操作系统复习省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

操作系统复习第1页题型分值一、选择题，每小题2分，15题，共30分二、填空题，每空1分，5题10空，共10分三、计算题，每小题10分，3题，共30分四、综合应用题，每小题15分，2题，共30分第2页操作系统定义它们能以尽可能有效、合理方式组织和管理计算机软硬件资源，合理组织计算机工作流程，控制程序执行并向用户提供各种服务功效，使得用户能够灵活、方便、有效使用计算机，使整个计算机系统能高效地运行。是计算机与用户之间接口。操作系统是计算机系统中一个系统软件，是一些程序模块集合。第3页1.3.2操作系统功效1.1.处理机管理 完成处理机资源分配、调度等功效。处理机调度单位可为进程或线程。2.存放管理 提升利用率、方便用户使用、提供足够存放空间、方便进程并发运行。3.设备管理 方便设备使用、提升CPU与I/O设备利用率。4.软件资源管理 提供一个简便、统一存取和管理信息方法，并要处理信息共享、数据存取控制和保密。第4页2.3处理机状态依据运行程序对资源和机器指令使用权限将处理器设置为不一样状态管态：操作系统管理程序运行状态，较高特权级别，又称为系统态。用户态：用户程序运行时状态，较低特权级别，又称为目态第5页2.4中止机制 什么是中止?指CPU对系统中或系统外发生异步事件响应异步事件是指无一定时序关系随机发生事件，如外部设备完成数据传输，实时设备出现异常等 中止定义CPU暂停正在执行程序，保留现场后自动转去执行对应事件处理程序，处理完成后返回断点，继续执行被打断程序。第6页3.2 操作系统用户界面（一）操作命令键盘命令图形户用户界面 图形化用户界面是良好用户交互界面，它将菜单驱动、图符驱动、面向对象技术等集成在一起，形成一个图文并茂视窗操作环境。作业控制语言（二）系统功效调用 如 文件建立、打开、关闭、删除等命令。第7页3.3系统功效调用系统调用是操作系统为编程人员提供接口，各种操作系统关键中都设计有一组一组用于实现各种系统功效子程序作为机器指令扩充。访管指令把因为系统调用引发处理机中止指令称为访管指令。svcnn为地址码，表示系统调用功效号执行该指令则会发生中止，即访管中止，处理机由用户态变为管态系统调用是用户在程序一级请求操作系统服务一个伎俩，由系统中一段程序完成。第8页4.2.3进程状态(一)进程基本状态l就绪状态就绪状态(ready)(ready)：存在于处理机调度队列中进程已经准备就绪，得到CPU控制权即能够运行。l 运行状态运行状态(running)(running)：当进程由调度模块分配后，得到中央处理机控制权，它程序正在运行。l 等候状态等候状态(wait)(wait)：若一进程正在等候着某一事件发生而暂时停顿执行。第9页(二)进程状态变迁图等候就绪运行时间片到进程调度服务完成/事件到来服务请求(请求I/O等)进程创建进程撤消第10页 4.2.4 进程描述在系统中一个进程存在：进程控制块（数据结构）进程执行程序（一个可执行文件）进程总是位于某个队列(就绪、等候某事件队列)处于某种状态（运行、就绪、等候）占用一些系统资源（内存，打开一些文件、处理机、外设）第11页4.4.2进程互斥概念1.临界资源：一次仅允许一个进程使用资源称为临临界资源：一次仅允许一个进程使用资源称为临界资源。界资源。2.2.临界区：每个进程中访问临界资源那段程序段临界区：每个进程中访问临界资源那段程序段称为临界区（临界段）。称为临界区（临界段）。互斥：在操作系统中，当某一进程正在访问某临界区时，就不允许其它进程进入，不然就会发生(后果)无法预计错误。我们把进程之间这种相互制约关系称为互斥。第12页P操作：（1）s值减1；（2）若相减结果大于等于0，则进程继续执行；（3）若结果小于0，则该进程挂起。注：挂起该进程包含：保留调用进程CPU现场；置“等候”状态；入等候队列；转进程调度；4.6.2 信号灯和P、V操作第13页V操作：（1）s值加1；（2）若相加结果大于0，进程继续执行；（3）不然，唤醒一个（或多个）等候该信号灯进程，然后本进程继续执行。第14页用信号灯及P、V操作来描述左图1、说明进程同时关系进程P1、P2可并行执行，P3执行必须等候P1、P2都完成后才能开始执行。2、设置信号灯，说明含义、初值。s13=0表示进程P1还未执行完成；s23=0表示进程P2还未执行完成；4.6.3 4.6.3 进程同时实现进程同时实现第15页第16页4.6.4生产者消费者问题假定缓冲区buffer是是一一个个有有界缓冲区界缓冲区，可存放n个数据同时假定有n个个CP进进程程不不停停地地产产生生数数据据，并送buffer；有有m个个IOP进进程程从从缓缓冲冲区区中中取数据打印取数据打印。第17页第18页例例.在公共汽车上，司机与售票员工作流程分别为，司机：开启车辆正常运行到站停车开启车辆.；售票员：关车门售票开车门关车门.。为确保乘客安全，司机与售票员要亲密配合，协调工作。请用信号量来实现司机与售票员之间同时。p汽车运行中，司机与售票员之间同时关系为：售票员在关车门之后，向司机发开车信号，司机接到开车信号后开启车辆，汽车运行时售票员售票，到站后司机停车，售票员在停车后开车门让乘客下车。p设置信号量S1，S2，S1表示是否允许司机开启车辆，初值为0；S2表示是否允许售票员开车门，初值为0。第19页Semaphore S1=S2=0;void Driver()while(1)P(S1);开启车辆；正常运行；到站停车；V(S2);void Busman()while(1)关车门；V(S1);售票；P(S2);开车门；Main()cobegin Driver()；Busman()；第20页死锁定义：两个或两个以上并发进程，假如每个进程持有某种资源，而又等候着别进程释放它或它们现在保持着资源，不然就不能向前推进。此时，每个进程都占用了一定资源，但又都不能向前推进。这种现象称为死锁。5.4 死锁死锁产生死锁原因：系统资源不足进程推进次序非法产生死锁四个必要条件：1、互斥条件、互斥条件2、不可剥夺条件、不可剥夺条件3、部分分配、部分分配4、环路条件、环路条件第21页假定系统有10个个资源，当前分配情况如上表：此时，系统中只剩下2个资源，这时就要考查能满足哪个进程，不能满足P和R最大要求，能满足Q，于是将剩下2个资源分配给Q，Q就能完成，然后释放所占用6个资源。然后可满足P，也可满足R，这时不论分给谁都能确保完成。5.4.6死锁防止第22页6.2.5作业调度算法1.先来先服务调度算法：先来先服务调度算法：先来先服务算法是按作业来到先后次序进行调度，换句话说，调度程序每次选择作业是等候时间最久，而不论作业运行时间长短。2.短作业优先调度算法：短作业优先调度算法：短作业优先调度算法考虑作业运行时间，每次总是选择一个运行时间最小作业调入内存（系统）.第23页11第24页7.3分区存放管理第25页当有作业完成后释放所占用存放区。在系统运行过程中，系统中形成多个空闲不连续存放区，称主空闲。第26页A、将r合并到f1，f1.addr;f1.size+r.size=f.sizeB、将r合并到f2,r.addr;r.size+f2.size=f2.sizeC、f1、r、f2合并到f1,f1.addr;f1.size+r.size+f2.size=f1.size撤消f2空闲区D、r作为一个空闲区，并插入到空闲区表适当位置。第27页7.3.5几个放置策略分区分配和回收是对空闲区表（或空闲区队列）数据结构进行操作，空闲区表组织有两种方法：1、按空闲区大小升序（降序）组织；2、按空闲区首址升序（降序）组织。首次适应算法表是按空闲区首址升序（即空闲区表是按空闲区首址从小到大）方法组织。最正确适应算法是将申请者放入与其大小最靠近空闲区中。其空闲区表按空闲区大小升序方法组织。最坏适应算法每次分配时，总是将最大空闲区切去一部分分配给请求者，其空闲区表是按空闲区大小降序方法组织（从大到小次序）。第28页分页概念程序地址空间分成大小相等页面，同时把内存也分成与页面大小相等块，当一个用户程序装入内存时，以页面为单位进行分配。页面大小是为2n,通常为1KB，2KB，nKB等。7.4 页式存放管理页式存放管理第29页虚地址结构虚地址是用户程序中逻逻辑辑地地址址，它包含页号和页内地址（页内位移）。区分页号和页内地址依椐是页大小，页内地址占虚地址低位部分，页号占虚地址高位部分。假定页面大小1024字节，虚地址共占用2个字节页号页内地址（位移量）PW151090第30页第31页三、页式地址变换第32页1.虚地址（逻辑地址、程序地址）以十六进制、八进制、二进制形式给出将虚地址转换成二进制数；按页大小分离出页号和位移量（低位部分是位移量，高位部分是页号）；依据题意产生页表；将位移量直接复制到内存地址存放器低位部分；以页号查页表，得到对应页装入内存块号，并将块号转换成二进制数填入地址存放器高位部分，从而形成内存地址。第33页2.虚地址以十进制数给出 页号虚地址/页大小 位移量虚地址 mod 页大小依据题意产生页表；以页号查页表，得到对应页装入内存块号内存地址块号页大小位移量第34页例1：有一系统采取页式存放管理，有一作业大小是8KB，页大小为2KB，依次装入内存第7、9、A、5块，试将虚地址0AFEH，1ADDH转换成内存地址。虚地址0AFEH0000 1010 1111 1110P1 W010 1111 1110MR0100 1010 1111 1110 4AFEH第35页例2：有一系统采取页式存放管理，有一作业大小是8KB，页大小为2KB，依次装入内存第7、9、10、5块，试将虚地址7145，3412转换成内存地址。虚地址 7145P7145/2048 3W7145 mod 2048 1001MR=5*2048+1001=11241虚地址7145内存地址是：11241第36页一、最正确算法假定程序p共有n页，而系统分配给它内存只有m块（1mn），而且以作业在执行过程中页面置换频率高低来衡量算法优劣。最正确算法：当要调入一新页而必须淘汰一旧页时，所淘汰页是以后不再使用，或者是以后相当长时间内不会使用。7.4.5 几个置换算法第37页二、先进先出算法先进入内存页，先退出内存。实质上是淘汰在内存驻留时间最长页。其理由是：最早调入内存页，不再被使用可能性比近期调入内存大。三、最久未使用淘汰算法（LRU算法）这种算法实质：当需要淘汰一页时，选择最长时间未使用页。第38页例：在请求分页系统中，某作业有10个页面，页面大小为1024B，系统为其分配了3个主存块，该作业第0页已经装入主存，进程运行时页面访问十进制逻辑地址为960，1040，3900，770，6000，2100，200。（1）先进先出置换算法，缺页中止次数？过程？（2）最久未使用置换算法，缺页中止次数？过程？第39页 设备独立性是指用户在编程序时所使用设备与实际设备无关。设备独立性优点1.逻辑设备特征是用户程序中所包括该类物理设备特征抽象，这使得程序所对应进程在执行时可利用该类设备中任一物理设备。2.使用逻辑设备名，能够方便用户，改进资源利用率、提升系统可扩展性和可适应性。8.1.4设备独立性第40页8.2 缓冲技术 CPU与各种外部设备速度上差异很大，设备与设备之间速度差异也很大。缓冲是用来在两种不一样速度设备之间传输信息时平滑传输过程惯用伎俩。缓缓冲冲技技术术是是用用来来匹匹配配CPUCPU与与设设备备之之间间速速度度差差异异和和负负荷荷不不均匀。均匀。惯用缓冲技术有三种：双缓冲、环形缓冲、缓冲池第41页3、针对设备特征调度磁盘调度磁盘调度SCAN算法算法第42页9.2.2文件逻辑结构和存取方法文件逻辑结构：结构文件统计式文件。无结构文件流式文件1、流式文件、流式文件无结构流式文件是相关有序字符集合。文件长度为所含字符数。2、统计式文件统计式文件是一个结构式文件，文件是统计集合.每个统计由彼此相关域组成。统计可按次序编号为统计1，统计2，统计n。第43页存取方法次序存取：后一次存取总是在前次存取基础上进行。每次存取无须给出存取开始位置。随机存取：每次存取操作都要指定存取操作开始位置。对于磁带文件，普通采取次序存取方法；而对于磁盘、磁鼓上文件，既可采取次序存取，也可采取随机存取。第44页9.3文件物理结构第45页第46页9.3.4索引文件第47页多级索引分配多级索引分配假如盘块大小为512B，而每个块号为为2B，则每个盘块最多能够存放多少个盘块号？一级索引时可寻址文件最大长度是多少？二级索引时可寻址文件最大长度是多少？三级索引时可寻址文件最大长度是多少？N=512B/2B=256（个）一级索引 256*512B=128KB二级索引 256*256*512B=32MB三级索引 256*256*256*512B=8GB 第48页9.3.5文件物理结构比较连续文件优点是不需要额外空间开销，对次序访问效率很高。适应于次序存取。缺点是动态地增加和缩小系统开销很大；文件创建时要求用户提供文件大小。串联文件克服了连续文件不足之处，但文件随机访问系统开销较大。适应于次序访问文件。索引文件既适应于次序存访问，也适应于随机访问，是一个比较好文件物理结构，但要有用于索引表空间开销和文件索引时间开销。第49页在多级目录系统中（除最末一级外），任何一级目录登记项能够对应一个目录文件，也能够对应一个非目录，而信息文件一定在树叶上。这么，就组成了一个树形层次结构。多级目录中，一个文件路径名是由根目录到该文件通路上全部目录文件名和该文件符号名组成。采取多级目录组织后，不一样用户能够给不一样文件起相同名字。多级目录允许一个用户给其不一样文件取相同名字，只要它们不在同一子目录中即可。9.5.4多级文件目录第50页