自考工学类操作系统原理复习资料.docx
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自考工学类操作系统原理复习资料
2010年自考工学类操作系统原理复习重点
1：
虚拟设备SPOOL系统
本章考核知识点：
1、输入输出操作;2、独占设备与共享设备;3、独占设备的设备;4、磁盘的驱动程序;5、外围设备的启动;6、虚拟设备（SPOOL系统）
自学要求：
要求了解设备管理与文件管理的合作，文件管理实现文件存取的准备工作，而文件的物理存取由设备管理实现。
理解怎样实现独占设备的分配和磁盘的驱动调度;怎样实现虚拟设备。
虚拟设备SPOOL系统（领会）
1、实现虚拟设备的目的：
用一种物理设备模拟另一类物理设备，使各作业在执行期间只使用虚拟的设备而不直接使用物理的独占设备。
这种技术可使独占的设备变成可共享的设备，使得设备的利用率和系统效率都能得到提高。
2、实现虚拟设备的硬件条件：
大容量磁盘;中断装置和通道;中央处理器与通道并行工作的能力。
（另外，实现虚拟设备的软件条件是要求操作系统采用多道程序设计技术。
）
3、虚拟设备的实现原理：
对于多道程序，输入时将一批作业的信息通过输入设备预先传送到磁盘上。
输出时将作业产生的结果也全部暂时存在磁盘上而不直接输出，直到一个作业得到全部结果而执行结束时再行输出。
（就是用磁盘来模拟输入机和打印机的工作，把它们的工作内容先保存起来，然后一并执行）
4、SPOOL系统的组成和实现：
井：
为实现虚拟设备在磁盘上划出的专用存储空间，用于存放作业的初始信息和执行结果。
SPOOL系统由三部分程序组成：
预输入程序.通过该程序把作业流中每个作业的初始信息传送到“输入井”保存起来以以备作业执行时使用。
井管理程序：
通过该程序来保证作业正确及时地从“井”中读取或写入信息。
它使得每个用户感觉到自己都在使用独立的输入输出设备。
缓输出程序.它负责查看“输出井”中是否有待输出的结果信息，若有则启动打印机把作业结果输出。
为什么可以提高效率?
简单地说就是这么几件事：
并行工作、代替操作、同时进行。
一个技术创新可以提高多少效率啊。
5、实现虚拟设备为什么可以提高系统效率：
SPOOL系统借助硬件的中断装置和通道技术使得中央处理器与各种外围设备以及各外围设备之间均可并行工作。
操作系统采用多道程序设计技术，合理分配处理器，实现联机的外围设备同时操作。
作业执行时从磁盘上读写信息来代替从输入机和打印机的读写操作，不仅使多个作业可以同时执行，而且加快了作业的执行速度，提高了单位时间内处理作业的能力。
在作业执行的同时还可利用输入机继续预输入作业信息和利用打印机输出结果，于是，整个系统可以是第一批作业的执行结果在打印输出，第二批作业正在处理，第三批作业信息正在预输入到磁盘的“输入井”中。
这种联机同时操作极大地提高了独占设备的利用率，也使计算机系统的各种资源被充分利用。
响应比最高者优先算法：
响应比=等待时间/计算时间计算时间短的作业容易得到较高的响应比。
等时间长的也会得到较高响应比，这样可以解决计算时间长的作业总是被后推的问题。
优先数调度算法：
为每个作业确定一个优先数，资源能满足且优先数高的作业优先被选取，当几个作业有相同优称数时，对这些具有相同优先数的作业再按照先来先服务算法进行调度。
均衡调度算法：
根据作业对资源的要求进行分类，作业调度从各类作业中去挑选，尽可能地使得使用不同资源的作业同时进行执行。
7、作业调度与进程调度各自的职责和相互间的关系。
作业调度的职责是把输入井中的作业装入主存，此时系统为该作业创建一个进程，若有多个作业被装入主存储器，则同时存在多个进程。
它们处于就绪状态（万事具备，只欠处理器）。
进程调度的职责就是选择当前可占用处理器的进程，进程运行中由于某种原因状态发生变化，当它让出处理器时，进程调度就再选另一个作业的进程去运行。
二者相互配合才能实现多道作业的并行执行。
2：
死锁的产生与防止
本章考核知识点：
1、死锁的产生2、死锁的防止3、死锁的避免4、死锁的检测
本章自学要求：
理解“死锁”影响系统的可靠性。
死锁的产生与进程对资源的需求、进程的执行速度、资源的分配策略有关。
系统应采用一定的策略实现资源分配以保证系统的安全。
本章重点是：
死锁的防止和避免.
一、死锁的产生（领会）
话说狼GG和狼MM面对面走上一根独木桥。
狼GG说：
呵呵，小MM，我已经占领了这座桥的一半，你不如退出去让我先过去吧。
狼MM说，哼哼，老兄，我也占了这座桥的一半，你咋不让给我?
狼GG和狼MM互不相让，都在等对方先让步。
结果两个都过不了河。
等着猎人来处理后事了。
1、什么叫死锁：
若系统中存在一组进程（两个或多个进程），它们中的每一个进程都占用了某种资源而又都在等待其中另一个进程所占用的资源，这种等待永远不能结束，则说系统出现了“死锁”。
或说这组进程处于“死锁”状态。
2、引起死锁的因素：
死锁的出现除了与资源的分配策略有关外，也与并发进程的执行速度有关，即操作系统对资源管理不得当或没有顾及进程并发执行时可能出现的情况，则就可能形成死锁。
二、死锁的防止（简单应用） 我们把桥的一半看作一个资源的话，那么，当狼MM占用了其中一个资源后，狼GG就只好等待了。
狼GG狼MM各自占有了一段资源又在等另外的资源，又不肯放弃自己占有的资源。
他们又不能把对方踢下河去，把另一段资源抢过来自己用。
只好互相等待了。
这4个条件是必要条件而不是充分条件，意思是，只要发生死锁，那么这四个条件必然都成立。
反之则不然，有时候即使四个条件都满足，那也不一定发生死锁。
（从资源分配图中可以分析得到，即使形成循环等待资源，也不一定形成死锁。
）
1、系统出现死锁必然同时保持的四个必要条件：
1）互斥使用资源
2）占有并等待资源
3）不可抢夺资源
4）循环等待资源
2、死锁的防止策略：
要防止死锁形成，只要采用的资源分配策略能使上述4个条件中有一个条件不成立就可以了。
1）破坏互斥使用资源的条件经常是行不通的。
因为资源本身特性就是互斥使用的。
2）要破坏“占有并等待条件”则可以采取两种办法：
静态分配和释放已占资源.
静态分配也称为预分配资源，要求每一个进程在开始执行前就申请它所需要的全部资源，仅当系统能满足进程的资源申请要求且把资源分配给进程后，该进程才能开始执行。
释放已占资源就是指进程申请资源时必须没有占用资源，如果已经占用了资源就要先归还所占的资源再申请。
3）实现可抢夺式分配：
如果一个进程已经占有了某些资源又要申请新资源，而新资源不能满足（已被其它进程占用）必须等待时，系统可以抢夺该进程已占有的资源。
4）实现按序分配：
把系统中所有资源排一个顺序，对每一个资源给一个确定的编号，规定任何一个进程申请两个以上的资源时，总是先申请编号小的资源，再申请编号大的资源。
3：
进程
本章考核知识点：
1、进程的顺序性与并发性2、与时间有关的错误 3、相关临界区4、进程的互斥5、进程的同步6、进程通信7、线程的概念
本章自学要求：
理解“进程”是操作系统中的基本执行单位，在多道程序设计的系统中往往同时有许多进程存在，它们要轮流占用处理器。
这些交叉执行的并发进程相互之间可能是无关，也可能是相关的。
当并发进程竞争共享资源时会出现与时间有关的错误，因此，应采用进程同步与互斥手段使其合理使用共享资源，以保证系统安全。
当进程间必须通过信息交换进行协作时，可用进程通信的方式达到目的。
重点是：
分析与时间有关的错误;用PV操作实现进程的同步与互斥;用信箱实现进程通信。
一、进程的顺序性与并发性（领会）
有人说，在程序中不是有跳转语句和重复语句，怎么就是顺序执行?
注意，这里是指进程在处理器中的执行，因为处理器每次只能执行一个操作，因此每条指令必须按顺序进入CPU执行，假使有一条指令是跳转的，那么执行本指令后，会取出跳转目的地址的指令进入CPU运行，这个顺序是程序规定的。
所以对CPU而言，进程总是按顺序执行。
进程是一个程序在一个数据集合上的一次执行，同一个程序和同一个数据集的运行结果必然是相同的。
这就是可再现性。
同时执行并不是真的同时，因为任一时刻CPU中只能有一个进程运行。
1、进程的顺序性：
任何进程在顺序的处理器上的执行是严格按照顺序进行的，这就是进程的顺序性。
当一个进程独占处理器顺序执行时，具有两个特性：
一、封闭性二、可再现性.
2、进程的同时执行：
在多道程序设计系统中，一个进程的工作没有全部完成之前，另一个进程就可以开始工作，它们的执行在时间上重迭的，我们把它们称为是“可同时执行的”。
3、进程的并发性：
若系统中存在一组可同时执行的进程，则说该组进程具有并发性，并把可同时执行的进程称为“并发进程”.
4、并发进程间的关系：
并发进程相互之间可能是无关的，也可能是交往的.如果一个进程的执行不影响其他进程的执行，且与其他进程的进展情况无关，即它们是各自独立的，则这些并发进程相互之间是无关的。
如果一个进程的执行依赖其他进程的执行，则这些并发进程之间是有交往的。
二、与时间有关的错误（简单应用）
1、并发进程的执行速度取决于自身和进程调度策略。
一个进程运行时会被中断，且断点是不固定的，一个进程被中断后，哪个进程可以运行，被中断的进程什么时候占用处理器，是与进程调度策略有关的。
因此进程的执行速度不能由自己决定。
2、并发进程交替使用共享资源时会出现与时间有关的错误。
由于共享资源的原因，加上进程并发执行的随机性，一个进程对另一个进程的影响是不可预测的。
造成不正确的因素与进程占用处理器的时间、执行的速度以及外界的影响有关。
因此被称为与时间有关的错误。
3、分析并发进程中与时间有关的错误，请理解教材上的例子。
三。
相关临界区（领会）
1、临界区的定义：
并发进程中与共享变量有关的程序段称为“临界区”
2、什么是相关临界区：
相关临界区是指并发进程中涉及到相同变量的那些程序段.
3、对相关临界区的管理要求。
1）一次最多让一个进程在临界区执行，当有进程在临界区时其他想进入临界区执行的进程必须等待。
2）任何一个进入临界区执行的进程必须在有限的时间内退出临界区，即任何一个进程都不应该无限地逗留在自己的临界区。
3）不能强迫一个进程无限地等待进入它的临界区，即有进程退出时应让一个等待进入临界区的进程进入它的临界区。
四、进程的互斥（综合应用）
1、进程互斥的含义：
进程的互斥是指当有若干进程都要使用某一共享资源时，任何时刻最多只允许一个进程去使用，其他要使用该资源的进程必须等待，直到占用资源者释放了该资源。
PV操作是两个过程，由他们两个来控制一个信号S，假设S是红灯的个数。
每个进程进入临界区前都要先执行P操作。
退出临界区时执行V操作。
用下面的比喻很容易理解：
临界区门前有棵树（S）
用来挂红灯
进程想进CPU的门
先得上树取盏灯（调用一次P操作）
取下一个去敲门（S=S-1）
如果树上没灯取（S≤0）
树说欠你一盏灯（S为负时）
没辙只好外边排队等（Wait（S））
得灯进程续运行
运行完了要出门（调用一次V操作）
马上还回一盏灯（S=S+1）
若有进程在催债（S≤0）
放个进去事完成（Release（S））
2、实现进程互斥的工具——PV操作。
PV操作是由两个操作，即P操作和V操作组成。
P操作和V操作是两个在信号量上进行操作的过程。
假定用S表示信号量则把这两个过程记作P（S）和V（S），它们的定义如下：
ProcedueP（VarS：
Semaphore）;beginS：
=S-1;ifS<0thenW（S）end;{P}ProcedueV（VarS：
Semaphore）;beginS：
=S+1;ifS<=0thenR（S）end;{V}
为了确保PV操作自身的正确执行，因此P（S）和V（S）操作中不可中断，这种不可被中断的过程称为“原语”。
3、用PV操作管理相关临界区的一般形式
一个信号量与一组涉及共享变量的相关临界区联系起来，信号量的初值定为“1”
任何一个进程要进入临界区前先调用P操作，执行临界区的操作后，退出临界区时调用V操作。
由于信号量的初值为“1”，P操作起到了限制一次只有一个进程进入临界区的作用，其余进程欲进入临界区必须符合对临界区管理的第一个要求，即一次最多让一个进程在临界区执行。
进程退出后执行V操作，若有进程在等待则释放一个进程，这样就达到了对临界区管理的第二个和第三个要求（即不能无限逗留也不能无限等待）。
4、分析进程互斥问题并用PV操作实现进程互斥。
4：
交互式作业的管理
四、批处理作业的控制（领会）
1、按用户提交的作业控制说明书控制作业的执行。
2、一个作业步的工作往往由多个进程的合作来完成。
3、一个作业步的工作完成后，继续下一个作业步的作业，直至作业执行结束。
五、交互式作业的管理（领会）
1、交互式作业的特点：
交互式作业的特点主要表现在交互性上，它采用人机对话的方式工作。
2、交互式作业的控制：
一种是操作使用接口，另一种是命令解释执行。
操作使用接口包括
操作控制命令
菜单技术
窗口技术
命令的解释执行
一类是操作系统中的相应处理模块直接解释执行;
另一类必须创建用户进程去解释执行。
3、终端作业的注册和注销。
终端用户控制终端作业的执行大致有四个阶段：
终端的连接、用户注册、控制作业执行和用户退出。
5：
磁盘的驱动调度
本章考核知识点：
1、输入输出操作;2、独占设备与共享设备;3、独占设备的设备;4、磁盘的驱动程序;5、外围设备的启动;6、虚拟设备（SPOOL系统）
自学要求：
要求了解设备管理与文件管理的合作，文件管理实现文件存取的准备工作，而文件的物理存取由设备管理实现。
理解怎样实现独占设备的分配和磁盘的驱动调度;怎样实现虚拟设备。
磁盘的驱动调度（领会）
1、磁盘的结构（动画）
2、访问磁盘的操作时间（动画）
3、磁盘的驱动调度：
在多道程序设计系统中，同时有多个访问者请求磁盘操作，此时系统采用一定的调度策略来决定各等待访问者的执行次序，所以系统决定等待磁盘访问者的执行次序的工作就是磁盘的“驱动调度”
4、对磁盘进行驱动调度的目的：
尽可能的降低多个访问者执行输入输出操作的总时间，增加单位时间内的输入输出操作次数，有利于系统效率的提高。
5、磁盘调度分为移臂调度和旋转调度.根据访问者指定的柱面位置来决定执行次序的调度称“移臂调度”;当移动臂定位后，如有多个访问者等待访问该柱面时，根据延迟时间来决定执行次序的调度称为“旋转调度”。
6、移臂调度算法包括以下四种：
1）先来先服务算法;
2）最短寻找时间优先调度算法;
3）电梯调度算法;
4）单向扫描调度算法。
以上几种算法要能够区分，如给你一个访问序列和访问条件，应能根据各种算法做出调度后的访问序列。
7、信息的优化分布：
知道信息在磁盘上排列不一定是按顺序最优，对于一些能预知处理要求的信息采用优化分页可以缩短输入输出操作时间，提高系统效率。
6：
文件
本章的考核知识点：
1、文件和文件名;2、文件的存储介质;3、文件的存取方法;4、文件目录;5、文件的逻辑结构;6、文件的物理结构;7、记录的组成与分解;8、存储空间的分配与回收;9、文件操作;10、文件的保护与保密。
本章自学要求：
文件管理必须对用户按名存取功能，要求考生理解为实现按名存取文件管理应该做哪些工作;文件管理怎样管理用户信息的存储和检索、怎样实现文件的保护和保密;文件操作的作用以及用户如何使用文件操作。
重点是：
逻辑文件与物理文件间的转换;文件目录操作的作用及使用。
一、文件和文件名（识记）
文件和文件名：
在计算机系统中，把逻辑上具有完整意义的信息集合称为“文件”，每个文件都要用一个名字作标识，称为“文件名”。
文件可以按各种方法进行分类：
按用途
系统文件、库文件、用户文件
按保护级别
可执行文件、只读文件、读写文件
按信息流向
输入文件、输出文件、输入输出文件
按存放时限
临时文件、永久文件、档案文件
按设备类型
磁盘文件、磁带文件、卡片文件、打印文件
按文件组织结构
逻辑文件、物理文件（顺序文件、链接文件、索引文件）
二、文件存储介质（领会）
1、存储介质不等于存储设备，它是指用来记录信息的磁带、硬磁盘组、软磁盘片、卡片等。
使用它们要通过相应的存储设备。
2、存储介质的物理单位定义为“卷”。
文件与卷的关系（存在卷中）可以是一对一也可以是一对多或多对一。
3、存储介质上连续信息所组成的一个区域称为“块”（物理记录）块是存储设备与主存之间进行信息交换的物理单位。
4、磁盘的结构：
磁盘格式化时盘面存储空间划分扇区，每个扇区中各磁道都有相同长度的连续信息区，每个区就是磁盘上的块.
三、文件的存取方式（领会）
文件的存取方式有顺序存取和随机存取两种。
磁带上的文件只能顺序存取，磁盘上的文件既可采用顺序方式也可用随机方式存取。
四、文件目录（简单应用）
1、文件目录的主要内容和作用：
文件目录由若干目录项组成，每个目录项记录一个文件的有关信息。
包括：
有关文件存取控制信息.例如用户名、文件名、文件类型、文件属性（可读写、只读、只执行等）
有关文件结构的信息.例如文件的逻辑结构、物理结构、记录个数和在存储介质上的位置等。
有关文件管理的信息.例如文件建立的日期、修改日期、保留期限等。
文件目录的作用是用于检索文件。
2、目录结构：
包括一级目录结构、二级目录结构和树形（多级）目录结构。
一级目录结构要求所有的文件名均不相同，一般只适用于微机的单用户系统。
二级目录结构则增加一级主文件目录，此目录是为用户建立的独立文件目录，用户访问文件时先要找到用户自己的目录再查找该目录下的指定文件。
实际上，二级目录结构中，文件系统把用户名和文件名合起来作为文件标识。
树形目录允许用户在自己的文件中再建立子目录.从根目录到文件之间所有各级子目录名和该文件名的顺序组合称为文件的“路径名”
绝对路径：
是从根目录到指定文件的路径。
如MS-DOS下从C盘到某一文件的路径：
C：
/first/_/_/file.exp
相对路径：
是从当前目录到指定文件的路径。
如上例，当前目录为22时，访问file.exp的相对路径是：
33/file.exp，访问根目录下的文件路径是：
……/……/
树形目录的优点：
1）解决了重名问题。
2）有利于文件分类3）提高检索文件的速度4）能进行存取权限的控制。
关于本节的内容可以在MS-DOS或UNIX操作系统中进行练习，以理解目录结构。
可用的命令有：
dir、tree、md、cd、rd、del等。
五、文件的逻辑结构（领会）
前面讲的是目录，现在讲的是文件。
文件的结构是指文件的构造方式。
什么是文件的逻辑结构：
由用户构造的文件称为文件的逻辑结构。
如一篇文档、一个数据库记录文件等，在用户看来是一些文字和数字或多媒体信息的有机组合。
逻辑文件有两种形式：
流式文件和记录式文件.
流式文件是指用户对文件内信息不再划分的可独立的单位，如我们的word文件，图片文件等。
整个文件是以顺序的一串信息组成。
记录式文件：
是指用户对文件内信息按逻辑上独立的含义再划分信息单位，每个单位为一个逻辑记录。
每个记录可以独立存取。
这个在数据库中我们学得比较多，容易理解。
六、文件的物理结构（领会）
1、什么是文件的物理结构：
由文件系统在存储介质上的文件构造方式称为文件的物理结构.不论用户看来是什么文件，在存储介质上存储时，按何种构造方式记录呢，因为介质上的存储单位是物理块，那么这些物理快是顺序存放，还是链式结构，或者索引结构，都要由文件系统结构来实现。
2、逻辑文件在磁盘上的组织方式：
1）顺序结构：
顾名思义，顺序结构就是指，把逻辑文件的记录（内容）按其本身的顺序（逻辑记录的顺序）在磁盘上也按序存放在连续的块中。
读取时也从第一个记录开始按顺序进行。
在文件目录中指出文件名，存放的起始块号和占用块数。
顺序文件的最大优点是存取速度快（可以连续访问）。
而问题主要是存储空间利用率不高、输出文件时难以估计需要多少磁盘块、影响文件扩展。
2）链接结构：
如果逻辑文件中的各个逻辑记录任意存放到一些磁盘块中，再用指针把各个块按逻辑记录的顺序链接起来，在文件目录中只记录第一块的地址和最后一块的地址，那么这种文件组织方式就是链接结构。
链接结构解决了顺序结构中的所有问题，所有空闲块都可以被利用，在顺序读取时效率较高但需要随机存取时效率低下（因为要从第一个记录开始读取查找）。
此外，对于链接结构，也有一些问题要注意：
由于块中要存放指针信息，因此一部分空间被占用;读出信息时要把指针信息分离出来;还要防止指针丢失或破坏造成的混乱，所以又要增加一些管理的信息。
总之链式结构会使用于存放文件信息的空间减少。
3）索引结构：
索引结构是实现非连续存储的另一种方法，索引结构为每个文件建立一张“索引表”，把指示每个逻辑记录存放位置的指针集中在索引表中。
（最直观的索引结构就比如我们的网站，首页就相当于一个索引表，每个链接记录了一个文件的位置，当我们点击时，就可以找到那个文件）
文件目录中指出文件名的索引表位置，而索引表中每个项指出一个逻辑记录的存放位置。
存取文件时根据索引表中的登记项来查找磁盘上的逻辑记录。
索引结构既适合顺序存取记录，也可以方便地随机存取记录，并且容易实现记录的增删和插入，所以索引结构被广泛应用。
但是索引结构增加了索引表，要占用部分空间并增加读写索引表的时间。
当索引项很多时，还要考虑采用多级索引结构.
七、记录的成组与分解（简单应用）
1、什么是记录的成组与分解：
由于磁盘块的大小是预先划分好的，大小固定，而逻辑记录的大小是用户文件性质决定的，不一定和块大小一致，如果逻辑记录比物理块小得多时，可以把多个逻辑记录存放在一个块中，这就是记录的成组，用户使用时再把读取的一块信息中分离出所需的记录，这就是记录的分解。
2、记录的成组：
把若干个逻辑记录合成一组存入一块的工作称为“记录的成组”，每块中逻辑记录的个数称“块因子”
利用主存缓冲区可以把多个逻辑记录一次性保存到磁盘块上。
也就是当记录要求存盘时，先存入主存缓冲区，缓冲区的大小等于最大逻辑长度乘以成组的块因子，就是块的大小。
在缓冲区未存满时，不启动磁盘写，这样就提高了存储空间的利用率，减少启动外设的次数，提高了系统的工作效率。
3、记录的分解：
这是记录成组的一个逆过程，先
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