南京郵電大學(xué)操作系統(tǒng)期末考試復(fù)習(xí)提綱及補(bǔ)充

1、一操作系統(tǒng):管理系統(tǒng)資源、控制程序執(zhí)行、改善人機(jī)界面、提供各種服務(wù)，并合理組織計算機(jī)工作流程和為用戶方便而有效地使用計算機(jī)提供良好運(yùn)行環(huán)境的最基本的系統(tǒng)軟件。操作系統(tǒng)的主要特性：并發(fā)、共享、異步、虛擬并發(fā)性：是指兩個或兩個以上的活動或事件在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生。共享性：是指計算機(jī)系統(tǒng)中的資源可以被多個并發(fā)執(zhí)行的程序共同使用，而不是被某個程序獨(dú)占。異步：又稱隨機(jī)性，在多道程序環(huán)境中，允許多個程序并發(fā)執(zhí)行，并發(fā)活動會導(dǎo)致隨機(jī)事件的發(fā)生。多道程序設(shè)計是指允許多個作業(yè)同時進(jìn)入計算機(jī)系統(tǒng)的主存并啟動交替計算的方法。中斷（實(shí)現(xiàn)多道程序切換）、通道（實(shí)現(xiàn)硬件之間的并行）、磁盤的出現(xiàn)促成了多道程序設(shè)計技術(shù)，讓I

2、O與CPU并行工作提高CPU利用率，充分發(fā)揮計算機(jī)硬件部件的并發(fā)性。并行活動一定是并發(fā)的，反之并發(fā)活動未必是并行的，并行性是并發(fā)性的特例，并發(fā)行是并行性的擴(kuò)展。系統(tǒng)調(diào)用：操作系統(tǒng)提供給用戶的應(yīng)用程序同系統(tǒng)之間的接口，系統(tǒng)調(diào)用把應(yīng)用程序的請求傳給內(nèi)核，調(diào)用相應(yīng)的的內(nèi)核函數(shù)完成所需的處理，將處理結(jié)果返回給應(yīng)用程序。應(yīng)用程序只有通過系統(tǒng)調(diào)用才能請求系統(tǒng)服務(wù)并使用系統(tǒng)資源。系統(tǒng)調(diào)用分類：進(jìn)程管理、文件操作、設(shè)備管理、主存管理、進(jìn)程通信、信息維護(hù)。系統(tǒng)調(diào)用的作用：一是內(nèi)核可以基于權(quán)限和規(guī)則對資源訪問進(jìn)行裁決，保證系統(tǒng)的安全性；二是系統(tǒng)調(diào)用對系統(tǒng)資源進(jìn)行抽象，提供一致性接口，避免用戶在使用資源時發(fā)生錯誤，

3、且使編程效率提高。系統(tǒng)調(diào)用和過程（函數(shù)）調(diào)用的區(qū)別：調(diào)用形式和實(shí)現(xiàn)方式不同、被調(diào)用代碼的位置不同、提供方式不同。二特權(quán)指令：只能提供給操作系統(tǒng)的核心程序使用的指令。如啟動設(shè)備、設(shè)置時鐘、控制中端屏蔽位、清空主存、建立存貯鍵、加載PSW等敏感性操作。處理器狀態(tài)可以劃分為核心態(tài)（管態(tài)）和用戶態(tài)（目態(tài)）：當(dāng)處理器處于核心態(tài)時，CPU運(yùn)行可信軟件，硬件允許執(zhí)行全部機(jī)器指令，可以訪問所有主存單元和系統(tǒng)資源，并具有改變處理器狀態(tài)的能力；當(dāng)處理器處于用戶態(tài)時，CPU運(yùn)行非可信軟件，程序無法執(zhí)行特權(quán)指令，且訪問僅限于當(dāng)前CPU上進(jìn)程的地址空間，這樣就能防止內(nèi)核收到應(yīng)用程序的侵害。處理器模式切換：一是程序請求操

4、作系統(tǒng)服務(wù)，執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用；二是在程序運(yùn)行時，產(chǎn)生中斷或異常事件，運(yùn)行程序被中斷，轉(zhuǎn)向中斷處理程序或異常處理程序工作。PSW指的是程序狀態(tài)字，用來指示處理器狀態(tài)，控制指令的執(zhí)行順序，并且保留和指示與運(yùn)行程序有關(guān)的各種信息，主要作用是實(shí)現(xiàn)程序狀態(tài)的保護(hù)和恢復(fù)。中斷：是指在程序執(zhí)行過程中，遇到急需處理的時間時，暫時中止現(xiàn)行程序在CPU上的運(yùn)行，轉(zhuǎn)而執(zhí)行相應(yīng)的事件處理程序，待處理完成后再返回斷點(diǎn)或調(diào)度其他程序執(zhí)行。進(jìn)程：進(jìn)程是可并發(fā)執(zhí)行的程序在某個數(shù)據(jù)集合上的一次計算活動，也是操作系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和保護(hù)的基本單位。進(jìn)程的屬性：結(jié)構(gòu)性、共享性、動態(tài)性、獨(dú)立性、制約性、并發(fā)性。進(jìn)程的狀態(tài)及轉(zhuǎn)換：運(yùn)行態(tài)、就

5、緒態(tài)、等待態(tài)。運(yùn)行狀態(tài)同一時刻僅有一個進(jìn)程；OS將處于同一狀態(tài)的進(jìn)程安排成一進(jìn)程隊列，隊列中節(jié)點(diǎn)元素是些什么內(nèi)容？進(jìn)程切換過程：1) 保存被中斷進(jìn)程的處理器現(xiàn)場信息；2) 修改被中斷進(jìn)程PCB的有關(guān)信息，如進(jìn)程狀態(tài)等；3) 把被中斷進(jìn)程的PCB加入相關(guān)隊列；4) 選擇占用處理器運(yùn)行的另一個進(jìn)程；5) 修改被選中進(jìn)程PCB的有關(guān)信息，如改為就緒態(tài)；6) 設(shè)置被選中進(jìn)程的地址空間，恢復(fù)存儲管理信息；7) 根據(jù)被選中進(jìn)程的上下文信息來恢復(fù)處理器現(xiàn)場。和模式切換過程：1 保存被中斷進(jìn)程的處理器現(xiàn)場信息；2 處理器從用戶態(tài)切換到核心態(tài)，以便執(zhí)行系統(tǒng)服務(wù)程序或中斷處理程序；3 如果處理中斷，可根據(jù)所規(guī)定的

6、中斷級別設(shè)置中斷屏蔽位；4 根據(jù)系統(tǒng)調(diào)用號或中斷號，從系統(tǒng)調(diào)用表或中斷入口地址表中找到系統(tǒng)服務(wù)程序或中斷處理程序的地址。高級調(diào)度：又稱作業(yè)調(diào)度、長程調(diào)度，在多道批處理操作系統(tǒng)中，從輸入系統(tǒng)的一批作業(yè)中按照預(yù)定的調(diào)度策略挑選若干作業(yè)進(jìn)入主存，為其分配所需資源，并創(chuàng)建作業(yè)的相應(yīng)用戶進(jìn)程。中級調(diào)度：又稱平衡調(diào)度、中程調(diào)度，根據(jù)主存資源決定主存中所能容納的進(jìn)程數(shù)目，并根據(jù)進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài)來決定輔助存儲器和主存中的進(jìn)程的對換。低級調(diào)度：又稱進(jìn)程調(diào)度/線程調(diào)度、短程調(diào)度，根據(jù)某種原則決定就緒隊列中的哪個進(jìn)程/內(nèi)核級線程獲得處理器，并將處理器出讓給它使用。計算題：CPU調(diào)度算法 FCFS、SJF、SRTF、H

7、RRF以及優(yōu)先數(shù)調(diào)度。三：并發(fā)進(jìn)程之間的關(guān)系1) 無關(guān)的 （分別在不同的變量集合上操作，一個進(jìn)程不會改變另一個與其并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程的變量） 怎么證明無關(guān)性？ 進(jìn)程的執(zhí)行與時間無關(guān)2) 交互的競爭：互斥 是指若干進(jìn)程因相互爭奪獨(dú)占型資源而產(chǎn)生的競爭制約關(guān)系。 （資源競爭會引發(fā)的兩個控制問題：死鎖和饑餓）協(xié)作：同步 是指為完成共同任務(wù)的并發(fā)進(jìn)程基于某個條件來協(xié)調(diào)其活動，因為需要在某些位置上排定執(zhí)行的先后次序而等待、傳遞信號或消息所產(chǎn)生的協(xié)作制約關(guān)系。信號量：一個進(jìn)程在某一個關(guān)鍵點(diǎn)上被迫停止執(zhí)行直至接收到對應(yīng)的特殊變量值，通過這一措施，任何復(fù)雜的進(jìn)程交互要求均可得到滿足，這種特殊變量就是信號量。主要用

8、于封鎖臨界區(qū)、進(jìn)程同步及維護(hù)資源計數(shù)。信號量按用途分為：公用信號量（初值往往為1，用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥）；私有信號量（初值往往為0或正整數(shù)，多用于并發(fā)進(jìn)程同步）計算題：P、V操作解決互斥和同步問題：死鎖：如果一個進(jìn)程集合中的每個進(jìn)程都在等待只能由此集合中的其他進(jìn)程才能引發(fā)的事件，而無限期陷入僵持的局面。產(chǎn)生死鎖的四個必要條件：互斥、占有和等待、不剝奪和循環(huán)等待。死鎖解決方案：防止、避免、檢測和恢復(fù)。四：物理地址：物理主存儲器從統(tǒng)一的基地址開始順序編址的存儲單元。邏輯地址：相對某個基準(zhǔn)開始編號的順序地址。地址轉(zhuǎn)換：1. 靜態(tài)地址重定位：由裝入程序?qū)崿F(xiàn)裝載代碼模塊的加載和地址轉(zhuǎn)換，把它裝入分配給進(jìn)程的

9、主存指定區(qū)域，其中的所有邏輯地址修改成主存物理地址。2. 動態(tài)地址重定位：由裝入程序?qū)崿F(xiàn)裝載代碼模塊的加載，把它裝入分配給進(jìn)程的主存指定區(qū)域，但對鏈接程序處理過的應(yīng)用程序的邏輯地址則不做任何修改，程序主存起始地址被置入硬件專用寄存器-重定位寄存器。連續(xù)存儲空間管理：固定分區(qū)：可變分區(qū)： 最先適應(yīng)分配算法、下次適應(yīng)分配算法、最優(yōu)適應(yīng)分配算法、最壞適應(yīng)分配算法、快速適應(yīng)分配算法。頁面：進(jìn)程邏輯地址空間分成大小相等的區(qū)，每個區(qū)成為頁面或頁，頁號從0開始依次編號。頁框：又稱頁幀，把主存物理地址空間分成大小相等的區(qū)，其大小與頁面大小相等，每個區(qū)是一個物理塊或頁框，塊號從0開始依次編號。邏輯地址格式：20

10、位頁號+10位頁內(nèi)位移。動態(tài)地址轉(zhuǎn)換：物理地址=頁框號*塊長+頁內(nèi)位移n 存儲保護(hù)如何進(jìn)行？（小心缺頁?。?頁表的內(nèi)容：頁表中的每一欄指明程序中的一個頁面和分得頁框之間的對應(yīng)關(guān)系。數(shù)學(xué)角度而言：頁表是一個函數(shù)，變量是頁面號，函數(shù)值為頁框號?？毂恚簽榱颂岣哌\(yùn)算速度，在硬件中設(shè)置相聯(lián)存儲器，用來存放進(jìn)程最近訪問的部分頁表項，也即轉(zhuǎn)換后援緩沖。存放快表的存儲器叫相聯(lián)存儲器。二級頁表：系統(tǒng)為每個進(jìn)程建立一張頁目錄表，其表項指出一個頁表頁，而頁表頁的每個表項給出頁面和頁框之間的對應(yīng)關(guān)系。頁目錄表是一級頁表，頁表頁是二級頁表。采用二級頁表可以解決分散存放頁表頁的問題，但并未解決頁表頁如何占用主存空間的問題

11、。l 段式存儲管理n 段表的內(nèi)容：各段在主存中的情況n 如何進(jìn)行動態(tài)地址轉(zhuǎn)換？進(jìn)程運(yùn)行時通過段表將邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址。n 存儲保護(hù)如何進(jìn)行？（小心越界！）將段控制寄存器中的段表長度與邏輯地址中的段號進(jìn)行比較，若段號超過段表長度則觸發(fā)越界中斷，再利用段表項中的段長與邏輯地址中的段內(nèi)位移進(jìn)行比較，檢查是否產(chǎn)生越界中斷。MMU：操作系統(tǒng)的存儲管理依靠低層硬件的支撐來完成任務(wù)，此硬件稱為主存管理部件。提供地址轉(zhuǎn)換和存儲保護(hù)功能，完成邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換功能。缺頁：由于發(fā)現(xiàn)當(dāng)前訪問頁面不在主存時由硬件所產(chǎn)生的一種特殊中斷信號。MMU地址轉(zhuǎn)換全過程：1) MMU接收CPU傳送過來的邏輯地址并自動按

12、照頁面大小把它從某位起分解成兩部分：頁號和頁內(nèi)位移；2) 以頁號為索引搜索快表TLB；3) 如果命中，立即送出頁框號，并與頁內(nèi)位移拼接成物理地址，然后進(jìn)行訪問權(quán)限檢查，如獲通過，進(jìn)城就可以訪問物理地址；4) 如果不命中，由硬件以頁號為索引搜索進(jìn)程頁表，頁表基址由硬件頁表基址寄存器指出；5) 如果在頁表中找到此頁面，說明所訪問頁面已在主存中，可送出頁框號，并與頁內(nèi)位移拼接成物理地址，然后進(jìn)行訪問權(quán)限檢查，若獲通過，進(jìn)城就可以訪問物理地址，同時要把這個頁面的信息裝入快表TLB，以便再次訪問；6) 如果發(fā)現(xiàn)頁表中的對應(yīng)頁面失效，MMU發(fā)出缺頁中斷，請求操作系統(tǒng)進(jìn)行處理，MMU工作到此結(jié)束。頁面的裝入

13、策略：請頁式調(diào)度和預(yù)調(diào)式調(diào)度。清除策略：請頁式和預(yù)約式。 分配策略：固定分配和可變分配。進(jìn)程工作集：是指在某一段時間間隔內(nèi)進(jìn)程運(yùn)行所需訪問的頁面集合。以此來檢測系統(tǒng)中是否發(fā)生了“抖動”。計算題：頁面置換策略：FIFO、LRU、OPT、CLOCK五：l IO系統(tǒng)=IO硬件+IO軟件n IO硬件u 控制器、寄存器、IO地址空間u IO的控制方式：詢問、中斷、DMA和通道n IO軟件u 中斷處理程序、設(shè)備驅(qū)動程序、設(shè)備無關(guān)軟件、用戶IO軟件緩沖用于平滑兩種不同速度的硬部件或設(shè)備之間的信息傳輸，在主存儲器中開辟一個存儲區(qū)，專門用于臨時存放I/O操作的數(shù)據(jù)。單緩沖：對于塊設(shè)備輸入，先從磁盤把一塊數(shù)據(jù)讀至

14、緩沖區(qū)，接著系統(tǒng)把緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)送到用戶區(qū)，系統(tǒng)可預(yù)讀緊接著的下一塊，然后應(yīng)用程序?qū)@批數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。對于塊設(shè)備輸出，先把數(shù)據(jù)從用戶區(qū)復(fù)制到系統(tǒng)緩沖區(qū)，應(yīng)用進(jìn)程可繼續(xù)請求輸出，直到緩沖區(qū)填滿，由系統(tǒng)寫到磁盤上。 用時max(C,T)+M雙緩沖：輸入數(shù)據(jù)時，首先從設(shè)備讀出數(shù)據(jù)填充緩沖區(qū)1，系統(tǒng)從緩沖區(qū)1把數(shù)據(jù)傳送到用戶區(qū)，應(yīng)用進(jìn)程便可對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和計算；與此同時，從設(shè)備讀出數(shù)據(jù)填充緩沖區(qū)2。當(dāng)緩沖區(qū)1為空時，繼續(xù)上面操作，兩個緩沖區(qū)交替使用。l 驅(qū)動調(diào)度技術(shù)n 磁盤的參數(shù): 柱面號、磁頭號、扇區(qū)號。n 尋道時間（查找時間）和旋轉(zhuǎn)延遲（搜索延遲）n 旋轉(zhuǎn)優(yōu)化：循環(huán)排序和優(yōu)化分布n 驅(qū)動調(diào)度：FC

15、FS、最短查找時間優(yōu)先、電梯調(diào)度和掃描算法（*計算題*）l 設(shè)備分配的過程（所涉及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有：設(shè)備類表和設(shè)備表）設(shè)備類表：每類設(shè)備對應(yīng)于設(shè)備類表中的一欄，其中包括設(shè)備類、總臺數(shù)、空閑臺數(shù)和設(shè)備表起始地址。設(shè)備表：每類設(shè)備都有各自的設(shè)備表，用來登記這類設(shè)備中的每一臺物理設(shè)備，包含：物理設(shè)備名、邏輯設(shè)備名、占有設(shè)備的進(jìn)程號、已分配/未分配、好/壞標(biāo)志。SPOOLing技術(shù)是用一類物理設(shè)備模擬另一類物理設(shè)備的技術(shù)，是使獨(dú)占型設(shè)備變成共享設(shè)備的一種技術(shù)。由預(yù)輸入程序、井管理程序和緩輸出程序組成。六：文件：是由文件名所標(biāo)示的一組信息的集合。文件目錄：文件系統(tǒng)為建立、維護(hù)和檢索文件而編排的目錄。每個文件

16、目錄項稱作文件控制塊FCB。文件的存取方式：順序存取、直接存取和索引存取。文件的邏輯結(jié)構(gòu)：流式文件和記錄式文件。文件的物理結(jié)構(gòu)1) 順序2) 連接：深刻理解使用FAT表如何查找文件塊之間的連接關(guān)系的過程3) 直接4) 索引：深刻理解Unix的多級索引方式，掌握給出文件地址計算出需要幾次間接連接的方法（計算題）。七：對稱多處理機(jī)（SMP）和非對稱多處理（ASMP）的不同。SMP中不存在主處理機(jī)-操作系統(tǒng)和用戶線程能被安排在處理機(jī)上運(yùn)行，所有的處理機(jī)共享一個內(nèi)存空間；ASMP只能在某個特定處理機(jī)上執(zhí)行操作系統(tǒng)代碼，而處理機(jī)只能運(yùn)行用戶代碼。陷阱機(jī)制：n 中斷：u 硬中斷：IRQ、ISR、IDT、IRQLsu 軟中斷：DPC（了解其原理以及觸發(fā)過程）、APCn