操作系統(tǒng)整理

1、操作系統(tǒng)的功能及基本類型操作系統(tǒng)是一種運行在內(nèi)核態(tài)的軟件。它對硬件和軟件資源進行管理，是系統(tǒng)軟 件中最基本的一種軟件。操作系統(tǒng)有五大管理功能：作業(yè)管理、存儲管理、信息管理、設備管理和處理機 管理。操作系統(tǒng)的處理器管理根據(jù)一定的策略將處理器交替地分配給系統(tǒng)內(nèi)等待運行 的程序。操作系統(tǒng)的設備管理負責分配和回收外部設備，以及控制外部設備按用戶程序的 要求進行操作。操作系統(tǒng)的文件管理向用戶提供創(chuàng)建文件、撤消文件、讀寫文件、打開和關閉文 件等功能。操作系統(tǒng)的存儲管理功能是管理內(nèi)存資源。主要實現(xiàn)內(nèi)存的分配與回收，存儲保 護以及內(nèi)存擴充。操作系統(tǒng)的作業(yè)管理功能是為用戶提供一個使用系統(tǒng)的良好環(huán)境，使用戶能有效

2、 地組織自己的工作流程，并使整個系統(tǒng)高效地運行。操作系統(tǒng)的基本類型：批處理操作系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng)和實時操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的基本特征：并發(fā)性：兩個或者多個事件在同一時間的間隔內(nèi)發(fā)生。并行性：兩個或者多個事件在同一時刻發(fā)生。進程，又稱任務，簡單來說，是指在系統(tǒng)中能獨立運行并作為資源分配的基 本單位，它是一個活動的實體。在操作系統(tǒng)中引入進程的目的是使程序能并 發(fā)執(zhí)行。共享：系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個并發(fā)執(zhí)行的進程共同使用。分為：互斥 共享方式和同時共享方式。虛擬：通過技術把一個物理實體變成若干個邏輯上的對應物。操作系統(tǒng)中主 要通過分時的使用方法實現(xiàn)虛擬。異步：進程是以異步方式運行，只要運行環(huán)境相同，

3、作業(yè)經(jīng)過多次運行，都 會獲得完全相同的結果。進程的特征：動態(tài)性：進程的實質(zhì)是程序的一次執(zhí)行過程，因此，動態(tài)執(zhí)行是進程最主要 的特征。并發(fā)性獨立性：進程是一個能獨立運行的基本單位，同時也是系統(tǒng)分配資源和調(diào)度 的獨立單位。異步性：進程具有執(zhí)行的間斷性，進程按照各自獨立的補課預知的速度向前 推進。結構特征：每個進程有一個進程控制塊（PCB）PCB的結構及作用：結構：描述信息：進程名或進程標識號一識別進程；用戶名和用戶標識名一進程隸 屬的用戶；家族關系一進程樹控制信息：當前狀態(tài)；優(yōu)先級別；程序開始地址；計時信息；通信信息資源管理信息：占用內(nèi)存大小及管理用數(shù)據(jù)結構指針；對換或覆蓋信息；共 享程序段大小及

4、起始地址；I/O設備及相關信息；指向文件系統(tǒng)的指針及有關標識CPU現(xiàn)場保護區(qū)作用：PCB中記錄了系統(tǒng)所需的、用于描述進程的當前情況以及控制進程運行的全 部信息。使一個不能在多道程序環(huán)境下運行的程序成為一個能獨立運行的基本單位。進程存在的唯一標志。三級調(diào)度概念及進程狀態(tài)的變遷概念：高級、中級和低級調(diào)度作業(yè)從提交開始直到完成，經(jīng)歷三級調(diào)度：高級調(diào)度：作業(yè)調(diào)度，決定把后備作業(yè)調(diào)到內(nèi)存運行低級調(diào)度：進程調(diào)度，決定讓就緒隊列的某進程獲得CPU中級調(diào)度：在虛擬存儲器中引入，在內(nèi)、外存對換區(qū)進行進程對換。進程狀態(tài)的變遷：運行態(tài)（該時刻進程實際占用CPU）就緒態(tài)（可運行，但由于其他進程在運行，所以被迫停止）阻

5、塞態(tài)（除非某種外部事件發(fā)生，否則進程不能運行）運行態(tài)的進程可以被阻塞或者就緒，就緒態(tài)的只能運行，阻塞態(tài)的可能到達（一 些輸入到達）就緒態(tài)，然后立刻進入運行態(tài)。線程的特點及應用特點：線程是輕量級的進程，容易撤銷或創(chuàng)建。負責執(zhí)行多任務，由操作系統(tǒng)負責線程的調(diào)度和執(zhí)行。線程可以把占據(jù)長時間的程序中的任務放到后臺去處理。應用：？進程（線程）的同步和互斥問題？常用的“進程”調(diào)度算法？批處理系統(tǒng)：先來先服務（FCFS）；最短作業(yè)優(yōu)先（SJF）（非搶占式）最短剩余時間優(yōu)先（SRTN）（搶占式）交互式系統(tǒng)：輪轉(zhuǎn)調(diào)度（RR）（時間片結束時剝奪CPU并分配給其他進程）優(yōu)先級調(diào)度死鎖死鎖的基本概念如果一個進程集合中

6、的每個進程都在等待只能由該進程集合中的其他進程才能 引發(fā)的事件，那么該進程集合就是死鎖的。（兩個或者兩個以上的進程在執(zhí)行過程中，因爭資源而造成的一種互相等待的現(xiàn) 象）發(fā)生（資源）死鎖的必要條件（任何一條不成立，死鎖就不發(fā)生,但是必要條件 存在不一定發(fā)生死鎖）互斥條件：每個資源要么已經(jīng)分配給了一個進程，要么就是可用的。占有和等待條件：已經(jīng)得到某個資源的進程可以再請求新的資源。不可搶占條件：已經(jīng)分配給一個進程的資源不能強制性的被搶占，它只能被 占有它的進程顯式的釋放。環(huán)路等待條件：死鎖發(fā)生時，系統(tǒng)中一定有兩個或兩個以上的進程組成的一 條環(huán)路，該環(huán)路中的每個進程都在等待同一個資源。解決死鎖的基本方法

7、預防死鎖：通過設置某些限制條件去破壞產(chǎn)生死鎖的四個必要條件中的一個 或幾個，可能會導致資源利用率低或系統(tǒng)吞吐量降低。避免死鎖：在資源的動態(tài)分配中，用某種方法去防止系統(tǒng)進入不安全狀態(tài)。檢測死鎖：通過系統(tǒng)設置的檢測機構確定與死鎖有關的進程和資源，采取措 施將發(fā)生的死鎖除掉。解除死鎖：撤銷或掛起一些未發(fā)生死鎖的進程，以便收回一些資源，再將這 些資源分配給已處于阻塞狀態(tài)的進程，使之轉(zhuǎn)為就緒狀態(tài)以運行。死鎖避免銀行家算法算法描述：Rei=Needi? NO-出錯Rei=Av? NO-Pi 必須等待試探性分配，并修改資源分配表AV=AV-ReiAli=Ali+ReiNeedi=Needi-Rei執(zhí)行安全算

8、法得出結論Pi必須等待真正實施資源分配Al:現(xiàn)在已擁有資源Av：空閑資源Need:最大需求資源可變式分配一分配和回收算法/地址變換分配算法：最佳適應算法:搜索整個鏈表，試圖找出最接近實際需要的空閑區(qū)。最壞適應算法:總是分配最大的可用空閑區(qū)，使新的空閑區(qū)比較大從而可以繼續(xù) 使用。首次適應算法（最自然）：搜索段鏈表，找到足夠大的一個空閑區(qū)，除非這個空 閑區(qū)和需要的空間一樣大，否則，將空閑區(qū)分成兩部分，一部分分配，一部分做 新的空閑區(qū)。虛擬存儲頁管理（局部性原理）時間局部性：某個指令或存儲單元被訪問到后，往往馬上會再次被訪問空間局部性原理：某個指令或存儲單元被訪問后，與它相鄰的指令或存儲單元將 會被

9、訪問。虛擬存儲頁的概念：請求分頁系統(tǒng)：頁號p頁內(nèi)地址w3112 110塊號塊內(nèi)地址2812 110頁面置換算法：最佳置換算法：看執(zhí)行序列的后面，那個最晚執(zhí)行，就替換那個。缺頁次數(shù)全都 是，置換次數(shù)是發(fā)生頁替換的次數(shù)。先入先出頁面置換算法：后進來的放上面，將先進來的擠出去。最近最久未使用置換算法:看前面那個離現(xiàn)在最遠就代替那個。位置換的標出來。頁表項的結構：頁號塊號存取控制修改位應用位中斷位地址分段系統(tǒng)：頁號p頁內(nèi)地址w3112 110高級主題設備管理設備管理的基本概念操作系統(tǒng)向設備發(fā)送命令，捕捉中斷，并處理設備的各種錯誤，還有在設備和系 統(tǒng)的其他部分之間提供簡單易于使用的接口。I/O控制方式程

10、序I/O控制方式:適用于結構簡單，只需少量硬件的電路；中斷驅(qū)動I/O控制方式：適用于高效場合；直接存儲訪問DMA I/O控制方式：適用于無須CPU介入的控制器來控制內(nèi)存與 外設之間的數(shù)據(jù)交流的場合；I/O通道控制方式：適用于以字節(jié)為單位的干預，同時實現(xiàn)CPU，通道和I/O 設備三者并行操作的場合。Spooling 技術SPOOLing 是 Simultaneous Peripheral Operation On-Line (即外部設備 聯(lián)機并行操作)的縮寫，它是關于慢速字符設備如何與計算機主機交換信 息的一種技術，通常稱為“假脫機技術”。它是一種在多道程序系統(tǒng)中處 理I/O設備的方式。它包括一

11、個守護進程和假脫機目錄。SPOOLing技術的特點：提高了 I/O速度.從對低速I/O設備進行的I/O操作變?yōu)閷斎刖?或輸出井的操作，如同脫機操作一樣，提高了 I/O速度，緩和了 CPU與低速 I/O設備速度不匹配的矛盾.設備并沒有分配給任何進程.在輸入井或輸出井中，分配給進程的 是一存儲區(qū)和建立一張I/O請求表.實現(xiàn)了虛擬設備功能.多個進程同時使用一獨享設備，而對每一進 程而言，都認為自己獨占這一設備，從而實現(xiàn)了設備的虛擬分配.不過，該設 備是邏輯上的設備.SPOOLing，即外圍設備聯(lián)機并行操作，它除了是一種速度匹配技術外、 也是一種虛擬設備技術 磁盤的基本結構磁盤被組織成柱面，每一個柱

12、面包含若干磁道，磁道數(shù)與垂直堆疊的磁頭數(shù)相同。 磁道又被分為若干扇區(qū)。軟盤上大約每條磁道有812個扇區(qū)，硬盤上每條磁道 上扇區(qū)的數(shù)目可以多達幾百個。磁頭數(shù)大約是116個。磁盤的驅(qū)動調(diào)度先來先服務(FCFS):按給定序列訪問。最短尋道優(yōu)先（SSTF）掃描算法（SCAN）：看好方向，掃描開端和結尾是序列里的開端和結尾。循環(huán)掃描算法（CSCAN）：看好方向，有虛線。（0199）電源管理技術當計算機的某些部件不用的時候由操作系統(tǒng)關閉它們，關閉的設備使用很少 的能量或者不使用能量。使應用程序使用較少的能量，可能會降低用戶體驗的質(zhì)量。大多數(shù)商家是將CPU、內(nèi)存以及I/O設備設計成具有多種狀態(tài)：工作、睡眠、

13、 休眠、關閉等。（使一個設備脫離休眠狀態(tài)比使一個設備脫離睡眠狀態(tài)更耗時耗 能）。顯示器為了獲得明亮而清晰的圖像，屏幕是背光照明的，可以使它暫時關閉 或者部分照亮。硬盤高速旋轉(zhuǎn)或者重新啟動都耗能，做出良好的關閉預測。在RAM中擁有一個大容量的磁盤高速緩存。E-操作系統(tǒng)通過發(fā)送消息或者信號保持將磁盤的狀態(tài)通知給正在運行的程序。 這樣程序可以在磁盤開啟時進行讀寫操作。CPU可以在沒有工作時進入睡眠狀態(tài)。關閉高速緩存；將主存的內(nèi)容寫到磁盤上，然后關閉主存本身。無線通信J.電池管理文件的邏輯組織文件的邏輯組織：用戶對文件的觀察和使用是從自身處理文件中數(shù)據(jù)是采用 的組織方式來看待文件組織形式。這種從用戶觀

14、點出發(fā)所見到的文件組織形式稱 為文件的邏輯組織。1）有結構文件（記錄式文件）：邏輯上可被看成一組連續(xù)順序的記錄的集合。2）無結構文件：指文件內(nèi)部不再劃分記錄，它是由一組相關信息組成的有序字 符流，即流式文件。文件的物理組織文件的物理組織：文件在存儲設備上的存儲組織形式稱為文件的物理組織。文件的物理組織形式主要有：1.連續(xù)文件定義：將一個文件中邏輯上連續(xù)的信息存放到存儲介質(zhì)的依次相鄰的塊上便 形成順序結構，這類文件叫連續(xù)文件，又稱順序文件。優(yōu)點：簡單；支持順序存取和隨機存??；順序存取速度快；所需的磁盤尋道次數(shù)和尋道時間最少。缺點：建立文件前需要能預先確定文件長度，以便分配存儲空間；修改、插入和增

15、生文件記錄有困難；對直接存儲器作連續(xù)分配，會造成少量空閑塊的浪費。鏈接文件定義：一個文件的信息存放在若干不連續(xù)的物理塊中，各塊之間通過指針連 接，前一個物理塊指向下一個物理塊.優(yōu)點：提高了磁盤空間利用率,不存在外部碎片問題.有利于文件插入和刪除.有利于文件動態(tài)擴充.缺點：存取速度慢，不適于隨機存取.可靠性問題，如指針出錯.更多的尋道次數(shù)和尋道時間.鏈接指針占用一定的空間.索引文件定義：一個文件的信息存放在若干不連續(xù)物理塊中，系統(tǒng)為每個文件建立一 個專用數(shù)據(jù)結構-索引表，表中每一欄目指出文件信息所在的邏輯塊號和與之 對應的物理塊號。索引表的物理地址則由文件說明信息項給出。索引項的組織：稠密索引:

16、每個邏輯紀錄設置一個索引項。稀疏索引:一組邏輯紀錄設置一個索引項。索引表的結構的組織一級索引：磁盤塊地址數(shù)組,其中第i個條目指向文件的 第i塊。二級索引：索引的索引，叫二級索引。二級索引表的表項列出一級索引 表每一塊最后一個索引項的鍵值及該索引.表區(qū)的地址，也就是說，若十個記錄的索引本身也是一種記錄。多級索引： 索引的索引的索引，叫三級索引，此外還有更多層次的索引，即多級索引。優(yōu)點：保持了鏈接結構的優(yōu)點，又解決了其缺點：即能順序存取又能隨機存取.滿足 了文件動態(tài)增長、插入刪除的要求.也能充分利用外存空間.缺點：較多的尋道次數(shù)和尋道時間.索引表本身帶來了系統(tǒng)開銷如：內(nèi)外存空間，存取時間.文件的目

17、錄管理及文件搜索計算機系統(tǒng)中的文件種類繁多，數(shù)量龐大，為了有效地管理這些文件，方便用戶 查找所需的文件，應對它們加以適當?shù)慕M織。文件的組織可以通過目錄來實現(xiàn)。目錄：文件控制塊的集合。即文件控制塊是一個目錄項。目錄文件：文件的內(nèi)容為目錄信息。目錄的功能：實現(xiàn)“按名存取”：用戶只需提供文件名就可以對文件進行操作。這是目錄 管理的最基本功能。提高檢索速度允許文件同名：不同目錄下的文件可以使用相同名字。允許文件共享常用的文件目錄結構有：單級目錄結構：單級目錄結構又稱一級目錄結構。在這種結構中，整個文件系統(tǒng) 只建立一張目錄表，每個文件占據(jù)其中的一個表目。建立新文件時，首先應確定 該文件名在目錄中是否惟一

18、，若惟一則找出一個空表目，將新文件的相關信息填 入其中。刪除文件時，先從目錄表中找到文件的目錄項，從中找到該文件的物理 地址，對其占用空間進行回收，然后再清除其所占用的目錄項。二級目錄結構：主文件目錄：記錄用戶名及相應用戶文件目錄所在的存儲位置。 用戶文件目錄：記錄該用戶文件的有關信息。當用戶想建立文件時，如果是新用戶，則系統(tǒng)為其在主目錄中分配一個表目，并 為其分配存放用戶文件目錄的存儲空間。同時在用戶文件目錄中為新文件分配一 個表目，并在表目中填入有關信息。文件刪除時，只須在用戶文件目錄中刪除該 文件的目錄項。如果刪除后該用戶目錄表為空，則表明該用戶已脫離了系統(tǒng)，從 而可以將主文件目錄表中該用戶的對應項刪除。多級目錄結構：路徑名：是一個字符串，