块化、模块标准化、通信规范化常见的操作系统结构有：整体式结构、层次式结构、微内核（客户/服务器）结构第二章 操作系统运行环境处理器一般由 运算器、控制器、一系列的寄存器、高速缓存 构成。处理器内通常有两类寄存器：用户可

3、见寄存器：数据寄存器、地址寄存器、条件吗寄存器PCPSW指令分为I/O 特权指令使用的指令，用户不允许使用。非特权指令：用户使用处理器的工作状态管态（/特权态、（/普通态）当处理器处于目态时，就只有非特权指令才能执行。目态到管态的转换唯一途径是通过中断。管态到目态的转换可通过设置 PSW 指令（修改程序状态字） 程序状态字 PSW ：指示处理器状态包括以下状态代码：CPU 的工作状态代码、条件码、中断屏蔽码存储器的类型RAM（存储随机存取的程序的数据ROM，存储分区的保护方法：界地址寄存器、保护键例（1710 ）当每个程序在主存中占一个连续的存储空间时，系统使用那两个寄存器来 实现存储保护？当

4、处理器在目态下执行程序时请写出访问地址与着两个寄存器值之间的关系。答：基址寄存器、限长寄存器。基址寄存器的值=访问地址=限长寄存器的值中断是由外部事件引发的，而异常是由正在执行的指令引发的。典型的中断：时钟中断、输入输出（I/O）中断、控制台中断、硬件故障中断典型的异常：程序性中断、访管指令异常答：中断是由外部事件引发的，异常是由正在执行的指令引起的。 例（1910）中断系统由哪两部分组成？请介绍计算机系统中典型的中断有哪些？I/O 断、系统服务请求（自愿中断）典型的中断处理：I/O 中断、时钟中断、硬件故障中断、程序性中断、系统服务请求（中断）I/O I/O I/O 异常。时钟中断：维护时钟

5、软件、处理器调度、控制系统定时任务、实时处理自愿性中断：用户通过访管指令调用系统调用例（1804 ）什么是程序性中断？程序性中断都必须由操作系统来完成吗？举例说明。答：程序性中断是指程序指令出错，指令越权或指令寻址越界而引发的系统保护。不一定，也可以由自己完成，如系统调试中断和算术错误等。处理？个设备接口中同时都有中断请求时，可以采用固定优先数或轮转法应系统调用的目的：请求系统服务第三章 进程与线程程序的顺序执行：一各具有独立功能的程序独占处理器直到得到最终结果。特点：顺序性、封闭性、程序执行结果的确定性、程序执行结果的可再现性程序的并发执行：两个或以上程序同时处于已开始且尚未结束的状态。特点

6、：在执行期间并发程序相互制约、程序与计算不再一一对应、执行结果不可再现、程序的并行执行（宏观上同时）和程序的并发执行（微观上同时）多道程序设计：特点：独立性、随机性、资源共享性缺陷：可能延长程序的执行时间、系统效率的提高有一定限度进程调度的一个独立单位。进程由 程序、数据、进程控制块 3 部分组成程序是动态的，进程是动态的，二者是多对多的关系。进程的特性：并发性、动态性、独立性、交往性、异步性、结构性三状态模型：运行状态、就绪状态、等待状态五状态模型：运行状态、就绪状态、阻塞状态、创建状态、结束状态七状态模型：何转换？进程控制块 PCB 是描述进程状态和特性的数据结构，PCB 是进程存在的唯一

7、标识，一个进程只能有唯一的进程控制块。操作系统中每创建一个进程就要为该进程建立一个 进程控制块 ，一个刚被创建的进程， 它的初始状态为 就绪态PCB 的内容：调度信息（描述进程当前状况、现场信息（刻画进程的运行情况PCB 组织方式：线性方式、索引方式、链接方式进程控制：对进程在整个生命周期中各种状态之间的转换进行有效的控制。通过原语实现。原语：原语是操作系统核心的一个组成部分，由若干条指令组成，用来实现某个特定的操作功能，执行时具有不可间断性。进程控制原语：创建原语、撤销原语、阻塞原语、唤醒原语阻塞原语过程：首先中断处理器的执行，把处理器的当前状态保存在 PCB 的现场信息中， 然后把进程的当

8、前状态置为等待状态，并把它插入到该事件的等待队列中。待队列中撤出并插入到就绪队列中排队，等待调度执行。进程控制通过进程控制原语开实现1）创建原语：先申请一个空闲B 区域，将有关信息填入状态，最后把它插入就绪队列中。（2）撤销原语：找到要被撤销进程的 PCB，将它匆匆所在队列中消去，撤销属于该进程的一切“子孙进程”，释放被撤销进程所占用的全部资源，并消去被撤销进程的PCB线程：在引入线程的操作系统中，线程是进程中的一个 ， 线程的属性：每个线程有一个唯一的标识符和一张线程描述表不同的线程可以执行相同的程序同一进程中各个线程共享该进程的内存地址空间线程是处理器的独立调度单位，多个线程可以并发执行一

9、个线程被创建后便开始它的生命周期运行态等各种状态变化。引入线程的好处：创建/结束一个新线程花费时间少、线程之间的切换花费时间少。（1710）1）创建线程无需另外分配资源，而创建进程需分配资源因为创建线程无需分配资源，因此速度比创建进程快传递速度更快。线程能独立执行，充分利用，发挥处理器与外围设备并行工作的能力。进程调度：从就绪进程中选取一个进程，让它占用处理器作为衡量指标，请解释吞吐量和周转时间的含义。把处理器分配给它。吞吐量：系统每小时完成的进程数量。周转时间：指从一个批处理进程提交时刻开始直到该进程完成时刻为止的统计平均时间处理器的调度方式分为 抢占式、非抢占式调度算法的设计目标：资源利用

10、率高、公平、平衡、强制执行策略进程调度算法：SJFSRTN最高相应比优先算法 HRRF：响应比 Rp=（+预计运行时间）/预计运行时间= 周转时间/预计运行时间RRHPF例（1904）什么是轮转调度算法？请分析时间片长短对算法性能的影响。队列，等待下一次调度。（2）时间片太短，进程切换频繁，加重系统开销。时间片太长，引起对短的交互请求的响应时间变长。系统内核：中断处理程序、进程同步与互斥、进程调度、控制与通信、存储管理、时钟管理对内核的各种功能调用通过执行原语操作实现。第四章 进程的同步与互斥在无关进程 就会形成与时间相关的错误。进程的同步：进程之间一种直接的协同工作关系，一些进程相互合作，共

11、同完成一项任务。进程的互斥：各进程间互斥的使用资源，是进程间的一种间接制约关系。临界资源：一次只允许一个进程使用的资源。临界区：在进程中访问临界资源的程序。如果有若干进程共享某一临界资源，则该临界区称为相关临界区。相关临界区的调度使用原则：有空让进、无空等待、多中择一、有限等待、让权等待信号量：一个用于标识资源数目的整型量 P、V 它的值。PV 操作是供进程调用，执行时不可中断的过程，操作系统通常称这种过程为 原语P、V 操作：P(S)S=S-1;若 S0，将该进程状态置为等待状态，然后将该进程的PCB 插入响应的S 信号量等待队列末尾，直到有其他进程在S 上执行V 操作为止；V(S)若 S0

12、 时，S 值的大小表示某类可用资源的数量。S=3） 在等待使用资源，那么调用过p 操作的进程数至少是n一个管程由管程名称、共享数据说明、对数据进行操作的一组过程 和对共享数据赋初值的语句 四个部分组成。管程，即一次只能由一个进程可以在管程内活动。 三个特性：模块化、抽象数据类型、信息隐蔽管程中的共享变量 在管程外部是不可见的，外部只能通过调用管程中所说明的 外部过程（函数） 来间接的对其进行访问。进程通信是一种高级通信方式，可以实现进程间交换大量信息通信方式它们不仅要保证相互制约的进程间的正确关系，还要同时实现进程之间的信息交换。消息机制：消息缓冲通信、信箱通信、管道通信第五章 死锁死锁远不会

13、释放的资源的现象。（2）。死锁产生的四个必要条件：互斥条件、不可剥夺条件、请求和保持条件、循环等待条件只要发生死锁，则产生死锁的四个必要条件一定成立。解决死锁的方法：预防死锁、避免死锁、检测与解除死锁、忽略死锁资源的静态分配策略：变为。资源。资源的有序分配法破。避免死锁：系统对进程发出的每一个系统能够满足的资源申请进行动态检查 ，并根据检操作系统能保证所有的进程在有限时间内得到需要的全部资源，则称系统处于安全状态 但死锁状态一定是不安全状态。银行家算法：确保系统处于 安全状态 时才把资源分配给申请的进程，避免发生死锁。例（1904）简述死锁预防与死锁避免这两种死锁解决方法的含义个，进程按规定申

14、请资源，系统按预先规定的策略进行分配，从而防止死锁的发生。统安全时才把资源分配给进程，使系统一直处于安全状态之中，从而避免死锁。检测与解除死锁：。时机（1）3）定时器定时运行检测、（4）当系统中某个进程长期位于阻塞状态或阻塞进程过多时。死锁的解除：剥夺资源、撤销进程资源分配图：判定死锁的法则，又称为死锁定理。有向图 SRAG=（ 表示进程，方框表示每类资源，框中的圆点表示资源实例，申请边是从进程到资源的有向边，分配便是从资源到进程的有向边）。可能存在死锁。资源分配图化简：在资源分配图中，找出一个既非等待又非孤立的进程结点 P部资源，使之称为孤立结点。将P 所释放的资源分配给申请它们的进程重复1

15、2，直到找不到符合条件的进程结点。5 个哲学家就餐问题中？5 5 她必须先拿右边的筷子，再拿左边的。例（1910）10 3 、P2、P3 8 台，7 4 台。若，3 已申请到4 2 2 ）系统目前还有几台可申请的打印机？目前系统是否处于安全状态？为什么？1）目前系统还有2 台可申请的打印机。进程3 分别需要4 5 2 台。（2）系统处于安全状态。根据目前的各进程资源分配情况，可以先分配2 台打印机给进程 P3 达到它最大需要，然后 P3 释放其原来占有的打印机，系统就会有 4 台打印机，然后分配给进程 P1 达到它最大需求，这时系统有 8 台打印机，可满足进程 P2 最大需要， 所以系统目前处

16、于安全状态。第六章 存储管理存储管理的主要任务：内存的分配与回收、内存扩充、存储共享、存储保护绝对地址对应的存储空间称为 物理地址空间，逻辑地址对应的存储空间称为逻辑地址空间把逻辑地址转换成物理地址的过程称为 地址重定位/地址转换/地址映射重定位的方式：动态重定位、静态重定位动态重定位：在程序装入时 不进行 地址转换，而是直接将程序装入到分配的内存区域中， 程序运行过程中，再将指令中的 逻辑地址 转换为绝对地址地址动态重定位方式适用于 可变分区存储管理、页式存储管理、页式虚拟存储管理静态重定位：地址转换工作是在 程序开始执行前 集中完成的固定分区：把内存划分成若干个大小固定的分区，每个分区只装

17、入一道作业可变分区。紧缩技术：通过移动内存中的程序，把 所有空闲碎片合并成一个连续的大空闲区且放在内存的一端，把 所有程序占用区 放在内存的另一端。查找和分配空闲的分配算法：最先适应算法、最优适应算法、最坏适应算法分区回收：若有相邻空闲区，则合并为一个。例 -2 的情况是，有上邻空闲区，也有下邻空闲区分区的保护：保护键方法、设置界限寄存器覆盖技术会同时执行的程序段共享同一块内存区域。交换技术需要内存空间的进程采用覆盖技术与交换技术的目的是 节省内存空间以扩充内存。虚拟存储技术：利用大容量的外存来扩充内存，产生一个比有限的实际内存空间大得多的、逻辑的虚拟内存空间，简称虚存。采用页式存储管理的目的

18、是提高内存的利用率，采用虚拟存储技术的目的扩充内存容量实现虚拟存储器需要以下的硬件支持：系统有容量足够大的外存。系统有一定容量的内存。最主要的是，硬件提供实现虚-实地址映射的机制。虚拟技术同交换技术在原理上是类似的，其区别在于，交换技术是以进程为单位进行的，而虚拟存储一般以页为单位。例（1810）虚拟存储器的工作原理是什么？页式存储器提供编程使用的虚拟地址由两部分组成：虚拟页号、页内地址例（1804）简述虚拟页式存储的优缺点。答：优点：由于其不要求进程的程序段和数据在内存中连续存放，从而有效解决碎片问题。既提高内存利用率，又有利于组织多道程序执行。缺点：存在页面空间的浪费问题。位示图：用于磁盘

19、空间管理物理页面号（块号= *位号/， mod 例 使用8 （字长2 位组成的位示图来管理页式主存空间的分配与回收0 1 5 133 页表页号之间的对应关系。物理地址（页帧/页框号）=物理页面号*块长+页内地址转换检测缓冲区（TLB/快表）TLB 只存储当前进程中最活跃的少数活动页面的页号，随着进程的推进，TLB 的内容 动态更新抖动”或“颠簸”页面置换算法：理想页面置换算法 OPT、先进先出页面置换算法 FIFO、最近最少使用页面置换算法 LRU缺页率：缺页数/访问页面总次数影响缺页率的因素：分配给程序的物理页面数、页面的大小、程序编制方法、页面调度算法第七章 文件系统文件系统的主要目的：是

20、为用户提供 按名存取的功能文件：一组带标识的、在逻辑上有完整意义的信息项的序列。文件系统：操作系统中统一管理信息资源的软件。外存储设备：磁带：存储容量大，读取速度慢，只能进行顺序存取。例（1804）假定某系统中，磁带的记录密度为每英寸 800 个字符，每个逻辑记录长为 160个字符，块与块之间的间隙为 0.5 英寸。现有 600 个逻辑继续需要存储到磁带上，请问：（）（在采用6 的成组操作时，磁带空间的利用率是多少？1）每个逻辑记录需占用2 202 ）磁盘：存储容量大，成本低，随机存取光盘：非磁记录介质，容量大，速度快，价格便宜，一般不可写闪存：电可擦除，可随机存取，可靠性高文件的存取方式：由

21、文件的性质和用户使用文件的情况而确定。常用的文件存取方式：顺序存取 和随机存取 两种。文件的分类：用途系统文件、用户文件、库函数文件 组织形式保护方式信息的流向分类：输入文件、输出文件、输入输出文件按案件的存放时限：临时文件、永久文件、档案文件按文件的组织结构分类：顺序文件、链接文件、索引文件UNIX 系统中文件分类（UNIX I/O ） 文件的逻辑结构：用户看到的文件的组织结构。文件的物理结构：文件在实际的存储空间存储时的结构。顺序结构、链接结构、索引结构顺序结构。链接结构。索引结构：把每个物理盘块的指针字集中存储在称为索引表的数据结构中的内存索引表 会。每个索引文件都有一个索引表，索引表的

22、条目包含文件的逻辑块号 及所对应的物理块号文件控制块 即FCB 目录项一级目录结构：简单，容易实现。不能重名，搜索效率较低二级目录结构户文件目录，给出该用户所有文件的。解决文件重名问题、实现用户间的文件共享多级目录结构/树型目录：搜索速度快、同一子目录下文件名不能重复、有利于文件保护例（1704）简述设置文件目录的主要目的以及目录项中包括的主要内容答：目的：实现按名存取。包含：有关文件存取控制的信息；有关文件结构的信息和有关文件管理的信息。磁盘空间的分配回收算法：位示图、空闲块表、空闲块链表、空闲块成组链接法系统打开文件表：专门用于保存已打开文件的文件控制块，通常放在内存。典型的文件操作：1.

23、建立文件 2.打开文件 3.读文件 4.写文件 5.关闭文件 6.删除文件打开文件：是使用文件的第一步，把文件控制块 PCB 送到内存记录的成组记录的分解：从一组逻辑记录中把一个逻辑记录分离出来。记录的成组和分解技术是磁盘高速缓存的一种应用和的优点。文件共享：一个文件可以允许多个用户共同使用引起文件破坏丢失的可能原因：灾祸、硬件或软件故障、人为出错保护文件的方法： 建立副本、定时转储方式。文件保密的目的：防止不经文件拥有者授权而窃取文件。常用文件保密措施：隐蔽文件目录、设置口令、使用密码、病毒防范第八章 I/O 设备管理I/O 设备分类：使用特性分类：输入设备、输出设备、交互式设备、存储设备信

24、息组织方式分类：字符设备、块设备可共享性分类：独占设备、共享设备、虚拟设备虚拟设备：在一类设备上模拟另一设备，被模拟的设备为虚拟设备。目的：提高设备利用率。I/O 硬件组成：物理设备、电子部件I/O 软件组成设备独立性I/O 软件的一个最关键的目标例（1910）什么是设备独立性？实现设备独立性的好处是什么？I/O 设备更新时，不需要重新编写全部软件。I/O 设备控制方式：程序控制方式、中断控制方式、DMA 控制方式、通道控制方式。程序控制方式 率、可靠性，具有实时响应能力。直接访问内存）I/O 数据交换，直接在内存和I/O 设备之间进行。优点：传输速度快，减少处理器开销，效率高。三种类型的通道

25、。例 （1704）解释通道命令、通道程序、通道地址字和通道状态字。道执行，完成一次I/O 操作。通道地址字：用来存放通道程序首地址的主存固定单元。通道状态字：用来记录通道程序执行结果的主存固定单元。例（1904）请回答通道有哪三种类型？简述三类通道的优缺点。多路通道优点是具有多路并行操作能力，缺点是以字节为单位传输，传输效率低。设备的绝对号：系统为每一台设备确定一个编号设备的相对号：由用户在程序中定义的设备的编号指定设备的方式：1. 绝对号 2. 设备类、相对号中所指定的设备可与实际能占用的设备无关。磁盘调度：执行依次输入输出所花的时间：寻找时间、延迟时间、传送时间块号 b=扇区 k+扇区数

26、s*（磁头 j+柱面 i*磁道数 t）柱面号=第 p 块/（扇区数*磁道数）=（第p 块 d （*磁道数扇区数=（第p 块 d （*磁道数d 扇区数移臂调度：根据访问者指定的柱面位置来决定执行次序的调度移臂调度的目的：尽可能减少操作中的寻找时间常用的移臂调度算法扫描算法。旋转调度：根据延迟时间来就决定执行次序的调度。缓冲的 引入：为了缓解 I/O 设备与 CPU 速度的不匹配问题缓冲技术分为：单缓冲、双缓冲、多缓冲、缓冲池SPOOLing 技术：同时的外部设备联机操作，也称为假脱机技术。SPOOLing 系统包括：输入程序模块、输出程序模块、作业调度程序三部分。SPOOLing：把独占设备改造

27、成了共享设备，从而提高了设备的利用率和系统效率。综合题：、V 操作：，初值为 （唤醒缓冲池）的互斥；信号量 empty，初值为 kfull0，用于标识缓冲区中产品的数目。另设整形变量i j0，i 表示空表示有产品缓冲区的头指针。生产者进程P1,P2,.i=0;While(true)生产一个产品； P(empty)； P(mutex);i=(i+1) mod k;V(mutex);V(full); 消费者进程Q1,Q2,.j=0;While(true)P(full);P(mutex);从 Bufferj中取一个产品； j=(j+1) mod k;V(mutex);V(empty);消费一个产品；

28、BeginS1,S2,SAB: semaphore; C1,C2: integer;S1:=1; S2:=1; SAB:=1; C1:=0; C2:=0;CobeginProcess Ai(i=1,2,.) /A 组读进程BeginP(S1); C1:=C1+1;If C1=1 then P(SAB); V(S1);Read file P(S1);C1:=C1-1;If C1=0 then V(SAB); V(S1);End;Process Bj(j=1,2.) /B 组读进程BeginP(S2); C2:C2+1;If C2=1 then P(SAB); V(S2);Read file P(

29、S2);C2:=C2-1;If C2=0 then V(SAB); V(S2);End; Coend;End;例若有一个文件 FBeginS1,S2,SAB: semaphore; C1,C2: integer;S1:=1; S2:=1; SAB:=1; C1:=0; C2:=0;CobeginProcess Ai(i=1,2,.) /A 组读进程BeginP(S1); C1:=C1+1;If C1=1 then P(SAB); V(S1);Read file P(S1);C1:=C1-1;If C1=0 then V(SAB); V(S1);End;Process Bj(j=1,2.) /B

30、 组读进程BeginP(S2); C2:C2+1;If C2=1 then P(SAB); V(S2);Read file P(S2);C2:=C2-1;If C2=0 then V(SAB); V(S2);End; Coend;End;(1) 说明信号量 S1,S2,SAB 的作用。答：S1 是对计数器 C1 的互斥信号量，S2 是对 C2 互斥信号量，SAB 是 AB 两组的互斥信号量例桌上有一空盘，只允许存放一个水果，爸爸可向盘中放苹果或橘子，儿子专吃中的橘子女儿转持盘中的苹果规定当盘空时一次只能放一个水果供吃者取用程序如下Semaphore s1=1;semaphore s2=0;se

31、maphore s3=0;爸爸进程：While(true)女儿进程：While (true)儿子进程：While(true)P(s1);If(放入的是苹果)V(s2);P(s2);从盘中取苹果；P(s3);从盘中取橘子；Else V(s3); V(s1);V(s1);进程算法：例（1904）某单 CPU 系统有如下一批处于就绪状态的进程FCFS SJF 算法下各进程的各时间填表进程进入就绪队列的先进程进入就绪队列的先运行时间FCFSSJF开始时间完成时间周转时间开始时间完成时间周转时间后顺序110010109191921101111011321113132444113141412255141919499(2) FCFS: (10+11+13+14+19)/5=13.4SJF: (19+1+4+2+9)/5=7缺页：例、 401234，请给出分别采用先进先出页面置换算法 FIFO 和最近最少使用页面置换LRU 时的页面置换过程，并计算相应的缺页次数及缺页率。FIFO：页面走向012301401234时间短-页012301444233时间中-页01230111422时间长-页0123000144是否缺页是是是是是是是是是