操作系统知识点-(1).pdf

第一章第一章 操作系统概论操作系统概论1.操作系统的地位 计算机系统是分层次的，最底层是未配置任何软件的裸机，硬件之上是软件，软件又分若干层次，最底层是操作系统，其上是其他系统软件，再上是应用软件，最高端是用户。2、操作系统的功能：提供人机接口；管理计算机资源：处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理。3、*操作系统的定义：（1）操作系统是一个软件系统（2）它控制和管理计算机系统内各种硬件软件资源（3）提供用户和计算机系统之间的接口。4、操作系统的特性：并发、共享、异步、虚拟。5、操作系统的体系结构：层次结构、微内核结构。看题再加几个要点第二章第二章 进程管理进程管理1、程序的并发执行的概念、特征（P23）所谓程序的并发性，是指多道程序在同一时间间隔内同一时间间隔内同时发生。程序的并发执行可总结为：一组在逻辑上互相独立的程序或程序段在执行过程中，其执行时间在客观上互相重叠，即一个程序段的执行尚未结束，另一个程序段的执行已经开始的一种执行方式。特征：（1）间断性，（2）失去封闭性，（3）不可再现性2、*进程的概念、进程的特称、*进程与程序的区别、进程的特证。（P25-26）并发执行的程序在一个数据集合上的执行过程，是系统进行资源分配和调度的独立单位。对进程的理解：（1）进程是程序的一次执行。（2）进程是可以和别的进程并发执行的计算。（3）进程就是一个程序在给定活动空间和初始条件下，在一个处理机上的执行过程。（4）进程是程序在一个数据集合上的运行过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。（5）进程是动态的，有生命周期的活动。内核可以创建一个进程，最终将由内核终止该进程使其消亡。进程和程序是两个完全不同的概念，但又有密切的联系。它们之间的主要区别是：（1）程序是静态的概念静态的概念，而进程则是程序的一次执行过程。它是动态的概念动态的概念。（2）进程是一个能独立运行的单位，能与其它进程并发执行；而程序是不能作为一个独立运行的单位而并发执行的。（3）程序和进程无一一对应的关系。程序和进程无一一对应的关系。（4）各个进程在并发执行过程中会产生相互制约关系，而程序本身是静态的，不存在这种异步特征。进程的特证：进程具有动态性、并发性、独立性、异步性及结构性的特征3、进程的 3 个基本状态、进程状态的转换过程。（P26）进程的动态性由它的状态及状态转换来体现的。进程通常至少有三种基本状态：（1）就绪状态就绪状态（ready）进程运行所需的外部条件满足，但因为其它进程已占用 CPU，所以暂时不能运行。进程创建完毕后处于就绪状态。进程创建完毕后处于就绪状态。（2）执行状态执行状态(running)外部条件满足，进程已获得 CPU，其程序正在执行。在单处理机系统中，只有一个进程处于执行状态。（3）阻塞状态阻塞状态(blocked)进程因等待某种事件发生（等待资源），而暂时不能运行的状态，称为阻塞状态，也称为等待状态。系统中处于这种阻塞状态的进程可能有多个，通常将它们排成一个队列；也有的系统根据阻塞原因的不同将这些进程排成多个队列。进程状态的转换：就绪=执行 对于处于就绪状态的进程，在调度程序为之分配了处理机之后，该进程便可执行。相应地，它由就绪状态转变为执行状态。执行=就绪 正在执行的进程（执行状态）也称为当前进程，如果因分配给它的时间片已用完而被暂停执行时，该进程便由执行状态又回到就绪状态；执行=阻塞 一个处在执行状态的进程，如果因发生某事件（资源申请得不到满足）而使进程的执行受阻，使之无法继续执行，该进程将由执行状态转变为阻塞状态。阻塞=就绪 一个处于阻塞状态的进程，当它所需的外部事件满足，它应由阻塞状态变为就绪状态。4、进程的挂起状态。（P27）除了上述 3 种基本状态以外，很多系统中又引入了挂起状态。所谓挂起状态，实际上就是一种静止的状态。一个进程被挂起后，不管它是否在就绪状态，系统都不分配给它处理机。因此在引入挂起状态后，进程之间的状态转换除了四种基本状态转换以外，又增加了以下几种：（1）活动就绪静止就绪。（2）活动阻塞静止阻塞。（3）静止就绪活动就绪。（4）静止阻塞活动阻塞。5、进程的组成模型进程的活动是通过在 CPU 上执行一系列程序和对相应数据进行操作来体现的。程序和操作的数据是进程存在的实体。除了程序和数据外，还需要一个数据结构来描述进程当前的状态、本身的特性，这种数据结构称为进程控制块 PCB。因此，进程实体通常是由程序、数据集合和程序、数据集合和 PCB 这三部分构成，也称为“进程映象”。6、进程控制块的组织方式进程的 PCB 有如下几种组织方式：线性方式、链接方式、索引方式。7、进程的控制所谓进程控制，就是系统使用具有特定功能的程序特定功能的程序段来（原语）创建、撤消进程以及完成创建、撤消进程以及完成进程各状态间的转换，进程各状态间的转换，从而达到多进程高效率并发执行和协调、实现资源共享的目的。原语的概念：把系统态下执行的某些具有特定功能的程序段称为原语，原语的特点是不可原语的特点是不可被中断。被中断。用于进程控制的原语有创建原语、撤消原语、阻塞原语和唤醒原创建原语、撤消原语、阻塞原语和唤醒原语等。8、进程的家族关系创建者称为父进程，被创建的新进程称为子进程，子进程又可以创建自己的子进程，从而形成一棵有向的进程家族树。Linux 系统中，子进程继承父进程的进程上下文；系统中，子进程继承父进程的进程上下文；9、临界资源、临界区。(P36-P37)临界资源：两个或两个以上的进程不能同时使用的资源为临界资源。或者：一次只允许一个进程访问的资源叫临界资源。不论硬件临界资源，还是软件临界资源，多个进程必须互斥地访问临界资源。临界区:每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区。10、进程同步、互斥的概念（P37-38）进程的互斥：进程互斥是指多个进程不能同时使用同一个临界资源同时使用同一个临界资源 CR，即两个或两个以上进程必须互斥地使用临界资源，进程同步：是指有协作关系协作关系的进程之间，要不断地调整它们之间的相对速度或执行过程，以保证临界资源的合理利用和进程的顺利执行。保证临界资源的合理利用和进程的顺利执行。11、信号量信号量（Semaphore），也叫做信号灯，它是在信号量同步机制中用于实现进程的同步和互进程的同步和互斥斥的有效数据结构。可以为每类资源设置一个信号量。可以为每类资源设置一个信号量。信号量有多种类型的数据结构，如：整型信号量、记录型信号量、AND 型信号量及信号量集等。在各类型的信号量中，S 的数值表示当前系统中可用的该类临界资源的数量。s0，则 s 的值表示系统中空闲的该类临界资源的个数；s=0，则表示系统中该类临界资源刚好全部被占用，而且没有进程在等待该临界资源；s0，则 s 的绝对值的绝对值表示系统中的进程等待该类临界资源的个数；注：信号量是 P、V 操作的对象。12、P 操作（wait 操作）及实现过程申请资源，若有资源则得到资源，进程继续执行；若无资源，则本进程进入（本资源申请）的阻塞队列，等待资源。对整形信号量，其操作如下：Wait(s)：【P(s)】While s=0 时，有 s.values 个资源可用；当 s.valuevalue 初初=1 时，可以实现进程互斥；时，可以实现进程互斥；当当 s-value 初初=0 时，可以实现进程同步；时，可以实现进程同步；当当 s-value 初初=正整数时，表示系统中资源的个数，可用来管理同种类组合资源。正整数时，表示系统中资源的个数，可用来管理同种类组合资源。17、互斥举例：进入临界段前执行 P 操作；离开临界段后执行 V 操作；关于同一个信号量的 P、V 操作处理同一个进程中！18、同步举例申请资源执行 P；释放资源执行 V；P、V 在不同进程中！19、什么是线程？线程与进程的区别？进程是程序的一次执行，同时也是资源分配的基本单位。线程是比进程更小的能独立运行的基本单位。16、看懂：生产者消费者问题的进程同步与互斥，主要是理解其利用 P 操作和 V 操作控制进程同步和互斥。第三章第三章 处理机调度与死锁处理机调度与死锁1、作业的概念（P57）2、作业与进程的关系（P60）3、三级调度具体包括哪些内容：作业调度(高级调度)：用于选择把外存上处于后备队列中的哪些作业调入内存，并为它们创建进程、分配必要的资源。对换（中级调度）：按照给定的原则和策略，将处于外存交换区中的就绪状态或等待状态的进程调入内存，或把处于内存就绪状态或内存等待状态的进程交换到外存交换区。进程调度（低级调度）：按照某种策略和算法，将处理机分配给一个处于就绪状态的进程。4、必须牢记几个概念：周转时间、平均周转时间、带权周转时间、平均带权周转时间；周转时间周转时间：是指作业被提交给系统开始，到作业终止为止的这段时间间隔，也称为作业周转时间。平均周转时间：平均周转时间：各作业周转时间的平均值。带权周转时间：带权周转时间：作业的周转时间 T 与系统为它提供服务的时间（即作业要求运行时间）Ts之比。平均带权周转时间：平均带权周转时间：各作业带权周转时间的平均值。给出若干作业以及相关值，会计算上述给出若干作业以及相关值，会计算上述 4 个概念。个概念。5、掌握各种调度算法：先来先服务调度算法（FCFS）（P67）：先来先服务算法是按照作业或进程到达的先后次序来进行调度。短作业（进程）优先调度算法（SPF）(P68)：是指对短作业或短进程优先调度的算法，这里，作业或进程的长短是以作业或进程要求运行时间的长短来衡量的。高响应比优先调度算法；优先级调度算法:非抢占式优先级调度算法、抢占式优先级调度算法时间片轮转法的调度算法(P71)：6、读懂本章例、读懂本章例 1、例、例 2、例、例 3、例、例 4 的算法的计算方法，特别是例的算法的计算方法，特别是例 1 和例和例 2 的算法，必须的算法，必须看懂！看懂！7、什么是死锁（P78）?所谓死锁，是指多个进程循环等待其它进程占有的资源，因而无限期地僵持下去的局面，也可以说死锁是指进程之间无限期地互相等待永不发生的事件。8、产生死锁的原因？（P78）原因可归结为两点：（1）各进程竞争有限的资源；（2）进程推进顺序不当；9、产生死锁的必要条件？（P79）死锁发生，一定同时存在下列四个条件，即死锁的必要条件：（1）互斥条件（2）占有且申请条件（3）不可抢占条件（4）环路条件10、解决死锁的基本方法？（P79）（1）死锁的预防：死锁的四个必要条件中，我们从打破四个必要条件的任意一个，使它们之中的一条不成立，来达到预防死锁的目的。（2）死锁的避免：是给系统中并发执行的进程，找到一个安全的推进顺序。如银行家算法。死锁的预防和死锁的避免都是要对资源的分配加以限制；死锁的预防和死锁的避免都是要对资源的分配加以限制；（3）死锁的检测：对资源的分配不加限制，只要有剩余的资源，就可把资源分配给申请的进程，允许系统有死锁发生。当死锁发生时系统能够尽快检测到，以便及时解除死锁，使系统恢复正常运行。（4）死锁的解除：一旦在死锁检测时发现了死锁，就要消除死锁，使系统从死锁状态中恢复过来。11、系统的安全状态？（P81）是指系统中的所有进程能够按照某种次序得到资源，并且依次地运行完毕，这种进程序列P1，P2，Pn就是安全序列。如果存在这样一个安全序列，则称此时系统处于安全状态。否则，如果系统不存在这样一个序列，则称系统是不安全的。12、死锁定理某系统状态 S 为死锁的充分必要条件是：当且仅当 S 状态的资源分配图是不可完全简化的。即：如果资源分配图中不存在环路，则系统不存在死锁；如果资源分配图中存在环路，则系统中可能产生死锁，如果不可再简化，则系统产生死锁。13、银行家算法及的应用。必须看懂例 6，这是必须的。14、注意 2 类计算：根据调度算法计算周转时间等信息量以及银行家算法；第四章第四章 内存管理内存管理1、逻辑空间、物理空间：逻辑空间：是用户的编程空间或者说是 CPU 的地址总线扫描出来的空间，对应的地址是逻辑地址；每一个程序的逻辑地址都从 0 开始编址。物理空间：物理存储单元组成的空间，是由存储器总线扫描出来的空间。2、重定位、地址变换；地址变换：逻辑地址转变成物理地址。重定位：确定程序在内存中的物理位置而进行地址变换就叫做重定位。3、分区分配算法（1）首次适应算法（最先符合）要求自由块按始地址从小到大的顺序排序。当需分配空间时，总是从头开始查找，直到找到一个符合要求的自由块。（2）最后适应算法（最后符合）。要求自由块按始地址从小到大的顺序排序。从内存最高地址开始查找，找到第一个满足要求的内存块进行分配。（3）最佳适应法 要求按自由块从小到大的顺序排序。分配从头开始查找，即从小端到大端的方向查找。直到找到第一个满足要求的自由块。显然，所能找到的自由块能满足要求的最小块。（4）最坏适应算法 数据结构和排序方法如上:自由块从小到大的顺序排序。当分配空间时,不 是从小往大查，而是从大往小查，因此，所找到的自由块是所有自由块中最大者。4、页式存储的管理的原理在分页存储管理中：主存被分成一些大小相等的物理块；程序的地址空间被分成一些逻辑页面，逻辑页与物理块大小相同。程序分配内存空间时，程序和数据以页为单位分配内存块；将一个逻辑页存放在一个物理块中。为了便于实现动态地址变换，通常物理块的大小为 2n 个扇区，如 1K、2K、4K 等。5、页表页表记录了逻辑页与物理内存块的对应关系。页表的作用是实现了从页号到物理块号的地址映象。页式存储管理逻辑地址是一维的，通过页表可由逻辑地址计算出物理地址。6、页式存储的管理地址重定位方法7、快表快速存储器中存放的部分页表称为“快表”，用来存放正在运行进程的当前最常用的页号和它相应的块号，并具有进行查找的能力。8、2 级和多级页表。一级页表要求装入连续的物理内存中；当页表很大时，需要将页表也离散地装入到物理内存中，需要当页表很大时，需要将页表也离散地装入到物理内存中，需要 2 级或多级页表。级或多级页表。2 级页表：针对难以找到大的存储空间以存放页表的问题，可利用页表进行分页的办法，使每个页面的大小与内存物理块的大小相同，并为它们编号。这样就可以离散地将各个页面分别放在不同的物理块中，为每个离散的页面建立一张页表，称为外层页表。在每个页表项中记录物理块号。多级页表：将再进行分页，将各个分页离散地分配到不相邻接的物理块中,再利用第 2 级的外层页表来映射它们之间的关系。外层页表是 2 级页表的延续与扩展。9、段式存储管理思想把作业按逻辑关系加以组织，划分成若干段，并按这些段来分配内存。如：主程序段MAIN，子程序段，数据段等。段式存储管理的逻辑地址是 2 维的：段号、段内偏移量。10、段表系统为每个作业建立一张段表，每个表目至少有 4 个数据项，即段号、段长、内存始址和存取控制。根据段表可将段逻辑地址转换为物理地址。11、根据段表由逻辑地址计算物理地址（P120 页）（1）取出逻辑地址：段号 S 和段内偏移量 w。（2）将逻辑地址中的段号 S 与段表长度 L 比较，SL,则产生越界中断。（3）当 S=L 时，由段表的起始地址和段号，计算出该段对应段表项的地址：段表项地址=段表起始地址+段号*段表表项长度 由段表项地址，找出该段在内存中的首地址（4）检查段内地址是否超过该段的段长，若超过，发出越界中断信号；（5）段内地址不越位，将段内地址 d 与该段的内存首地址相加得到访问单元的物理存储地址：物理地址=物理段地址+段内地址12、段页式存储管理（1）内存物理空间采用页式存储管理的方式，将内存划分为一些大小相等的物理块；（2）逻辑空间采用分段方式，按程序的逻辑关系把进程的地址空间分成若干逻辑段。（3）段内分页。将每个逻辑段按页式存储管理的方式分为一些大小相等的逻辑页，页大小等于物理内存块大小。在每个段内，从 0 开始依次编以连续的页号。（4）段页式存储管理逻辑地址是 3 维的，即：段号、段内页号、页内偏移量。13、页面置换算法：先进先出页面置换算法（FIFO）：FIFO，即先进先出算法，这是一种最简单的置换算法。当需要置换一个页面时，总是置换最先进入内存时间最长的那个页面。最近最久未使用页面置换算法（LRU）：算法在出现缺页中断时，总是选择最近一段时间内，最长时间没有被访问过的页面，将它唤出外存。换出页面依据的是已经使用过的页面，将最久未使用的换出，是面向历史的。最佳置换算法（OPT）：最佳置换算法是一种理论上的理想算法。它所选择的被淘汰的页面将是最长时间不被使用的。采用最佳置换算法可以保证最低的缺页率。由于无法预知一个进程在内存的若干个页面中，哪个页面是未来最长时间内不再被访问的，因而该算法基本上是很难实现的，但可以利用该算法评价其他算法。该算法换出页面依据的是将来使用的页面，将未来最晚使用的页面换出，是是面向未来的。14、什么是抖动?P135 页抖动(Thrashing)就是指当内存中已无空闲空间而又发生缺页中断时，需要从内存中调出一页程序或-数据送磁盘的对换区中，如果算法不适当，刚被换出的页很快被访问，需重新调入，因此需再选一页调出，而此时被换出的页很快又要被访问，因而又需将它调入，如此频繁更换页面，以致花费大量的时间，我们称这种现象为“抖动”。15、根据以上算法计算缺页中断、缺页率是多少16、虚拟存储容量的扩大是以牺牲 CPU 工作时间以及内、外存交换时间为代价的。第五章第五章 文件管理文件管理1、文件存取方式：顺序存取方式、随机存取方式、按键存取方式；2、文件的物理结构：（P143）连续文件结构（顺序文件）；连接文件结构（串联文件结构）；索引文件结构；3、按名存取用户访问文件时：（1）系统首先根据文件名查找文件目录，找到它的文件控制块或索引接点号；（2）经过合法性检查，从控制块或索引结点中找到该文件所在的物理地址，换算为物理位置。（3）启动磁盘驱动程序，将所需的文件读入内存，进行相应的操作。4、文件控制块为了便于对文件进行控制和管理，必须为文件设置用于描述和控制文件的数据结构，这种数据结构称为文件控制块（FCB），文件与文件控制块一一对应。文件控制块的有序集合称为文件目录，即一个文件控制块就是一个文件目录项一个文件控制块就是一个文件目录项。完全由目录项构成的文件称为目录文件。第五章第五章 设备管理设备管理1、设备控制器设备控制器是 CPU 和 I/O 设备之间的接口：（1）它接收从 CPU 发来的命令（2）去控制 I/O 设备工作（3）CPU 发送中断信号。2、I/O 通道I/O 通道是一种专门负责 I/O 操作的特殊处理机，它接受 CPU 的命令，独立地管理 I/O 操作过程，实现内存和设备之间的成批数据传输。通道相当于一个协处理器（CPU 助理）。I/O 通道实现内存与设备之间的信息传输（P173）3、数据传输控制方式数据传输控制方式主要是实现主存储器与外围设备之间的数据传送控制，其传输控制方式有程序直接控制、中断驱动方式、程序直接控制、中断驱动方式、DMA 方式和方式和 通道控制方式。通道控制方式。4、DMA 方式DMA（Direct Memory Access）：直接内存访问5、通道控制方式即上面讲的 I/O 通道5、缓冲技术缓冲是指通信双方不直接通信，而是通过一个缓冲器中转；引入缓冲技术的原因：解决 CPU 与 I/O 设备速度不匹配问题；使用缓冲区能有效地缓和 I/O 设备和 CPU 之间速度不匹配的矛盾。6、设备无关性设备无关性是指，当在应用程序中使用某类设备时，不直接指定具体使用哪个设备，而只指定使用哪类设备，由操作系统来为进程分配该类的一个具体设备。或者说：用户编写的程序与实际使用的物理设备无关，而由操作系统负责地址的重定位。7、虚拟设备技术用一共享设备高速存储设备上的存储区域模拟独占设备。虚拟设备技术的关键是预输入、缓输出。8、正在执行的进程等待 I/O 操作，其状态将由执行状态变为阻塞状态。9、磁盘调度算法：（P189）由于在访问磁盘的时间中，主要是寻道时间，因此，磁盘调度的目标是使磁盘的平均寻道时间最短。常用的磁盘调度算法有常用的磁盘调度算法有:先来先服务算法：先来先服务算法：这种调度算法按进程请求访问磁盘的时间先后次序进行调度，谁先请求，先服务谁。最短寻道时间优先算法：最短寻道时间优先算法：该算法选择这样的磁盘 I/O 请求，其要访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最近，以使每次的寻道时间最短。扫描算法：扫描算法：扫描算法不仅考虑到要访问的磁道与当前磁道间的距离，更优先考虑的是磁头当前的移动方向。当磁头正在从里向外移动时，扫描算法选择的下一个访问对象，是在当前磁头所在磁道之外的、距离当前磁道最近的磁道。这样从里向外地访问，直至再无更外的磁道需要访问时，磁头才返回从外向里移动，同样每次也是选择当前磁道之内的、距离最近的磁道，到头后再返回，从里向外移动访问。由于此算法中磁头移动的规律很象电梯的运行，因此又称为电梯调度算法。循环扫描算法：循环扫描算法：规定磁头单向移动。例如，只从里向外移动，当磁头移到最外的磁道并访问后，磁头立即返回到最里的要访问的磁道，再从里向外移动。