操作系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)整理

1、第一章 操作系統(tǒng)引論 操作系統(tǒng)功能： 1. 資源管理：協(xié)調(diào)、管理計(jì)算機(jī)的軟、硬件資源，提高其利用率。 2. 用戶角度：為用戶提供使用計(jì)算機(jī)的環(huán)境和服務(wù)。 操作系統(tǒng)特征：1.并發(fā)性：指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。 2.共享性：資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程(線程)共同使用 3.虛擬性：是指通過(guò)某種技術(shù)把一個(gè)物理實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物 在操作系統(tǒng)中，虛擬的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)分時(shí)使用的方法。 4.異步性：進(jìn)程是以人們不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)，此即進(jìn)程的異步性 客戶/服務(wù)器模式的優(yōu)點(diǎn)： 1.提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)充性 2.提高了OS的可靠性 3.可運(yùn)行于分布式系統(tǒng)中 微內(nèi)核的基本功能： 進(jìn)

2、程管理、進(jìn)程間通信、存儲(chǔ)器管理、 低級(jí)I/O功能。 第二章 進(jìn)程 程序和進(jìn)程區(qū)別： 程序是靜止的，進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的，進(jìn)程包括程序和程序處理的對(duì)象 程序順序執(zhí)行：順序性，封閉性，可再現(xiàn)性 程序并發(fā)執(zhí)行：間斷性，無(wú)封閉性，可再現(xiàn)性 進(jìn)程： 1.進(jìn)程是可并發(fā)執(zhí)行的程序的一次執(zhí)行過(guò)程； 2.是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立的基本單位和實(shí)體； 3.是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念。 進(jìn)程的特征： 1.動(dòng)態(tài)性： 進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行過(guò)程具有生命期； 它可以由系統(tǒng)創(chuàng)建并獨(dú)立地執(zhí)行，直至完成而被撤消 2.并發(fā)性； 3.獨(dú)立性； 4.異步性； 進(jìn)程的基本狀態(tài)： 1.執(zhí)行狀態(tài)； 2.就緒狀態(tài)； 3.阻塞狀態(tài)； 進(jìn)程控制塊PCB：

3、記錄和描述進(jìn)程的動(dòng)態(tài)特性，描述進(jìn)程的執(zhí)行情況和狀態(tài)變化。 是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)識(shí)。 進(jìn)程運(yùn)行狀態(tài)： 1.系統(tǒng)態(tài) （核心態(tài)，管態(tài)） 具有較高的訪問(wèn)權(quán)，可訪問(wèn)核心模塊。 2.用戶態(tài) （目態(tài) ） 限制訪問(wèn)權(quán) 進(jìn)程間的約束關(guān)系： 1.互斥關(guān)系 進(jìn)程之間由于競(jìng)爭(zhēng)使用共享資源而產(chǎn)生的相互約束的關(guān)系。 這種因共享資源而產(chǎn)生的制約關(guān)系稱為進(jìn)程的互斥。 間接相互制約關(guān)系 2.同步關(guān)系 并發(fā)執(zhí)行進(jìn)程之間通過(guò)在執(zhí)行時(shí)序上的某種限制而達(dá)到相互合作的這種約束 關(guān)系稱為進(jìn)程的同步 直接相互制約關(guān)系 臨界資源：凡是以互斥方式使用的共享資源都稱為臨界資源。臨界資源具有一次只允許一個(gè)進(jìn)程使用的屬性。 臨界區(qū)：每個(gè)進(jìn)程互斥訪問(wèn)臨界

4、資源的那段代碼稱為臨界區(qū)。 進(jìn)程通信： 直接通信：發(fā)送進(jìn)程通過(guò)收、發(fā)原語(yǔ)直接將消息發(fā)送到接受進(jìn)程的消息緩沖區(qū)。 間接通信:發(fā)送進(jìn)程將消息發(fā)送到電子郵箱，接受進(jìn)程再?gòu)闹腥〕鱿ⅰ?P操作（wait 原語(yǔ)）P- S.value ：= S.Value - 1； 若 S.Value 0 進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行。 若 S.Value S.value ：= S.Value + 1； 若 S.Value 0 進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行。 若 S.Value 0 進(jìn)程就緒 第三章 調(diào)度與死鎖 進(jìn)程調(diào)度的方式： 1.非搶占式（非剝奪式）： 進(jìn)程 一旦被調(diào)度 ，就一直占有CPU，直到完成或因發(fā)生某事件而被阻塞（I/O請(qǐng)求）。 2.搶占式

5、（剝奪式） 進(jìn)程未執(zhí)行完，可由調(diào)度程序剝奪其CPU，另分配給別的進(jìn)程。 搶占的原因有：優(yōu)先級(jí)、時(shí)間片、短進(jìn)程等 進(jìn)程調(diào)度的功能：1.記錄系統(tǒng)中所有進(jìn)程的執(zhí)行情況 2.確定分配處理機(jī)的原則（調(diào)度算法） 3.分配處理機(jī)給進(jìn)程 4.回收處理機(jī)、進(jìn)行進(jìn)程上下文切換 調(diào)度算法：1.先來(lái)先服務(wù)（FCFS）算法 2.最短CPU運(yùn)行期優(yōu)先（SCBF）算法 3.最高優(yōu)先權(quán)（HPF）算法 4.時(shí)間片輪轉(zhuǎn)（RR）算法 5.多級(jí)反饋隊(duì)列算法 產(chǎn)生死鎖原因： 1.競(jìng)爭(zhēng)資源 2.進(jìn)程推進(jìn)順序不當(dāng) 產(chǎn)生死鎖的必要條件： 1.互斥條件： 進(jìn)程互斥使用臨界資源 2.不剝奪條件： 資源只能由占有它的進(jìn)程釋放，不能被其它進(jìn)程剝奪

6、3.請(qǐng)求保持條件： 進(jìn)程在申請(qǐng)新資源的同時(shí)，保持對(duì)某些資源的占有。 4.環(huán)路等待條件：存在循環(huán)等待鏈，在鏈中每個(gè)進(jìn)程在等待它的前一進(jìn)程所持有的資源。 解決死鎖的方法： 1.預(yù)防死鎖:限制并發(fā)進(jìn)程對(duì)于資源的需求，破壞產(chǎn)生死鎖的必要條件。嚴(yán)格限制死鎖的發(fā)生。 2.避免死鎖:在資源的動(dòng)態(tài)分配過(guò)程中，采用某種算法防止系統(tǒng)進(jìn)入不安全狀態(tài)，避免死鎖發(fā)生。 3.檢測(cè)與解除死鎖對(duì)資源的分配不加限制，系統(tǒng)定時(shí)運(yùn)行“死鎖檢測(cè)”程序，如檢測(cè)到死鎖，設(shè)法加以解除。 死鎖解除的方法： (1) 撤消陷于死鎖的全部進(jìn)程。 (2) 逐個(gè)撤消陷于死鎖的進(jìn)程，直到死鎖不存在。 (3) 從陷于死鎖的進(jìn)程中逐個(gè)強(qiáng)迫放棄所占用的資源，

7、直至死鎖消失。 第四章 存儲(chǔ)器管理 靜態(tài)重定位：將邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址的過(guò)程，也稱為地址變換或地址映射。 動(dòng)態(tài)重定位：在作業(yè)運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換，將程序的地址（邏輯地址）轉(zhuǎn)換為內(nèi)存的物理地址。進(jìn)程在內(nèi)存中的地址是可變的，并可動(dòng)態(tài)申請(qǐng)內(nèi)存空間。 存儲(chǔ)管理的基本功能：分配和去配，抽象和影射，隔離和共享，存儲(chǔ)擴(kuò)充。 程序的裝入：1、絕對(duì)裝入方式 直接用物理地址編制程序。 2、可重定位裝入方式（靜態(tài)重定位） 重定位將邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址的過(guò)程，也稱為地址變換或地址映射。 3、動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)裝入方式（動(dòng)態(tài)重定位） 在作業(yè)運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換，將程序的地址（邏輯地址）轉(zhuǎn)換為內(nèi)存的物理地址。進(jìn)程在內(nèi)存中

8、的地址是可變的，并可動(dòng)態(tài)申請(qǐng)內(nèi)存空間。 連續(xù)分配存儲(chǔ)管理方式： 1、 固定分區(qū)分配 分區(qū)長(zhǎng)度和個(gè)數(shù)將不再變化。建立內(nèi)存分配表記錄分區(qū)分配的情況。 2、 動(dòng)態(tài)分區(qū)分配 根據(jù)用戶實(shí)際需要，動(dòng)態(tài)的分配連續(xù)空間。建立已分配分區(qū)表及未分配分區(qū)表。 回收分區(qū)采用拼接技術(shù),緊湊技術(shù) 分區(qū)分配算法： 1.首次適應(yīng)算法FF 未分配分區(qū)按地址從小到大排列。分配時(shí)順序查找，選擇第一個(gè)滿足要求的分區(qū)進(jìn)行分配。 2.最差適應(yīng)算法 按空閑區(qū)大小升序排列，分配時(shí)順序查找，選擇第一個(gè)滿足要求的最小分區(qū)進(jìn)行分配。 3.最佳適應(yīng)算法BF 按空閑區(qū)大小升序排列，分配時(shí)順序查找，選擇第一個(gè)滿足要求的最小分區(qū)進(jìn)行分配。 離散分配存儲(chǔ)管

9、理方式： 1、頁(yè)式存儲(chǔ)管理 2、段式存儲(chǔ)管理 3、段頁(yè)式存儲(chǔ)管理 實(shí)存管理方案的主要問(wèn)題： 1、要求作業(yè)一次裝入，造成內(nèi)存資源的浪費(fèi)。 2、用戶編程的地址空間（邏輯空間）不能超過(guò)實(shí)際的內(nèi)存空間，無(wú)法運(yùn)行很大的應(yīng)用程序。 請(qǐng)求分頁(yè)式存儲(chǔ)管理： 在進(jìn)程開(kāi)始運(yùn)行之前，不是裝入全部頁(yè)面，而是裝入一個(gè)或零個(gè)頁(yè)面，再根據(jù)進(jìn)程需要，裝入其他頁(yè)面：當(dāng)內(nèi)存空間已滿，而又需要裝入其他頁(yè)面時(shí)，就需根據(jù)某種算法淘汰某個(gè)頁(yè)面，重新裝入新的頁(yè)面 虛擬存儲(chǔ)管理的基本思想： 、用大容量的外存來(lái)對(duì)內(nèi)存空間進(jìn)行邏輯擴(kuò)充擴(kuò)充，為用戶提供一個(gè)比實(shí)際內(nèi)存空間大得多的虛擬內(nèi)存空間。 、基于程序的局部性原理，采用 “部分裝入”、“部分交換

10、” 的策略。 分頁(yè)管理內(nèi)存分配： 將地址空間連續(xù)劃分為大小相等的頁(yè)面，將內(nèi)存空間也劃分為與頁(yè)面大小相等的物理塊（頁(yè)框）， 作業(yè)的頁(yè)面部分裝入，不連續(xù)存放。僅存在很少的頁(yè)內(nèi)零頭。 頁(yè)面置換算法： 1.FIFO算法： 是一種最簡(jiǎn)單的淘汰算法，首先淘汰在內(nèi)存中駐留時(shí)間最長(zhǎng)的頁(yè)面。 2.LRU（Least Recently Used）算法： 即最近最久不使用頁(yè)面的淘汰算法 第五章 設(shè)備管理 I/O系統(tǒng)應(yīng)該由以下部分組成： 1.I/O設(shè)備 2.設(shè)備控制器 3.總線或通道 I/O控制方式：1.程序直接控制 2.中斷控制方式 3.DMA控制方式 4.通道控制方式 為什么引入緩沖技術(shù)： 1.緩解CPU與外設(shè)速

11、度不匹配的問(wèn)題。 2.減少CPU中斷響應(yīng)次數(shù)，放寬響應(yīng)時(shí)間。 3.提高CPU與I/O設(shè)備，I/O設(shè)備之間的并行操作能力。 緩沖技術(shù)的基本思想： 在內(nèi)存中開(kāi)辟一個(gè)或多個(gè)專用區(qū)域（緩沖區(qū)），作為CPU 與I/O設(shè)備間信息的集散地。 緩沖區(qū)的組織：1.單緩沖區(qū)（single buffer）2.雙緩沖區(qū)（double buffer） 3.循環(huán)緩沖（circular buffer） 當(dāng)輸入與輸出的速度基本相配時(shí)，采用雙緩沖能獲得較好的效果。 但若兩者的速度相差較大，雙緩沖效果則不夠理想。 4.緩沖池（buffer pool） 緩沖池的組成 ：1.空閑緩沖區(qū)2.裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)3.裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)

12、 緩沖池的工作方式 ： 1.收容輸入（hin）工作方式（輸入進(jìn)程需要輸入數(shù)據(jù)時(shí)） 2.提取輸入（sin）工作方式（計(jì)算進(jìn)程需要輸入數(shù)據(jù)時(shí)） 3.收容輸出（hout）工作方式（計(jì)算進(jìn)程需要輸出數(shù)據(jù)時(shí)) 4.提取輸出（sout）工作方式（輸出進(jìn)程需要輸出數(shù)據(jù)時(shí)） 輸入輸出設(shè)備 緩沖池 用戶程序 收容：數(shù)據(jù)流向?yàn)檩斎胼敵鲈O(shè)備與用戶程序到緩沖池 提取：數(shù)據(jù)流向?yàn)榫彌_池到輸入輸出設(shè)備與用戶程序 輸入：從左向右流動(dòng) 輸出：從右向左流動(dòng) 虛擬設(shè)備管理基本思想： 用大容量的快速設(shè)備（磁盤）模擬慢速度的 獨(dú)占設(shè)備，把一臺(tái)物理上的獨(dú)占設(shè)備變?yōu)檫壿嬌系亩嗯_(tái)共享設(shè)備。 SPOOLing（虛擬設(shè)備技術(shù)）系統(tǒng)的組成: 1

13、.輸入井、輸出井; 2.輸入進(jìn)程、輸出進(jìn)程; 3.I/O緩沖區(qū) 驅(qū)動(dòng)程序執(zhí)行步驟： 1、服務(wù)請(qǐng)求校驗(yàn) 確定請(qǐng)求的操作，檢驗(yàn)硬件支持。 2、確認(rèn)設(shè)備狀態(tài) 確定設(shè)備（狀態(tài)寄存器）是否可用。 3、啟動(dòng)I/O請(qǐng)求 若確認(rèn)設(shè)備狀態(tài)可用，啟動(dòng)I/O。 4、中斷處理 CPU處理I/O過(guò)程的中斷。驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)保存處 理器的當(dāng)前狀態(tài)，以便進(jìn)程重新執(zhí)行。 5、I/O請(qǐng)求完成 驅(qū)動(dòng)程序識(shí)別I/O完成，將控制返回IOCS， 將被中斷的進(jìn)程置為就緒。 磁盤的訪問(wèn)時(shí)間： 1.尋道時(shí)間Ts (Seek Time) Ts = m*n + S m 常數(shù)（一般0.2，高速小于0.1） S 磁盤啟動(dòng)時(shí)間 n 磁頭移動(dòng)磁道數(shù) 2.旋轉(zhuǎn)

14、延時(shí)Tr (Rotational Delay) Tr 1/(2r) r 磁盤每秒轉(zhuǎn)數(shù)。 3.數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間Tt (Transfer Time) Tt = b/ rN b-每次所讀/寫的字節(jié)數(shù) N-每個(gè)磁道上的字節(jié)數(shù) 常用的調(diào)度算法： 先來(lái)先服務(wù)（FCFS）按照申請(qǐng)服務(wù)的先后次序。未考慮尋道優(yōu)化。 優(yōu)點(diǎn)：公平、簡(jiǎn)單，每個(gè)進(jìn)程的請(qǐng)求都能依次得到處理。 缺點(diǎn)：未對(duì)尋道進(jìn)行優(yōu)化，平均尋道時(shí)間可能較長(zhǎng)。 FCFS算法僅適用于請(qǐng)求磁盤I/O的進(jìn)程數(shù)目較少的場(chǎng)合。 最短尋道優(yōu)先算法（SSTF）優(yōu)先選擇離磁頭最近的請(qǐng)求。未考慮磁頭來(lái)回?cái)[動(dòng)。 可能出現(xiàn)老進(jìn)程的“饑餓”現(xiàn)象。 掃描算法（SCAN）(電梯法)既考慮請(qǐng)

15、求與磁頭的距離，又考慮磁頭移動(dòng)的方向； 循環(huán)掃描算法（C-SCAN） 規(guī)定磁頭單向移動(dòng)，即將最小磁道號(hào)與最大磁道號(hào)構(gòu)成循環(huán)，進(jìn)行循環(huán)掃描。 提高磁盤I/O速度的技術(shù)： 磁盤高速緩存（Disk Cache) 把磁盤I/O緩沖區(qū)叫做磁盤高速緩存（Disk Cache），磁盤I/O緩沖區(qū)仍然是內(nèi)存中的一個(gè)區(qū)域。其工作原理類似Cache Memory。 提前讀（Read Ahead)與延后寫（Write Postponing） RAID技術(shù) 第六章 文件系統(tǒng) 文件結(jié)構(gòu)：1.邏輯結(jié)構(gòu)2.物理結(jié)構(gòu) 外存分配方法： 1、 連續(xù)分配將文件信息存放在連續(xù)編號(hào)的物理塊中。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，存取速度快。 缺點(diǎn)：長(zhǎng)度事先確定，隨后不允許增加長(zhǎng)度。 2、 鏈接分配將文件信息存放在非連續(xù)編號(hào)的物理塊中。 優(yōu)點(diǎn)：插入、刪除方便，文件長(zhǎng)度可變。 缺點(diǎn)：查找困難。 3、 索引文件 優(yōu)點(diǎn)：可以隨機(jī)存取。缺點(diǎn)：增加空間的開(kāi)銷。 文件控制塊（FCB）：是用于控制和描述文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 1.基本信息：文件名、文件物理位置、文件的邏輯結(jié)構(gòu)、文件的物理結(jié)構(gòu)。 2.存取控制信息：用戶的存取控制權(quán)（S、O、G、W）。 3.使用信息：文件建立、修改的日期時(shí)間，當(dāng)前使用信息。 索引結(jié)點(diǎn)：為了提