Linux操作系統(tǒng)期末重點(diǎn)

1、 操作系統(tǒng)復(fù)習(xí)資料第1章 緒論1、多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)多道程序程序的工作情況：多道程序程序設(shè)計(jì)技術(shù)：在計(jì)算機(jī)主存中同時(shí)存放幾道相互獨(dú)立的程序。這些程序在管理程序控制之下，相互穿插地運(yùn)行。當(dāng)某道程序因某種原因不能繼續(xù)運(yùn)行下去時(shí)(如等待外部設(shè)備傳輸數(shù)據(jù))，管理程序便將另一道程序投入運(yùn)行。特征：1）多道；2）宏觀上并行；3）微觀上串行；2、 分時(shí)技術(shù)分時(shí)技術(shù)：所謂分時(shí)技術(shù)，是把處理機(jī)時(shí)間劃分成很短的時(shí)間片(如幾百毫秒)輪流地分配給各個(gè)聯(lián)機(jī)作業(yè)使用，如果某個(gè)作業(yè)在分配的時(shí)間片用完之前計(jì)算還未完成，該作業(yè)就暫時(shí)中斷，等待下一輪繼續(xù)計(jì)算。分時(shí)處理：一臺(tái)計(jì)算機(jī)與許多終端設(shè)備連接，終端用戶以聯(lián)機(jī)方式使用計(jì)算機(jī)。聯(lián)

2、機(jī)工作方式：由用戶通過終端設(shè)備直接操作、控制自己程序的運(yùn)行的操作方式。3 操作系統(tǒng)的定義與特征(p10)操作系統(tǒng)的定義：操作系統(tǒng)是一個(gè)大型的程序系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟、硬件資源的分配；控制和協(xié)調(diào)并發(fā)活動(dòng)；提供用戶接口，使用戶獲得良好的工作環(huán)境。操作系統(tǒng)的特征：1） 并發(fā)：能處理多個(gè)同時(shí)性活動(dòng)的能力2） 共享：多個(gè)計(jì)算任務(wù)對系統(tǒng)資源的共同享用3） 不確定性：操作系統(tǒng)能處理大量的、隨機(jī)的事件序列，使各用戶的計(jì)算任務(wù)正確地完成。（該不確定性指在操作系統(tǒng)控制下的多個(gè)作業(yè)的執(zhí)行順序和每個(gè)作業(yè)的執(zhí)行時(shí)間是不確定的）4操作系統(tǒng)的資源管理功能(p12)1、 處理機(jī)管理（提出進(jìn)程調(diào)度策略、給出進(jìn)程調(diào)度算法、進(jìn)

3、行處理機(jī)的分派）2、存儲(chǔ)器管理（存儲(chǔ)分配和存儲(chǔ)無關(guān)性、存儲(chǔ)保護(hù)、存儲(chǔ)擴(kuò)充）3、設(shè)備管理（設(shè)備無關(guān)性、設(shè)備分配、設(shè)備的傳輸控制）4、信息管理(文件系統(tǒng))信息組織、存取方法、文件共享、文件安全、文件完整性、磁盤空間分配5批量操作系統(tǒng)(p14)一般用于處理商業(yè)和科學(xué)應(yīng)用。定義：批量操作系統(tǒng)是操作系統(tǒng)的一種類型。該系統(tǒng)把用戶提交的作業(yè)成批送入計(jì)算機(jī)，然后由作業(yè)調(diào)度程序自動(dòng)選擇作業(yè)，在系統(tǒng)內(nèi)多道運(yùn)行。優(yōu)點(diǎn)：縮短作業(yè)間的交接時(shí)間，減少處理機(jī)的空閑等待時(shí)間，提高系統(tǒng)的吞吐量。-脫機(jī)操作 多道運(yùn)行 合理搭配作業(yè)缺點(diǎn)：用戶響應(yīng)時(shí)間較長。用戶既不能了解自己程序的運(yùn)行情況，也不能控制計(jì)算機(jī)。6分時(shí)操作系統(tǒng)：(p14

4、)分時(shí)操作系統(tǒng)是操作系統(tǒng)的另一種類型。它一般采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的辦法，使一臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)為多個(gè)終端用戶服務(wù)。該系統(tǒng)對每個(gè)用戶都能保證足夠快的響應(yīng)時(shí)間，并提供交互會(huì)話功能。特點(diǎn)：1）并行性；2）獨(dú)占性；3）交互性； 7分時(shí)OS和多道批處理OS的差別（1）目標(biāo)不同：多道批處理操作系統(tǒng)的目標(biāo)是提高機(jī)器效率；而分時(shí)操作系統(tǒng)的目標(biāo)是對用戶請求的快速響應(yīng)。（2） 對于要求在幾分鐘內(nèi)能從終端上獲得結(jié)果的短小作業(yè)來說，分時(shí)系統(tǒng)是最有效的；對于需要較長時(shí)間才能完成的大型作業(yè)而言，多道批處理操作系統(tǒng)較為有效。（3） 對于充分使用系統(tǒng)資源而言，多道批處理系統(tǒng)是較好的，因?yàn)樗梢酝瑫r(shí)接收經(jīng)過合理安排的各種不同負(fù)載的作業(yè)；對

5、于要求執(zhí)行相同功能的作業(yè)而言，分時(shí)系統(tǒng)是較好的，因?yàn)樵诓煌慕K端上同時(shí)使用同一個(gè)功能的例行子程序?qū)p少系統(tǒng)調(diào)用它的開銷。8操作系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù) 并行處理技術(shù)、虛擬技術(shù)1、并行處理技術(shù)(p19)并行性: 處理多個(gè)同時(shí)性活動(dòng)的能力并行處理: 利用多個(gè)處理部件，為完成一個(gè)整體任務(wù)而同時(shí)執(zhí)行。（必要條件：必須具備多個(gè)能真正同時(shí)操作的物理部件）并發(fā)執(zhí)行：多用戶、多任務(wù)同時(shí)執(zhí)行 2、虛擬技術(shù)（p20）用戶的邏輯視圖與操作系統(tǒng)所管理的物理視圖分離邏輯視圖與物理視圖的映射 第2章 操作系統(tǒng)的運(yùn)行基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)1處理機(jī)的態(tài)系統(tǒng)中有兩類程序1） 管理程序：管理系統(tǒng)資源，控制程序運(yùn)行 2)用戶程序：使用資源，

6、提出申請，被控制區(qū)分處理機(jī)狀態(tài)的目的：保護(hù)操作系統(tǒng) 2、什么是處理機(jī)的狀態(tài) 中央處理機(jī)的工作狀態(tài)，當(dāng)前它正在執(zhí)行哪類程序，決定處理機(jī)的態(tài)。3、處理機(jī)狀態(tài)的分類管態(tài) ：又稱系統(tǒng)態(tài)，操作系統(tǒng)的管理程序執(zhí)行時(shí)機(jī)器所處的狀態(tài)。使用全部指令(包括一組特權(quán)指令)；使用全部系統(tǒng)資源(包括整個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域)。用戶態(tài)： 又稱目態(tài)，用戶程序執(zhí)行時(shí)機(jī)器所處的狀態(tài)。在此狀態(tài)下禁止使用特權(quán)指令，不能直接取用資源與改變機(jī)器狀態(tài)，并且只允許用戶程序訪問自己的存儲(chǔ)區(qū)域。有的操作系統(tǒng)還將管理程序執(zhí)行時(shí)的機(jī)器狀態(tài)分為核態(tài)（kernel mode）和管態(tài)。核態(tài)：具有上述管態(tài)所具有的所有權(quán)限。管態(tài)：允許使用一些用戶態(tài)下所不能使用的資源，

7、但不能使用修改機(jī)器的狀態(tài)指令。其權(quán)限次序是：核態(tài)、管態(tài)、用戶態(tài)。繼續(xù)執(zhí)行中斷進(jìn)入中斷返回中斷信號正在執(zhí)行的程序中斷處理程序4中斷進(jìn)入（中斷響應(yīng)） 由硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)的中斷進(jìn)入中斷裝置：又稱中斷系統(tǒng)，是發(fā)現(xiàn)中斷源而產(chǎn)生中斷過程的硬件設(shè)備，包括中斷邏輯線路和中斷寄存器（即中斷字）、中斷屏蔽寄存器等。（主要工作：發(fā)現(xiàn)中斷源;保護(hù)現(xiàn)場;啟動(dòng)中斷處理程序）中斷響應(yīng)是當(dāng)中央處理機(jī)發(fā)現(xiàn)已有中斷請求時(shí)，中止現(xiàn)行程序執(zhí)行，并自動(dòng)引出中斷處理程序的過程。中斷響應(yīng)過程：保留程序斷點(diǎn)及處理機(jī)有關(guān)信息；自動(dòng)轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷處理程序執(zhí)行實(shí)質(zhì)：交換指令地址及處理機(jī)的狀態(tài)信息。目的：保留程序斷點(diǎn)及有關(guān)信息；自動(dòng)轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷處理程

8、序執(zhí)行。 中斷處理程序的PC中斷處理程序的PS主存PCPS PC PS堆棧堆棧棧頂指針(3)(1)(2)(4)5向量中斷兩種中斷處理機(jī)制，向量中斷和探詢中斷向量中斷機(jī)制用于微機(jī)當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，由中斷源自己引導(dǎo)處理機(jī)進(jìn)入中斷服務(wù)程序的中斷過程稱為向量中斷。中斷向量：每類中斷類型都有自己的中斷向量，包含以下內(nèi)容:中斷服務(wù)例行程序入口地址；處理器狀態(tài)字。中斷向量地址中斷向量在中斷向量表中的地址。中斷向量表主存中用于存放各類中斷向量的一組存儲(chǔ)單元組成的表。探詢中斷機(jī)制用于大型機(jī)將系統(tǒng)中的所有中斷類型分為幾大類,每一大類都包含若干個(gè)中斷類型。當(dāng)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號時(shí)，在探詢中斷機(jī)制下，由中斷響應(yīng)轉(zhuǎn)入的是某一大

9、類中斷的處理程序入口，再分析、判斷應(yīng)轉(zhuǎn)入那個(gè)具體的設(shè)備中斷進(jìn)行處理。第3章 操作系統(tǒng)的用戶界面1操作系統(tǒng)提供的環(huán)境什么是系統(tǒng)生成所謂系統(tǒng)生成，就是指為了滿足物理設(shè)備的約束和需要的系統(tǒng)功能，通過組裝一批模塊來產(chǎn)生一個(gè)清晰的、使用方便的操作系統(tǒng)的過程。系統(tǒng)生成的內(nèi)容：根據(jù)硬件部件確定系統(tǒng)構(gòu)造的參數(shù)，編輯系統(tǒng)模塊的參數(shù)，并且連接系統(tǒng)模塊成為一個(gè)可執(zhí)行的程序。應(yīng)用程序 i 系統(tǒng)調(diào)用 中 央處理機(jī)存儲(chǔ)器外 部設(shè) 備應(yīng) 用程 序計(jì)算機(jī)系統(tǒng)部件系統(tǒng)引導(dǎo)的任務(wù)：將操作系統(tǒng)的必要部分裝入主存并對系統(tǒng)進(jìn)行初始化工作，最終使系統(tǒng)處于命令接收狀態(tài)。系統(tǒng)引導(dǎo)的方式：獨(dú)立引導(dǎo)方式(滾雪球方式)、輔助下裝方式2系統(tǒng)功能調(diào)用

10、的定義操作系統(tǒng)如何為用戶提供服務(wù) ：操作系統(tǒng)提供實(shí)現(xiàn)各種功能的例行子程序。應(yīng)用程序如何調(diào)用操作服務(wù)功能 ：采用統(tǒng)一進(jìn)管方式 系統(tǒng)提供 訪管指令、訪管中斷訪管指令(自愿進(jìn)管指令) svc n svc 表示機(jī)器訪管指令的操作碼記憶符，n為地址碼(功能號)訪管中斷：當(dāng)處理機(jī)執(zhí)行到訪管指令時(shí)就發(fā)生中斷，該中斷稱為訪管中斷，它表示正在運(yùn)行的程序?qū)Σ僮飨到y(tǒng)的某種需求。 操作系統(tǒng)提供實(shí)現(xiàn)各種功能的例行子程序，其中的每一個(gè)功能對應(yīng)訪管指令的一個(gè)功能號。舉例如下： svc 0 顯示一個(gè)字符 svc 1 打印一個(gè)字符串系統(tǒng)調(diào)用：系統(tǒng)功能調(diào)用是用戶在程序一級請求操作系統(tǒng)服務(wù)的一種手段，它是帶有一定功能號的“訪管指令

11、”。其功能是由操作系統(tǒng)中的程序完成的，即由軟件方法實(shí)現(xiàn)的。第4章 進(jìn)程與進(jìn)程管理1進(jìn)程的相關(guān)概念進(jìn)程定義:所謂進(jìn)程，就是一個(gè)程序在給定活動(dòng)空間和初始環(huán)境下，在一個(gè)處理機(jī)上的執(zhí)行過程。在傳統(tǒng)OS中，進(jìn)程是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和處理機(jī)調(diào)度的基本單位。進(jìn)程與程序的區(qū)別1）程序是靜態(tài)的概念；進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的概念。程序可以作為軟件資料長期保存，進(jìn)程是有生命周期的。動(dòng)態(tài)性是進(jìn)程的最基本的特征。2)進(jìn)程是一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的活動(dòng)單位，能與其它進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行。而程序則不是。并發(fā)性是進(jìn)程的重要的特征，同時(shí)也是OS的重要特征。3)進(jìn)程是競爭系統(tǒng)資源的基本單位, 也是進(jìn)行處理機(jī)調(diào)度的基本單位。程序不具有這樣的職能。進(jìn)程與程序的聯(lián)系

12、一個(gè)程序可以對應(yīng)多個(gè)進(jìn)程；一個(gè)進(jìn)程至少包含一個(gè)程序。進(jìn)程的狀態(tài)進(jìn)程在系統(tǒng)中的活動(dòng)規(guī)律是：運(yùn)行 暫停 運(yùn)行進(jìn)程的三種基本狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)進(jìn)程由調(diào)度/分派程序分派后，得到CPU控制權(quán)，它的程序正在運(yùn)行，該進(jìn)程所處的狀態(tài)為運(yùn)行狀態(tài)，也叫執(zhí)行狀態(tài)。(在單CPU系統(tǒng)中,至多只有一個(gè)進(jìn)程處于此狀態(tài))等待狀態(tài)正在執(zhí)行的進(jìn)程由于發(fā)生某事件而暫時(shí)無法繼續(xù)執(zhí)行時(shí)，便放棄處理機(jī)而處于暫停狀態(tài)，亦即進(jìn)程的執(zhí)行受到阻塞，把這種暫停狀態(tài)稱為阻塞狀態(tài)，有時(shí)也稱為等待狀態(tài)或封鎖狀態(tài)。就緒狀態(tài)存在于處理機(jī)調(diào)度隊(duì)列中的那些進(jìn)程，它們已分配到除CPU以外的所有必要資源，一旦得到CPU，就立即可以運(yùn)行，這些進(jìn)程所處的狀態(tài)為就緒狀態(tài) (

13、有多個(gè)進(jìn)程處于此狀態(tài))。進(jìn)程組成:1)程序與數(shù)據(jù):描述進(jìn)程本身所應(yīng)完成的功能2)PCB:進(jìn)程的動(dòng)態(tài)特征，該進(jìn)程與其他進(jìn)程和系統(tǒng)資源的關(guān)系。 什么是進(jìn)程控制塊PCB描述進(jìn)程與其他進(jìn)程、系統(tǒng)資源的關(guān)系以及進(jìn)程在各個(gè)不同時(shí)期所處的狀態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，稱為進(jìn)程控制塊進(jìn)程控制塊的主要內(nèi)容 (了解) 1)進(jìn)程標(biāo)識(shí)符:進(jìn)程標(biāo)識(shí)符用于惟一地標(biāo)識(shí)一個(gè)進(jìn)程。通常有兩種標(biāo)識(shí)符：內(nèi)部標(biāo)識(shí)符：為每一個(gè)進(jìn)程賦予了一個(gè)惟一的數(shù)字標(biāo)識(shí)符，它通常是一個(gè)進(jìn)程的序號,為了方便系統(tǒng)使用。外部標(biāo)識(shí)符：它由創(chuàng)建者提供，通常是由字母、數(shù)字組成，往往是由用戶(進(jìn)程)在訪問該進(jìn)程時(shí)使用。2)進(jìn)程當(dāng)前狀態(tài):本進(jìn)程目前處于何種狀態(tài) (運(yùn)行、就緒、等待

14、)3)當(dāng)前隊(duì)列指針next該項(xiàng)登記了處于同一狀態(tài)的下一個(gè)進(jìn)程的 pcb地址4)進(jìn)程優(yōu)先級:反映了進(jìn)程要求CPU的緊迫程度。5)CPU現(xiàn)場保護(hù)區(qū)當(dāng)進(jìn)程由于某種原因釋放處理機(jī)時(shí)，CPU現(xiàn)場信息被保存在pcb的該區(qū)域中。包括通用寄存器、PC、PSW和用戶棧指針。6)通信信息:進(jìn)程間進(jìn)行通信時(shí)所記錄的有關(guān)信息。7)家族聯(lián)系8)占有資源清單 線程定義線程也稱輕量級進(jìn)程，是比進(jìn)程更小的活動(dòng)單位，它是進(jìn)程中的一個(gè)執(zhí)行路徑，是處理機(jī)調(diào)度的最小單位 。線程可以這樣來描述：進(jìn)程中的一條執(zhí)行路徑；它有自己私用的堆棧和處理機(jī)執(zhí)行環(huán)境 ；它與父進(jìn)程共享分配給父進(jìn)程的主存；它是單個(gè)進(jìn)程所創(chuàng)建的許多個(gè)同時(shí)存在的線程中的一個(gè)

15、。線程的特點(diǎn)1）創(chuàng)建一個(gè)線程比創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程開銷要小得多；因?yàn)橐粋€(gè)進(jìn)程創(chuàng)建的多個(gè)線程可以共享地址區(qū)域和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)線程間同步和通信十分方便。2）各線程之間可以并發(fā)地運(yùn)行。 線程切換時(shí)只需保存和設(shè)置少量寄存器的內(nèi)容，而并不涉及存儲(chǔ)管理方面的操作，所以線程切換的開銷遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于進(jìn)程的切換2進(jìn)程控制常用的進(jìn)程控制原語：創(chuàng)建原語、撤消原語、阻塞原語、喚醒原語進(jìn)程創(chuàng)建原語的形式：create (name，priority) name為被創(chuàng)建進(jìn)程的標(biāo)識(shí)符 priority為進(jìn)程優(yōu)先級進(jìn)程創(chuàng)建原語的功能：創(chuàng)建一個(gè)具有指定標(biāo)識(shí)符的進(jìn)程，建立進(jìn)程的PCB結(jié)構(gòu)。UNIX系統(tǒng)：fork()進(jìn)程撤銷原語的形式：當(dāng)進(jìn)程完成任務(wù)

16、后希望終止自己時(shí)使用進(jìn)程撤消原語。Kill (或exit) 進(jìn)程撤銷原語的功能：撤消當(dāng)前運(yùn)行的進(jìn)程。將該進(jìn)程的PCB結(jié)構(gòu)歸還到PCB資源池，所占用的資源歸還給父進(jìn)程，然后轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度程序。UNIX系統(tǒng)：exit()進(jìn)程等待原語的形式：當(dāng)進(jìn)程需要等待某一事件完成時(shí)，它可以調(diào)用等待原語掛起自己。 susp(chan)入口參數(shù)chan：進(jìn)程等待的原因進(jìn)程等待原語的功能：中止調(diào)用進(jìn)程的執(zhí)行，并加入到等待chan的等待隊(duì)列中；最后使控制轉(zhuǎn)向進(jìn)程調(diào)度。UNIX系統(tǒng):sleep(chan,pri)其中：chan 進(jìn)程阻塞的原因；pri 進(jìn)程被喚醒后的優(yōu)先級進(jìn)程喚醒原語的形式：當(dāng)處于等待狀態(tài)的進(jìn)程所期待的事件來

17、到時(shí)，由發(fā)現(xiàn)者進(jìn)程使用喚醒原語喚醒它。wakeup(chan)入口參數(shù)chan：進(jìn)程等待的原因。進(jìn)程喚醒原語的功能：當(dāng)進(jìn)程等待的事件發(fā)生時(shí)，喚醒等待該事件的進(jìn)程。UNIX系統(tǒng): wakeup(chan)3進(jìn)程的協(xié)作與系統(tǒng)的支持進(jìn)程互斥：在操作系統(tǒng)中，當(dāng)某一進(jìn)程正在訪問某一存儲(chǔ)區(qū)域時(shí)，就不允許其他進(jìn)程來讀出或者修改存儲(chǔ)區(qū)的內(nèi)容，否則，就會(huì)發(fā)生后果無法估計(jì)的錯(cuò)誤。進(jìn)程間的這種相互制約關(guān)系稱為互斥。 進(jìn)程同步：并發(fā)進(jìn)程在一些關(guān)鍵點(diǎn)上可能需要互相等待與互通消息，這種相互制約的等待與互通消息稱為進(jìn)程同步如何實(shí)現(xiàn)互斥和同步功能：解決方案：兩種機(jī)制鎖機(jī)制和信號燈機(jī)制什么是鎖：用變量w代表某種資源的狀態(tài)，w稱

18、為“鎖” 。每一個(gè)共享臨界資源都要有一個(gè)單獨(dú)的鎖位。上鎖操作和開鎖操作 1） 檢測w的值 (是0還是1)；2） 如果w的值為1，繼續(xù)檢測；3）如果w的值為0，將鎖位置1 (表示占用資源)，進(jìn)入臨界區(qū)執(zhí)行。 (此為上鎖操作)4）臨界資源使用完畢，將鎖位置0。 (此為開鎖操作)信號機(jī)制詳細(xì)程序請見（P61）什么是信號燈：信號燈是整型變量：1）s值 0 時(shí)，表示綠燈，進(jìn)程執(zhí)行；2）s值< 0 時(shí)，表示紅燈，進(jìn)程停止執(zhí)行。信號燈是一個(gè)確定的二元組(s，q)，s是一個(gè)具有非負(fù)初值的整型變量，q是一個(gè)初始狀態(tài)為空的隊(duì)列。操作系統(tǒng)利用信號燈的狀態(tài)對并發(fā)進(jìn)程和共享資源進(jìn)行控制和管理。注意：創(chuàng)建信號燈時(shí)，

19、應(yīng)準(zhǔn)確說明信號燈 s 的意義和初值(這個(gè)初值絕不能為負(fù)值)。信號燈s是一個(gè)被保護(hù)的變量，只有P操作、V操作和一種稱為信號量初始化操作才能訪問和改變它的值。在實(shí)際操作系統(tǒng)中，一般情況下是由機(jī)器硬件提供P、V操作的指令，當(dāng)然是原子操作，若機(jī)器不提供P、V操作的指令，則操作系統(tǒng)提供P、V操作原語。P 操作的定義 :對信號燈s的p操作記為p(s)。p(s)是一個(gè)不可分割的原語操作，即取信號燈值減1，若相減結(jié)果為負(fù)，則調(diào)用p(s)的進(jìn)程被阻，并插入到該信號燈的等待隊(duì)列中，否則可以繼續(xù)執(zhí)行。V 操作的定義 :對信號燈s的 v操作記為 v(s)。v(s)是一個(gè)不可分割的原語操作，即取信號燈值加1，若相加結(jié)果大于零，進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行，否則，要幫助喚醒在信號燈等待隊(duì)列上的一個(gè)