操作系统期末考试总结.docx

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操作系统期末考试总结

第一章操作系统概论

第一章主要内容

各节基本概念，操作系统的发展过程，操作系统的基本特征。

操作系统的目标

1.有效性2、方便性3、可扩充性4．开放性

分时系统实现中的关键问题

（1）及时接收

（2）及时处理

主要特征1.多路性2.独占性3.及时性4.交互性

实时操作系统按其用途的不同可分为两种类型：

实时控制系统和实时信息处理系统

3．实时系统与分时系统特征的比较

（1）多路性。

实时信息处理系统也按分时原则为多个终端用户服务。

实时控制系统的多路性则主要表现在系统周期性地对多路现场信息进行采集，以及对多个对象或多个执行机构进行控制。

而分时系统中的多路性则与用户情况有关，时多时少。

（2）独立性。

实时信息处理系统中的每个终端用户在向实时系统提出服务请求时，是彼此独立地操作，互不干扰；而实时控制系统中，对信息的采集和对对象的控制也都是彼此互不干扰。

（3）及时性。

实时信息处理系统对实时性的要求与分时系统类似，都是以人所能接受的等待时间来确定的；而实时控制系统的及时性，则是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的，一般为秒级到毫秒级，甚至有的要低于100微秒。

（4）交互性。

实时信息处理系统虽然也具有交互性，但这里人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。

它不像分时系统那样能向终端用户提供数据处理和资源共享等服务。

（5）可靠性。

分时系统虽然也要求系统可靠，但相比之下，实时系统则要求系统具有高度的可靠性。

因为任何差错都可能带来巨大的经济损失，甚至是无法预料的灾难性后果，所以在实时系统中，往往都采取了多级容错措施来保障系统的安全性及数据的安全性。

操作系统的特征

（1）共享性从资源使用的角度来讲，所谓共享性是指操作系统程序与多个用户程序共同使用系统中的各种资源。

Ø互斥共享方式

Ø同时访问方式

（2）虚拟性指把一个物理上的实体，变为若干个逻辑上的对应物。

前者是实际存在的；而后者是虚的，只是用户的一种感觉。

◆时分复用：

虚拟处理机

◆空分复用：

虚拟磁盘、虚拟I/O设备、虚拟存储器

（3）并发性：

是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。

在多道程序环境下，并发性是指宏观上在一段时间内有多道程序在同时运行。

但在单处理机系统中，每一时刻仅能执行一道程序，故微观上这些程序是在处理机上交替执行。

•与并行的区别

•进程

•线程

（4）异步性（不确定性）

指在多道程序环境下，程序以异步方式执行。

即每道程序在何时执行、各自执行的顺序、完成每道程序所需要的时间都是不确定的，也是不可预知的。

并发和共享是操作系统的两个最基本的特征。

5大管理功能

1.处理机管理

（1）进程控制

（2）进程调度（3）进程同步（4）进程通信

2.存储管理

（1）内存分配

（2）存储保护（3）存储扩充（4）地址映射

3.设备管理

（1）设备分配

（2）设备处理（3）缓冲管理

4.文件管理（软件资源管理）

（1） 文件存储空间的管理

（2） 目录管理（3） 文件保护（4）文件操作管理

5．作业管理（用户接口）

（1）命令接口提供一组命令供用户直接或间接控制自己的作业；

（2）程序接口提供一组系统调用供用户应用程序和其他系统程序调用操作系统的功能。

总结：

 计算机操作系统是方便用户使用，管理和控制计算机软硬件资源的系统软件。

 目前操作系统有六大类型:

批处理系统、分时系统、实时系统、单用户系统、网络系统和分布式系统。

五大管理功能:

处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理和作业管理（用户接口）。

四大特性:

并发性、共享性、虚拟性和异步性。

操作系统的最主要设计目标有两个：

1）向用户提供方便、简单的使用计算机的环境；

2）使计算机系统能高效地工作，提高系统资源的利用

第二章主要内容（重点）

2.1进程的基本概念

2.2进程控制

2.3进程同步

2.4经典进程的同步问题

以上各节讲过的内容，重点是进程的基本状态及转换、信号量的原理和应用、进程同步和互斥。

第二章进程管理

4.2.1程序的装入

1.绝对装入方式（AbsoluteLoadingMode）

从R开始

2.可重定位装入方式（RelocationLoadingMode）

从0开始

3.动态运行时装入方式（DenamleRun-timeLoading）

重定位不在装入内存时进行，在真正执行程序时执行

4.2.2程序的链接

1.静态链接方式（StaticLinking）

2.装入时动态链接（Load-timeDynamicLinking）

装入时动态链接方式有以下优点：

（1）便于修改和更新。

（2）便于实现对目标模块的共享。

3.运行时动态链接（Run-timeDynamicLinking）

4.3连续分配方式

4.3.1单一连续分配

单用户、单任务

•存在内碎片问题

4.3.2固定分区分配

•优点：

易于实现，开销小。

•缺点：

–内碎片造成浪费

–分区总数固定，限制了并发执行的程序数目。

•可以和覆盖、交换技术配合使用。

•采用的数据结构：

分区表－－记录分区的大小和使用情况

4.3.3动态分区（dynamicpartitioning）

•动态创建分区：

在装入程序时按其初始要求分配，或在其执行过程中通过系统调用进行分配或改变分区大小。

•优点：

没有内碎片。

•缺点：

有外碎片。

1.分区分配中的数据结构

（1）空闲分区表

（2）空闲分区链。

2.分区分配算法

（1）首次适应算法（firstfit）

（2）循环首次适应算法（nextfit），该算法是由首次适应算法演变而成的。

从上次分配的分区起查找

（3）最佳适应算法（bestfit）。

（4）最坏适应算法（worstfit）

（5）快速适应算法（quickfit）根据其容量大小进行分类

•分区分配算法：

寻找某个空闲分区，其大小需大于或等于程序的要求。

若是大于要求，则将该分区分割成两个分区，其中一个分区为要求的大小并标记为“占用”，而另一个分区为余下部分并标记为“空闲”。

分区的先后次序通常是从内存低端到高端。

•分区释放算法：

需要将相邻的空闲分区合并成一个空闲分区。

（这时要解决的问题是：

合并条件的判断和合并时机的选择）

内存回收时的情况

4.3.6可重定位分区分配

1.动态重定位的引入

•紧缩（或拼凑）

•可重定位分区法

•紧缩时机1释放所占分区时2分配进程分区时

4.3.7对换（Swapping）

3.进程的换出与换入

阻塞状态且优先级最低

换出时间（换出到磁盘上）最久的进程

4.4.3两级和多级页表

4.5.2分段系统的基本原理

段号

段内地址

例子

段式存储管理中供用户使用的逻辑地址为24位，其中段内地址占用16位

用户程序最多可以分为多少段？

2^8

当把用户程序装入内存时，每段占用内存的最大连续区为多少字节？

2^16

4.6虚拟存储器的基本概念

4.6.1虚拟存储器的引入

1.常规存储器管理方式的特征

（1）一次性。

（2）驻留性。

2.虚拟内存可行性基础：

局部性原理

3.虚拟存储器定义：

请求调入功能和置换功能

4.6.2虚拟存储器的实现方法

1.分页请求系统

（1）硬件支持

①请求分页的页表机制②缺页中断机构③地址变换机构

（2）实现请求分页的软件

4.6.3虚拟存储器的特征

多次性对换性虚拟性离散性

最本质的特征：

离散性；最重要的特征：

虚拟性。

2.缺页中断机构

4.7.2内存分配策略和分配算法

1.最小物理块数的确定

2.物理块的分配策略

内存分配策略－－即固定和可变分配策略。

置换－－即全局置换和局部置换。

1）固定分配局部置换（FixedAllocation,LocalReplacement）

2）可变分配全局置换（VariableAllocation,GlobalReplacement）

3）可变分配局部置换（VariableAllocation,LocalReplacemen

3.物理块分配算法

1）平均分配算法

2）按比例分配算法物理块数b=（s/S）*mm为物理块总数s页面数

3）考虑优先权的分配算法

4.8页面置换算法

1.最佳置换算法（OptimalReplacement,OPT）：

将来不被使用，或者是在最远的将来才被访问

2.先进先出（FIFO）页面置换算法：

总是淘汰在内存中停留时间最长（年龄最老）的一页

•优点：

容易理解，方便程序设计。

•缺点：

●性能并不很好，效率不高

●存在Belady异常现象，即缺页率随内存块增加而增加

4.8.2最近最久未使用（LRU）置换算法：

最近一段时间里最久没有使用过的页面予以淘汰。

LRU置换算法的硬件支持

1）寄存器

2）特殊栈

4.8.3Clock置换算法

2.改进型Clock置换算法

由访问位A和修改位M可以组合成下面四种类型的页面：

1类（A=0,M=0）:

表示该页最近既未被访问，又未被修改，

是最佳淘汰页。

2类（A=0,M=1）：

表示该页最近未被访问，但已被修改，

并不是很好的淘汰页。

3类（A=1,M=0）：

最近已被访问，但未被修改，

该页有可能再被访问。

4类（A=1,M=1）:

最近已被访问且被修改，

该页可能再被访问。

其执行过程可分成以下三步

（1）从指针所指示的当前位置开始，扫描循环队列，寻找A=0且M=0的第一类页面，将所遇到的第一个页面作为所选中的淘汰页。

在第一次扫描期间不改变访问位A。

（2）如果第一步失败，即查找一周后未遇到第一类页面，则开始第二轮扫描，寻找A=0且M=1的第二类页面，将所遇到的第一个这类页面作为淘汰页。

在第二轮扫描期间，将所有扫描过的页面的访问位都置0。

（3）如果第二步也失败，亦即未找到第二类页面，则将指针返回到开始的位置，并将所有的访问位复0。

然后重复第一步，如果仍失败，必要时再重复第二步，此时就一定能找到被淘汰的页。

4.8.4其它置换算法

1.最少使用（LFU：

LeastFrequentlyUsed）置换算法

选择在最近时期使用最少的页面作为淘汰页。

2.页面缓冲算法（PBA：

PageBufferingAlgorithm）

两个链表：

空闲链表、已修改页面的链表

4.9请求分段存储管理方式

4.9.1请求分段中的硬件支持

1.段表机制2.缺段中断机构3.地址变换机构

4.9.2分段的共享与保护

1.共享段表

2.共享段的分配与回收：

对第一个请求使用该共享段的进程，由系统为该共享段分配一物理区始址填入段表把count置为1

1）共享段的分配

2）共享段的回收：

count∶=count-1

3.分段保护

1）越界检查

2）存取控制检查

•只读

•只执行

•读/写

•3）环保护机构

•一个程序可以访问驻留在相同环或较低特权环中的数据。

•一个程序可以调用驻留在相同环或较高特权环中的服务。

•

5.6.2　磁盘调度

　　1．先来先服务（FCFS）

2．最短寻道时间优先（SSTF）:

每次的寻道时间最短

4．循环扫描（CSCAN）算法:

CSCAN算法规定磁头单向移动

第六章主要内容

6.1文件和文件系统

6.2文件的逻辑结构

6.3外存分配方式

6.4目录管理

6.5文件存储空间的管理

以上各节讲过的内容，重点是文件的逻辑结构、物理结构、目录管理、存储空间管理的方法

6.1文件与文件系统

文件说明1）文件类型。

2）文件长度。

3）文件的位置。

4）文件的存取控制。

5）文件的建立时间

文件的分类

按文件用途：

1.系统文件2.用户文件3.库文件

按数据形式：

1.源文件2.目标文件3.可执行文件

按操作保护：

1.只读文件2.读写文件3.执行文件

按文件性质：

1.普通文件2.目录文件3.特殊文件

4、文件的操作（文件接口）

（1）创建文件。

（2）删除文件。

（3）打开文件（4）读文件（5）写文件（6）关闭文件

文件的逻辑结构：

用户关心：

文件内容或记录

1．有结构的文件（记录型文件）

定长记录型变长记录型

2．无结构文件（流式文件）

文件的物理结构：

系统关心：

文件存储、提取

1．连续文件2.链接文件3．索引文件

记录星文件的组织方式：

1.顺序文件2索引文件3.索引顺序文件

1、顺序文件

1）分：

串结构、顺序结构2）读/写操作3）优适合批量存取缺点不适合交互应用，记录的删改

2、索引文件优：

速度缺：

存储空间

3、索引顺序文件

1）读/写操作

2）优点：

折中

比较检索效率记录个数N顺序文件N/2索引顺序文件根号2

6.3.3FAT和NTFS技术

计算以盘块为分配单位时，所允许的最大磁盘容量。

¢一个FAT表所能描述的最大容量=最多允许表项数*盘块大小

¢最大磁盘容量=一个FAT表所能描述的最大容量*卷的个数

=最多允许表项数*盘块大小*卷的个数

故：

FAT12最大磁盘容量=212*29*4=8*220（8M）

引入一个新的分配单位——簇问题:

造成簇内零头

6.4文件目录

文件目录项（FCB）：

一般情形下包括三类信息：

1）基本信息2）存取控制信息3）使用信息类

目录结构

单级目录结构

缺点:

（1）查找速度慢。

（2）不允许重名。

（3）不便于实现文件共享。

二级目录结构优点：

（1）提高了检索目录的速度。

（2）在不同的用户目录中，可以使用相同的文件名。

（3）不同用户还可使用不同的文件名来访问系统中的

同一个共享文件

多级目录结构

1）树型目录结构2）路径名

3）当前目录（CurrentDirectory）1.相对路径名（relativepathname）2.绝对路径名（absolutepathname）从根开始

6.4.3　目录查询技术

1．线性检索法

线性检索法又称为顺序检索法。

2．Hash方法

对于使用了通配符的文件名，系统便无法利用Hash方法检索目录。

在进行文件名的转换时，有可能把n个不同的文件名转换为相同的Hash值，即出现了所谓的“冲突”。

6.5.1空闲表法和空闲链表法

1．空闲表法

空闲表法属于连续分配方式

2、空闲块（区）链

空闲链表法是将所有空闲盘区拉成一条空闲链

6.5.2．位示图

对应物理块：

b=n*i+j

（1，7）→16*1+7=23

6.5.3．成组链接法