操作系統(tǒng)知識(shí)歸納

1、第第1章章 操作系統(tǒng)概論操作系統(tǒng)概論 1. 操作系統(tǒng)定義操作系統(tǒng)定義地位：硬件層之上，所有其他軟件層之下。作用：管理系統(tǒng)中軟件硬件資源；為用戶(應(yīng)用程序)提供良好的服務(wù)(界面)。定義：操作系統(tǒng)是位于硬件層之上，所有其它軟件層之下的一個(gè)系統(tǒng)軟件，是管理系統(tǒng)中各種軟硬件資源，方便用戶使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的程序集合。2. 操作系統(tǒng)的特征操作系統(tǒng)的特征 并發(fā)性、共享性、異步性和虛擬性。3. 操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)的分類 批處理系統(tǒng)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)、通用操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)、多處理機(jī)操作系統(tǒng)（主從式和對稱多處理機(jī)模式）4. 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 CPU狀態(tài)

2、：目態(tài)和管態(tài) 特權(quán)指令與非特權(quán)指令、系統(tǒng)棧、存儲(chǔ)保護(hù)設(shè)施、中斷裝置、通道與DMA控制器5.操作系統(tǒng)面向用戶提供接口操作系統(tǒng)面向用戶提供接口 程序級(jí)接口，系統(tǒng)調(diào)用命令 作業(yè)級(jí)接口，分為聯(lián)機(jī)作業(yè)接口（終端命令）和脫機(jī)作業(yè)接口（作業(yè)控制語言）第第2章章 進(jìn)程、線程和作業(yè)進(jìn)程、線程和作業(yè) 1.多道程序設(shè)計(jì)多道程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目標(biāo)：提高系統(tǒng)效率。多道程序設(shè)計(jì)的問題：處理機(jī)資源管理、存儲(chǔ)資源管理、設(shè)備資源管理。2.進(jìn)程進(jìn)程引入進(jìn)程的目的：為了多個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行，改善資源利用率和提高系統(tǒng)的吞吐量。進(jìn)程的定義：進(jìn)程是具有一定獨(dú)立功能的程序關(guān)于一個(gè)數(shù)據(jù)集合的一次運(yùn)行活動(dòng)。進(jìn)程控制塊PCB：是為描述進(jìn)程的運(yùn)動(dòng)變化過程而

3、采用的一個(gè)與進(jìn)程相聯(lián)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它用來記錄系統(tǒng)管理進(jìn)程所需的信息，描述進(jìn)程的瞬間特征。它是進(jìn)程的唯一實(shí)體，操作系統(tǒng)通過PCB而感知進(jìn)程的存在。通常PCB包括進(jìn)程的標(biāo)識(shí)符、進(jìn)程的現(xiàn)行狀態(tài)、CPU保護(hù)區(qū)、進(jìn)程起始地址、資源清單和進(jìn)程優(yōu)先級(jí)等相關(guān)內(nèi)容。進(jìn)程的組成：PCB、程序和數(shù)據(jù)進(jìn)程上下文：進(jìn)程實(shí)體+進(jìn)程運(yùn)行的物理環(huán)境進(jìn)程的特征：動(dòng)態(tài)性、并發(fā)性、交往性、結(jié)構(gòu)性、獨(dú)立性、異步性進(jìn)程的分類：系統(tǒng)進(jìn)程和用戶進(jìn)程進(jìn)程的關(guān)系：相關(guān)進(jìn)程和無關(guān)進(jìn)程 進(jìn)程的管理與控制原語：創(chuàng)建原語、撤銷原語、阻塞原語、喚醒原語、掛起原語和解除掛起原語。進(jìn)程的狀態(tài)：三狀態(tài)、五狀態(tài)和七狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖及轉(zhuǎn)換原因程序和進(jìn)程的聯(lián)系與區(qū)別。可

4、再入程序：在執(zhí)行過程中自身不發(fā)生任何改變。 3.線程線程線程的定義：進(jìn)程內(nèi)部具有獨(dú)立功能的執(zhí)行流。引入：切換速度快、系統(tǒng)開銷小、通訊容易線程控制塊TCB：標(biāo)志線程存在的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包含線程控制的全部信息線程的狀態(tài)：就緒、運(yùn)行、等待線程的分類：用戶級(jí)線程（庫函數(shù)創(chuàng)建）和核心級(jí)別的線程（系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建）進(jìn)程與線程：進(jìn)程是資源分配的最小單位，線程是處理器分配的最小單位。4.作業(yè)作業(yè)（1）基本概念作業(yè)：就是用戶在一次計(jì)算過程中或一個(gè)事務(wù)處理中要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所做工作的集合。作業(yè)步：要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)做的一項(xiàng)相對獨(dú)立的工作叫做一個(gè)作業(yè)步。在邏輯上，我們可以說一個(gè)作業(yè)是由一系列有序的作業(yè)步所組成。一個(gè)作業(yè)內(nèi)的作業(yè)步

5、總是相互關(guān)聯(lián)的。作業(yè)流：在批處理系統(tǒng)中，通常把一批作業(yè)或者按用戶提交的先后次序，或者按某種優(yōu)先原則，依次安置在相應(yīng)的輸入裝置上，并在系統(tǒng)控制下，依次將它們輸入到輔助存儲(chǔ)器中，這樣就形成了一個(gè)作業(yè)流。小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)只有一個(gè)作業(yè)流，大的系統(tǒng)可能有幾個(gè)作業(yè)流。（2）作業(yè)的分類 根據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對作業(yè)處理方式的不同可分為批量型作業(yè)和終端型作業(yè)。 根據(jù)對批量型作業(yè)運(yùn)行過程控制方式不同可分為脫機(jī)作業(yè)和聯(lián)機(jī)作業(yè)。（3）用戶與操作系統(tǒng)之間的接口 通常操作系統(tǒng)提供兩類用戶接口：一類是用于程序一級(jí)的接口，一類是用于作業(yè)控制一級(jí)的接口。用于作業(yè)控制一級(jí)的接口又分為脫機(jī)用戶和聯(lián)機(jī)用戶的接口。 程序一級(jí)的接口：它是由一組

6、系統(tǒng)調(diào)用命令組成。這是為程序員與操作系統(tǒng)打交道而提供的。所謂系統(tǒng)調(diào)用，就是用戶在程序中調(diào)用操作系統(tǒng)所提供的一些子功能。聯(lián)機(jī)用戶或交互式用戶的接口：它是由一組鍵盤操作命令組成。用戶們通過控制臺(tái)鍵入操作命令，向系統(tǒng)提出請求。該操作命令由命令解釋系統(tǒng)進(jìn)行解釋執(zhí)行，完成指定的操作。脫機(jī)或批處理用戶的接口：它是由一組作業(yè)控制命令（或稱作業(yè)控制語言）組成。脫機(jī)用戶將事先用相應(yīng)的作業(yè)控制命令寫成的作業(yè)操作說明書，連同其作業(yè)一起提交給系統(tǒng)，由系統(tǒng)中命令解釋程序?qū)ζ洳僮髡f明書上的命令逐條解釋執(zhí)行。（4）作業(yè)控制所完成的功能 作業(yè)的輸入； 程序的匯編（編譯）及裝入； 作業(yè)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障后的處理； 作業(yè)運(yùn)行結(jié)

7、束后的處理。（5）作業(yè)控制方式 脫機(jī)作業(yè)控制，也稱為作業(yè)的自動(dòng)控制方式，它是為脫機(jī)用戶提供的； 聯(lián)機(jī)作業(yè)控制，也稱為作業(yè)的直接控制方式，它是為聯(lián)機(jī)或終端用戶提供的。（6）作業(yè)的狀態(tài) 后備狀態(tài)：操作員將用戶提交的作業(yè)通過脫機(jī)輸入或調(diào)用SPOOLing系統(tǒng)輸入進(jìn)程，將作業(yè)輸入到輸入井，并把它加入到后備作業(yè)隊(duì)列中，等待作業(yè)調(diào)度程序調(diào)度。 執(zhí)行狀態(tài)：一個(gè)作業(yè)被作業(yè)調(diào)度程序選中并分配了必要的資源，建立了一組相應(yīng)的進(jìn)程后，該作業(yè)就進(jìn)入了執(zhí)行狀態(tài)。 完成狀態(tài)：當(dāng)作業(yè)正常運(yùn)行結(jié)束或因發(fā)生錯(cuò)誤而終止時(shí)，作業(yè)進(jìn)入完成階段。此時(shí)，由系統(tǒng)的“終止作業(yè)”程序?qū)⑵渥鳂I(yè)控制塊從現(xiàn)行作業(yè)隊(duì)列中除去，并負(fù)責(zé)回收資源，然后將作業(yè)

8、的運(yùn)行結(jié)果信息編入輸出文件，再用有關(guān)設(shè)備通過聯(lián)機(jī)輸出設(shè)備輸出。 作業(yè)的調(diào)度又稱為高級(jí)調(diào)度或宏觀調(diào)度。它根據(jù)系統(tǒng)的情況和作業(yè)調(diào)度策略將一些作業(yè)置于“執(zhí)行狀態(tài)”。由于作業(yè)調(diào)度程序選擇到的作業(yè)只是有資格獲得處理機(jī)，但不一定立刻就能占有它并在其上運(yùn)行，一個(gè)已被作業(yè)調(diào)度程序調(diào)度到的作業(yè)（或它的相應(yīng)進(jìn)程）何時(shí)能夠真正在物理處理機(jī)上運(yùn)行，則取決于“進(jìn)程調(diào)度”所遵循的調(diào)度策略。 第第3章章 處理機(jī)調(diào)度處理機(jī)調(diào)度 1.多級(jí)調(diào)度多級(jí)調(diào)度低級(jí)調(diào)度：進(jìn)程調(diào)度中級(jí)調(diào)度：交換高級(jí)調(diào)度：作業(yè)調(diào)度2.處理機(jī)調(diào)度須解決的問題處理機(jī)調(diào)度須解決的問題依照什么原則分配處理機(jī)， 即需要確定處理機(jī)調(diào)度算法；什么時(shí)候分配處理機(jī)， 即需要確

9、定處理機(jī)調(diào)度時(shí)機(jī)；如何分配處理機(jī)， 即需要給出處理機(jī)調(diào)度過程。3.處理機(jī)調(diào)度算法選擇的標(biāo)準(zhǔn)處理機(jī)調(diào)度算法選擇的標(biāo)準(zhǔn) 調(diào)度算法的選擇應(yīng)當(dāng)與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)相一致，同時(shí)考慮公平性與用戶滿意程度。具體考慮如下指標(biāo)：CPU利用率：使CPU盡量處于忙碌狀態(tài)；吞吐量：單位時(shí)間內(nèi)所處理計(jì)算任務(wù)的數(shù)量；周轉(zhuǎn)時(shí)間；從計(jì)算任務(wù)就緒到處理完畢；響應(yīng)時(shí)間：從任務(wù)就緒到開始處理；系統(tǒng)開銷：系統(tǒng)調(diào)度進(jìn)程過程中所付出的時(shí)空代價(jià)。4.進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程調(diào)度 處理機(jī)的調(diào)度算法：處理機(jī)調(diào)度通常采用FCFS、短進(jìn)程優(yōu)先(SJF)、優(yōu)先數(shù)法(HPF)、循環(huán)輪轉(zhuǎn)法(RR)、分類排隊(duì)法、最短剩余時(shí)間法、反饋排隊(duì)法(FB)等。5.處理機(jī)調(diào)度過程處

10、理機(jī)調(diào)度過程處理機(jī)調(diào)度過程：保存下降進(jìn)程現(xiàn)場；選擇將要運(yùn)行進(jìn)程；恢復(fù)上升進(jìn)程現(xiàn)場。6.作業(yè)調(diào)度作業(yè)調(diào)度作業(yè)調(diào)度程序通常作為一個(gè)進(jìn)程在系統(tǒng)中執(zhí)行。它在系統(tǒng)初始化時(shí)被創(chuàng)建。它的主要功能是審查系統(tǒng)是否能滿足用戶作業(yè)的資源要求以及按照一定的算法選取作業(yè)。作業(yè)調(diào)度可以采用不同的算法。對于非多道程序系統(tǒng)一般有：先來先服務(wù)（FCFS）調(diào)度算法 、最短作業(yè)優(yōu)先（SJF）調(diào)度算法 、響應(yīng)比高者優(yōu)先（HRN）的調(diào)度算法 對于多道程序系統(tǒng)，常用的作業(yè)調(diào)度算法有：先來先服務(wù)的調(diào)度算法 、優(yōu)先級(jí)的作業(yè)調(diào)度 、分時(shí)和優(yōu)先級(jí)相結(jié)合的作業(yè)調(diào)度。 7.實(shí)時(shí)調(diào)度實(shí)時(shí)調(diào)度(real-time scheduling)（1）實(shí)時(shí)調(diào)度相

11、關(guān)的幾個(gè)概念：實(shí)時(shí)任務(wù)產(chǎn)生并可以開始處理的時(shí)間稱為就緒時(shí)間(ready time)；實(shí)時(shí)任務(wù)最遲開始處理時(shí)間稱為開始截止期(starting deadline)；實(shí)時(shí)任務(wù)處理所需要的處理機(jī)時(shí)間稱為處理時(shí)間(processing time)；實(shí)時(shí)任務(wù)最遲完成時(shí)間稱為完成截止期(completion deadline)；周期性實(shí)時(shí)任務(wù)的發(fā)生間隔時(shí)間稱為發(fā)生周期(occurring period)；實(shí)時(shí)任務(wù)的相對緊迫程度通常用優(yōu)先級(jí)表示。（2）實(shí)時(shí)調(diào)度算法：1）最早截止期優(yōu)先調(diào)度優(yōu)先選擇完成截止期最早的實(shí)時(shí)任務(wù)，新到達(dá)的實(shí)時(shí)任務(wù)，如果其完成截止期先于正在運(yùn)行任務(wù)的完成截止期，則重新分派處理機(jī)，即剝奪

12、可以證明，對于EDF算法來說，公式：是實(shí)時(shí)任務(wù)可調(diào)度的充分條件2）速率單調(diào)調(diào)度RMS將任務(wù)的周期作為調(diào)度參數(shù)，其發(fā)生頻度越高則調(diào)度級(jí)別越高。已經(jīng)證明，RMS算法可調(diào)度的條件如下：11niiiTC) 12(11niniinTC第第4章章 互斥、同步與通信互斥、同步與通信 1.并發(fā)進(jìn)程并發(fā)進(jìn)程程序并發(fā)的基本特征：程序運(yùn)行失去封閉性、運(yùn)行結(jié)果不可再現(xiàn)性、異步性。進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的條件：Bernstein條件。假設(shè)程序P(i)所訪問的共享變量的讀集和寫集分別為R(i)和W(i)，則任意兩個(gè)程序P(j)和P(i)可以并發(fā)執(zhí)行的條件有三條：R(i)W(j)=; W(i)R(j)= ; W(i)W(j)= 。2

13、.臨界資源與臨界區(qū)臨界資源與臨界區(qū)臨界資源:一次僅允許一個(gè)進(jìn)程使用的資源。臨界區(qū)：在進(jìn)程中對于臨界資源訪問的程序段。臨界區(qū)的訪問原則： 當(dāng)無進(jìn)程處于臨界區(qū)內(nèi)時(shí)，允許一進(jìn)程立即進(jìn)入臨界區(qū)。 當(dāng)某一進(jìn)程已進(jìn)入臨界區(qū)時(shí)，其他試圖進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程必須等待。 當(dāng)某一進(jìn)程離開臨界區(qū)時(shí)，若有等待進(jìn)程，則允許其中一個(gè)進(jìn)入臨界區(qū)。3.信號(hào)燈與信號(hào)燈與PV操作操作在操作系統(tǒng)中信號(hào)量是表示資源的物理實(shí)體，是一個(gè)與隊(duì)列有關(guān)的整型變量，其值僅能由P操作和V操作來改變。系統(tǒng)利用它的狀態(tài)對進(jìn)程和資源進(jìn)行管理。用于信號(hào)量的P、V操作是同步原語，在執(zhí)行期間不可分割。利用信號(hào)量能方便地解決臨界區(qū)問題，設(shè)mutex為互斥的公用信號(hào)

14、量，初始化為1，表示該臨界資源未被占用。只需把進(jìn)入臨界區(qū)的操作置于P(mutex)和V(mutex)之間，即可實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥。利用信號(hào)量還可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步，它是利用私用信號(hào)量在進(jìn)程間實(shí)現(xiàn)同步操作。（1）信號(hào)燈類型定義如下:typedef semaphore struct int value;pointer_to_PCB queue;（3）P操作原語定義如下:void P(semaphore *s)s-value-;if(s-value queue);（2）信號(hào)燈變量說明如下:semaphore s;（4）V操作原語定義如下:void V(semaphore *s)s-value+;if(s-va

15、lue queue);其中調(diào)用了asleep和wakeup兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)過程, 它們的定義如下:1）asleep(s-queue):執(zhí)行此操作進(jìn)程的PCB進(jìn)入隊(duì)列s-queue的尾部,其狀態(tài)由運(yùn)行轉(zhuǎn)為等待, 系統(tǒng)轉(zhuǎn)到處理機(jī)調(diào)度程序。2）wakeup(s-queue): 將隊(duì)列s-queue頭部的進(jìn)程的PCB由該隊(duì)列中取出并將其排入就緒隊(duì)列, 其狀態(tài)由等待轉(zhuǎn)為就緒。關(guān)于信號(hào)燈變量的使用有如下兩個(gè)基本要求:1）必需置一次初值, 只能置一次初值, 而且初值必需為非負(fù)整數(shù);2）只能執(zhí)行P操作和V操作, 所有其它操作均是非法的?；谏鲜鲆?guī)定, 我們可以得到如下幾個(gè)有用的結(jié)論:(1) 當(dāng)s-value0時(shí), s

16、-queue為空； (2) 當(dāng)s-valuevalue為s-queue中等待進(jìn)程的個(gè)數(shù)；(3) 當(dāng)s-value的初值為1時(shí), 可以用來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥, 這只需在進(jìn)入臨界區(qū)時(shí)執(zhí)行一次P操作, 在離開臨界區(qū)時(shí)執(zhí)行一次V操作。(4) 當(dāng)s-value的初值為正整數(shù)時(shí)，可以用來管理同種組合資源(具有多個(gè)實(shí)例的同種類資源，如5臺(tái)打印機(jī))，申請時(shí)執(zhí)行一次P操作，歸還時(shí)執(zhí)行一次V 操作。 三種問題模型：時(shí)間關(guān)系模型、生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型、讀者-寫者模型4.進(jìn)程通信進(jìn)程通信（1）進(jìn)程通信的定義 進(jìn)程之間的互斥、同步及信息交換統(tǒng)稱進(jìn)程通訊(Inter-Process Communication，IPC)。（2）進(jìn)

17、程通信的模式 1）共享內(nèi)存模式：相互通訊的進(jìn)程之間需要有公共內(nèi)存, 一組進(jìn)程向該公共內(nèi)存中寫, 另一組進(jìn)程由該公共內(nèi)存中讀, 如此便實(shí)現(xiàn)了進(jìn)程之間的信息傳遞. 這種進(jìn)程通訊模式需要解決如下兩個(gè)問題: 為相互通訊的進(jìn)程之間提供公共內(nèi)存. 為訪問公共內(nèi)存提供必要的同步機(jī)制。2）信息傳遞模式：相互通訊的進(jìn)程之間并不存在公共的內(nèi)存. 操作系統(tǒng)為用戶進(jìn)程之間的通訊提供了兩個(gè)基本的系統(tǒng)調(diào)用命令(亦稱原語), 即發(fā)送命令(send)和接收命令(receive). 前者用于發(fā)送, 后者用于接收. 當(dāng)需要進(jìn)行消息傳遞時(shí), 發(fā)送者僅需執(zhí)行發(fā)送命令, 接收者僅需執(zhí)行接收命令, 消息便由發(fā)送者傳送給接收者, 至于消息

18、是如何由發(fā)送者傳送給接收者的則完全是由操作系統(tǒng)完成的。 信息傳遞模式在實(shí)現(xiàn)時(shí)又分為兩種方式, 分別稱作直接方式（有緩沖途徑、無緩沖途徑）和間接方式（信箱）。第第5章章 死鎖死鎖 1.死鎖的概念死鎖的概念 死鎖是指在多個(gè)進(jìn)程并行執(zhí)行的過程中，當(dāng)某進(jìn)程提出資源申請后，使得若干進(jìn)程在無外力作用下，永遠(yuǎn)不能再繼續(xù)前進(jìn)的情況。在用信號(hào)量作為同步工具時(shí)，P、V操作順序不當(dāng)也可能產(chǎn)生死鎖。2.產(chǎn)生死鎖的原因產(chǎn)生死鎖的原因 系統(tǒng)資源不足：產(chǎn)生死鎖的根本原因在于，為多道程序所共享的系統(tǒng)資源不足，而且，僅當(dāng)進(jìn)程提出資源請求時(shí)，才會(huì)發(fā)生死鎖。 進(jìn)程推進(jìn)順序非法：在多道程序運(yùn)行時(shí)，按照一定的順序聯(lián)合推進(jìn)，可使系統(tǒng)中所

19、有的進(jìn)程都能運(yùn)行完畢，我們稱這樣的推進(jìn)順序是合法的。若按某種順序聯(lián)合推進(jìn)，進(jìn)入某個(gè)區(qū)域時(shí)將導(dǎo)致死鎖的發(fā)生，則該順序是非法的。3.產(chǎn)生死鎖的必要條件產(chǎn)生死鎖的必要條件互斥條件：進(jìn)程對它所需要的資源進(jìn)行排它性控制，既在一段時(shí)間內(nèi)某資源為一進(jìn)程所獨(dú)占。請求和保持條件：進(jìn)程因請求資源而被阻塞時(shí)，對已分配給它的資源保持不放。不剝奪條件:進(jìn)程所獲得的資源在未使用完畢之前，不能被其它進(jìn)程奪走，即只能由獲得該資源的進(jìn)程自己來釋放。環(huán)路條件：在發(fā)生死鎖時(shí)，有向圖必構(gòu)成一環(huán)路，即前一進(jìn)程保持著后一進(jìn)程所需之資源。4.死鎖的檢測死鎖的檢測 死鎖定理：S為死鎖狀態(tài)的充分條件是，當(dāng)且僅當(dāng)S狀態(tài)的資源分配圖是不可完全約簡

20、的。5.死鎖的解除死鎖的解除資源剝奪：從其它進(jìn)程剝奪足夠數(shù)量的資源給死鎖進(jìn)程，以解除死鎖狀態(tài)，凡被剝奪資源的進(jìn)程，補(bǔ)以相應(yīng)的請求邊。 撤消進(jìn)程：最簡單的撤消進(jìn)程的方法是把全部死鎖進(jìn)程都夭折掉。稍微溫和一點(diǎn)的方法是按照某種順序逐個(gè)地撤消進(jìn)程，直到有足夠的資源可用，死鎖狀態(tài)消除為止。6.死鎖的預(yù)防死鎖的預(yù)防為了預(yù)防系統(tǒng)進(jìn)入死鎖狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)保證在任何時(shí)刻產(chǎn)生死鎖的4個(gè)必要條件中，至少有一個(gè)得不到滿足，由此可得到如下幾種預(yù)防死鎖的方法：（1）預(yù)先分配法：預(yù)分配所有共享資源，即每個(gè)作業(yè)必須一次請求并獲得全部所需之資源。調(diào)度程序在該作業(yè)所需之資源未滿足之前，不將它投入運(yùn)行。在這種方法中，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入運(yùn)行狀

21、態(tài)后，將不需再提出其他任何資源要求。這意味著死鎖的第二個(gè)必要條件不再成立，因而不會(huì)產(chǎn)生死鎖。（2）有序分配方式：在這種方式中，系統(tǒng)將資源按類型進(jìn)行線形排隊(duì)，并賦予不同的序號(hào)。所有進(jìn)程對資源的請求必須嚴(yán)格按照序號(hào)遞增的資序進(jìn)行。不難看出，在這種形式的資源分配方式下，所形成的進(jìn)程資源圖不可能再產(chǎn)生環(huán)路，因此，死鎖的第4個(gè)必要條件不再成立，系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生死鎖。（7）死鎖的避免）死鎖的避免銀行家算法的基本思想是，當(dāng)一個(gè)新進(jìn)程進(jìn)入系統(tǒng)時(shí), 它必須申明其最大資源需求量, 即每個(gè)資源類各需多少資源實(shí)例。 當(dāng)進(jìn)程發(fā)出資源申請命令而且系統(tǒng)能夠滿足該請求時(shí), 系統(tǒng)將判斷: 如果分配資源, 系統(tǒng)的狀態(tài)是否為安全的。

22、如是則分配資源, 并讓申請者繼續(xù); 否則不分配資源, 并讓申請者等待。第第6章章 存儲(chǔ)管理存儲(chǔ)管理 1 基本概念基本概念（1）存儲(chǔ)管理的目的和功能 主存儲(chǔ)器是中央處理機(jī)能直接存取指令和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，它是一個(gè)關(guān)鍵性的資源，能否合理而有效地使用它，在很大程度上反映了操作系統(tǒng)的性能，并直接影響到整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。所以，存儲(chǔ)管理是目前人們研究操作系統(tǒng)的中心問題之一。 存儲(chǔ)管理主要功能：存儲(chǔ)分配、存儲(chǔ)共享、存儲(chǔ)保護(hù)、存儲(chǔ)擴(kuò)充、地址映射。（2）內(nèi)存分區(qū)靜態(tài)等長、動(dòng)態(tài)異長（3）內(nèi)存分配靜態(tài)等長分區(qū)的分配：空閑頁面表、空閑頁面鏈、字位映像圖動(dòng)態(tài)異長分區(qū)的分配：最先適應(yīng)、最佳適應(yīng)、最差適應(yīng)分

23、配算法2頁式存儲(chǔ)管理頁式存儲(chǔ)管理（1）實(shí)現(xiàn)原理 在分頁存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中，把每個(gè)作業(yè)的地址空間分成一些大小相等的片，并稱之為頁。同樣地，把主存的存儲(chǔ)空間也分成大小與頁相同的片，這些片稱之為存儲(chǔ)塊，或簡稱為塊。在分配存儲(chǔ)空間時(shí)，總是以塊為單位來分配。一個(gè)作業(yè)的地址空間可以分配到不相連續(xù)的存儲(chǔ)塊中。分頁是由系統(tǒng)通過頁表自動(dòng)完成的。（2）頁表的組織 頁表是用來完成虛地址與物理地址變換的一個(gè)重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。從地址變換的過程來看，若頁表全部放在主存中，則要取一個(gè)數(shù)據(jù)（或一條指令）至少要訪問兩次主存，一次是訪問頁表，確定所取數(shù)據(jù)（或指令）的物理地址，第二次才根據(jù)該地址取數(shù)據(jù)（或指令）。要寫入一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)情況也是

24、這樣。為了提高查表的速度，在地址變換機(jī)構(gòu)中加入了一個(gè)高速、小容量的聯(lián)想存儲(chǔ)器，構(gòu)成一張快表。如果快表命中，只要訪問一次主存就可以取出指令或數(shù)據(jù)。（3）頁內(nèi)零頭 采用頁式管理方式，其主要的優(yōu)點(diǎn)在于無需移動(dòng)信息而能夠較好地解決分區(qū)與管理中產(chǎn)生的存儲(chǔ)器“外零頭”問題，但引入了“內(nèi)零頭”的問題。 內(nèi)零頭是指由于分配給作業(yè)的頁面是整數(shù)塊，而一個(gè)作業(yè)的地址空間不一定是頁的整數(shù)倍，因而最后一頁往往是不滿的。在這種情況下，最后一頁中空閑的空間不能分配給別的作業(yè)，因而造成了浪費(fèi)。這種浪費(fèi)稱之為“內(nèi)零頭”。內(nèi)零頭的多少與頁面大小有關(guān)，平均來說，內(nèi)零頭為半頁大小。（4）請求頁式管理（虛擬頁式存儲(chǔ)管理） 請求頁式管理

25、是在分頁存儲(chǔ)管理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。對于一般的頁式管理，仍要求一個(gè)作業(yè)全部裝入主存后，才能開始運(yùn)行。對于請求頁式管理，在作業(yè)運(yùn)行之前，不限定把作業(yè)的整個(gè)空間全部裝入主存，而只要求把當(dāng)前需要的一部分裝入主存。這樣，從理論上來說系統(tǒng)沒有對作業(yè)地址空間大小的限制。因此，請求頁式存儲(chǔ)管理可以實(shí)現(xiàn)“擴(kuò)充”主存的功能。我們稱具有這種功能的存儲(chǔ)系統(tǒng)為虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)。（5）頁面置換算法 在請求頁式系統(tǒng)中，當(dāng)主存空間業(yè)已裝滿而又需要調(diào)入新頁時(shí)，必須把已在主存中的一些頁面淘汰出去。所謂置換算法，就是用來確定應(yīng)該淘汰哪些頁面的一種策略。因?yàn)橹脫Q算法的優(yōu)劣，直接影響到系統(tǒng)的效率，因此，在請求頁式系統(tǒng)中，一個(gè)核心問題是選

26、擇合適的頁面置換算法。 常用的頁面置換算法有：先進(jìn)先出算法、LRU算法、最近不用先淘汰、二次機(jī)會(huì)算法、時(shí)鐘算法等。 抖動(dòng)（顛簸）3段式存儲(chǔ)管理段式存儲(chǔ)管理（1）實(shí)現(xiàn)原理：作業(yè)分為若干段，且按分段來進(jìn)行存儲(chǔ)分配。實(shí)現(xiàn)分段管理的關(guān)鍵在于，如何保證分段（二維）地址空間中一個(gè)作業(yè)，在線性（一維）的存儲(chǔ)空間中正確運(yùn)行，采用段表來完成二維地址到一維地址的轉(zhuǎn)換。分段管理和分頁管理的地址轉(zhuǎn)換過程比較類似，但是它們在概念上完全不同。分頁管理的作業(yè)地址空間是一個(gè)單一的線形地址空間，而分段管理的作業(yè)的地址空間是二維的。分頁管理中“頁”是信息的“物理”單位，大小固定，其分頁的活動(dòng)對于用戶是透明的，分段管理中，“段”是

27、信息的“邏輯”單位，既它是有意義的一組信息，其長度不定。分段是用戶可見的。（2）分段管理的優(yōu)點(diǎn) 便于程序模塊化處理。 便于處理變化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 便于動(dòng)態(tài)鏈接。 便于共享分段。（3）分段管理的缺點(diǎn) 處理機(jī)要為地址變換花費(fèi)時(shí)間，要為表格提供附加的存儲(chǔ)空間，使操作系統(tǒng)復(fù)雜。 會(huì)產(chǎn)生碎片。 分段的最大尺寸受到主存可用空間的限制。4段頁式存儲(chǔ)管理段頁式存儲(chǔ)管理（1）實(shí)現(xiàn)原理 為了獲得分段在邏輯上的優(yōu)點(diǎn)和分頁在管理存儲(chǔ)空間方面的優(yōu)點(diǎn)，兼用分段和分頁兩種方法，來實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)管理。這種技術(shù)的基本思想是用分段方法來劃分進(jìn)程，每段劃分為若干邏輯頁，而用分頁方法來分配和管理主存（物理存儲(chǔ)器）。這樣，一方面可以保持分段地

28、址空間所帶來的優(yōu)點(diǎn)，如允許分段動(dòng)態(tài)擴(kuò)展、可實(shí)現(xiàn)分段的動(dòng)態(tài)鏈接、分段的共享、實(shí)施段保護(hù)措施等。另一方面，主存分區(qū)的拼接問題，輔助存儲(chǔ)器的管理以及對分段大小的限制等問題，都可以得到有效的解決。（2）段頁式存儲(chǔ)管理的優(yōu)缺點(diǎn) 因?yàn)槎雾撌酱鎯?chǔ)管理是分段式存儲(chǔ)管理和頁式存儲(chǔ)管理相結(jié)合的方案，因而它具有這兩者的全部優(yōu)點(diǎn)。 段頁式存儲(chǔ)管理的主要缺點(diǎn)是，增加了軟件復(fù)雜性和管理開銷，需要的硬件支持也增加了。此外，還有各種表格要占用存儲(chǔ)空間，和在請求頁式或在分段系統(tǒng)中一樣，存在著發(fā)生系統(tǒng)抖動(dòng)的危險(xiǎn)，而零頭問題和分頁管理系統(tǒng)中一樣存在，且更為嚴(yán)重。第第7章章 文件管理文件管理 1基本概念基本概念（1）文件 文件是一個(gè)

29、具有符號(hào)名的在邏輯上具有完整意義的信息項(xiàng)的序列。信息項(xiàng)是構(gòu)成文件內(nèi)容的基本單位，是可編址的最小信息項(xiàng)目。（2）文件系統(tǒng) 文件系統(tǒng)是指操作系統(tǒng)中與文件管理有關(guān)的那部分軟件和被管理的文件,以及管理所需要的一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(如各級(jí)目錄、索引文件等)的總體。從系統(tǒng)的角度來看,文件系統(tǒng)是對文件存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間進(jìn)行組織、分配，負(fù)責(zé)文件的存儲(chǔ)并對存入的文件進(jìn)行保護(hù)和檢索的系統(tǒng)。從用戶的角度來看,文件系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)了“按名存取”。2文件的訪問方式文件的訪問方式 順序存取方式。其中的記錄是按序排列的,記錄的存取也是按順序進(jìn)行的。 直接存取方式。用戶對記錄的存取是不按順序的,即用戶可以直接指定某一記錄進(jìn)行存取。 按健

30、存取方式。用戶對文件內(nèi)容的訪問不是根據(jù)記錄的編號(hào)或地址,而是根據(jù)記錄的某項(xiàng)內(nèi)容(鍵)來進(jìn)行的。3文件的邏輯組織文件的邏輯組織 文件的邏輯組織是指從用戶角度看到的文件，也就是文件的記錄結(jié)構(gòu)。流式文件、記錄式文件。4文件的物理組織文件的物理組織 文件的物理組織是指從系統(tǒng)角度看到的文件,也就是文件在文件存儲(chǔ)器上的安排。文件的物理組織一般有4種形式： 連續(xù)區(qū)分配(連續(xù)文件),即把一個(gè)在邏輯上連續(xù)的記錄構(gòu)成的文件分配到連續(xù)的物理塊中。 鏈接塊方式(串聯(lián)文件),即文件所分配的物理塊可以是不連續(xù)的,而且也不必順序排列。文件的物理塊之間用鏈表連接在一起。 索引式(索引文件),即為每個(gè)文件建立一個(gè)索引表,其中每

31、一個(gè)表項(xiàng)指出文件記錄所在的物理塊號(hào)。 Hash文件,即對文件的每個(gè)記錄的物理地址采用Hash的方法計(jì)算出來,從而可以根據(jù)文件記錄的編號(hào)或地址直接找到對應(yīng)的物理塊。5文件目錄文件目錄 文件目錄用來檢索文件，登記文件信息。 文件的符號(hào)名與物理地址之間的轉(zhuǎn)換是通過文件目錄進(jìn)行的。為了解決“重名”問題,必須建立二級(jí)目錄或多級(jí)目錄。 目錄項(xiàng)：文件控制塊 為了實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶能共享一個(gè)文件副本,而且能以不同的符號(hào)名來訪問它,一種辦法是采用鏈接技術(shù),另一種辦法是將文件目錄分解為符號(hào)文件目錄和基本文件目錄,并通過系統(tǒng)賦予每個(gè)文件的唯一標(biāo)識(shí)符聯(lián)系起來。6文件的存取控制文件的存取控制 一個(gè)文件系統(tǒng)要得到用戶的信任,就應(yīng)該使用戶文件的保密性得到充分的保證。所謂文件的保密性，就是一個(gè)用戶對其文件所作的“誰能使用”和“如何使用”的規(guī)定，所以，需要對文件進(jìn)行存