操作系统复习张尧学市公开课金奖市赛课一等奖课件

计算机操作系统教程（四）

清华大学出版社主编:张尧学史美林

第1页操作系统复习考试题型

单项选择题、简答题、综合题考试范围

第1、2、3、4、5、8、9章重点章节第3、4、5章复习内容

各章主要知识点第2页第1章绪论

知识重点第3页1.操作系统定义及特征

操作系统是管理和控制计算机系统中软硬件资源，合理组织计算机工作流程，方便用户操作使用机器程序集合。

基本特征:

（1）执行并发性（2）资源共享性（3）操作异步性第4页2.操作系统功效(1).处理机管理(包含：进程管理）(2).存放管理(3).设备管理(4).文件系统管理(5).用户接口（作业管理）第5页3.操作系统三种基本类型及特点(1).批处理系统主要特点：

①

脱机操作；②

成批处理；③

多道程序运行；④

无交互性。(2).分时系统主要特点：

①交互性；②同时性；③独立性；④及时性。(3).实时系统主要特点：

①实时时钟管理；②连续人机对话；③过载防护，安全可靠；④资源利用率低第6页4.多道程序运行及特点多道程序设计：允许多作业同时进入内存轮番交替占用CPU运行技术。

特点：（1）多道性

（2）宏观上并行（3）微观上串行第7页第2章用户界面

知识重点第8页1.作业组成作业由程序、数据和作业说明书三部份组成，但最少包含一个程序。其中：

程序：表明完成任务及操作

数据：操作对象；

作业说明书：表达用户控制意图。第9页2.计算机与用户之间接口及用途

(1)操作命令接口：OS为用户提供各种操作命令，供用户直接组织作业工作流程和控制作业运行；

(2)系统调用接口：OS为用户提供一组系统功效调用(广义指令)，供用户编程时调用系统功效，请求操作系统提供服务。第10页知识重点第3章进程管理第11页1.程序次序执行及特点程序在处理机上执行是严格按序。特点：

①次序性②封闭性③可再现性

第12页2．进程并发执行及特点进程在处理机上执行时间是交叉重合，是提升CPU利用率而采取一个同时操作技术。特点：

①独立性②随机性③资源共享性第13页3.进程定义及引入目标定义一个含有独立功效程序关于某个数据集在处理机上一次执行过程及分配资源基本单位。引入目标①为了控制和协调并发程序对软硬件资源共享和竞争。②为了描述程序动态执行过程和有个分配资源基本单位。第14页4.进程基本特征

①动态性②并发性③独立性④异步性第15页5.进程描述进程描述包含三部分：①程序②数据结构集③进程控制块（PCB）第16页6.进程状态及转换①运行状态一个进程正占用CPU执行。②等候状态进程因等候某事件不能享用CPU.

③就绪状态进程已具备运行条件还未占用CPU。运行就绪等候调度时间片到等候事件事件发生第17页7.临界区与管理标准临界区：不允许多个并发进程交叉执行程序段。管理标准①每次至多一个进程进入临界区；②进程不能无限期留在临界区；③进程不能相互阻塞。第18页8.两种制约关系间接制约：并发执行程序共享公用资源而引发执行速度上制约。(造成进程互斥)直接制约：并发执行进程共享对方私用资源而引发执行速度上制约。(造成进程同时)

第19页9.进程同时与互斥进程同时相互合作并发进程之间在一些点要相互通信，相互协调，共同完成任务过程。进程互斥

不允许两个或两个以上并发进程同时进入临界区。第20页10.

信号量与PV原语信号量（Semaphore）表示系统中资源实体数目或资源使用情况整型量,其值只能由PV原语操作改变。

n个进程共享m个资源，信号量改变范围

（m-n）≤S≤mP(S)：代表申请使用资源操作

S＝S-1；若S＜0,则该进程被阻塞后与该信号相对应对列中,然后转进程调度；若S≥0,则,调用P(S)原语进程继续运行。V(S)：代表释放偿还资源操作

S＝S+1；若S≤0,则唤醒一个等候S进程后,调用P(S)原语进程继续运行或转进程调度；若S＞0,则,调用V(S)原语进程继续运行。第21页11.进程并发执行描述Begin…,s:semaphore;/*定义信号量*/…;s=XXX;/*赋初值*/

COBEGINProcessP1;/*并发进程*/processp2;…………….

COENDEnd

主程序第22页12.PV原语实现进程互斥ProcessP

Begin………P(s);临界区；V(s)；………EndProcessQ

Begin………P(s);临界区；V(s)；………End设公用信号量S，初值为1（或k）第23页

PV原语实现进程互斥例子ProcessP()BeginP(s);进程P使用打印机;

V(s)；EndProcessQ()BeginP(s);进程Q使用打印机;

V(s)；End

设进程P、Q共享一台打印机，打印机任何时刻只能被一个进程使用，不能同时使用。

设公用信号量S，初值为1。第24页13.PV原语实现进程同时ProcessP

Begin………P(s1);P推进；V(s2)；………EndProcessQ

Begin………P(s2);Q推进；V(s1)；………End分别设私用信号量s1，初值为1（或k）；s2，初值为0第25页

PV原语实现进程同时例子ProcessR()BeginL1:读一个数;P(s1);Buf=数；V(s2)；GotoL1;EndProcessW()BeginL2:P(s2);打印Buf中数；V(s1)；GotoL2;End

现有2个进程R、W，它们共享能够存放一个数缓冲区Buf。进程R每次读入一个数存放到Buf中，由进程W打印输出。设私用信号量s1,初值为1，s2,初值为0

。第26页14.死锁及死锁必要条件

假如系统死锁，则必同时满足4条：

①不剥夺条件②互斥条件③部份分配④环路条件第27页15.处理死锁方法(1)预防

(2)防止

(3)检测与恢复第28页

知识重点第4章处理机调度第29页1.分级调度①作业调度：宏观调度，或高级调度。②交换调度：又称中级调度。其主要任务是按照给定标准和策略，将处于外存交换区中就绪状态或等候状态进程调入内存，或把处于内存就绪状态或内存等候状态进程交换到外存交换区。③进程调度：微观调度或低级调度。第30页2.进程调度功效①统计进程状态;②从就绪进程选取一个进程；③实施进程上下文切换。第31页3.引发进程调度时机（1）正在执行进程执行完成。这时，假如不选择新就绪进程执行，将浪费处理机资源。（2）执行中进程自己调用阻塞原语将自己阻塞起来进入睡眠等候状态。（3）执行中进程调用了P原语操作，从而因资源不足而被阻塞；或调用了V原语操作激活了等候资源进程队列。（4）执行中进程提出I/O请求后被阻塞。（5）在分时系统中时间片已经用完。（6）在执行完系统调用，在系统程序返回用户进程时，可认为系统进程执行完成，从而可调度选择一新用户进程执行。（7）就绪队列中某进程优先级变得高于当前执行进程优先级，从而也将引发进程调度。第32页4.调度算法（1）先来先服务算法（FCFS）（2）轮转法（RR）（3）多级反馈轮转法（4）优先数法（5）最短作业优先法（SJF）（6）最高响应比优先法（HRN）第33页4.算法性能衡量平均周转时间

T＝

其中Ti＝T完成－T提交平均带权周转时间

W＝其中Wi＝周转时间/运行时间第34页5.按FCFS算法计算周转时间作业号提交时间执行时间开始时间完成时间周转时间带权周转110.002.0010.0012.002.001.00210.101.0012.0013.002.902.90310.250.2513.0013.253.0012.00

平均周转时间T=(2.00+2.90+3.00）/3=2.63小时平均带权周转时间W=(1.00+2.90+12.00)/3=5.30小时第35页

平均周转时间T=（2.00+3.15+2.00）/3=2.38小时平均带权周转时间W=(1.00+3.15+8.00)/3=4.05小时作业号提交时间执行时间开始时间完成时间周转时间带权周转110.002.0010.0012.002.001.00210.101.0012.2513.253.153.15310.250.2512.0012.252.008.006.按SJF算法计算周转时间第36页知识重点第5章存放管理第37页1.存放管理功效（1）虚拟存放器实现（2）完成地址重定位（3）内存分配与回收（4）内存信息共享和保护（5）局部性原理和抖动问题

第38页2.虚拟存放器

用户程序中代码、数据等逻辑地址组成虚拟空间。实质是把外存当成内存使用一个技术。特点：①虚拟存放器容量由机器地址结构和寻址方式以及外存容量确定；②虚拟存放器由软件、硬件共同支撑实现：软件负责内外信息交换；硬件实现虚实地址转换。第39页3.地址重定位

将程序中逻辑地址转换映射成内存中物理地址过程。定位方式有：（1）静态重定位

程序执行前，由软件一次性完成。（2）动态重定位程序执行中，由专门硬件地址变换机构实现。第40页3.分区分配管理（1）固定分区分配

预先把主存放器空间分成若干个连续区域。（2）动态分区分配

依据作业需求和内存情况动态分配区域。分配算法：最先适应法最正确适应法最坏适应法第41页4页式存放管理将进程逻辑地址空间分成若干大小相同页，同时将内存空间分成若干块，块大小与页相同；存放分配时，以块为单位分配，但块与块之间不一定连续；经过页表和硬件地址转换机构实现地址转换。进程执行时，只把当前需要页装入内存（实页），其余页暂留外存（虚页），当进程访问虚页时，产生缺页中止，再由系统动态装入。动态页式管理实现了虚拟存放器。第42页

页式地址表示

页大小应取2整数次方幂。比如：一个8个页面（页面大小为1024字节）组成逻辑地址装入到32个物理块存放器中。则：（1）逻辑地址需要10+3=13位（2）物理地址需要10+5=15位23210页式地址由页号P和页内地址d两部分组成：23=825=32第43页

页式地址转换举例

设页长为1K

虚拟地址09c4H=2500

页表

21c4H=8644

物理地址823120块号页号00001001110001000010000111000100(1)步地址表示(3)步拼接地址(2)步查页表第44页

页面调度算法1.随机数淘汰页面算法2.轮转法（RR法）3.先进先出算法(FIFO算法)4.最近最久未使用页面淘汰法(LRU算法)5.最不经常使用页面淘汰法(LFU算法)6.最近没有使用页面淘汰法(NUR算法)7.理想型淘汰法(OPT算法)第45页9.用FIFO算法计算缺页中止率

产生缺页中止F=10次。缺页中止率f＝10/13＝76.9％。设问页次序为：7、0、1、2、0、3、0、4、2、3、0、3、2系统分配3个块，采取FIFO算法计算缺页中止率。第46页10.采取LRU算法计算缺页中止率设问页次序为：

7、0、1、2、0、3、0、4、2、3、0、3、2系统分配3个内存块,采取LRU算法计算缺页中止率。

产生缺页中止9次。缺页中止率f＝9/13＝69.2％。第47页

知识重点第8章文件管理第48页1.文件系统文件系统：操作系统中与管理文件相关软件和数据。

负责文件建立、撤消、读写、修改、复制等，并完成对文件按名存取，方便用户使用。特点：

①含有友好用户接口；②对文件按名存取，对用户透明；③提供对文件共享保护功效；④有大容量存放设备。第49页2.文件逻辑结构①流式文件

文件是无结构依次存放字符流。

②统计式文件

文件是有结构相关逻辑统计组成。第50页3.文件存取方法次序存取法按文件逻辑地址次序存取。直接存取法

按文件逻辑统计编号随机存取统计。按键存取法依据键名搜索统计逻辑位置，再转换成对应物理地址存取。第51页4.文件物理结构（1）（1）连续文件

文件信息依次存放到物理设备上相邻物理块中。

特点

①管理简单，存取速度快；②不便于对文件动态扩从；③存放空间利用率低。第52页4.文件物理结构（2）（2）串联文件文件信息用指针存放到物理设备上非连续物理块中。特点

①存放空间利用率高；②便于对文件动态扩充；③只能次序存取，速度慢；④指针增加额外空间开销，可靠性低。第53页4.文件物理结构（3）（3）索引文件文件信息经过索引表存放到物理设备上非连续物理块中。特点①存放空间利用率高；②便于对文件动态扩充；③可次序、直接存取，存取速度快；④索引表增加空间开销。第54页5.文件存放空间管理

(1)空闲文件目录表

(2)空闲块链表法

(3)位示图第55页6.文件目录

文件目录是文件系统实现对文件“按名存取”依据。包含内容：标识信息；结构信息；管理信息；控制信息。组织结构：(1)一级目录简单，文件不能同名。(2)二级目录文件可同名，搜索快，便于共享。(3)树型目录文件可同名，搜索快，结构清楚第56页知识重点第9章设备管理第57页1.设备分类（1）独占设备：一次只能给一个进程使用低速设备。如：打印机、键盘等。（2）共享设备：允许多个进程同时使用高速设备。如：内存放器、磁盘等。（3）系统设备：OS生成时就已配置好标准设备。如：键盘、软盘机等。（4）用户设备：由用户安装、由OS管理非标准设备。如：一些显示器、光驱等。第58页2.数据传送控制方式设备和CPU之间数据传送有4种控制方式

(1)程序直接控制方式

(2)中止控制方式

(3)DMA控制方式

(4)通道控制方式第59页3.中止概念中止指计算机在执行期间，系统中发生任何非寻常或预期急需处理事件，使得CPU暂时中止当前正在执行程序而转去执行对应事件处理程序，待处理完成后又返回原来被中止处继续执行或调度新进程执行过程。（计算机与外部设备进行信息交换一个方式）中止技术由硬件、软件共同协作完成：硬件：产生中止源、发出中止信号、开/关中止。软件：处理中止事件。第60页4.缓冲及引入目缓冲区：内存与外设交换信息时，I/O前后暂时存放数据内存区域。是提升CPU与外设并行工作能力技术。引入缓冲目标①为了匹配外设与CPU速度；②为了降低中止次数及中止处理时间；③为了处理通道或DMA方式下“瓶颈”问题。缓冲技术：

①单缓冲②双缓冲③多缓冲④缓冲池第61页5.通道技术通道是一个用来控制外部设备工作硬件机制，相当于一个功效简单处理机。通道是独立于CPU专门负责数据输入输出工作处理机，它对外部设备实现统一管理，代替CPU对I/O操作进行控制，从而使I/O操作能够与CPU并行工作。通道是实现计算和传输并行基础，以提升整个系统效率。第62页练习题一、选择题（本大题共有12个小题，每小题2分，共24分

）1.

在多道程序系统中，（）作用是从就绪状态中挑选一个进程投入运行。

A.作业调度B.交换调度

C.进程调度D.SPOOLING调度2.对操作系统文件系统而言，一个源程序、一批数据、一篇文章或一张图片等都能够被称为文件，只要它是（）。A．连续分布在一片磁盘区域中信息集合B．采取链接方式连接起来多个磁盘块组成信息集合C．逻辑上含有完整意义信息集合D．属于同一个用户一个信息集合第63页3、在操作系统中，用户在使用I/O设备时，通常采取（

）。

A.物理设备名B.逻辑设备名C.虚拟设备名D.设备牌号4、缓冲技术用于（）。A．扩充相对地址空间B.提供主、辅存接口C.提升设备利用率D．提升主机和设备交换信息速度第64页二、简答题（本大题共有5个小题，每小题4