操作系统重点知识汇总2.docx
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操作系统重点知识汇总2
操作系统总复习
第一章
OS的定义和基本功能，设计目标
OS的结构
基本功能：
1.Os作为用户与计算机硬件系统之间的接口
2.OS作为计算机系统资源的管理者
3.OS实现了对计算机资源的抽象
OS类型：
多道批处理OS、分时OS、实时OS
单道OS、批量OS、分时OS、实时OS定义优缺点（特点）
微机操作系统的分类：
单用户单用户任务，单用户多任务，多用户多任务
OS的四个特征：
并发，虚拟，异步，共享，并发最重要，并发和共享最基本
OS的结构
操作系统是一组控制和管理极端及硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合
进程是指在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位，它是由一组机器指令、数据和堆栈等组成的，是一个独立运行的活动实体。
OS的主要功能
1.处理机管理，2.存储器管理，3.设备管理4.文件管理5.与用户的接口
面向对象技术的优点：
1.通过“重用”提高产品质量和生产率
2.使系统具有更好的易修改性和易扩展性
3.更易于保证系统的“正确性”和可靠性
第二章
顺序程序、并发程序的定义与特点
①程序的顺序执行
•程序的顺序执行指一个具有独立功能的程序独占处理机直到得到最终结果的过程。
具有：
顺序性、封闭性和可再现性。
②程序的并发执行
•程序的并发执行指一组在逻辑上相互独立的程序或程序段在执行过程中其执行时间在客观上互相重叠。
程序的并发执行增强了计算机系统的处理能力和提高了资源的利用率。
具有：
间断性、失去了封闭性及不可再现性。
进程和程序之间的区别、联系
（1）进程是动态的，程序是静态的。
程序是一组有序的指令集合，是一个静态的概念；进程则是程序及其数据在计算机上的一次执行，是一个动态的集合。
离开了程序，进程就失去了存在的意义，但同一程序在计算机上的每次运行将构成不同的进程。
程序可看作是电影的胶片，进程可以看作电影院放电影的过程。
（2）一个进程可以执行多个程序，如同一个电影院的一场电影可放映多部影片。
（3）一个程序可被多个进程执行，如同多个影院同时利用一个电影的胶片放映同一部电影。
（4）程序可以长期保存，进程只能存在于一段时间。
程序是永久存在的，而进程有从被创建到消亡的生命周期
与时间有关的错误
进程定义、特征、进程的执行
进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。
进程的特征:
（1）动态性：
进程的实质是程序的一次执行过程，有一定的生命期。
（2）并发性：
指多个进程实体同存于内存中，能在一段时间内同时运行。
（3）独立性：
进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是申请拥有系统资源的独立单位。
（4）异步性：
由于进程间共享资源和协同合作时带来了相互制约关系，造成进程执行的间断性。
进程各自以独立的、不可预知的速度向前推进。
进程的状态：
桑基本状态及转换（原因）
进程的三个基本的转换如下图所示，图中1、2、3、4分别代表某种类型状态变迁，请分别回答：
（1）什么事件引起各状态之间的变迁？
（2）统中常常由于某一进程的状态变迁引起另一进程也产生状态变迁，试判断变迁3——1、2——1、3——2、4——1、3——4，如果有的话，将发生什么因果变迁
（3）在什么情况下，如果有的话，上述变迁将不引起其它变迁？
（1）引起各变迁的事件如下：
变迁1：
正在执行的进程从处理机上退下，导致进程调度程序从就绪状态的进程中选取一个进程。
变迁2：
正在执行的进程所分配的时间片用完，导致进程从处理机上退到就绪状态；或者在可抢占优先级的进程调度中，有更高有先级的进程进入就绪状态，导致正在执行的进程从执行状态退到就绪状态。
变迁3：
进程需要等待事件的发生；
进程控制块;PCB定义与作用，内容
PCB通常是系统内存占用区中的一个连续存区，它存放着操作系统用于描述进程情况及控制进程运行所需的全部信息，它使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其他进程并发执行的进程。
PCB中的内容主要包括调度信息和现场信息两大部分。
调度信息包括进程名、进程号、优先级、当前状态、资源信息、程序和数据的位置信息、隶属关系和各种队列指针信息等。
现场信息主要包括程序状态字、时钟寄存器和界限寄存器等描述进程运行情况的信息。
进程线程关系
进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位.
线程是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位.线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源（如程序计数器,一组寄存器和栈）,但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源.
一个线程可以创建和撤销另一个线程;同一个进程中的多个线程之间可以并发执行.
相对进程而言，线程是一个更加接近于执行体的概念，它可以与同进程中的其他线程共享数据，但拥有自己的栈空间，拥有独立的执行序列。
在串行程序基础上引入线程和进程是为了提高程序的并发度，从而提高程序运行效率和响应时间。
进程线程区别
1）一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程.
2）线程的划分尺度小于进程，使得多线程程序的并发性高。
3）另外，进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存，从而极大地提高了程序的运行效率。
4）线程在执行过程中与进程还是有区别的。
每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。
但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。
5）从逻辑角度来看，多线程的意义在于一个应用程序中，有多个执行部分可以同时执行。
但操作系统并没有将多个线程看做多个独立的应用，来实现进程的调度和管理以及资源分配。
这就是进程和线程的重要区别。
进程控制，原语，原语的主要特点
进程控制原语是对进程生命期控制和进程状态转换的原语，基于进程的基本状态它们是创建进程原语、撤销进程原语、挂起进程原语、激活进程原语、阻塞进程原语和唤醒进程原语等。
原语是指由若干条机器指令构成的，并用以完成特定功能的一段程序。
这段程序在执行期间是不可分割的。
其主要特点是不可分割性。
两种形式的制约关系：
同步和互斥
所谓进程互斥是指当有若干进程都要使用某一共享资源时，最多允许一个进程使用，而其他要使用该资源的进程必须等待，直到占用该资源的进程释放了该资源为止。
所谓进程同步是指多个合作进程为了完成同一个任务，它们在执行速度上必须相互协调。
临界资源、临界区、互斥的定义
作系统中将一次仅允许一个进程访问的资源称为临界资源。
操作系统中把每个进程中访问临界资源的那段代码段称为临界区。
信号量:
signal,wait操作
P（S）和V（S）操作原语描述如下：
voidp（S）
structsemaphoreS；
{
S.value=S.value-1；
if（S.value<0）block（S.P）；
}
voidv（S）
structsemaphoreS；
{
S.value=S.value+1；
if（S.value<=0）wakeup（S.P）；
}
信号量的作用：
实现互斥、前趋关系，共享缓冲区的合作进程同步，信号量初值
可用信号量来解决n个进程互斥进入各自的临界区对临界资源访问的问题。
管程（代表共享资源的数据结构，以及由对该共享数据结构实施操作的一组过程的组成资源管理程序，共同构成了一个操作系统的资源管理模块，我们称之为管程）
生产者消费者问题，哲学家就餐问题，读者写者问题
进程通信的类型（三种基本类型）
（1）共享存储器系统：
为了传送大量数据，在存储器中划出一块共享存储区，诸进程可通过对共享存储区进行读或写数据实现通信。
（2）消息传递系统：
直接通信方式（消息缓冲）：
发送进程可将消息直接发送给接收进程。
间接通信方式（信箱）：
发送进程将消息发送到指定信箱中，而接收进程从信箱中取得消息。
（3）管道通信系统：
所谓管道是指用于连接一个读进程和一个写进程，以实现它们间通信的共享文件，又称pipe文件。
线程的概念与进程的区别
线程是进程中可独立调度执行的子任务，一个进程可以有一个或多个线程，它们共享所属进程所拥有的资源。
进程线程关系，一个创建几个
一个进程可以有一个或多个线程
线程如何操作
作业2、5、6、7、8、15、16、22、24、28、36、38
第三章
三级处理机调度，哪一级获得CPU
1）高级调度：
又称作业调度。
其主要功能是根据一定的算法，从输人的一批作业中选出若干个作业，分配必要的资源，如内存、外设等，为它建立相应的用户作业进程和为其服务的系统进程（如输人、输出进程），最后把它们的程序和数据调人内存，等待进程调度程序对其执行调度，并在作业完成后作善后处理工作。
（2）中级调度：
为了使内存中同时存放的进程数目不至于太多，有时就需要把某些进程从内存中移到外存上，以减少多道程序的数目，为此设立了中级调度。
特别在采用虚拟存储技术的系统或分时系统中，往往增加中级调度这一级。
所以中级调度的功能是在内存使用情况紧张时，将一些暂时不能运行的讲程从内存对换到外存上等待。
当以后内存有足够的空闲空间时，再将合适的进程重新换人内存，等待进程调度。
引人中级调度的主要目的是为了提高内存的利用率和系统吞吐量。
它实际上就是存储器管理中的对换功能。
（3）低级调度：
又称进程调度。
其主要功能是根据一定的算法将CPU分派给就绪队列中的一个进程。
执行低级调度功能的程序称做进程调度程序，由它实现CPU在进程间的切换。
进程调度的运行频率很高，在分时系统中往往几十毫秒就要运行一次。
进程调度是操作系统中最基本的一种调度。
在一般类型的操作系统中都必须有进程调度，而且它的策略的优劣直接影响整个系统的计能。
作业、作业步、TCB、作业调度概念
作业是早期批处理系统引入的一个概念。
用户要求计算机系统为其完成的计算任务的集合称为作业，分时用户在一次登录后所进行的交互过程也常被看作一个作业。
一般来说，作业是比进程大的一个概念，一个作业通常包含多个计算步骤，作业中一个相对独立的处理步骤称为一个作业步。
当作业被作业调度程序选中并调入内存时，将按作业步创建相应进程。
作业步骤之间具有顺序或并发关系。
一个作业步通常可以由一个进程来完成，这样一个作业在内存处理时通常与多个进程相对应，即作业与进程具有一对多的关系。
批处理作业的四种状态：
1）提交状态
程序员把已存储作业实体的某种介质，例如，卡片、纸带、软盘等,提交给机房后或用户通过终端键盘向计算机键入其作业时所处的状态，称为提交状态。
（2）后备状态
系统操作员把载有作业实体的某种介质，放在相应的输入设备上，并转储到计算机系统硬盘的输入井（相应的磁盘区域专门用来存放作业实体信息）中等待调度运行时的状态，称为后备状态。
（3）运行状态
硬盘输入井中处于后备状态的作业，被作业调度程序调度选中装入内存中投入运行时的状态，称为运行状态。
（4）完成状态
作业正常运行结束或因发生错误而终止时，释放其占有的全部资源，准备离开系统时作业的状态，称为完成状态。
批处理作业状态变迁：
作业调度是按照某种调度算法从后备作业队列中选择作业装入内存运行，并当作业运行结束后作善后处理。
两种进程调度方式
（1）非抢占调度方式
在这种调度方式中，OS一旦把处理机分配给某个就绪状态的进程后，就让该进程一直执行下去，直至该进程完成或由于该进程等待某事件发生而被阻塞时，才把处理机分配给其他进程。
（2）抢占调度方式
在这种调度方式中，进程调度程序可根据某种原则停止正在执行的进程，将已分配给当前进程的处理机收回，重新分配给另一个处于就绪状态的进程。
进程调度算法：
FCFS、ＳJF、时间片轮转、优先级高者优先、多级反馈队列、比较性能
作业调度算法：
FCFS、SJF，优先级高者优先，高响应比优先
1.先来先服务调度算法。
先来先服务（FCFS）调度算法是一种最简单的调度算法，该算法既可用于作业调度，也可用于进程调度。
FCFS算法比较有利于长作业（进程），而不利于短作业（进程）。
由此可知，本算法适合于CPU繁忙型作业，而不利于I/O繁忙型的作业（进程）。
2.短作业（进程）优先调度算法。
短作业（进程）优先调度算法（SJ/PF）是指对短作业或短进程优先调度的算法，该算法既可用于作业调度，也可用于进程调度。
但其对长作业不利；不能保证紧迫性作业（进程）被及时处理；作业的长短只是被估算出来的。
1.时间片轮转法。
时间片轮转法一般用于进程调度，每次调度，把CPU分配队首进程，并令其执行一个时间片。
当执行的时间片用完时，由一个记时器发出一个时钟中断请求，该进程被停止，并被送往就绪队列末尾；依次循环。
2.多级反馈队列调度算法多级反馈队列调度算法多级反馈队列调度算法，不必事先知道各种进程所需要执行的时间，它是目前被公认的一种较好的进程调度算法。
其实施过程如下：
1）设置多个就绪队列，并为各个队列赋予不同的优先级。
在优先权越高的队列中，为每个进程所规定的执行时间片就越小。
2）当一个新进程进入内存后，首先放入第一队列的末尾，按FCFS原则排队等候调度。
如果他能在一个时间片中完成，便可撤离；如果未完成，就转入第二队列的末尾，在同样等待调度……如此下去，当一个长作业（进程）从第一队列依次将到第n队列（最后队列）后，便按第n队列时间片轮转运行。
3）仅当第一队列空闲时，调度程序才调度第二队列中的进程运行；仅当第1到第（i-1）队列空时，才会调度第i队列中的进程运行，并执行相应的时间片轮转。
4）如果处理机正在处理第i队列中某进程，又有新进程进入优先权较高的队列，则此新队列抢占正在运行的处理机，并把正在运行的进程放在第i队列的队尾。
二、高优先权优先调度算法
1.优先权调度算法的类型。
为了照顾紧迫性作业，使之进入系统后便获得优先处理，引入了最高优先权优先（FPF）调度算法。
此算法常被用在批处理系统中，作为作业调度算法，也作为多种操作系统中的进程调度，还可以用于实时系统中。
当其用于作业调度，将后备队列中若干个优先权最高的作业装入内存。
当其用于进程调度时，把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程，此时，又可以进一步把该算法分成以下两种：
1）非抢占式优先权算法
2）抢占式优先权调度算法（高性能计算机操作系统）
2.优先权类型。
对于最高优先权优先调度算法，其核心在于：
它是使用静态优先权还是动态优先权，以及如何确定进程的优先权。
3.高响应比优先调度算法
为了弥补短作业优先算法的不足，我们引入动态优先权，使作业的优先等级随着等待时间的增加而以速率a提高。
该优先权变化规律可描述为：
优先权=（等待时间+要求服务时间）/要求服务时间；即=（响应时间）/要求服务时间
实时调度
常见的几种实时调度算法
最早截止时间优先EDF（EarliestDeadlineFirst）算法
最低松弛度优先LLF（LeastLaxityFirst）算法
死锁的定义及例子
死锁（Deadlock）：
是指两个或两个以上的进程在运行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待（谁也无法再继续推进）的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。
设系统有一台打印机（R1），一台读卡机（R2），两进程共享这两台设备。
用信号量S1表示R1是否可用，初值为1；
用信号量S2表示R2是否可用，初值为1；
这两个进程在并发执行过程中，可能会发生
死锁
产生死锁的原因及必要条件
产生死锁的原因
竞争系统资源
系统中只有一台打印机R1和一台读卡机R2，可供进
程P1和P2共享。
R1、R2已经分别分配给P1、P2使用，当P1
、P2在不释放资源R1、R2而又同时分别申请R2、R1（如左
图），形成环路，这样会产生死锁。
进程的推进顺序不当
在进程P1和P2并发执行时，按照左图曲
线①②③所示顺序推进时，两进程会顺利完
成，我们称这种推进顺序是合法的。
若按曲线④的顺序推进时，进入不安全
区D内，两进程再推进会产生死锁。
产生死锁的必要条件
互斥条件
进程要求对所分配的资源进行排它性控制，即在一段时间内某资源仅为一进程所占用。
请求和保持条件
当进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
不剥夺条件
进程已获得的资源在未使用完之前，不能剥夺，只能在使用完时由自己释放。
环路等待条件
在发生死锁时，必然存在一个进程--资源的环形链。
死锁的预防：
资源静态分配、有序分配法
预防死锁
资源一次性分配：
（破坏请求和保持条件）
可剥夺资源：
即当某进程新的资源未满足时，释放已占有的资源（破坏不可剥夺条件）
资源有序分配法：
系统给每类资源赋予一个编号，每一个进程按编号递增的顺序请求
资源，释放则相反（破坏环路等待条件）
死锁的避免：
安全序列、银行家算法
死锁的检测与解除
检测死锁
首先为每个进程和每个资源指定一个唯一的号码；
然后建立资源分配表和进程等待表，例如：
资源分配表
资源号
占用进程号
1
P2
2
P4
3
P1
进程号
等待资源号
P1
1
P2
2
P4
如上例，当进程P4
申请资源3时，检测算法
如下：
检测算法：
解除死锁
当发现有进程死锁后，便应立即把它从死锁状态中解脱出来，常采用的方法有：
剥夺资源：
从其它进程剥夺足够数量的资源给死锁进程，以解除死锁状态；
撤消进程：
可以直接撤消死锁进程或撤消代价最小的进程，直至有足够的资源可用，死锁状态
消除为止；所谓代价是指优先级、运行代价、进程的重要性和价值等。
安全状态与不安全状态：
安全状态指系统能按某种进程顺序来为每个进程分配其所需资源，直至最大需求，使每个进程都可顺利完成。
若系统不存在这样一个序列，则称系统处于不安全状态。
作业题：
8、9、18、19、21、22
一种既有利于短小作业又兼顾到大作业的作业调度算法是（）
满足短任务优先且不会发生饥饿现象的调度算法是（）
进程调度算法中，综合考虑进程等待时间和进程执行时间的是（）
一种大中小型作业都兼顾的算法是（）
某系统中有2个并发进程都需要同类资源3个，试问该系统不会发生死锁的最少资源数是（）个
第4章
虚地址、逻辑地址、物理地址
地址转换（重定位），两种类型？
为什么要进行转换？
什么时候地址转换？
静态重定位和动态重定位的区别
“重定位”，在实际上指的是这样相互联系的两件事情：
一是确定一个待执行程序在内存中的位置；二是将程序中的逻辑地址转换成物理地址。
说它们是相互联系的，是因为后一件事情是由前一件事情决定的。
静态重定位，指的是在程序装入时实现的重定位。
具体的讲，就是将程序装入内存后，立即根据其装入位置将程序中需重定位的逻辑地址转换成物理地址，包括指令地址、数据地址、子程序入口地址等。
这种“定位”的特点是“定位”之后，内存中的代码发生了变化，程序不能在内存移动，CPU按物理地址运行程序。
动态重定位，是在程序执行的过程中，根据执行的需要动态地装入、链接和定位。
它不是根据程序在内存的位置立即将指令和数据的逻辑地址转换成物理地址，而是把这种位置信息送入一个称之为“地址映射机构”的硬件中，然后，CPU按逻辑地址执行程序。
在执行中，由“映射机构”将逻辑地址及时地转换成正确的访存物理地址。
这种定位方法的主要特点是重定位后，内存中的代码没有发生了变化，允许程序在执行的过程中在内存移动位置，这只要更换“映射机构”中的启址信息就可将同一程序映射到内存不同的地方。
这种位置移动对提高内存空间的利用率是有好处的。
装入时动态链接
（load--timedynamiclinking）。
当要将应用程序读入内存时，由装入程序找到所有要参考的相应模块（段），将它们装入内存，然后修改相应模块中的地址，使之相对于应用程序起址而编址。
相对于运行时所进行的链接而言，有时也称为静态链接。
存储保护
覆盖和虚拟技术不同
页表表目的内容至少包括（页号）和（块号）
段式存储管理
长度24,8位短号，每段最大长度为（）
分页存储管理和分段存储管理技术的主要区别
1、页是信息的物理单位，分页是为实现离散分配方式，以消减内存的外零头，提高内存的利用率；或者说，分页仅仅是由于系统管理的需要，而不是用户的需要。
段是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息。
分段的目的是为了能更好的满足用户的需要。
2、页的大小固定且由系统确定，把逻辑地址划分为页号和页内地址两部分，是由机器硬件实现的，因而一个系统只能有一种大小的页面。
段的长度却不固定，决定于用户所编写的程序，通常由编辑程序在对源程序进行编辑时，根据信息的性质来划分。
3、分页的作业地址空间是维一的，即单一的线性空间，程序员只须利用一个记忆符，即可表示一地址。
分段的作业地址空间是二维的，程序员在标识一个地址时，既需给出段名，又需给出段内地址。
内存分配的最佳/坏/首次适应算法、空闲区组织
最佳适应法
为作业选择分区时总是寻找其大小最接近于作业所要求的存储区域。
设作业序列：
A：
12KB：
3KC：
10K
最坏适应法
与最佳适应法相反，它在作业选择存储块时，总是寻找最大的空白区。
作业序列：
A：
12KB：
3KC：
10K
首次适应法
为作业选择分区时总是按地址从高到低搜索，只要找到可以容纳该作业的空白
块，就把该空白块分配给该作业。
作业序列：
A：
12KB：
10KC：
3K
块表的作用
快表：
在地址变换机构中增设一个具有并行查询能力的特殊高速缓冲寄存器作用，提高访存速度
在分页系统中，为加速地址变换过程应采用（块表）
抖动、预防
指系统页面置换频繁，大量CPu时间花在来回进行页的调度上，小部分时间用于实际运算。
采取局部置换策略，在cpu调度程序中引入工作集算法，L=S准则，挂起若干进程。
虚拟存储管理作用
为了满足用户对内存的需要，进一步提高内存利用率
谓的虚拟存储器，是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统。
具有多次性、对换性、虚拟性三大主要特征。
页表项如下：
页号物理块号状态位P访问字段A修改位M外存地址
虚拟存储器的最大容量如何决定的
虚存容量不是无限的，最大容量受内存和外存可利用的总容量限制,虚存实际容量受计算机总线地址结构限制
纯代码的作用
请求分页式存储管理系统中，若把页面的大小增加一倍，则缺页中断子树会减少？
不一定
某虚拟存储器的用户空间共有32个页面，每页2ＫＢ主存32ＫＢ，逻辑地址的有效位是多少？
将虚地址092B变换为物理地址
MS-Dos的存储管理采用了（单一连续存储管理）
段页（段页式）存储管理中，访问快表失败时，每访问一条指令或存取一个操作数都要（）次访问主存。
用先进先出淘汰算法和理想淘汰算法，写出叶面淘汰过程，并计算缺页率。
先进先出页面置换算法（FIFO）：
总是淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰
第五章
设备分
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