實用操作系統(tǒng)期末復習指導

PAGE20word文檔可自由復制編輯《實用操作系統(tǒng)》期末復習指導操作系統(tǒng)引論學習重點：什么是操作系統(tǒng)：操作系統(tǒng)是控制和管理計算機系統(tǒng)內各種硬件和軟件資源、有效地組織多道程序運行的系統(tǒng)軟件（或程序集合），是用戶與計算機之間的接口；操作系統(tǒng)的主要功能：處理機管理：作業(yè)和進程調度、進程控制和進程通信；存儲器管理：內存分配、地址映射、內存保護和內存擴充；設備管理：緩沖區(qū)管理、設備分配、設備驅動和設備無關性；文件管理：文件存儲空間的管理、文件操作的一般管理、目錄管理、文件的讀寫管理和存取控制、文件的邏輯結構和物理結構；用戶接口功能：命令界面、程序界面、圖形界面；操作系統(tǒng)的基本特征（2個最基本的特征是并發(fā)和共享）:并發(fā)：兩個或多個活動在同一給定的時間間隔內進行；共享：計算機系統(tǒng)中的資源被多個任務所共用。虛擬：虛擬處理機、虛擬內存、虛擬外設等。異步：多道程序下，各程序的執(zhí)行過程由程序執(zhí)行時的現(xiàn)場決定。三種基本類型的操作系統(tǒng)：批處理系統(tǒng)：用戶作業(yè)成批的處理，作業(yè)建立、過渡、完成都自動由系統(tǒng)成批完成，且在計算機內存中同時存放幾道相互獨立的程序，使它們在管理程序的控制下，相互穿插運行。分時系統(tǒng)：系統(tǒng)內存在若干并發(fā)程序對CPU時間片共享使用。實時系統(tǒng)：計算機對于外來信息能夠以足夠快的速度進行處理，并在被控對象允許的時間范圍內做出快速反應。分時概念：分時主要指若干并發(fā)進程對CPU時間的共享。通用操作系統(tǒng)：兼?zhèn)淞伺幚?、分時和實時操作系統(tǒng)三者或其中二者的功能的操作系統(tǒng)。現(xiàn)代操作系統(tǒng)的三種用戶界面：命令界面、圖形界面和系統(tǒng)調用。進程管理學習重點：什么是進程，進程與程序的區(qū)別和關系：進程：進程是可以和別的計算并發(fā)執(zhí)行的計算；進程是程序的一次執(zhí)行，是在給定內存區(qū)域中的一組指令序列的執(zhí)行過程；進程是一個程序在給定活動空間和初始條件下在一個處理機上的執(zhí)行過程；進程可定義為一個數(shù)據(jù)結構和能在其上進行操作的一個程序；進程是程序在一個數(shù)據(jù)集合上運行的過程，它是系統(tǒng)進行資源分配和調度的一個獨立單位。進程與程序的區(qū)別：①程序是靜態(tài)概念，而進程是程序的一次執(zhí)行過程，是動態(tài)概念。②進程是一個能獨立運行的單位，能與其它進程并發(fā)執(zhí)行。進程是作為申請和調度單位存在的；而通常的程序是不能作為一個獨立運行的單位而并發(fā)執(zhí)行的。③程序和進程無一一對應關系。④各個進程在并發(fā)執(zhí)行過程中會產生相互制約關系，而程序本身是靜態(tài)的，不存在這種異步特征。進程的兩個基本屬性：可擁有資源的獨立單位、可獨立調度和分派的基本單位進程的特征：動態(tài)性、并發(fā)行、獨立性、異步性、結構特征進程的基本狀態(tài)及其變化：三種基本狀態(tài)：運行態(tài)：當前進程已分配到CPU，它的程序正在處理機上運行；就緒態(tài)：進程已具備運行條件，但因為其它進程正占用CPU，所以暫時不能運行而等待分配CPU的狀態(tài)；阻塞態(tài)：因等待某件事件發(fā)生而暫時不能運行的狀態(tài)。就緒→運行：被調度程序選中，分配到CPU。運行→阻塞：因缺乏某種條件而放棄對CPU的占用。阻塞→就緒：阻塞態(tài)進程所等待的事件發(fā)生了。運行→就緒：進程用完時間片（分時系統(tǒng)中）或一個優(yōu)先權更高的進程進入就緒隊列（“優(yōu)先權高優(yōu)先”調度算法中）。有些操作系統(tǒng)中增加了兩種狀態(tài)：新狀態(tài)和終止狀態(tài)某些操作系統(tǒng)中引入的進程的掛起狀態(tài)（靜止狀態(tài)）--掛起就緒、掛起阻塞；進程由哪些部分組成，進程控制塊（PCB）的作用：進程由程序段、相關數(shù)據(jù)段和PCB組成；進程控制塊是進程組成中最關鍵的部分，PCB是進程存在的唯一標志，每個進程有唯一的PCB，操作系統(tǒng)根據(jù)PCB對進程實施控制和管理，PCB是進程存在的唯一標志。進程的切換（處理機從一個進程轉到另一個進程），可能引起進程切換的時機（進程運行結束；進程從運行態(tài)變?yōu)榫途w態(tài)；進程從運行態(tài)變?yōu)榈却龖B(tài)；進程從等待態(tài)變?yōu)榫途w態(tài)）；并發(fā)進程間兩種相互制約關系：什么是進程的同步（直接制約關系）與互斥（間接制約關系）：進程的同步：進程間共同完成一項任務時直接發(fā)生相互作用的關系；進程的互斥：兩個邏輯上本來完全獨立的進程由于競爭同一個物理資源而相互制約。多道程序設計概念：多道程序設計是在一臺計算機上同時運行兩個或更多個程序，多道程序設計具有提高系統(tǒng)資源利用率和增加作業(yè)吞吐量的優(yōu)點；處理機的兩種執(zhí)行狀態(tài)：管態(tài)（系統(tǒng)態(tài)）和目態(tài)（用戶態(tài)）；線程：什么是線程？有哪幾種基本狀態(tài)？為什么要在操作系統(tǒng)中引入線程？線程的屬性：是一種輕型進程；獨立調度和分派的基本單位；可并發(fā)執(zhí)行；共享所屬進程所擁有的資源。線程是調度的基本單位（即是分配CPU的基本單位），而進程是資源分配的基本單位。什么是臨界資源、臨界區(qū)：臨界資源：一次僅允許一個進程使用的資源；臨界區(qū)：每個進程訪問臨界資源的那段程序。進程同步的機制：信號量機制和管程機制（一種同步機制，由共享資源的數(shù)據(jù)結構及其在該數(shù)據(jù)結構上的一組操作組成）。什么是信號量，從物理概念上解釋PV操作（即wait、signal操作），進程間簡單同步與互斥的實現(xiàn)。信號量：記錄型信號量是由兩個成員組成的數(shù)據(jù)結構，其中一個成員是整型變量，表示信號量的值，另一個是進程鏈表L，用于鏈接等待進程。信號量的值與相應資源的使用情況有關。

互斥信號量：初值為1；

資源信號量：初值為資源的數(shù)目；P、V操作（也叫wait、signal操作）的解釋：P操作：當S.value>0時，表示目前系統(tǒng)中這類資源還有可用的。執(zhí)行一次P操作，意味著進程請求一個單位的該類資源，使系統(tǒng)中可供分配的該類資源減少一個，因此描述為S.value:=S.value-1；當S.value<0時，表示該類資源已分配完畢，進程應調用block原語自我阻塞，放棄處理機，并插入到信號量鏈表S.L中。V操作：執(zhí)行一次V操作，意味著釋放一個單位的可用資源，使系統(tǒng)中可供分配的該類資源數(shù)增加一個，故執(zhí)行S.value:=S.value+1操作。若加1后S.value≤0，則表示在該信號量鏈表中，仍有等待該資源的進程被阻塞，因此應調用wakeup原語，將S.L鏈表中的第一個等待進程喚醒。三個經(jīng)典的進程同步問題：生產者-消費者問題（能否將消費者進程的wait(full)和wait(mutex)語句互換，為什么？）、讀者-寫者問題、哲學家進餐問題（不出現(xiàn)死鎖）。能夠使用信號量及PV操作解決進程的同步問題。進程通信—三種高級通信方式：共享存儲器系統(tǒng)、消息傳遞系統(tǒng)（直接通信方式和間接通信方式—信箱）、管道通信。進程同步的例題：例父親Father、女兒Daughter、兒子Son互斥使用一個包含20個格子的容器。Father每次取一個水果（蘋果或香蕉），用putfruit()把水果送入容器的某一個空格子中；Daughter每次用getapple()從該容器中取出一個蘋果并用countapple()統(tǒng)計蘋果的個數(shù)；Son每次用getbanana()從該容器中取出一個香蕉并用countbanana()統(tǒng)計香蕉的個數(shù)。請用信號量機制實現(xiàn)三者的同步與互斥活動。參考答案：semaphoremutex=1;semophoreapple=0,banana=0;semophoreempty=20;main(){cobegin{進程Father：While(true){取水果;P(empty);P(mutex);putfruit();V(mutex);If水果是蘋果V(apple);elseV(banana);}進程Daughter：While(true){P(apple);P(mutex);getapple();V(mutex);V(empty);countapple();}進程Son：While(true){P(banana);P(mutex);getbanana();V(mutex);V(empty);countbanana();}}coend.}處理機調度與死鎖學習重點：作業(yè)及作業(yè)的狀態(tài)：提交狀態(tài)、后備狀態(tài)、運行狀態(tài)、完成狀態(tài)。三級調度：作業(yè)調度（高級調度）、中級調度和進程調度（低級調度）。三級調度的主要任務（高級調度--用于決定把外存上處于后備隊列中的哪些作業(yè)調入內存，并為它們創(chuàng)建進程、分配必要的資源，排在就緒隊列上。低級調度--從就緒隊列中選擇一個進程來執(zhí)行并分配處理機。），引入中級調度的原因（為了提高內存利用率和系統(tǒng)吞吐量，引入了中級調度。）。進程調度的兩種方式：剝奪式調度和非剝奪式調度（或搶占式調度和非搶占式調度）。調度算法：先來先服務調度法（FCFS）、短作業(yè)/短進程優(yōu)先調度算法（SJF/SPF，分為剝奪式和非剝奪式，剝奪式短進程優(yōu)先調度算法又叫最短剩余時間優(yōu)先調度算法）、時間片輪轉調度法（RR）、高優(yōu)先權優(yōu)先調度算法、高響應比優(yōu)先調度算法、多級反饋隊列調度算法；會用各種調度算法計算作業(yè)調度次序和作業(yè)的平均周轉時間、平均帶權周轉時間。RR調度算法中時間片的確定：時間片應略大于一次典型的交互需要的時間。一般應考慮三個因素：系統(tǒng)對響應時間的要求、就緒隊列中進程的數(shù)目和系統(tǒng)的處理能力。評價調度算法的指標：吞吐量、周轉時間、平均周轉時間、帶權周轉時間和平均帶權周轉時間。什么是死鎖，產生死鎖的原因和四個必要條件。處理死鎖的四種方法：預防死鎖、避免死鎖、檢測和解除死鎖。死鎖預防的基本思想和可行的解決辦法（從產生死鎖的四個必要條件出發(fā)，例如破壞環(huán)路等待）；銀行家算法屬于避免死鎖；剝奪資源是檢測和解除死鎖的基本方法。什么是進程的安全序列，死鎖與安全序列的關系，安全狀態(tài)、不安全狀態(tài)和死鎖狀態(tài)之間的關系。死鎖的避免與銀行家算法，會用銀行家算法判斷某一時刻系統(tǒng)狀態(tài)是否安全以及當某進程提出資源請求時能否分配（當一個進程提出的資源請求將導致系統(tǒng)從安全狀態(tài)進入不安全狀態(tài)時，系統(tǒng)就拒絕它的資源請求）。資源分配圖、死鎖定理、死鎖的檢測和解除。存儲器管理學習重點：存儲器管理的功能：內存分配、地址映射、內存保護、內存擴充。內存以字節(jié)為單位進行編址，CPU按內存中的地址讀出內存中的內容。用戶程序的主要處理階段：編輯、編譯、鏈接、裝入、運行。相對地址、絕對地址、重定位（靜態(tài)重定位和動態(tài)重定位）的概念（地址重定位的對象是目標程序）、內存碎片。內存的連續(xù)分配方式：單一連續(xù)分配方式、固定分區(qū)分配方式、動態(tài)分區(qū)分配方式（分配算法：首次適應算法—將空閑分區(qū)按地址順序從小到大登記在空閑分區(qū)表中、循環(huán)首次適應算法、最佳適應算法—將空閑分區(qū)按長度大小遞增的順序登記在空閑分區(qū)表中、最壞適應算法--將空閑分區(qū)按長度大小遞減的順序登記在空閑分區(qū)表中）、可重定位分區(qū)分配方式（采用移動的技術）。內存回收時的四種情況。內存的離散分配方式：基本分頁存儲管理方式、基本分段存儲管理方式、段頁式存儲管理方式?；痉猪摯鎯芾矸绞剑夯驹怼㈨撁妫撌切畔⒌奈锢韱挝唬?、地址機構（一維的，由頁號和頁內地址組成）、頁框、頁表、地址變換機構（能夠畫出地址變換圖、會把邏輯地址轉換成物理地址）、沒有快表的情況下訪問一條指令或取得一個數(shù)據(jù)需2次訪問內存（一次訪問頁表，一次根據(jù)物理地址取得指令或數(shù)據(jù)）、具有快表（聯(lián)想存儲器）的地址變換機構、具有聯(lián)想存儲器時根據(jù)命中率計算數(shù)據(jù)訪問時間。基本分段存儲管理方式：基本原理、段（段是信息的邏輯單位）、地址結構（二維的，由段號和段內地址組成）、段表、地址變換機構（能夠畫出地址變換圖、會把邏輯地址轉換成物理地址）、訪問一條指令或取得一個數(shù)據(jù)需2次訪問內存（一次訪問段表，一次根據(jù)物理地址取得指令或數(shù)據(jù)）、分段和分頁的區(qū)別、段式存儲管理易于實現(xiàn)信息的共享。段頁式存儲管理方式：基本原理、段表（一個用戶進程有一個段表）、頁表（用戶進程有幾段就有幾個頁表）、地址變換機構、訪問一條