操作系统分析复习与考试

操作系统分析复习概念操作系统定义、特征、功能、分类操作系统是计算机软硬件资源的管理者，控制其他程序运行并为用户提供统一使用计算机资源的的接口的系统软件的集合。OS是扩展机/虚拟机。特征：并发性，共享性，虚拟性和不确定性。功能：进程管理，文件管理，I/O管理，存储器管理。分类：批量操作系统，实时操作系统，分时操作系统，网络操作系统，个人操作系统，分布式操作系统，嵌入式操作系统，并行操作系统，智能卡操作系统。多道程序设计定义、特征、实现根底 多道程序的引入，为了提高资源利用率，和系统吞吐量。相比于单道批处理系统。 定义：是在计算机内存中同时存放寄到相互独立的程序，是他们在系统管理下能够相互穿插的运行。两个或两个以上程序在计算机中同处于开始到结束的状态，就是躲到程序设计。 特征：多个程序同时处于内存中，宏观上并行，微观上串行。 实现根底：中断系统，通道技术，cpu和通道的通信。硬件的支持。。。虚拟机、内核、虚拟存储器虚拟机：一个裸机在没加上一层软件后，就能变成一个功能更强大的机器，把这个功能更强的机器叫做虚拟机。内核：操作系统的内核是对硬件功能的首次扩充，是操作系统实现各项功能的根底。虚拟存储器：访管指令、系统调用、管态与算态访管指令：是可以在目态下运行的指令，不是特权指令。能使cpu从用户态转向系统态。从而让相应的系统调用和子效劳为其效劳。让cpu发觉，从而产生中断。管态：系统态，是cpu的一种状态，目态：是用户程序执行时，机器所属的状态。此状态下，禁止使用特权指令，只允许用户程序访问自己的存储区域。进程、进程的组成、状态及其之间的切换进程：是一个执行中的程序；是一个程序和其相关的数据送进处理器执行产生的活动；是可以为其分配处理器，并可以被处理器单独执行的实体。进程的组成：程序段，相关的数据段和PCB〔结构特征〕状态：创立、就绪，执行，挂起，阻塞，终止。创立：申请系统资源，创立pcb，填写相关管理信息，被许可后才能被调度。创立完成后将进程放入就绪队列。就绪状态：已经获得了除cpu之外的所有资源。只要获得cpu就可以执行。阻塞状态:当前运行的进程由于发生某时间而无法继续运行时，放弃了处理器，而处于暂停状态。就是阻塞。挂起：是正在运行的程序暂停，便于检查执行情况，或对程序进行修改。由于用户的需要，父进程的需要，系统的需要，资源的需要。执行状态/就绪状态—>静止就绪—>就绪状态活动阻塞->静止阻塞->活动阻塞假设在静止阻塞下等待的事件发生，就转向静止就绪原语、线程、进程之间的关系原语：软干指令组成，用来实现特定的操作，通常是一段不可分割和中断的程序实现和功能。线程与进程的关系：系统资源是分配给进程的，线城是进程内的执行单位，多线程都是在进程的地址空间上运行。多线程运行需要同步。线程是进程创立的。临界资源、临界区、同步与互斥临界资源：系统中的某些资源一次只能允许被一个进程使用。成这样的资源为临界资源。临界区:在进程中访问临界资源的代码区。相关临界区：临界区分散于不同的进程中，这些临界区共同对同一共享变量进行修改，成这些临界区为相关临界区。互斥与同步：由于进程需要共享资源，，而这些资源的使用是互斥的，因此个进程间需要竞争使用这些资源。进程之间的这种关系是进程的互斥。进程的同步：是指多个进程需要共同协作完成一项任务，进程之间有时序关系。具体地说就是一个进程在运行到一个时间点时，需要另外一个进程为其提供信息，才能执行下去，假设等不到消息，就会进入等待状态。死锁、死锁产生的必要条件、死锁定理死锁：在多道程序设计中，当某一个进程提出某一个资源请求后，某些进程进入无休止的阻塞状态，并且，在无外力的作用下，这种状态将持续下去。称这种现象为死锁。产生的必要条件：互斥〔一个资源只能被一个进程所使用〕，不可抢占〔一个资源只能被占有她的进程释放〕，请求和保持〔一个进程在占有某些资源的前提下，有申请了新的资源，而该资源又被其他进程所占有，那么使该进程进入阻塞状态，但又对已占有的资源保持不释放〕，环路等待。地址变换、页/块、碎片再建一个模块装入内存时，可以有绝对装入方式〔转入内存的地址事先已经明确知道，不需要修改程序中和数据中的地址，要求程序员了解内存的使用情况。逻辑地址和物理地址相同〕，可重定位装入〔编译程序根据内存的情况，将模块装入内存，由于起始地址的变化，使装入时需要对程序和数据地址相应的加上相对地址，进行变化〕，动态运行时装入。重定位：把装入时对目标程序中的数据和指令地址的修改正程叫做重定位。动态运行时装入方式：动态运行时的装入程序再将模块装入内存时，并不立即将程序和指令中的地址转化为绝对地址。而是在程序真正执行时，才转化为绝对地址。采用了一个重定位存放器，该存放器存放相对偏移量。页/块。将进程的逻辑空间分成大小相同的假设干片，每一篇就是一页。同样，将内存空间也分成与也大小相同的假设干存储块，成为块。由于进程的最后一页经常装不满一块而形成了不可利用的碎片，成为页内碎片。在上述机理下，就可以将用户程序和内存分别划分，并对其从0开始编号。分页地址中的地址结构分为：页号和页内地址，将页号和这一页存入的内存的物理块号形成页表。地址变换：当进程需要访问逻辑地址中的数据时，先将有效地址分理出页号和页内地址，假设页号大于给定页表的长度，越界中断。小于时，根据页表起始地址与页号和页表项长度的乘积求出页号所在的页表项，从而查出块号。将块号装入物理存放器的高地址局部，将页内地址装入物理存放器的地地址局部。形成物理地址。文件、文件系统、文件系统的功能文件是具有文件名的假设干相关元素的集合。元素通常是记录，记录是具有一组有意义的数据项的集合，。通俗讲文件表示程序和数据。文件系统：操作系统中用于管理，存取，控制文件信息的软件机构。文件系统的主要功能是按名存取，对文件进行统一的管理。目的是保证数据的可靠，平安为实现“按名存取”

1、能实现从逻辑文件到物理文件的转换 2、有效地分配和管理文件存储空间。 3、建立文件目录 4、提供适宜的存取方法，适合不同的应用。 5、为用户提供一组文件操作。按名存取、逻辑文件、物理文件从用户角度来说，“按名存取”就是用户在要求文件系统保存一个已经命名的文件时，文件系统根据预设的结构能够将文件存放到文件存储器的适当的地方；当用户需要访问该文件时，只需向文件系统提供文件名，文件系统就可以根据文件名在文件存储器中找到相对应的文件。逻辑文件是从用户方面进行研究，研究的是用户思维中的抽象文件物理文件是从系统观点来研究，研究的是存储在物理设备介质上的实际文件。设备独立性设备独立性是指应用程序独立于具体的物理设备。为此引入了逻辑设备和物理设备。在应用程序中使用逻辑设备，使用逻辑设备名来请求使用某种设备。而在系统实际执行时，还必须使用物理设备名称。因此必须具有将逻辑设备转化为物理设备的功能。多处理机系统和多计算机系统多处理及系统：两个或更多的cpu共享访问使用RAM，与之对应的操作系统就是多处理机系统。多计算机系统：紧耦合的cpu，不共享存储系统，每个机子都有自己的存储器。与之对应的操作系统就是多计算机系统。SMP系统对称多处理机系统。。思想死锁推断思想系统中所有进程都按照不可预知的速度向前推进，一旦一个进程获得了他所需的资源，这个进程就按能执行下去。进而释放它所占有的资源。供其他进程使用。进程能否推进，检测系统是否处于思索状态。采用进程——资源化简图。结果：要么全部结束，要么阻塞。局部性原理产生的原因在一段时间内，程序的执行仅限于某一个局部，访问的存储区域也只限于某一局部。局部性原理产生的原因 程序中存在大量循环，对数据结构的处理〔数组〕，大局部程序是顺序执行局部性原理的表现：时间局部性和空间局部性时间…:某一条指令一旦执行，这条指令将在未来的一段时间内还将再次执行。如果某数据刚被访问过，那么该数据在不久的将来还将继续被访问。如循环操作。空间。。。：一旦程序访问了某个存储单元，那么在该存储单元附近的存储单元也将在不久以后被访问。典型例子：程序的顺序执行。Spooling系统为了缓和CPU和Io设备之间速度不匹配的问题，当多道程序技术出现后，可以采用一道程序，将低速io设备上的数据传递到高速设备上。在用一道程序将高速磁盘上的数据传递到低速设备上。这样便可以在主机的控制下，实现外围操作和CPU对数据的操作同时进行。称这种技术就是SPOOLing技术。SPOOLing系统由：输入缓冲区和输出缓冲区输入井和输出井输入进程和输出进程。脱机处理时，外部设备上的数据需要一个相当长的等待时间后才被进行处理。当外部设备上有数据输入时，主机并不予处理，只是将外部设备的数据存放到缓冲区中。一旦缓冲区满了，或是等待的时间到了，主机才进行加工处理。对输出的操作也是这样，一旦计算机要把处理结果输出，它只是把输出结果送入缓冲区中，然后向外部设备慢慢地进行输出，而主机又去进行其它的加工处理，当缓冲区中的数据全部输出完毕，主机再把下一批的数据存入缓冲区中。实质就是设置了缓冲区，使cpu尽量少的去干预低速设备；方法各种存储器管理存储器的层次结构： 存放器 高速缓存：存取速度在两者之间。减少访问主存的次数。大幅提高程序执行的速度。将主存中经常访问的的数据放到缓存中。Cache 主存 磁盘缓存：由于目前io的访问速度远低于对贮存的访问速度。因此将频繁使用的一局部磁盘数据放到缓存中，减少对磁盘的访问次数。可以放在主存中，主存是磁盘的高速缓存。 磁盘 可移动存储介质编译->链接->装入模块->装入内存将单个模块装入内存的方式。绝对装入，可重定位、动态运行的方式连续分配方式：为用户程序分配连续的内存空间。单一分配方式:将内存空间分成用户区和系统区。将用户程序分配给用户区。适合单用户，单任务的系统。固定分配方式：将内存区域分成分区大小相等或不相等的假设干区域。每个分区只装入一道程序，这样就可以将多道程序同时装人内存中，可以实现程序并发执行。是最简单的多道程序设计的存储管理方式。要建立分区说明表；动态分配方式：作业装入内存时进行内存划区，是根据进程实际需要，分配相应大小的内存给相应的进程。分区大小和作业大小相等。建立空闲分区表：为每一个空闲分区建立一个表项，记录空闲分区的情况。大小，起始地址，分区序号等。建立空闲分区连：建立双向链表。与其相对应的算法是：ff〔最先适应算法〕。适合大作业。但在地址留下了许多不可利用的碎片Bf〔最正确适应算法〕：根据作业实际大小，在空闲块中找到与作业大小最相近且能容纳下作业的空闲块。分配。易产生不可利用的碎片Wf〔最坏适应算法〕：对空闲块进行排序，从大到小。新来的作业总是将最大的空闲块〔就是链首的空闲块〕分配给作业。可重定位是分配：以上分配方式总是会产生不可利用的碎片，降低了资源的利用率。将内存中已经装入的作业进行搬家，合并，将所有碎片合成一块。采用的技术就是动态重定位技术。使用动态重定位存放器。用来存放数据和指令在内存中的起始地址。因为两者中的地址都是相对地址。连续分配方式的缺点：产生不可利用的碎片。虽然可以利用动态重定位的方式解决。但要付出巨大的时间和空间代价。对换的引入：可以将内存中暂时不能运行的进程或不用的数据和程序调到外存中。腾出足够的内存空间，将其他就绪的进程放入内存空间。基于上述原因产生了分页存储管理的方式。1、讲一个进程的逻辑空间分成假设干大小小相等的片〔页〕，并编号。同时将内存空间也划分为与页面大小相同的假设干块。〔块〕，并编号。在两者之间建立一个页表。用来记录一个进程假设干页和内存中的物理块之间的映射关系。这样可以实现将一个进程离散的，不连续的分到内存中。且只有最后一个物理块不能充满。2、页表经常存放于内存中，但是需要进行两次的内存访问，才能得到需要访问的逻辑地址中的数据。3、鉴于上述原因，采用了使用快表的方式的地址变换机构。快表实际是一个高速缓存。可以适当的提高访问逻辑数据的速度。不至于每次都需要两次访问内存才能够得到逻辑地址的数据。单一分配方式->固定分配方式->动态分配方式->可重定位分配方式->分页存储管理方式。都是基于碎片的管理，提高内存利用率。连续分配方式。将进程的逻辑空间全部装入内存。离散的或者是连续的，都是全部装入。分段式存储管理方式是为了满足用户，编程员在使用中的要求。方便编程，信息共享，动态增长。进程的逻辑地址空间可以分成大小不相等的假设干段，每一段都有段名。逻辑地址空间由段名和段内地址组成。在此系统中，为每一段动态分配内存中一块连续的区域。每个段可以离散的分布到内存的不同分区中。必须为这种分配建立段表。段号 段长 段所对应到内存的基地址分页是为了更好地利用内存，而分段那么为了更好地满足用户需要。分页的页的大小固定，而分段那么段的大小不固定。为综合两者的思想，使用了段页式的存储管理的方式对每一个段进行分页，也就是将内存中的段对应的块进行页映射。对段表进行改良：段号页表大小 页起始地址地址结构为：段号 页号 页内地址地址变换过程：根据逻辑地址别离出段号 页号 页内地址。然后假设段号大于段表长，那么越界中断。否那么正常进行。根据段表存放器的段表地址和段号，找到该段号在段表的表项。取出页表起始地址。假设页号大于页表长度那么越界中断。否那么正常进行。根据页表起始地址和页号求出物理块号。、将物理块号放入高址局部，页内地址放入低地址局部构成实际的物理地址。虚拟存储器定义：是指具有请求调入和置换功能，能够从逻辑上增加内存容量的一种存储器系统。其逻辑容量由内存容量和外存容量构成。运行速度接近于内存速度，而每一位的本钱却接近于外存本钱。。。。常规存取器系统，都是将进程全部装入内存后才能运行。具有一次性和驻留内存的性质〔执行完毕后才可以从内存中移除〕。虚拟存储器的特征：屡次性〔一个作业能分成屡次调入内存运行〕。对换性〔请求调入和置换〕。虚拟性。〔从用户观点是内存容量远大于实际内存容量〕。虚拟性是在对换性和屡次性的根底上的。请求分页存储管理在分页管理的根底上增加了调页和置页的功能。它允许只装入少数的页面的数据和程序，便启动执行。以后通过调页和置页功能将后续的页面陆续调进来。把不需要的页面置换到外存。请求分段存储管理调页策略：1>调入页面的时机：预调页策略，和请求调页策略。2>确定从何处调入：如果是从未调过的页面，从磁盘上文件区调入。如果是以前所使用过的，那么从对换区调入。是高速缓存区。3>页面调入的过程。各种算法进程调度算法先来先效劳型〔fcfs〕。适合长作业，不适合短作业。适合CPU繁忙型，不适合IO繁忙性。短进程优先〔SPF〕。高优先权算法非抢占式和抢占式优先级的类型有静态优先权〔创立进程时确定〕和动态优先权〔优先级可以在创立进程时确定，也可以在进程推进中改变〕时间片轮转法〔时间片大小确实定〕。小的话适合短进程。大的话适合长进程多级反应队列循环算法。页面置换算法1、〔Optimal〕最正确值换算法：其所置换的页面将是以后不再使用的或者是未来最长时间后才使用的。2、先进先出：LRU〔最近最久未使用的置换算法〕。发生了9次页面置换，缺页次数12次最正确适应、最差适应、最先适应算法银行家算法进程-资源图化简方法磁盘移动调度算法FcFS：先来先效劳；SSTF：最短查找时间优先。SCAN：扫描策略。电梯算法：设备分配方法FCFS：先来先效劳；高优先级先效劳。文件存储空间管理方法空白链法，将文件存储设备上的所有空闲块连接在一起。分配：当申请者申请空间时，需要从链首取下所需的空闲块。调整链首指针。回收：当回收空闲块时，将空闲块逐个插入到空闲块中。优点：分配和回收容易。缺点：链可能很长。位示图：每一个物理块的使用情况采用二进制的0或1表示。分配时只需将0改为1。回收时将1改为0.空白目录文件：一个空白目录有假设干个连续的空闲块组成。系统为所有的空闲文件建立单独的目录表。表目中有空闲块数和起始块数。分配：采用最正确适应的算法，最先适应算法，最坏适应算法。文件存取方法、文件存取控制方法文件的物理结构:顺序结构〔存取速度快，定长记录下，还可以直接存取，随机访问，