操作系统复习课

操作系统复习课一、操作系统概论设置操作系统的主要目标是：1．方便性；2．有效性；3．可扩充性；4．开放性；操作系统的概念（1）提供用户与硬件系统之间的软件接口，使用户能通过操作系统方便地使用计算机。（2）控制和管理计算机系统的软、硬件资源，使之得到有效利用。（3）作为虚拟机，合理组织计算机系统的工作流程，以增强系统的处理能力。总之，所谓计算机操作系统是指控制和管理计算机的软、硬件资源，合理组织计算机的工作流程，方便用户使用的程序和数据的集合。操作系统功能

1．进程管理进程管理又称“处理机管理”，其主要功能是对中央处理器（CPU）进行管理。

多道程序设计的特点是多个程序共享CPU资源，CPU的利用率较高。特权指令，非特权指令，系统态（又称管态、核心态），用户态（又称目态）

2．存储管理存储管理的主要功能是管理内存资源。

3、设备管理操作系统设备管理的主要功能是为进程分配外设、启动外设进行数据传送，使用户不必了解设备以及接口的技术细节就可以方便地对设备进行操作。为了弥补CPU和外部设备速度的差异，提高CPU和外设之间的并行能力，系统采用了中断技术、通道技术、缓冲技术和虚拟设备技术等，为用户提供了功能强大、界面友好的设备使用手段。

4．文件管理文件管理的主要任务是有效管理文件的存储空间，合理组织和管理文件系统的目录，支持对文件的存储、读写操作，解决文件信息的共享、保护及访问控制等。5、作业管理/用户接口（为用户提供使用上的方便）作业管理的主要任务是根据用户的要求对作业的实际运行进行合理的组织和相应的控制，即作业的调度和控制。操作系统的分类

（1）批处理（操作）系统；

优点：系统吞吐量大，资源利用率高。

缺点：交互能力比较差（2）分时系统；

特点：1）同时性，也称为多路性；

2）交互性；3）独立性；4）及时性（3）实时系统；

特征：快速的处理能力（4）网络操作系统；

计算机网络是通过通信设施把地理上分散的具有自制能力的计算机连接起来，以实现数据交换、资源共享和互操作为目的的计算机系统。（5）分布式操作系统。

分布式操作系统也是通过通信网络将物理上分散且具有自制能力的计算机系统互连起来，实现信息和资源共享，协作完成任务。操作系统的特征：

1．并发性；2．共享性；3．不确定性；4．虚拟性。作业调度：FCFS；SJP；时间片轮转法；优先级法；高响应比优先法。用短作业优先法（SJP）计算作业平均周转时间看ppt后面的习题二、进程管理程序顺序执行时的特征

1．顺序性；2．封闭性；3．可再现性。程序并发执行时的特征

1．间断性；2．失去封闭性；3．不可再现性（程序和机器执行程序的活动不再一一对应）进程的定义：进程是程序及其数据在计算机上的一次运行，是系统进行调度和资源分配的独立单位。为什么引入进程？进程的特征：（1）动态性；（2）并发性；

（3）独立性；

（4）异步性；（5）交互性；（6）结构性。进程的三个基本状态及其转换条件：就绪状态；执行状态；等待状态进程的组成：进程通常有程序、数据集合和进程控制块三部分。

PCB是进程存在的唯一标志进程与程序的区别：线程的基本概念及线程的引入

线程与进程的比较

进程调度

调度方式：1．非抢占方式（非剥夺式调度）2．抢占方式（剥夺式调度）调度算法：FCFS；

SJP；时间片轮转法；优先级法；高响应比优先法。进程同步和互斥的基本概念

进程的同步是指进程之间的一种直接的协同工作关系。即进程之间相互制约的等待与互通消息。

进程的互斥是指进程之间的一种间接关系。即两个或两个以上的进程之间互相争夺临界资源的现象临界资源:操作系统中一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。临界区：进程互斥执行的程序段。临界区的调用原则是：（1）有空让进；（2）忙则等待；（3）有限等待；（4）让权等待信号量和P、V操作：信号量：是一个特殊变量，表示资源的实体，其值仅能由P、V操作来改变，信号量分为公用信号量和私用信号量公用信号量：用于实现进程间的互斥，初值为1，可进行P、V操作；私用信号量：用于实现进程间的同步，初值为0或正整数n，拥有它的进程只能进行P操作

P、V操作的定义：S为信号量

P（S）：（1）S=S-1，申请调用资源若S>=0，调用P（S）的进程继续若S<0，调用P（S）的进程阻塞，进入阻塞队列P操作限制一次只有一个进程进入临界区。V（S）：（1）S=S+1，申请回收资源（2）若S>0，调用V（S）的进程继续（3）若S<=0，从等待队列中取一个进程V操作，任何一个进程退出临界区前必须调用V操作，以保证进程在临界区逗留有限时间，若有进程在等待进入临界区，V操作将唤醒等待队列中首进程，使其可以进入临界区经典同步问题进程的高级通讯：（1）消息缓冲；（2）信箱通信；(3)管道通信死锁的概念：在系统中某个进程提出资源请求后，使得若干进程在无外力作用下永远不能前进（继续运行），这种现象称为死锁。即死锁是进程在运行中对资源要求在时间上的冲突。产生死锁的原因：

1．竞争资源不足；

2．进程推进顺序不恰当；产生死锁的4个必要条件：互斥使用资源；占用并等待资源（逐次请求资源或部分分配资源）；不可抢夺资源；循环等待资源死锁预防：指在确定资源分配算法时消除产生死锁的可能性系统的安全状态（死锁避免）：进程申请资源时，系统通过一定的算法判断本次申请是否不可能产生死锁（处于安全状态）。若可能产生死锁（处于不安全状态），则暂不进行本次资源分配，以避免死锁。算法有著名的银行家算法。死锁检测：资源分配图的化简死锁定理：系统处于死锁状态的充分条件是，当且仅当其资源分配图是不可完全化简时。系统处于死锁状态。死锁的解除

（1）终止进程法：终止处于死锁的进程，释放其占有的资源；（2）挂起进程法：挂起处于死锁状态的进程，剥夺它们占用的资源，使其他进程继续运行，待条件满足时再解挂被挂起的进程三、内存管理存储器管理的功能：

（1）内存分配；（2）地址重定位（地址转换）；（3）内存空间的共享与保护；（4）内存扩充。地址重定位：指把程序空间中的逻辑地址转换为存储空间的物理地址的过程．又称为地址映射。静态重定位：在程序目标模块装入时由装入程序完成的。装入程序把目标模块中的逻辑地址与本程序在内存中的起始地址相加得到正确的物理地址。

优缺点：动态重定位：是在程序运行时完成的，靠硬件地址变换机构实现。优缺点：单一连续分配存储管理方式多个分区的存储管理之一：固定分区管理方式(分区大小、个数均固定)多个分区的存储管理之二：可变分区管理(动态分区分配)

分区分配算法：首次适应算法（FF）、循环首次适应算法（CFF）、最佳适应算法（BF）、最差适应算法（WF）。分页存储管理方式

分段式存储管理方式页式虚拟存储管理(请求分页方式管理)

虚拟存储器的基本概念；覆盖技术（解决小内存运行大作业）；对换技术（解决小内存实现分时系统）。页面替换算法；抖动与工作集；Belay现象段页式存储管理方式列出每种存储管理方法的原理，地址变换过程，优缺点四、文件系统文件的分类

按文件的性质类：（1）普通文件

（2）目录文件

（3）特殊文件

UNIX系统将文件分为三类普通文件；目录文件；特殊文件（设备文件，把外部设备也看作文件）文件系统的功能：文件的逻辑结构可分为以下两类。1．有结构的文件2．无结构文件对文件的逻辑结构的存取有两种方法：

（1）顺序存取；（2）随机存取。文件的物理结构

连续结构；链接结构（显式和隐式）；索引结构；UNIX文件系统的混合索引结构文件目录：单级目录结构；二级目录结构；多级目录结构

文件的共享：基于索引节点的共享；基于符号链的共享空闲块的管理：空闲文件目录；空闲块链；位示图。UNIX系统的空闲块成组链接法文件的保护：口令；密码；冗余；备份五、设备管理设备分类：设备管理的任务：

1、提高设备的利用率

2、设备独立性（1）独立于同类设备的具体设备号。

（2）独立于设备类型。

3、字符编码的独立性

4、设备处理的一致性设备管理的功能（1）监视系统中所有设备的状态。

（2）设备分配。

（3）设备控制数据传送控制方式：程序直接控制方式中断控制方式DMA方式通道控制方式

缓冲技术：什么是缓冲？为什么引入缓冲？

1．缓和处理机和I/O设备间速度不匹配的矛盾

2．减少对CPU的中断次数

3．提高CPU和I/O设备之间的并行性单缓冲双缓冲

缓冲池：工作原理设备分配技术独享设备的分配：静态分配共享设备的分配：先来先服务；优先级高者优先虚拟设备的分配与Spooling技术：设备驱动程序的功能：

（1）实现逻辑设备到物理设备的转换。（2）检查I/O请求的合法性，了解I/O设备的状态，传递有关参数，设置设备的工作方式。（3）发出I/O命令，启动相应的I/O设备，完成相应的I/O操作。（4）及时响应中断请求，并根据中断类型调用相应的中断处理程序进行处理。设备驱动程序的处理过程：

（1）将逻辑设备转换为物理设备。

（2）I/O请求的合法性检查。

（3）检查设备的状态。

（4）传送参数。

（5）启动I/O设备。

磁盘的驱动调度：

磁盘读取数据时间：寻道时间；旋转延迟时间；数据传输时间。驱动调度算法：

（1）先来先服务（