自考操作系统概论知识总结Word文档格式.docx
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20.内存管理的主要任务是为多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用内存，提高内存的利用率，以及从逻辑上扩充内存以实现虚拟存储
21.内存管理应具有内存分配、内存保护、地址映射和内存扩充功能
22.操作系统可以采用两个方式实现内存分配，即静态分配方式和动态分配方式
23.内存保护的任务：
a）使操作系统内核的空间不会被用户随意访问，以保证系统的安全和稳定
b）。
c）确保每道用户程序都在自己的内存空间中运行，互不干扰
20.CPU执行程序过程中访问内存时，需要把程序的逻辑地址转变为物理地址，这个转换过程称为地址映射
21.内存扩充的任务是借助于虚拟存储技术，从逻辑上扩充内容容量，使系统能够向用户提供比物理内存大的存储容量。
为了能从逻辑上扩充内存，系统必须具有内存扩充机制，以实现请求调入功能和置换功能
22.
23.进程的管理功能主要包括进程的描述与组织、进程控制、进程同步、进程通信及进程调度
24.设备管理主要功能：
a）缓冲管理
b）设备分配
c）>
d）设备处理
e）设备独立性和虚拟设备
24.目录项包括文件名、文件属性、文件的地址等信息。
25.操作系统向用户提供了用户与操作系统之家的接口。
主要包括：
命令接口、图形接口和程序接口
26.
27.命令接口分为联机用户接口和脱机用户接口。
联机用户接口是为联机用户设计的。
脱机用户接口是为批处理作业的用户提供的，也称处理厂用户接口
28.操作系统提供给程序员的接口是系统调用
29.软件系统结构是一个复杂软件体系的高层结构，为软件系统提供了一个结构、行为和属性的高级抽象
30.}
31.明确清晰的软件系统结构是一条贯穿软件系统整个生命周期的主线，是软件设计成功的基础和关键，也是对软件大型化、复杂化趋势的一种很好的应对决策
32.单体内核是操作系统中最早、最常见的体系结构
33.微内核技术是操作系统发展的一个里程碑，它的核心思想是核心功能外移
34.程序是指令的集合，程序的执行就是按照某种控制流执行指令的过程
35.一个单一指令需要的处理称为指令周期，一个指令周期可以划分成两个步骤，分别是取指周期和执行周期
36.
37.在每个执行周期开始时，处理器从存储器中取一条指令
38.程序的执行就是反复取指令和执行指令
39.、
40.取指令和执行指令都是由硬件完成的。
第2章进程管理
1.操作系统中最核心的概念是进程
2.程序的顺序执行的特点：
顺序性，封闭性，可再现性
3.程序的并发执行的特点：
间断性、失去封闭性、不可再现性
4.引入进程的原因：
当操作系统支持程序并发执行时，并发执行的程序可能是同一程序在不同数据集合上的执行，也可能是不同的程序在不同数据集合上的执行，它们共享系统资源，用程序已不能描述程序的并发执行，所以引入了进程的概念
6.进程的定义：
a）
【
b）进程是允许并发执行的程序在某个数据集合上的运行过程
c）进程是由正文段、用户数据段和进程控制块共同组成的执行环境。
6.正文段存放被执行的机器指令，用户数据段存放进程在执行时直接进行操作的用户数据，进程控制块存放程序的运行环境，操作系统通过这些数据描述和管理进程
7.进程的特征：
a）并发性。
b）动态性
c）独立性
d）
e）
f）异步性
g）结构特征
8.进程与程序的区别：
a）程序是静态的，进程是动态的。
b）程序是永久的，进程是暂时存在的
c）程序与进程的存在实体不同。
9.进程与程序的联系
a）进程是程序的一次执行，进程总是对应至少一个特定的程序，执行程序的代码
b）$
c）
d）一个程序可以对应多个进程。
同一个程序可以在不同数据集合上运行，因而构成若干个不同的进程，几个进程能并发地执行相同的程序代码，而同一个进程能顺序地执行几个程序
10.进程由程序、用户数据和操作系统管理进程所需要的进程控制块构成。
进程实体存在的标志是操作系统管理进程所使用的数据结构——进程控制块
11.进程控制块中包含的信息：
进程标识符信息（用于唯一标识一个进程）、处理机状态信息（通用寄存器、指令计数器、程序状态字PSW、用户栈指针）、进程调度信息（进程状态信息、进程优先级和进程调度所需的其他信息）、进程控制信息（包括程序、数据的地址、进程同步、通信机制、资源清单、链接指针）
12.进程的三种基本状态：
就绪态、阻塞态和执行态
13.进程的组织：
链接方式、索引方式和进程队列
14.需要创建新进程的情况：
用户登录、作业调度、提供服务、应用请求
15.调用创建新进程的系统调用来创建进程的步骤：
1.申请空白PCB，2.为新进程分配资源，3.初始化进程控制块，4.将新进程插入就绪队列
16.;
17.进程的阻塞和唤醒操作：
b）请求系统服务
c）启动某种操作
d）新数据尚未到达
e）无新工作可做
17.完成进程阻塞的简化过程如下：
a）将进程的状态改为阻塞态
b）^
c）将进程插入相应的阻塞队列
d）转进程调度程序，从就绪队列中选择进程为其分配CPU
18.
19.进程唤醒的过程：
a）将进程从阻塞队列中移出
b）将进程状态由阻塞态改为就绪态
c）将进程插入就绪队列
19.进程终止：
a））
b）当进程正常秩序完毕，调用终止进程的系统调用，请求操作系统删除该进程
c）一个进程调用适当的系统调用，终止另外一个进程。
20.父进程终止其子进程的原因：
b）子进程使用了超过它所分配到的一些资源
c）分配给子进程的任务已经不再需要
d）父进程退出。
21.完成进程终止的过程：
a）"
b）从进程PCB中读进程状态
c）若进程正在执行，则终止进程的执行
d）若进程由子孙进程，在大多数情况下需要终止子孙进程
e）释放资源
f）
g）将终止进程的PCB移出
22.操作系统内核是计算机硬件的第一次扩充，内核执行操作系统与硬件关系密切，执行频率高的模块，常驻内存
23.操作系统内核的功能：
支撑功能（中断处理、时钟管理和原语操作）和资源管理功能（包括进程管理、存储管理和设备管理）
24.:
25.中断是改变处理器执行指令顺序的一种事件，这样的事件与CPU芯片内外部硬件电路产生的电信号相对应
26.计算机在执行程序的过程中，当出现中断时，计算机停止现行程序的运行，转向对这些中断事件的处理，处理结束后再返回到现行程序的间断处
27.引入中断的原因：
使CPU可以与其他设备并行工作，能有效提高CPU的利用率，改善系统性能，支持系统的异步性。
28.中断的类型：
a）同步中断（内部中断或异常），是指指令执行时由CPU控制单元产生的，之所以称为同步，是因为只有在一条指令终止执行后CPU才会发出中断，如除法出错、调试、溢出和浮点出错等
b）
c）异步中断（外部中断），是由其他硬件设备随机产生的，又分为外部可屏蔽中断和外部不可屏蔽中断。
外部不可屏蔽中断是由紧急事件引起的中断，如硬件故障
28.引起中断的原因：
人为设置中断、程序性故障、硬件故障、I/O设备和外部事件
29.）
30.单重中断的处理过程：
a）系统管理中断，保护断点，把当前要执行的下一条指令的地址保存到内存中，以便中断返回时，能把这个地址恢复到程序计数器PC中，使被中断的程序从断点处开始继续执行
b）转中断处理程序。
在中断处理程序中完成保护现场的工作，就是把相关的硬件上下文信息保存到内存中，硬件上下文就是中断返回恢复被中断程序的执行时，需要写回CPU寄存器的值
c）保护完现场后，要根据中断向量到中断向量表中找到与中断处理子例程入口地址相关信息，由这些信息得到中断处理子例程的入口地址，以执行中断处理子例程，完成本次中断处理的特定处理工作
d）最后，恢复现场，开中断，CPU返回断点处继续执行被中断的程序
30.时钟的重要性：
时钟是计算机系统的脉搏，计算机的很多活动都是由定时测量来驱动的；
操作系统的内核可以利用时钟机制防止一个进程垄断CPU或其他资源；
计算机中当前时间显示功能、即时通信程序等与时间相关的软件都需要时钟机制的支持
31.
32.大部分PC中有两个时钟源，分别称为实时时钟（RTC）和OS时钟。
RTC时钟也称CMOS时钟，是一块时钟芯片，靠电池供电，为计算机提供计时标准，是最原始、最底层的数据。
OS时钟产生于PC主板上的定时/计数芯片，在开机时有效，由操作系统控制
33.，
34.操作系统内核需要完成两种主要的定时测量，一是保存当前的日期和时间，以便能通过系统调用把它们返回给用户程序，让用户程序获得当前的日期和时间，也可以由内核本身把当前时间作为文件和网络包的时间戳。
二是维持定时器，这种机制能够告诉内核或用户程序某一时间间隔已经过去
35.操作系统依靠时钟硬件和时钟驱动程序完成上述两种定时测量功能
36.时钟驱动程序也成为时钟中断处理程序，每产生一次时钟中断信号，操作系统内核要执行时钟驱动程序，时钟驱动程序完成如下功能：
a）维护日期和时间；
b）递减当前进程在一个时间片内的剩余执行时间，并检查是否为零，防止进程运行超时；
c）对CPU的使用情况记账；
d）递减报警计数器
37.
38.…
39.系统调用是一群预先定义好的模块，它们提供一条管道让应用程序或一般用户能由此得到核心程序的服务。
40.用户空间是指用户进程所处的地址空间，一个用户进程不能访问其他进程的用户空间，只有系统程序才能访问其他用户空间。
当CPU执行用户空间的代码时，称该进程在用户态执行
41.系统空间是指含有一切系统核心代码的地址空间，当CPU执行系统核心代码时，称进程处于系统态执行
42.系统调用与一般函数的区别：
a）系统调用运行在系统态（核心态），而一般函数运行在用户态
b）系统调用与一般函数调用的执行过程不同。
系统调用执行时，当前进程被中断，由系统找到相应的系统调用子程序，并在系统态下执行，执行结果返回进程
c）系统调用要进行“中断处理”，比一般函数调用多了一些系统开销
39.系统调用的类型：
a）~
c）进程控制类系统调用。
创建、撤销进程；
获得、改变进程属性
d）文件操纵类系统调用。
创建、删除、打开、关闭和读/写文件
e）设备管理类系统调用。
请求、释放设备
f）通信类系统调用。
打开、关闭连接，交换信息
g）信息维护类系统调用。
返回系统当前日期、时间、版本号、用户数、空闲内存和磁盘空间大小等信息
40.进程同步的任务：
a）对具有资源共享关系的进程，保证诸进程以互斥的方式访问临界资源
b）|
c）对具有相互合作关系的进程，保证相互合作的诸进程协调执行。
41.
42.同步机制应遵循的准则：
a）空闲让进
b）忙则等待
c）有限等待
d）让权等待
42.管程是描述共享资源的数据结构和在数据结构上的共享资源管理程序的集合。
其中包括变量的定义、变量的初始化代码，以及管理共享资源的过程
43.…
44.管程的特征：
a）管程是可供程序员调用的软件包。
进程可以在任何需要调用的时候调用管程中的过程，但是他们不能再管程外的过程中直接访问管程内的数据结构
c）每次只有一个进程调用管程执行，任意时刻管程中只能有一个活跃进程
d）管程是一种编程语言的构件，所以编译器知道他们很特殊，并可以调用与其他过程不同的方法来处理他们。
44.进程之间的高级通信机制类型：
a）共享存储器系统。
又分为基于共享数据结构的通信方式和基于共享存储区的通信方式
b）消息传递系统。
又分为直接通信方式和间接通信方式
c）*
d）管道通信。
管道是连续读写进程的一个特殊文件，也称为管道文件
e）消息缓冲队列。
广泛用于本地进程直接的通信，该机制包括数据结构、发送原语和接收原语。
45.进程是进行资源分配和独立执行的基本单位，线程是被系统独立调度和分派的基本单位
46.
47.引入线程的原因：
由于进程既是独立执行的基本单位，又是资源拥有者，在进程创建、撤销和切换时需要较大的时空开销，所以，系统中所设置的进程数和进程切换的频率都收到了限制，影响了操作系统被冰封程度的提高。
引入线程作为独立调度和分派的单位，不独立永不资源，而与其他线程共享同一进程资源，减小了系统的时空开销
48.线程的实质是把进程的任务划分成更小、具有独立功能的单位，以线程的形式来并发执行，以提高程序并发执行的程度。
49.线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位。
线程只拥有在运行中必须的资源，包括程序计数器、一组寄存器和栈，但是它可以与同属一个进程的其他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。
同一进程中的多个线程可以并发执行
50.线程的实现可以分为两类，即用户级线程和内核级线程。
内核级线程依赖于内核，用户级线程不依赖于内核，用户级线程的创建、撤销和切换都与内核无关
51.—
52.线程与进程的关系：
a）资源和调度。
线程是程序执行的基本单位，进程是拥有资源的基本单位
b）地址空间资源。
不同进程的地址空间是相互独立的，而同一进程中的各线程共享同一地址空间
c）通信关系。
进程之间的通信必须使用操作系统提供的进程间通信机制，而同一进程中的各线程间可以通过之间读或写全局变量来进行通信，甚至无需操作系统的参与
e）并发性。
多进程之间可以并发执行，多线程之间也可以并发执行，而且同一进程中的多个线程之间也可以并发执行
f）系统开销。
由于创建进程或撤销进程时，系统都要为之分配或回收资源，操作系统所付出的开销远大于创建或撤销线程时的开销
51.用户线程的创建时通过调用线程库中的实用程序完成的。
内核线程的创建是由内核完成的
52.~
53.线程的终止的原因：
正常结束、异常结束、外界干预
54.线程同步机制有原语操作和信号量机制
55.不同进程的线程间通信，必须使用操作系统提供的线程间通信机制
第3章进程调度与死锁
1.
2.进程调度功能由操作系统内核的进程调度程序完成的。
进程调度的功能是按照某种策略和算法从就绪态进程中为当前空闲的CPU选择在其上运行的新进程
3.进程调度的时机：
当一个进程运行结束（包括正常结束和异常结束）、进程阻塞、中断返回、在支持抢占式调度的系统中有比当前运行进程优先级更高的进程到来、当前运行进程的时间片用完时，系统都会通过执行进程调度程序重新进行进程调度
4.%
5.选择调度方式和算法的若干准则：
a）周转时间短
b）响应时间快
c）截止时间的保证
d）系统吞吐量高
e）处理机利用率好
4.
5.调度算法：
a），
b）先来先服务调度算法（FCFS），适合长进程，不利于短进程
c）短进程优先调度算法（SPF），对长进程不理，不能保证紧迫进程的及时处理，进程的长短根据用户的估计而定，故不一定能真正做到短进程优先。
d）优先权调度算法，又分为非抢占式优先权调度算法和抢占式优先权调度算法
e）时间片轮转调度算法，是现代分时系统中广泛使用的进程调度算法。
时间片是一个较小的时间单元，通常是10~100ms，用户进程分配的时间片大小一般为50ms
f）多级队列调度
g）多级反馈队列调度
5.优先权调度算法的一个主要问题是无穷阻塞，或称饥饿问题
6.
7..
8.低优先权进程无穷等待问题的解决方案之一是老化技术
9.时间片大小确定时考虑的因素：
a）系统对响应时间的要求
b）就绪队列中进程的数目
c）系统的处理能力
8.实现实时调度的基本条件：
提供必要的调度信息、系统处理能力强、采用抢占式调度机制、具有快速切换机制
9.为了实现实时调用，必要的调度信息包括就绪时间、开始截止时间和完成截止时间、处理时间、资源要求和优先级
10.在实时系统中广泛采用抢占式调度，可以满足实时进程对截止时间的要求。
11.|
12.
13.抢占式调度算法根据抢占CPU的时机不同，可以分为基于时钟中断的抢占和立即抢占。
14.立即抢占调度策略中，一旦接收到触发实时进程运行的信号，这通常是一个外部中断信号，系统立即剥夺当前进程的CPU，把他分配给请求中断的新的实时进程。
15.快速切换机制具有两个方面的能力
a）对外部中断的快速响应能力。
b）快速的进程切换能力。
14.常用的几种实时调度算法：
最早截止时间优先算法（EDF）和最低松弛度优先算法（LLF）
15.松弛度用来表示一个实时进程的紧迫程度
16.】
17.进程切换的步骤：
b）保存包括程序计数器和其它寄存器在内的CPU上下文环境
c）更新被替换进程的进程控制块
d）修改进程状态，把执行态改为就绪态或阻塞态
e）将被替换进程的进程控制块移到就绪队列或阻塞队列
f）执行通过进程调度程序选择的新进程，并更新该进程的进程控制块
g）更新内存管理的数据结构
h）￥
i）恢复被调度程序选中的进程的硬件上下文
17.对处理器系统有多种不同的分类方式，根据处理器的耦合程度，可以把多处理器系统分为紧密耦合多处理器系统和松弛耦合多处理器系统；
根据处理器结构是否相同，可以把多处理器系统分为对称多处理器系统和非对称多处理器系统
19.对于非对称多处理器系统，大多数采用主——从式操作系统，即操作系统的核心部分驻留在一台主机上，而从机上只运行用户程序，只有主机执行调度程序，所有从机的进程都是由主机分配的
20.多处理器的调度方法：
自调度、成组调度和专用处理器分配
21.自调度算法是当前多处理器系统中最常用的调度方式之一，也是最简单的一种调度方式。
就是设置一个公共的就绪队列，任何一个空闲的处理器都可以自行从该就绪队列中选取一个进程或一个线程运行
22.自调度的优点：
宜移植和有利于提高CPU的利用率
23.自调度方式的缺点是：
瓶颈问题、低效率和线程切换频繁
24.[
25.成组调度是由系统将一组相互合作的进程或线程同时分配到一组处理器上运行，进程或线程与处理器一一对应。
其优点是减少线程切换，改善系统性能和减少调度开销
26.专用处理器的优点是加速了应用程序的运行速度和避免了进程切换
27.产生死锁的原因是：
竞争共享资源且分配资源的顺序不当
28.
29.死锁产生的必要条件是必须同时满足4个条件，分别是：
互斥条件、请求和保持条件、不剥夺条件、环路等待条件
30.处理死锁的基本方法有预防死锁、避免死锁、检测并解除死锁和忽略死锁问题。
操作系统可以采用死锁预防或死锁避免方案
31.死锁的预防：
摒弃请求和保持条件、摒弃不剥夺条件、摒弃环路等待条件
32.摒弃请求和保持条件是系统要求所有进程执行前要一次性地申请在整个运行过程中所需要的全部资源，只要有一个资源申请不成功，其他所有资源也不分配给该进程，并阻塞该进程
33.~
34.摒弃不剥夺条件是一个已保持了某些资源的进程，当它再提出新的资源要求而不能立即得到满足时，必须释放它已经保持的所有资源
35.摒弃环路登录的方法是指进程必须按规定的顺序申请资源，对所有不同类型的资源排序，要求每个进程按规定的顺序申请资源
36.死锁的避免的方法是把系统的资源的分配状态分为安全状态和不安全状态，只要资源分配使系统资源分配状态处于安全状态，死锁就不会发生。
在避免死锁的方法中，允许进程动态地申请资源。
系统在资源分配之前，先计算资源分配的安全性，若本次资源分配不会导致系统进入不安全状态，便将资源分配给进程，否则拒绝进程的资源请求，进程阻塞起来
37.不安全状态不一定是死锁状态，但当系统进入不安全状态之后，便可能进入死锁状态。
38.
39.避免进程死锁的实质在于使系统处于安全状态。
40.银行家算法的基本思想是一个进程提出资源请求后，系统先进行资源的试分配，然后检查本次的试分配是否使系统处于安全状态，若安全则按试分配方案分配资源，否则不分配资源。
41.调用检测算法的时机：
死锁可能发生的频率和当死锁发生时受影响的进程数量
42.*
43.死锁定理：
S为死锁状态的充分条件是当且仅当S状态的资源分配图是不可完全简化的。
44.死锁定理用于检测系统所处的资源分配状态S是否为死锁状态
45.解除死锁的途径：
终止处于死锁状态的进程和抢占死锁进程占有的资源
第4章内存管理
2.存储器系统是一个具有不同容量、成本和访问时间的存储设备的层次结构
3.程序的执行遵循局部性原理，局部性原理表现在时间和空间的局部性
5.时间局部性，如果程序中的某一条指令一旦执行，则不久后该指令可能再次执行
6.空间局部性，一旦程序访问了某个单元，在不久后，其附近的存储单元也将被访问
7.CPU寄存器保存最常用的数据
8.程序执行的局部性原理的几个论点：
a）程序在执行时，除了少部分的转移和过程调用指令以外，在大多数情况下是顺序执行的
b）过程调用将会使程序的执行轨迹由一部分内存区域转到另一部分内存区域
d）程序中存在很多循环结构，他们虽然由少数指令构成，但多次执行
e）、
f）程序中往往包括许多对数据结构的处理
7.高级语言程序必须经过编译、链接才能成为可执行程序，操作系统需要为程序的执行分配内存空间。
8.链接程序不属于操作系统的构成部分，但是它为操作系统提供可装入的程序模块
9.链接程序要解决的问题是将编译后的目标模块装配称一个可执行的程序
10.根据链接进行的时间和实现方式的不同，可以把链接分为静态链接和动态链接
11.静态链接是在程序运行前，用链接程序将目标模块链接称一个完整的装入模块。
静态链接程序的任务是对逻辑地址进行修改和变换外部调用符号
12.静态链接的缺点是程序开发不够灵活、方便，修改
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