操作系統(tǒng)復習重點串講

1、第一章： 操作系統(tǒng)的概念： 它是計算機系統(tǒng)中控制和管理系統(tǒng)資源、合理組織系統(tǒng)流程、 提高資源利 用率和方便用戶使用計算機系統(tǒng)的計算機程序的集合，它是計算機系統(tǒng)中的一個系統(tǒng)軟件。 四大特點：并發(fā)性（一個操作系統(tǒng)控制下的并發(fā)）、共享性、隨機性（無法確切知道操作 系統(tǒng)的狀態(tài)）、可重構性（使系統(tǒng)可靠，動態(tài)配置） 五大功能：處理機管理、存儲管理、設備管理、文件管理、作業(yè)管理 操作系統(tǒng)地位： 與硬件關系 建立在硬件基礎上， 是硬件功能的延伸； 與軟件關系 對各種軟 件進行控制、管理；與用戶關系用戶通過操作系統(tǒng)對硬件進行操作、管理 操作系統(tǒng)的類型：批處理操作系統(tǒng)用戶通過系統(tǒng)管理員把作業(yè)集中提交給計算機系統(tǒng)，

2、由 計算機系統(tǒng)統(tǒng)一進行調(diào)度和處理，作業(yè)運行中不需要人工干預。 分時操作系統(tǒng) 采用分時技術進行處理機分配，在一臺計算機上連接多個用戶終端，多個用 戶可同時在自己的中端上使用計算機，好像自己獨占機器一樣。 實時操作系統(tǒng)指對外部事件能在允許的時間范圍內(nèi)做岀響應的操作系統(tǒng)。時間范圍由產(chǎn)生 外部事件的設備或用戶來決定，一般比較短。實時操作系統(tǒng)一般用在控制方面，比如飛機、導彈 上的控制系統(tǒng)。 多道程序技術的定義： 在內(nèi)存中同時存放多個程序，它們同時處于運行狀態(tài)。特點：（1）多 道計算機內(nèi)同時存放多個互相獨立的程序 （2）宏觀上并行 （3）微觀上串行 第二章： 作業(yè)的概念：在一次應用業(yè)務處理過程中，從輸入開

3、始到輸岀結束，用戶要求計算機所做工 作的集合稱為一個作業(yè)。 組成：程序、數(shù)據(jù)、作業(yè)說明書 控制方式：批處理方式（脫機）：作業(yè)執(zhí)行過程中，用戶不必干預，由操作系統(tǒng)按作業(yè)控制 書的要求自動控制作業(yè)執(zhí)行。 交互方式（聯(lián)機）：作業(yè)執(zhí)行過程中，操作系統(tǒng)根據(jù)用戶指令，控制作業(yè)的執(zhí)行情況。狀 態(tài)及其轉換：提交、后備、執(zhí)行、完成； 與程序的區(qū)別：1）從組成上看，作業(yè)包括程序和數(shù)據(jù)，而程序只是具有特定功能的一組指 令的集合。 2）一個作業(yè)可以包括多個程序，一個程序可以被多個作業(yè)使用。 3）作業(yè)通過運行其包含的程序來完成 作業(yè)調(diào)度與進程調(diào)度的關系：1）作業(yè)調(diào)度是選擇可以裝入主存儲器的作業(yè)，進程調(diào)度來選 擇可以占用

4、處理器的進程。2）作業(yè)調(diào)度產(chǎn)生進程。當作業(yè)被裝入主存儲器時，作業(yè)調(diào)度就為該 作業(yè)創(chuàng)建了一個進程；若有多個作業(yè)裝入主存儲器時，就可以創(chuàng)建多個作業(yè)進程。這些進程的初 始狀態(tài)為就緒狀態(tài)。3 ）作業(yè)調(diào)度與進程調(diào)度相互配合，可以實現(xiàn)多道作業(yè)的同時執(zhí)行。 性能衡量：1）平均周轉時間 2 ）平均帶權周轉時間 四種作業(yè)調(diào)度的算法：先來先服務（FCFS ）調(diào)度算法 按作業(yè)到達系統(tǒng)的先后次序進行的 調(diào)度。該算法優(yōu)先考慮在系統(tǒng)中等待時間最長的作業(yè)，而不考慮作業(yè)運行時間的長短。 最短作業(yè)優(yōu)先（SJN ）調(diào)度算法 從作業(yè)的后備隊列中挑選運行時間最短的作業(yè)作為下一個 調(diào)度運行對象。響應比高者優(yōu)先（HRN ）調(diào)度算法 既考

5、慮了作業(yè)的等待時間又考慮了作業(yè)的運 行時間的調(diào)度算法。R=（作業(yè)的等待時間+運行時間）/運行時間 優(yōu)先數(shù)調(diào)度算法 優(yōu)先數(shù)調(diào)度 算法是根據(jù)作業(yè)確定的優(yōu)先權來選取作業(yè)，每次總是選取優(yōu)先權最高的作業(yè)。 接口的定義：接口就是用戶和操作系統(tǒng)打交道的手段，系統(tǒng)接口的主要任務是方便用戶使用 操作系統(tǒng)，系統(tǒng)的功能通過接口展示給用戶。 兩種接口：作業(yè)控制級接口程序級接口 系統(tǒng)調(diào)用：指操作系統(tǒng)提供給用戶程序使用的具有一定功能的程序段。 第三章： 程序執(zhí)行特點：順序執(zhí)行：順序性、封閉性、可再現(xiàn)性 并發(fā)執(zhí)行：間斷性（反映了進程等待系統(tǒng)資源的這樣一種情況） 非封閉性（由于多個進程在內(nèi)存，它們之間可能會相 互影響，所以程

6、序的執(zhí)行不再具有封閉性） 不可再現(xiàn)性（進程的推進不可再現(xiàn)，進程的執(zhí)行結果 也是不確定） 進程定義：一個具有獨立功能的程序，對某個數(shù)據(jù)集在處理機上的運行過程，它是資源分配 的基本單位。 特征：動態(tài)性 、并發(fā)性、獨立性、異步性、結構性 進程和程序區(qū)別和聯(lián)系：1）進程是動態(tài)的、程序是靜態(tài)的 2）進程具有并行的特征，程序沒有 3）進程的生命周期短，程序相對較長 4 ）程序是進程的物理基礎 5）進程和程序間存在對應關系 進程狀態(tài)及轉換：就緒、執(zhí)行、阻塞阻塞不能直接轉換到執(zhí)行，就緒不能直接轉換到阻塞 進程互斥概念：指當一個進程進入臨界區(qū)使用臨界資源時，另一個進程必須等待。當占用臨 界資源的進程退岀臨界區(qū)后

7、，另一個進程才被允許使用臨界資源。不允許兩個或更多進程同時進 入臨界區(qū)，就是進程互斥。 臨界區(qū)：訪問臨界資源的那段程序 互斥實現(xiàn)：進入臨界區(qū)前先測試，未加鎖才進入；進入后加鎖；完成后解鎖 進程同步概念：多個相互合作的進程，在一些關鍵點上可能需要互相等待或互相交換信息， 這種執(zhí)行時間上的相互制約關系稱為進程同步。 信號量：除賦初值外僅能由同步原語（P、V操作）對其操作的整型變量，其值與其所代表 的資源使用情況有關。 P、V操作：P申請資源 V釋放資源 進程調(diào)度定義：進程調(diào)度又稱為低級調(diào)度， 它決定主存中就緒隊列上的哪個進程獲得處理器， 開始執(zhí)行。 死鎖概念：是指多個進程因競爭資源而造成的一種僵局

8、現(xiàn)象，若無外力的作用，這些進程都 不能繼續(xù)執(zhí)行。死鎖是計算機系統(tǒng)和進程所處的一種狀態(tài)，這些永遠在互相等待的進程稱為死鎖 進程。 產(chǎn)生原因：1資源不足或對資源的分配不當，2進程推進順序不當 必要條件：1互斥條件2請求和保持條件 3不剝奪條件4環(huán)路等待條件 處理辦法：1破壞不剝奪”條件2破壞請求和保持條件 3破壞循環(huán)等待條件 第四章： 存儲管理功能：主存的分配和回收：使各作業(yè)和進程有足夠的存儲空間來運行地址變換： 將程序中的邏輯地址轉換為主存中的物理地址 擴充主存容量：提供虛擬存儲器的管理功能，從而提供更大的主存空間 存儲保護：使主存中的各作業(yè)或進程不互相干擾 存儲分配方式：直接方式（程序員在編程

9、或編譯源程序時采用實際的存儲器地址） 靜態(tài)分配方式（作業(yè)裝入內(nèi)存時確定其相對位置，并且運行時保持不變）動態(tài)分配方式（作 業(yè)在進入內(nèi)存運行時允許其存儲空間移動，也可以申請新的存儲空間） 地址定位：應用程序經(jīng)過編譯后，其地址都從“ 0開始，程序中的地址都相對于0開始地址 計算。但程序進入內(nèi)存空間，其內(nèi)存地址不一定從0開始計算，這就需要把程序的地址轉換為 內(nèi)存的實際地址。 分類：靜態(tài)重定位 動態(tài)重定位 動態(tài)重定位：在程序執(zhí)行過程中，當訪問指令或數(shù)據(jù)時才進行地址的變換。 實存管理方式 固定式分區(qū)分配：原理：把主存空間預先劃分成若干個大小固定的區(qū)域（分區(qū)），每個分區(qū) 可以且只能裝入一個程序，這樣多個程序

10、可并發(fā)執(zhí)行。分區(qū)大小可以不等，但必須事先確定，運 行時不能修改。優(yōu)點：1）作業(yè)可以并發(fā)執(zhí)行 2 ）管理簡單、系統(tǒng)開銷小缺點：1） 一個作業(yè)只 能裝入一個分區(qū)，作業(yè)太大不能裝入2）分區(qū)總數(shù)固定，限制了并發(fā)執(zhí)行的作業(yè)數(shù)目3）分區(qū) 較大作業(yè)較小時，會浪費主存空間 可變式分區(qū)分配：原理：又稱為動態(tài)分區(qū)分配，在作業(yè)裝入主存時，根據(jù)用戶作業(yè)的大小分 配相應大小的分區(qū)。 每個作業(yè)占用一個分區(qū)，每個分區(qū)都是連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域。分區(qū)的大小和數(shù)目 是不定的。優(yōu)點：1）分區(qū)個數(shù)由作業(yè)數(shù)決定，提高了并發(fā)執(zhí)行能力。2）分區(qū)的大小由作業(yè)的大 小決定，提高了主存的使用效率。缺點：在主存分配過程中，會產(chǎn)生許多主存碎片，造成主存

11、空間的浪費。 主存分配算法：首次適應算法，下次適應算法，最佳適應算法，最壞適應算法 分頁式存儲管理：原理：作業(yè)的地址空間劃分成長度相等的頁，內(nèi)存空間劃分為與頁大小相 等的塊，作業(yè)的一頁可放入內(nèi)存的任意塊中。程序的邏輯地址由頁號和頁內(nèi)地址組成，頁號的長 度決定了分頁的多少，頁內(nèi)地址的長度決定了頁面的大小。作業(yè)的最后一頁經(jīng)常裝不滿一塊，形 成的不可利用空間稱為 頁內(nèi)碎片” 數(shù)據(jù)結構：（位示圖：記錄內(nèi)存塊使用情況主存分配表： 記錄作業(yè)分配情況 頁表：作業(yè)的頁號和內(nèi)存塊號對應情況）地址轉換：1 ）由邏輯地址計算岀 頁號和頁內(nèi)地址 頁號=邏輯地址/頁長（商）頁內(nèi)地址 =邏輯地址 mod頁長（余數(shù)）2）

12、由塊號計算物理地址物理地址=用戶區(qū)基址+塊號*塊長+頁內(nèi)地址 優(yōu)點：較好解決了內(nèi)存 零頭問題，提高了主存的利用率。缺點：兩級地址轉換增加了計算開銷，要占用較多的內(nèi)存來 實現(xiàn)地址轉換，仍然存在不可利用的空間，即頁面間隙，要求頁的大小固定， 不利于程序對主存 的共享和使用，運行作業(yè)的信息全部裝進主存，作業(yè)大小受主存容量的限制。 分段式存儲管理：原理：作業(yè)的地址空間被劃分為若干段，每段定義了一組邏輯信息。每個 段都有自己的名字，用一個段號來表示，每個段都從0開始編址，并采用一段連續(xù)的地址空間。 段的長度由相應的邏輯信息組的長度決定，因而各段長度不等。 整個作業(yè)的邏輯地址空間，由于 分成多個段，因而是

13、二維的，即其邏輯地址由段號和段內(nèi)地址所組成。地址轉換：在系統(tǒng)中設 置段表寄存器，用來存放段表的始址和段表長度。1）根據(jù)控制寄存器內(nèi)容找到段表位置2）利 用邏輯地址中段號在段表中找到段在主存中的始地址3 ）物理地址=段偏移量+主存始地址 分段 與分頁的區(qū)別：1 ）頁是信息的物理單位，分頁是為了實現(xiàn)離散的分配方式，消減主存碎片，提 高主存的利用率。 段是信息的邏輯單位， 它包含一組意義相對完整的信息。分段的目的是為了能 更好地滿足用戶的需要。2）頁的大小固定且由系統(tǒng)確定。段的長度卻不固定，決定于用戶所編 寫的程序，通常由編譯程序在對源程序進行編譯時，根據(jù)信息的性質來劃分。3 ）分頁的作業(yè)地 址空間

14、是一維的。分段的作業(yè)地址空間是二維的，在標識一個地址時，既要給岀段名，又要給岀 段內(nèi)地址。 虛存管理方式： 請求頁式存儲管理： 原理：在分頁式存儲管理基礎上，增加了請求調(diào)頁功能和頁面置換功能 所形成的虛擬存儲管理系統(tǒng)。把作業(yè)分成大小相等的若干頁，把主存分成與頁大小相等的若干塊； 對每個作業(yè)限定分給它的主存塊數(shù)，先在主存塊中裝入作業(yè)的部分頁，在作業(yè)運行時再裝入所需 要的頁。 優(yōu)點：1）作業(yè)頁面只需裝入一部分，節(jié)省主存空間，增加了并發(fā)執(zhí)行的作業(yè)個數(shù)， 提高系統(tǒng)的利用率。2）作業(yè)在內(nèi)存中不需連續(xù)存放，解決了內(nèi)存碎片問題缺點：1 ）需要額外 硬件支持，增加了系統(tǒng)成本2）淘汰算法選擇不當，可能產(chǎn)生抖動現(xiàn)

15、象3 ）仍然存在頁內(nèi)碎片 請求分段存儲管理：原理：在分段存儲管理基礎上，增加了請求調(diào)段功能和段置換功能所形 成的虛擬存儲管理系統(tǒng)。把作業(yè)分成若干分段，作業(yè)開始運行時，只需要把當前需要的分段裝入 內(nèi)存；運行中，若訪問的分段不在內(nèi)存，則通過確段處理程序調(diào)入，還可以通過置換功能將暫時 不用的分段調(diào)岀到外存。優(yōu)點：1 ）段式管理便于程序的模塊化處理2 ）段式虛存管理每次交換 一個邏輯分段，減少了交換次數(shù)3）段長可以動態(tài)增長 4）便于對程序完整的邏輯功能進行共享 5）便于實現(xiàn)動態(tài)鏈接 缺點：1）需要額外硬件和存儲空間，增加了系統(tǒng)開銷2）碎片問題較嚴 重3 ）段的動態(tài)增長難于管理 段頁式存儲管理：原理：結

16、合分段管理在邏輯上的優(yōu)點和分頁管理在存儲利用上的優(yōu)點，作 業(yè)邏輯空間用分段劃分，每個分段再分成若干固定大小的分頁。用分段的方法管理虛擬存儲器， 用分頁的方法管理主存。每個分段在內(nèi)存中可以分散存放，段大小不再受內(nèi)存可用空 間限制，也不需要進行內(nèi)存拼接。缺點：1 ）管理復雜，硬件成本高，額外開銷大2）零頭 問題嚴重3 ）抖動問題難控制 第五章： 設備管理任務：完成用戶提岀的I/O請求，為用戶分配I/O設備，提高CPU與I/O設備的 利用率，提高I/O設備的速度，方便用戶使用I/O設備。 目標：1 ）方便性2）并行性3）均衡性4）設備無關性5）虛擬設備 功能：1）緩沖管理 協(xié)調(diào)各類設備的工作速度，提

17、高系統(tǒng)的使用效率。 2 ）設備分配與回收為用戶分配所需要的設備，用戶使用完后，回收分配的設備。 3）設備處理 實現(xiàn)CPU和設備控制器之間的通信。它通過相應的設備處理程序來實現(xiàn)。 4） 虛擬設備把每次只允許一個進程使用的物理設備，改造為能同時供多個進程共享的設備。 I/O控制方式：不同設備的物理特性存在差異，不同的設備應選用相適應的I/O技術。循環(huán) 測試I/O方式：也稱為 忙一等待”方式，控制程序一直檢測設備（忙/閑標志位）的狀態(tài)，直到該設 備的一個操作完成，才能進行下一個操作。 I/O中斷方式：計算機在執(zhí)行期間，系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生任何非尋常的或非預期的急需處理事件，使 得CPU暫時中止當前正在執(zhí)行的程

18、序而轉去執(zhí)行相應的事件處理程序，待處理完畢后又返回原 來被中止處繼續(xù)執(zhí)行或調(diào)度新的進程執(zhí)行的過程。 DMA方式：這種方式中， DMA控制器（DMAC）從CPU完全接管對總線的控制，數(shù)據(jù)交換 不經(jīng)過CPU而直接在內(nèi)存和I/O設備之間進行。工作時，由 DMA控制器向內(nèi)存發(fā)岀地址和控 制信號，進行地址修改，成批傳送數(shù)據(jù)，以中斷方式向CPU報告?zhèn)魉筒僮鹘Y束。 通道方式：通道控制方式是一種以主存為中心，設備與主存直接交換數(shù)據(jù)的控制方式。CPU 只需要發(fā)岀啟動指令，指岀通道相應的操作和I/O設備，該指令就可以啟動通道并使該通道從主 存中調(diào)岀相應的通道指令執(zhí)行，完成一組數(shù)據(jù)塊的傳輸。 緩沖技術：是I/O設備

19、在與主存交換數(shù)據(jù)時使用緩沖區(qū)的技術。緩沖管理的主要功能是組織 好緩沖區(qū)，并提供獲得和釋放緩沖區(qū)的手段。 分類：單緩沖 雙緩沖 多緩沖（循環(huán)緩沖）緩沖池 通道定義：能獨立完成I/O操作的機構，又稱I/O處理機，用于實現(xiàn)內(nèi)存與外設之間的信息 傳輸。 類型：字節(jié)多路通道數(shù)據(jù)選擇通道數(shù)組多路通道 磁盤驅動調(diào)度：由特定的調(diào)度算法確定某一時刻由誰進行磁盤的輸入輸出操作，原則是 使查找時間（移臂調(diào)度）和延遲時間（旋轉調(diào)度）盡可能小。 文件：是具有標識符（文件名）的相關字符流的集合。是具有標識符的相關記錄的集合。 件管理功能：負責管理在外存上存放的文件，并把對文件的存取、共享和保護等手段提供給操作 系統(tǒng)和用戶

20、。 文件邏輯組織：是用戶可見的結構，即從用戶的觀點岀發(fā)所看到的文件組織形式。順序結 構：記錄按序排列，并依次存于外存儲器的連續(xù)物理塊中。這種組織方式一般用于磁帶文件中。 索引結構：用索引表建立記錄號與邏輯地址之間的對應關系，索引表包括記錄號、記錄長度、 指向記錄地址的指針。適用于非順序存儲器。 關鍵字結構：用記錄的關鍵字建立索引表，索引表包括關鍵字鍵值和指向記錄的指針。文 件物理結構：指文件在外存上存儲時的組織結構。 順序結構：將一個在邏輯上連續(xù)的文件信息依次存放在外存連續(xù)的物理塊中。 鏈接結構：將文件存放在外存的若干個物理塊中，這些物理塊不必連續(xù)，并且在每一個物理 塊中設一個指針，指向下一個

21、物理塊的位置，從而使得存放同一個文件的物理塊鏈接起來。 索引結構：將文件存放在外存的若干個物理塊中，并為每個文件建立一個索引表，索引表中 的每個表目存放文件信息的邏輯塊號和與之對應的物理塊號。 散列結構：給定一個記錄關鍵字，通過HASH函數(shù)計算的結果作為外存地址。 存取方式： 文件目錄定義：是一種數(shù)據(jù)結構，體現(xiàn)了文件名和文件在外存中的物理地址間的對應關系。 它包含多條記錄，每條記錄為一個文件的文件控制塊（FCB ）的有關信息。 類型：簡單文件目錄（一級） 二級目錄 多級目錄 When you are old and grey and full of sleep, And no ddi ng b

22、y the fire, take down this book, And slowly read, and dream of the soft look Your eyes had once, and of their shadows deep; How many loved your mome nts of glad grace, And loved your beauty with love false or true, But one man loved the pilgrim soul in you, And loved the sorrows of your cha nging face; And bending dow n beside the glow ing bars, Murmur, a little sadly, h