《計算機操作系統(tǒng)》知識點

《計算機操作系統(tǒng)》知識點操作系統(tǒng)能管理計算機資源和用戶程序執(zhí)行，提高系統(tǒng)資源利用率，但不能增強計算機的功能。page16操作系統(tǒng)主要功能是：處理機管理，存儲器（內(nèi)存）管理，設(shè)備管理，文件管理，用戶接口用戶程序通過系統(tǒng)調(diào)用獲得操作系統(tǒng)的服務(wù)。引入多道程序是為了充分利用CPU資源。page36操作系統(tǒng)中進程基本特征是：動態(tài)性和并發(fā)性page36進程的就緒狀態(tài)是進程具有除CPU外的所有資源。page37進程的三種基本狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換。page37創(chuàng)建原語只在進程創(chuàng)建時作用一次。page39使用激活原語可將靜止就緒進程變?yōu)榛顒泳途w狀態(tài)。具有掛起狀態(tài)的進程狀態(tài)圖。使用喚醒原語使進程由阻塞變?yōu)榫途w。引起進程切換的事件有：上一個進程時間片用完，進程由運行態(tài)變?yōu)榫途w態(tài)，進程調(diào)度程序從就緒隊列中選擇一個進程開始執(zhí)行；發(fā)生一個實時任務(wù)；上個進程執(zhí)行完畢。一個進程創(chuàng)建后將進入就緒隊列，等待調(diào)度。如果系統(tǒng)有n個進程，則就緒隊列中進程的個數(shù)最多有n-1個，阻塞隊列中進程的個數(shù)最多有n個。處理機空閑時CPU執(zhí)行空轉(zhuǎn)進程IDLE。進程執(zhí)行wait操作申請資源時，如果申請不到資源，則引起進程阻塞。進程從運行態(tài)變?yōu)榫途w態(tài)是由于發(fā)生了進程調(diào)度，比如時間片完，或者有高優(yōu)先級進程到來。并發(fā)進程之間的關(guān)系是可能無關(guān)也可能有交往。page56信號量在實現(xiàn)多個進程互斥訪問時，信號量的值為正表示當前可用的資源數(shù)量；負值數(shù)表示在等待隊列中進程數(shù)。若有m個進程共享同一臨界資源（即只能被一個進程使用），信號量的初值設(shè)為1,如果m個進程都申請該信號量，則信號量的值為1-m，僅有一個進程獲得該資源，而m-1個進程處于等待狀態(tài)。信號量可用于進程同步,進程互斥,控制進程的前驅(qū)關(guān)系。page51同步機制應(yīng)遵循的準則讓權(quán)等待、空閑讓進、忙則等待、有限等待。page50一段時間內(nèi)只允許一個進程訪問的資源，稱為臨界資源，只能互斥訪問。進程中訪問臨界資源的那段代碼稱為臨界區(qū)。page51同步機制遵循的準則：空閑讓進,忙則等待,有限等待,讓權(quán)等待。同步機制不會使進程無限等待。信箱是一種間接通信方式。管道是一個共享文件用于連接兩個進程實現(xiàn)進程間通信。在操作系統(tǒng)內(nèi)核支持線程的情況下,操作系統(tǒng)分配資源以進程為基本單位,調(diào)度以線程為單位。一、處理及調(diào)度與死鎖page86批處理系統(tǒng)的目標。周轉(zhuǎn)時間短，提高吞吐量。page93分時系統(tǒng)輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，提供用戶交互方式使用計算機。page10實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)特征的比較。實時操作系統(tǒng)追求安全性、可靠性、及時響應(yīng)快速處理，但不要求資源利用率,有冗余設(shè)備來保證可靠性。在進程調(diào)度算法中,先來先服務(wù),搶占式動態(tài)優(yōu)先權(quán)法,時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法可對進程實現(xiàn)公平原則,搶占式靜態(tài)優(yōu)先級算法，如果后來的進程優(yōu)先級高持續(xù)到達，將會使低優(yōu)先級進程長期得不到cpu。調(diào)度算法中先來先服務(wù),短作業(yè)優(yōu)先,高優(yōu)先權(quán)算法即可用于作業(yè)調(diào)度,又可用于進程調(diào)度。時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法的時間片很大時,在單個時間片內(nèi)進程即可執(zhí)行完畢,進程將按到達順序執(zhí)行即先來先服務(wù)。page93在使用時間片輪轉(zhuǎn)的調(diào)度算法中，若分時系統(tǒng)當進程數(shù)目為N，則每個進程大約獲得1/n個處理機時間。影響時間片大小的主要因素包括響應(yīng)時間、系統(tǒng)開銷和進程數(shù)量等。時間片越短,進程切換次數(shù)越多,系統(tǒng)開銷會越大。時鐘中斷發(fā)生后,系統(tǒng)會修改當前進程在時間片內(nèi)的剩余時間。當前進程的時間片用完后,該進程狀態(tài)由執(zhí)行態(tài)變?yōu)榫途w態(tài)。page107操作系統(tǒng)中的死鎖指的是若干進程由于競爭資源，進程推進順序不當造成多個進程循環(huán)等待都無法推進的狀態(tài)。造成機器性能下降。page105產(chǎn)生死鎖的主要原因是進程推進順序非法，資源分配不當和系統(tǒng)資源不足。時間片輪轉(zhuǎn)算法只適用于進程調(diào)度不能用于作業(yè)調(diào)度。多個進程并發(fā)執(zhí)行時，進程使用CPU的時間由進程自身特性和系統(tǒng)進程調(diào)度策略決定。一次分配所有資源的方法破壞了死鎖條件的“占有（保持）并請求”，進程不會只占有部分資源。死鎖狀態(tài)必定是不安全狀態(tài)，不安全狀態(tài)有可能進入死鎖也可能不死鎖。安全狀態(tài)一定不會死鎖。當系統(tǒng)處于安全狀態(tài)時，系統(tǒng)中一定沒有死鎖進程，銀行家算法用來避免死鎖，不安全狀態(tài)可能死鎖也可能不死鎖page116。用于檢測死鎖的方法是采用資源分配圖簡化算法。死鎖定理是指當S狀態(tài)資源分配圖不可完全化簡，則S為死鎖狀態(tài)。它用來檢測死鎖。M個進程中，如果每個進程最多需要N個資源，當資源數(shù)＜=M*（N-1）可能會造成死鎖，因為沒有進程可以執(zhí)行完成。若資源數(shù)＞=M*（N-1）+1則不會有死鎖。page123靜態(tài)重定位是在作業(yè)的裝入過程進行的。絕對裝入方式中程序使用的是絕對地址，地址值由編譯器生成或者由程序員指定。動態(tài)重定位程序使用的物理地址是在程序運行時確定。page130。內(nèi)存動態(tài)分區(qū)分配算法。存儲管理中采用的覆蓋與交換技術(shù)是為了減少程序占用主存空間，將內(nèi)存中暫時不會被調(diào)用的進程交換到外存上。有效提高內(nèi)存利用率，減少程序占的主存空間。這是在邏輯上擴充主存，但不能從物理上擴充主存容量。page150段頁式存儲管理方式即能減少存儲碎片，又能方便實現(xiàn)數(shù)據(jù)和程序的共享。虛擬內(nèi)存的容量由內(nèi)存容量和外存容量之和決定，由邏輯地址位數(shù)決定。page156請求頁式存儲管理中，頁面不在內(nèi)存會引起缺頁中斷。當頁面置換算法選擇不當時會引起系統(tǒng)"抖動"現(xiàn)象，剛置換出去的頁面又要調(diào)入，造也系統(tǒng)執(zhí)行性能下降。page154基于程序的局部性原理而特別設(shè)置的有虛擬存儲器管理機制，最近最久未使用頁面置換算法也是基于程序的局部分性原理。在請求分面存儲管理系統(tǒng)中，采用FIFO頁面淘汰算法（LRU算法等），由于進程執(zhí)行順序無法預(yù)測，頁面數(shù)（物理塊數(shù)）增加，缺頁中斷次數(shù)可能增也可能減，但綜合來看，增加頁面數(shù)，有減小的趨勢。page169,當機器進數(shù)數(shù)量很多，而CPU利用率很低的時候，而磁盤利用率較高時，系統(tǒng)發(fā)生"抖動"現(xiàn)象。UNIX操作系統(tǒng)中，輸入/輸出設(shè)備看作是特殊文件。串行通訊設(shè)置一次傳輸一位（bit），CPU每次填充一次緩沖寄存器，寄存器位數(shù)*中斷頻率=數(shù)據(jù)傳輸率。例如10000=16（位）*62.5（次），用另一種算法，每填滿一次寄存器/傳輸率=每次cpu中斷時間。在幾種I/O控制方式中，CPU干預(yù)由高到低排序為：程序I/O＞中斷控制〉DMA控制〉通道控制page207打印機I/O控制主要采取SPOOLING技術(shù)，將要打印的數(shù)據(jù)暫存于磁盤中，等待打印機使用。page197磁盤的I/O控制主要采用DMA方式。單處理機系統(tǒng)中，處理機和通道可實現(xiàn)并行操作。磁盤上文件以塊為單位讀寫。磁盤調(diào)度的目的是為了縮短尋道時間。219磁盤調(diào)度算法有最短尋道時間優(yōu)先，先來先服務(wù)，電梯算法（SCAN算法、掃描算法），循環(huán)掃描（CSCAN）算法，N步SCAN算法。page218磁盤調(diào)度SSTF算法中可能出現(xiàn)"饑餓"現(xiàn)象。SPOOLING技術(shù)是操作系統(tǒng)中采用的一種將獨占設(shè)備改造為共享設(shè)行，通過這種技術(shù)獨占設(shè)備成為虛擬設(shè)備。SPOOLing技術(shù)采用可隨機存取的外存，通過預(yù)輸入及緩沖輸出減少CPU等待慢速設(shè)備，將獨享設(shè)備改造成共享設(shè)備。覆蓋與交換技術(shù)則是通過將一部分數(shù)據(jù)暫時存儲在外部存儲中，是用交換時間為代價換來更大可用虛擬內(nèi)存的技術(shù)。SPOOLing技術(shù)將低速I/O設(shè)備上數(shù)據(jù)傳送到高速磁盤上，將獨占設(shè)備改造成共享設(shè)備，使得多個作業(yè)同時使用設(shè)備。設(shè)備與輸入/輸出井之間數(shù)據(jù)傳輸是由外圍控制機實現(xiàn)，并非由用戶程序控制。page233文件控制塊FCB包括：文件名，擴展名，物理位置，邏輯結(jié)構(gòu)，物理結(jié)構(gòu)，存取權(quán)限，建立日期，修改日期，使用信息等等。使用open命令首次打文件時，把文件的FCB調(diào)入內(nèi)存，但沒有將文件內(nèi)容讀入內(nèi)存。刪除文件時要刪除文件關(guān)聯(lián)的目錄項和文件控制塊，釋放文件關(guān)聯(lián)的內(nèi)存緩沖區(qū)，但不能刪除文件所在的目錄。文件目錄實現(xiàn)文件按名存取的功能。文件系統(tǒng)采用多級目錄結(jié)構(gòu)的目的是解決文件命名沖突。page239目錄查詢技術(shù)中的線性檢索法。文件保護是指對文件訪問權(quán)限的保護。文件的物理結(jié)構(gòu)由操作系統(tǒng)根據(jù)文件存儲器的特性決定。文件的物理結(jié)構(gòu)包括連續(xù)分配、鏈式分配、索引分配三種，其中鏈式結(jié)構(gòu)不能實現(xiàn)隨機訪問，連續(xù)結(jié)構(gòu)文件不易于擴展。索引結(jié)構(gòu)支持隨機訪問且易于擴展。要實現(xiàn)快速隨機播放，連續(xù)結(jié)構(gòu)最優(yōu)，鏈表和索引結(jié)構(gòu)查詢時間較長。page251連續(xù)文件隨著文件建立時的分配和刪除時的回收，產(chǎn)生很多小塊無法用于存儲文件即是外部碎片。page261位示圖管理磁盤中的盤塊使用情況。二、判斷題批處理系統(tǒng)沒有用戶交互能力。并發(fā)與并行是不同的概念。原語是一種不可分割的操作。多道程序的順序執(zhí)行過程可以再現(xiàn)。進程的PCB由OS管理，進程本身無法操作其對應(yīng)的PCB。操作系統(tǒng)的程序可運行在核心態(tài)和用戶態(tài)。單CPU系統(tǒng)中，沒有任務(wù)執(zhí)行時，系統(tǒng)會執(zhí)行IDLE進程。當計算機系統(tǒng)沒有用戶進程執(zhí)行時，處理機并沒有停止工作，而是執(zhí)行idle程序。需要訪問共享變量的進程間需要互斥執(zhí)行，沒有訪問共享變量的進程可以并發(fā)執(zhí)行。信號量的初值不能為負數(shù)。信號量一般代表資源數(shù)量，信號量可用于進程互斥，這時信號量初值為1，信號量也可用于實現(xiàn)前趨關(guān)系，這時信號量初值為0。page56通過一次性分配進程所有需要的資源，可以預(yù)防死鎖發(fā)生。銀行家算法中的安全狀態(tài)表示有安全序列使得進程能夠執(zhí)行完全，非安全狀態(tài)指沒有安全序列，卻并非必然進入死鎖狀態(tài)。page110虛存容量的擴大是以犧牲CPU工作時間以及內(nèi)、外存交換時間為代價的。page182字符設(shè)備是指數(shù)據(jù)的存取和傳輸以字符為單位，不可尋址。單處理機環(huán)境中多道程序并發(fā)執(zhí)行，但是程序的執(zhí)行可以與I/O操作并行。每個物理設(shè)備配備專屬驅(qū)動程序，再在設(shè)備驅(qū)動程序之上設(shè)置設(shè)備無關(guān)的I/O軟件，程序可以使用統(tǒng)一接口訪問不同設(shè)備的方法稱為設(shè)備獨立性。page198磁盤容量=磁道數(shù)（柱面數(shù)）義盤面數(shù)（磁頭數(shù)）義扇區(qū)數(shù)義扇區(qū)大小，注意盤面數(shù)盤片數(shù)，柱面數(shù)=磁道數(shù)。固定頭磁盤讀寫時不需要尋道時間，移動頭磁盤讀寫時需要尋道時間。SPOOLing將一臺物理設(shè)備虛擬為多臺邏輯設(shè)備。虛存容量的擴大是以犧牲CPU工作時間以及內(nèi)、外存交換時間為代價的。三、填空題進程等待系統(tǒng)資源時會處于阻塞狀態(tài)。因為有些資源不能被同時訪問，死鎖的四個必要條件中，無法破壞的是互斥使用資源。臨界區(qū)是指并發(fā)進程訪問共享變量段的代碼。分時操作系統(tǒng)通常采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法為用戶服務(wù)。作業(yè)周轉(zhuǎn)時間=作業(yè)的結(jié)束時間-作業(yè)的到達時間。作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時間=作業(yè)的周轉(zhuǎn)時間之和/作業(yè)數(shù)量。作業(yè)的帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間=作業(yè)周轉(zhuǎn)時間/運行時間。響應(yīng)比=（等待時間+執(zhí)行時間）/執(zhí)行時間程序的程序地址空間由其邏輯地址位數(shù)決定，32位地址則具有232大小的虛地址空間，與物理內(nèi)存大小無關(guān)。分頁存儲管理方式中，CPU需要先讀頁表，沒有快表時，頁表存放在內(nèi)存中，再讀內(nèi)存指令，執(zhí)行一條指令要讀兩次內(nèi)存。內(nèi)存管理分配的最佳適應(yīng)算法是采用空閑區(qū)與請求大小最接近原則。最差適應(yīng)算法是選擇空閑區(qū)與請求大小差異最大原則。"抖動"現(xiàn)象是指使用分頁式存儲管理進程時，剛剛被調(diào)出到外存的頁面由于程序后續(xù)執(zhí)行又再次需要調(diào)入，然后調(diào)出策略又因為程序運行空間不足，因為頁面先擇策略再次選擇該頁面調(diào)出，頁面頻繁調(diào)入調(diào)出使得進程執(zhí)行緩慢的現(xiàn)象。讀取文件的時間=（尋道時間+旋轉(zhuǎn)延遲+傳輸時間）義塊數(shù).其中傳輸時間相對于尋道時間和旋轉(zhuǎn)延遲比較小，忽略不計。四、計算與簡答page36比較進程和程序的區(qū)別。pagelll采用銀行家算法避免死鎖算法。請分別使用FCFS、時間片輪轉(zhuǎn)、短作業(yè)優(yōu)先及優(yōu)先級調(diào)度算法，計算平均周轉(zhuǎn)時間和平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間。頁式存儲管理系統(tǒng)地址變換機制。page168系統(tǒng)采用請求頁式系統(tǒng)，訪問內(nèi)存的有效時間a.查快表+訪問內(nèi)存b.查快