操作系統(tǒng)原理期末考試復(fù)習(xí)大綱

1、操作系統(tǒng)原理 期末考試復(fù)習(xí)大綱簡答：32分選擇：10分填空：18分應(yīng)用：40分牢記操作系統(tǒng)的宗旨兩根紅線： 面向系統(tǒng)提高資源利用率 面向用戶提供良好的用戶界面，方便用戶第1章 緒論操作系統(tǒng)定義及其功能；操作系統(tǒng)的定義：（本質(zhì)）是一個大型的軟件系統(tǒng)；（對內(nèi)）負責(zé)計算機的全部軟件、硬件資源的管理，控制和協(xié)調(diào)并發(fā)活動，實現(xiàn)信息的存儲 和保護；（對外）為用戶使用計算機系統(tǒng)提供方便的用戶界面；（結(jié)果）使計算機系統(tǒng)實現(xiàn)高效率和高自動化。面向系統(tǒng)資源，操作系統(tǒng)必須盡可能提高資源利用率；面向用戶，操作系統(tǒng)必須提供方便易用的用戶界面。操作系統(tǒng)的功能：從資源管理及面向用戶的角度:處理機管理（最重要功能） 作業(yè)調(diào)度

2、 進程（或線程）調(diào)度 進程控制 進程間通信存儲管理 內(nèi)存的組織分配 內(nèi)存回收 內(nèi)存保護 內(nèi)存擴充（虛擬） 內(nèi)存映射設(shè)備管理 設(shè)備分配（動態(tài)分配） 一個通用設(shè)備驅(qū)動程序的接口設(shè)備獨立性（或無關(guān)性） 用于特定硬件設(shè)備的驅(qū)動程序（含設(shè)備中斷處理） 緩沖區(qū)管理文件管理 文件的操作和使用 文件樹狀目錄管理 文件的物理結(jié)構(gòu)及存儲空間管理 文件的共享和保護提供良好的用戶界面 操作命令界面 鍵盤命令 圖形界面 批處理界面 系統(tǒng)調(diào)用界面多道程序設(shè)計技術(shù)； 多道程序設(shè)計技術(shù)是在計算機內(nèi)存中同時存放幾道相互獨立的程序，它們在操作系統(tǒng)管理程序的控制下相互穿插地運行。多道特征:多道同時有多個程序都在系統(tǒng)的某個硬件（CP

3、U或外 設(shè)）上執(zhí)行或等待執(zhí)行。宏觀上并行（通常稱為：并發(fā)）站在用戶的角度看， 所有的程序都在運行之中。微觀上串行站在硬件設(shè)備的角度看，每次只運行一道 程序。比如CPU和輸入輸出設(shè)備，任何時刻最多 只被一個程序占有。批處理操作系統(tǒng)、實時操作系統(tǒng)與分時操作系統(tǒng)的主要特點與區(qū)別；(操作系統(tǒng)分類)是否所有操作系統(tǒng)都將提高資源利用率放在第一位？操作系統(tǒng)按功能可以分為以下幾種類型： 批處理系統(tǒng) 由操作系統(tǒng)按作業(yè)控制語言給定的控制流程進行作業(yè)選擇，并將選中的若干作 業(yè)調(diào)入內(nèi)存以多道方式投入運行。 批處理系統(tǒng)的優(yōu)點是系統(tǒng)吞吐量大，資源利用率高。 批處理系統(tǒng)不具有交互性，這是其缺點。 分時操作系統(tǒng) 分時操作系統(tǒng)

4、采用“時間片”、動態(tài)優(yōu)先數(shù)等方式使CPU輪流為多個用戶終端或多 個任務(wù)服務(wù)。 分時系統(tǒng)的主要特點是： 1多路調(diào)制性2獨占性3交互性 實時操作系統(tǒng) 實時控制系統(tǒng) 響應(yīng)速度快，可靠性要求高 實時信息處理系統(tǒng) 更強調(diào)系統(tǒng)的安全性和可靠性 不具備分時系統(tǒng)的強交互性。 實時系統(tǒng)的主要特點是： 1對響應(yīng)時間的實時要求（可高可低）。 2系統(tǒng)可靠性和安全性放在第一位，系統(tǒng)效率放在次要地位，交互性差或根本 沒有交互性。 3系統(tǒng)整體性強。很多實時系統(tǒng)同時又是分布式系統(tǒng)，具有分布式系統(tǒng)整體 性強的優(yōu)點。 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 分布式操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)的主要特征； 并發(fā)性、共享性、不確定性第3章 用戶界面操作系統(tǒng)用戶界面的兩種

5、類型 操作命令界面 系統(tǒng)調(diào)用界面 （任何操作系統(tǒng)都必須提供系統(tǒng)調(diào)用界面。）用途：系統(tǒng)調(diào)用界面是為應(yīng)用程序提供的系統(tǒng)服務(wù)界面，用于用戶源程序中需要請求系 統(tǒng)服務(wù)的地方； 形式：以語句或函數(shù)的形式提供給用戶；必要性：所有操作系統(tǒng)都必須提供系統(tǒng)調(diào)用。 兩者關(guān)系：操作命令界面是在系統(tǒng)調(diào)用界面的支持下開發(fā)完成的。 系統(tǒng)調(diào)用是實現(xiàn)操作系統(tǒng)功能和應(yīng)用程序功能的支撐平臺。 在設(shè)計操作系統(tǒng)時很大一部分任務(wù)是設(shè)計操作系統(tǒng)所有的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。系統(tǒng)調(diào)用與子程序調(diào)用的區(qū)別 第4章 進程及進程管理 進程的基本概念 多道程序并發(fā)執(zhí)行的特點及所產(chǎn)生的問題 導(dǎo)致“與時間有關(guān)的錯誤”的原因: 與諸程序的執(zhí)行速度有關(guān)； 由于多個程

6、序都共享了同一個變量或者互相需要協(xié)調(diào)同步； 對于變量的共享或者互相協(xié)作的過程沒有進行有效地控制。 程序并發(fā)執(zhí)行的特點 (1) 失去了程序的封閉性和可再現(xiàn)性 (2)  程序與任務(wù)不再一一對應(yīng) (3) 程序并發(fā)執(zhí)行中存在相互制約的關(guān)系 進程的定義 由進程控制塊與程序組合，形成了一個新的實體 進程，是一個具有一定獨立功能的程序關(guān)于某個數(shù)據(jù)集合的一次運行活動，是操作系 統(tǒng)進行調(diào)度和資源分配的基本單位。(進程是程序在并發(fā)環(huán)境中的執(zhí)行過程) 進程描述了程序動態(tài)執(zhí)行的過程，當(dāng)程序投入運行時創(chuàng)建進程，當(dāng)程序終止時進程消 亡，進程具有生命周期。 進程的類型 系統(tǒng)進程：它們

7、是執(zhí)行操作系統(tǒng)核心代碼的進程，起著資源管理和控制的作用。 用戶進程：執(zhí)行用戶程序的進程。 系統(tǒng)進程與用戶進程的區(qū)別： 系統(tǒng)進程被分配一個初始的資源集合，這些資源可以被它獨占，也能以最高優(yōu)先權(quán) 使用；用戶進程需要通過請求系統(tǒng)服務(wù)的手段競爭使用系統(tǒng)資源。 系統(tǒng)進程可以做顯式的、直接的I/O操作；用戶進程不能直接做I/O操作。 系統(tǒng)進程運行時CPU處于系統(tǒng)態(tài)（核態(tài)或管態(tài)）；用戶進程運行時CPU處于用戶態(tài)（目 態(tài)）。 進程與程序的區(qū)別 進程中包含了需要執(zhí)行的程序，程序是進程的一個組成部分。 進程與程序的關(guān)系主要體現(xiàn)在以下幾點： 進程是一個動態(tài)概念，而程序是一個靜態(tài)概念 進程具有并行特性，而程序沒有。

8、進程與程序之間存在多對多的聯(lián)系（無一一對應(yīng)關(guān)系）。 進程映像及其組成，PCB的概念 進程映像指進程實體的組成，它主要包括兩個部分：程序和進程控制塊。 進程控制塊（PCB）的定義： 實質(zhì)：定義的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 作用：控制和管理進程在執(zhí)行過程中的動態(tài)信息，是進程存在的唯一標(biāo)識，以此來 感知進程的存在！ 進程與PCB的關(guān)系： 每個進程有唯一的PCB OS依據(jù)PCB管理進程 利用PCB來管理進程的動態(tài)、并發(fā) PCB是進程存在的唯一標(biāo)志，進程存在則PCB存在，進程撤消則PCB消亡 操作系統(tǒng)中的PCB一般應(yīng)包含如下內(nèi)容： 進程標(biāo)識 處理器狀態(tài)信息及現(xiàn)場保護區(qū) 進程控制信息 進程的可能狀態(tài)及其變遷條件（ 1：

9、使用或執(zhí)行該操作的時機？2：執(zhí)行該操作原語時操作系統(tǒng)完成的具體工作？3：Linux操作系統(tǒng)中實現(xiàn)的方法？ ）進程控制 進程創(chuàng)建 1進程創(chuàng)建的時機在系統(tǒng)生成需要進程承擔(dān)資源分配及管理工作系統(tǒng)進程；用戶作業(yè)的執(zhí)行需創(chuàng)建子進程，或作業(yè)中完成某項具體的任務(wù)時用戶進程。 2：進程創(chuàng)建時操作系統(tǒng)完成的工作 分配進程標(biāo)識及空白PCB，并在系統(tǒng)進程表中增加一個表目。為進程分配內(nèi)存空間（程序、數(shù)據(jù)、用戶棧等），復(fù)制父進程內(nèi)存空間的內(nèi)容到該進程 內(nèi)存空間中。 初始化PCB。 置該進程的狀態(tài)為就緒，插入就緒隊列。生成其它相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。3. Linux操作系統(tǒng)中用戶進程的創(chuàng)建過程：當(dāng)用戶在鍵盤上鍵入一個用戶可執(zhí)行文

10、件名時，操作系統(tǒng)就為該文件創(chuàng)建一個相應(yīng)的用戶進程并投入運行。Linux提供的創(chuàng)建子進程的系統(tǒng)調(diào)用為fork()。 進程撤銷 1進程撤銷的時機 當(dāng)一個進程已經(jīng)完成所需完成的工作時，可以調(diào)用進程撤銷原語自我撤銷，進程終止， 最后消亡。 2：進程撤銷時，操作系統(tǒng)完成的任務(wù)： 釋放進程所占資源； 將該進程從系統(tǒng)進程表中刪除，釋放該進程的PCB。 CPU被釋放，進行進程調(diào)度。 Linux中提供的撤銷進程系統(tǒng)調(diào)用為exit(): 進程睡眠 1進程阻塞的時機當(dāng)一個進程因為某種執(zhí)行條件暫不滿足或者等待某個事件的發(fā)生時。 以下皆是引起進程阻塞的事件： 進程請求I/O； 進程請求系統(tǒng)資源時需要排隊或暫時得不到滿足

11、； 進程請求的同步或互斥信號沒有滿足或等待的同步消息沒有到來； 進程請求延時。 2：進程睡眠原語執(zhí)行后，操作系統(tǒng)需完成的工作： 將當(dāng)前需要睡眠的進程運行現(xiàn)場保護到其PCB中； 置進程的狀態(tài)為阻塞態(tài)； 將該進程插入引起睡眠的chan的等待隊列（假設(shè)引起睡眠的原因為chan， ）； CPU空閑，進行進程調(diào)度，以調(diào)度另一個進程投入運行。 sleep ( n ) 進程喚醒 1：進程喚醒的時機 當(dāng)進程等待的事件發(fā)生時。該喚醒由完成事件的進程執(zhí)行進程喚醒原語來完成。 2：執(zhí)行喚醒原語，操作系統(tǒng)完成的工作： 檢查該事件的等待隊列上是否有等待進程； 如果有等待進程，則將它們從該等待隊列中移出，修改其狀態(tài)為就緒

12、態(tài)，插入就緒隊列； 轉(zhuǎn)進程調(diào)度或繼續(xù)執(zhí)行。 3：Linux下進程的喚醒存在于內(nèi)核態(tài)下，包含在操作系統(tǒng)同步機制中（第四章內(nèi)容）。未給用戶提供任何直接 的系統(tǒng)調(diào)用。臨界資源與臨界區(qū)兩個概念：臨界資源與臨界區(qū)。1臨界資源臨界資源指的是一次只允許一個進程使用的獨占資源。諸進程對它的訪問必須互斥。（包括可能的系統(tǒng)資源及用戶資源）2臨界區(qū)臨界區(qū)是指包含了訪問臨界資源的那段程序。臨界區(qū)作為特殊的程序段進行如下處理：1）進程在進入臨界區(qū)之前必須先申請，2）當(dāng)且僅當(dāng)臨界區(qū)中涉及的臨界資源沒有其它進程使用時才能進入臨界區(qū)；3）在出臨界區(qū)后立即釋放臨界資源。進程同步與互斥互斥必要條件：諸進程共享同一個臨界資源；共享

13、的方式是先來者先使用的異步方式。操作系統(tǒng)提供的互斥機制必須滿足以下要求：(臨界區(qū)問題的解答必須滿足的要求)1實現(xiàn)互斥：即任意時刻最多只能有一個進程進入臨界區(qū)，執(zhí)行臨界區(qū)的進程不能受到其它進程的干擾。2有空讓進：當(dāng)臨界資源空閑時，應(yīng)該允許申請進入臨界區(qū)的進程進入臨界區(qū)。3有限等待：對要求進入臨界區(qū)的進程，應(yīng)在有限時間內(nèi)進入，以免陷入“死等“；進入臨界區(qū)的進程不能被無限期地延遲或死鎖同步問題：當(dāng)各進程的執(zhí)行具有一定先后順序的限制時，稱為同步問題。同步與互斥的比較：是否一定共享臨界資源運行方式互斥問題一定異步：先來者先進入，無先后順序，異步同步問題不一定同步：有先后順序同步互斥混合問題一定進入臨界區(qū)

14、異步執(zhí)行、進程間同步互斥與同步問題 互斥 同步 PV操作 用來申請或釋放信號量的操作，由系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用完成: P操作表示申請資源； V操作表示釋放資源。 P、V操作用原語實現(xiàn)，不允許中斷。/*V操作原語釋放資源或條件*/V（s）s；if (s0) 移出s等待隊列中的第一個進程； 將該進程插入就緒隊列； 置該進程為就緒態(tài);/*P操作原語請求資源或條件*/P（s）s；if（s0）保留調(diào)用進程的CPU現(xiàn)場； 將該進程插入s的等待隊列；置該進程為等待態(tài);轉(zhuǎn)進程調(diào)度; 實現(xiàn)互斥：1. 上鎖原語和開鎖原語實現(xiàn)進程互斥2 . 用信號燈實現(xiàn)進程互斥實現(xiàn)同步：用P、V操作實現(xiàn)進程同步的算法可以簡單歸納如下：

15、設(shè)置信號量分析每個進程的執(zhí)行條件和釋放條件，針對每個執(zhí)行條件設(shè)置一個信號量，其初值根據(jù)初始情況確定；對每個進程的處理： 在請求條件處執(zhí)行P（執(zhí)行條件信號量）； 在釋放條件處執(zhí)行V（釋放條件信號量）。解決同步問題與互斥問題的區(qū)別：互斥問題中各進程涉及共同的臨界資源，因此每個進程中涉及同一個臨界資源的臨界區(qū)中所執(zhí)行的P、V操作的信號量是相同的；同步問題中每個進程由于執(zhí)行條件和釋放條件的不同因而其P、V操作涉及的信號量不同。例如：設(shè)有4個進程，其執(zhí)行的先后流圖如下圖所示。用P、V操作實現(xiàn)其同步。進程Pj有無前驅(qū)（執(zhí)行條件）請求信號量信號量初值有無后繼（釋放條件）釋放信號量P1無無無P2、P3S12、

16、S13P2P1結(jié)束S120P4S24P3P1結(jié)束S130P4S34P4P2、P3結(jié)束S24、S340無無同步分析：p3( )P(s13);/有前驅(qū)P1，申請條件s13執(zhí)行P3自己的程序;V(s34);/有后繼P4，釋放條件s34p4( )P(s24);/有前驅(qū)P2，申請條件s24P(s34);/有前驅(qū)P3，申請條件s34執(zhí)行P4自己的程序; /無后繼，所以無V操作這樣，無論哪個進程先來，只要不是p1進程，都會在執(zhí)行了相應(yīng)的P操作后，因為執(zhí)行條件不成立而被掛到相應(yīng)信號量的等待隊列上，等待其前驅(qū)執(zhí)行該信號量的V操作后將其喚醒，從而保證這些進程并發(fā)執(zhí)行時其執(zhí)行的時序遵循給定的同步關(guān)系。算法描述：ma

17、in()int s12 = s13 = s24 = s34 = 0;cobeginp1(); p2(); p3(); p4();coendp1()執(zhí)行P1自己的程序;/無前驅(qū)，所以無P操作V(s12);/有后繼P2，釋放條件s12V(s13);/有后繼P3，釋放條件s13p2()P(s12);/有前驅(qū)P1，申請條件s12執(zhí)行P2自己的程序;V(s24); /有后繼P4，釋放條件s24Linux進程 Linux進程間通信（Inte-Process Communication,IPC）可分為控制信息的通信（低級通 信）和大批數(shù)據(jù)信息的通信（高級通信）。 Linux進程家族樹線程線程及其特征 ： 線

18、程是調(diào)度執(zhí)行的基本單位;線程不是資源分配的基本單位; 線程從屬于某個進程，是該進程的某個執(zhí)行路線。因此，也將進程稱為重型進程，線程 稱為輕型進程。 線程是進程中的一個相對獨立的可執(zhí)行單元。 一個進程中至少包含一個線程。 由于同一進程內(nèi)的線程之間涉及資源共享，所以需要同步機制來實現(xiàn)進程內(nèi)多線程之間 的通信。 與進程類似，線程還可以創(chuàng)建其它線程，線程也有生命周期，也有狀態(tài)的變化。在一個進程內(nèi)使用多線程的優(yōu)點主要在于創(chuàng)建線程的工作量要比創(chuàng)建進程的工作量小不涉及資源分配，不同線程之間的切換比進程之間的切換要快。 第5章 資源分配與調(diào)度兩種資源分配方式 靜態(tài)分配：在作業(yè)級實施 缺點：效率太低當(dāng)一個作業(yè)運

19、行前，將它要求的所有資源一次性分配給該作業(yè)，直到該作業(yè)完成時釋放 其占用的所有資源，分配給作業(yè)的資源伴隨作業(yè)的整個運行過程。 動態(tài)分配：在進程級實施 優(yōu)點：系統(tǒng)資源的利用率提高 缺點：有可能造成死鎖當(dāng)一個進程要求使用某個（類）資源時，向系統(tǒng)提出資源的請求，系統(tǒng)響應(yīng)進程的請求 將某種資源分配給進程，進程使用完畢后立即釋放該資源死鎖 定義、起因、產(chǎn)生死鎖的必要條件、不產(chǎn)生死鎖的最小資源數(shù) 死鎖：系統(tǒng)中所有的并發(fā)進程彼此互相等待對方所擁有的資源，且它們在得到對方資源 之前不會釋放自己所擁有的資源，從而造成互相死等，卻永遠等不到的一種任一 進程都不能繼續(xù)運行的系統(tǒng)狀態(tài)。 產(chǎn)生死鎖的根本原因：系統(tǒng)資源不

20、足 死鎖是資源競爭和資源分配不合理兩個因素同時作用所產(chǎn)生的可能結(jié)果 不產(chǎn)生死鎖的最小資源數(shù) 設(shè)系統(tǒng)所擁有的資源總數(shù)為M，共享該資源的進程數(shù)為P，每個進程所需使用該資 源的最大需求為N，則 MP*(N-1)+1 時 無論如何分配都不會產(chǎn)生死鎖。 產(chǎn)生死鎖的四個必要條件： 1、互斥條件：并發(fā)進程所請求的資源是互斥使用的獨占資源，即一次只能被一個進 程使用的資源，具有排它性。 2、不可剝奪條件（非搶占）：進程所占有的資源在沒有使用完之前不能被其它進程強 行占用，只能由占有該資源的進程自己釋放。 3、占有并等待（部分分配）：進程對于自己所需要的資源每次只請求一部分，操作系 統(tǒng)允許部分資源的分配。 4、

21、環(huán)路條件（循環(huán)等待）：系統(tǒng)中各并發(fā)進程對于資源的占有和請求形成環(huán)路，即請 求箭頭方向和占有箭頭方向形成環(huán)路 解決死鎖的策略 預(yù)防 采用靜態(tài)資源分配方法（執(zhí)行前保證）在作業(yè)調(diào)度時為選中的作業(yè)分配它所需要的所有資源，當(dāng)資源一旦分配給該作業(yè)后，在 其整個運行期間這些資源為它獨占。 缺陷： 1.用戶進程必須事先列出所有需要的資源，以便系統(tǒng)一次性分配； 2.系統(tǒng)一次性分配給進程的資源在很多時間內(nèi)是處于空閑狀態(tài)的； 3.用戶進程必須得到所有資源才能運行，減低了并發(fā)度，增加了等待時間。 避免 采用有控資源分配方法（執(zhí)行中保證） 1、有序資源分配法 系統(tǒng)中所有資源都給定一個唯一的編號，所有分配請求必須以上升的

22、次序進行。當(dāng)遵 守上升次序的規(guī)則時，若資源可用，則予以分配；否則，請求者等待。2、銀行家算法操作系統(tǒng)在動態(tài)分配過程中對每一次的分配都要采取某種策略去判斷一下當(dāng)前的分配 有沒有導(dǎo)致死鎖的可能性，沒有則實施分配，有則拒絕分配，從而動態(tài)地避免死鎖的產(chǎn)生 。 檢測與忽略 死鎖的檢測與恢復(fù)是指系統(tǒng)設(shè)置專門機構(gòu)，在死鎖發(fā)生時該機構(gòu)能夠及時檢測出死鎖 發(fā)生的位置和原因，并能夠通過外力破壞死鎖產(chǎn)生的一個必要條件，從而使并發(fā)進程 能夠從死鎖狀態(tài)中恢復(fù)出來。 死鎖排除的方法： 1、從陷于死鎖的進程中逐個強迫放棄所占用的資源，直至死鎖消失。 2、逐個撤消陷于死鎖的進程，直到死鎖不存在； 3、撤消陷于死鎖的全部進程；

23、 銀行家算法 安全序列安全序列在該序列中所有的進程都可以因為之前進程的完成所釋放的資源使得它 們一個接一個的完成。表示為<Pi,Pj,Pm>，其中Pi,Pj Pm代表系統(tǒng)中的進程 安全狀態(tài)安全狀態(tài)如果系統(tǒng)中的所有進程至少能找到一個安全序列，則稱系統(tǒng)當(dāng)前處于安全 狀態(tài)。 該算法需要檢查申請者對資源的最大需求量，1：如果系統(tǒng)現(xiàn)存的各類資源可以滿足申請者 的請求，則按當(dāng)前申請量進行分配；2：如果各類資源不滿足申請者的請求，則不進行分配。 當(dāng)申請者獲得資源后，就可很快完成其計算，然后釋放它占用的資源，從而保證了系統(tǒng)中 的所有進程都能完成，所以可避免死鎖的發(fā)生。第6章 處理機調(diào)度處

24、理機調(diào)度的目標(biāo)：CPU使用率高、響應(yīng)時間快、周轉(zhuǎn)時間短、等待時間小、系統(tǒng)吞吐量大處理機的多級調(diào)度 批處理系統(tǒng) 作業(yè)級調(diào)度 作業(yè)調(diào)度(又稱宏觀調(diào)度)：對存放在輔存設(shè)備上的大量作業(yè)，以一定的策略進行挑 選，分配主存等必要的資源，建立作業(yè)對應(yīng)的進程，使其投入運行。 進程級調(diào)度 進程調(diào)度(又稱微觀調(diào)度)：對進入主存的所有進程，確定哪個進程在什么時候獲得 處理機，使用多長時間。作業(yè)調(diào)度 作業(yè)狀態(tài)：提交、后備、執(zhí)行、完成 提交狀態(tài)：用戶將程序提交給系統(tǒng)，等待輸入。 后備狀態(tài)：系統(tǒng)響應(yīng)用戶請求，將作業(yè)輸入到磁盤上，等待作業(yè)調(diào)度。 執(zhí)行狀態(tài)：該作業(yè)被調(diào)度進入內(nèi)存，并創(chuàng)建相應(yīng)的進程，插入進程就緒隊列。 完成狀態(tài)

25、：作業(yè)執(zhí)行結(jié)束，并釋放其占用的所有系統(tǒng)資源。 作業(yè)控制塊JCB 作業(yè)控制塊JCB，它是存放作業(yè)控制和管理信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是作業(yè)存在的唯一標(biāo)識， 是操作系統(tǒng)調(diào)度的依據(jù)。 作業(yè)調(diào)度的性能評價平均周轉(zhuǎn)時間、平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間 周轉(zhuǎn)時間完成時間提交時間等待時間執(zhí)行時間 平均周轉(zhuǎn)時間T周轉(zhuǎn)時間總和÷作業(yè)數(shù) 帶權(quán)周轉(zhuǎn)周轉(zhuǎn)時間÷執(zhí)行時間 平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間W帶權(quán)周轉(zhuǎn)總和÷作業(yè)數(shù) 作業(yè)調(diào)度算法（FCFS、SJF、HRRN、優(yōu)先數(shù)、RR等） 先來先服務(wù)FCFS:按作業(yè)提交的先后次序進行調(diào)度 短作業(yè)優(yōu)先SJF：選擇運行時間最小的作業(yè)進行調(diào)度 響應(yīng)比高優(yōu)先HRRN：響應(yīng)比等待時間 / 運行

26、時間 優(yōu)先調(diào)度 時間片輪轉(zhuǎn)RR 最短剩余時間優(yōu)先SRT 多級反饋隊列FB 進程調(diào)度 進程調(diào)度的兩種方式 非剝奪式調(diào)度：進程自動放棄CPU 可剝奪式調(diào)度：系統(tǒng)強迫進程放棄CPU 進程調(diào)度算法 FCFS 循環(huán)輪轉(zhuǎn)調(diào)度（RR） 最短進程優(yōu)先 最短剩余時間優(yōu)先 多級反饋隊列調(diào)度第7章 主存管理內(nèi)存管理概述 計算機系統(tǒng)存儲結(jié)構(gòu) 三級存儲結(jié)構(gòu)：高速緩存、內(nèi)存和外存 主存管理的功能 1、地址映射 物理地址： 把內(nèi)存分成若干個大小相等的存儲單元，每個單元給一個編號，這個編號稱為內(nèi) 存地址（物理地址、絕對地址、實地址），存儲單元占8位，稱作字節(jié)（byte）。 邏輯地址：用戶編程序時所用的地址（程序地址、相對地址

27、、虛地址 ），基本單位 可與內(nèi)存的基本單位相同，也可以不相同。 程序地址空間（邏輯地址空間、虛地址空間）:用戶的程序地址的集合稱為邏輯地 址空間，它的編址總是從0開始的，可以是一維線性空間，也可以是多維空間。 地址映射（地址重定位、地址轉(zhuǎn)換） 將程序地址空間中使用的邏輯地址變換成內(nèi)存中的物理地址的過程。 地址映射的功能就是要建立虛實地址的對應(yīng)關(guān)系 靜態(tài)地址映射：作業(yè)裝入時進行重定位 （軟件實現(xiàn)） 優(yōu)點：實現(xiàn)簡單，不要硬件的支持。 缺點：要求連續(xù)存放； 程序裝入后，不能移動； 必須事先確定需要的存儲量； 程序和數(shù)據(jù)難以共享，造成內(nèi)存空間浪費。 動態(tài)地址映射：程序動態(tài)執(zhí)行時進行重定位 （硬件完成）

28、 動態(tài)地址映射是在程序執(zhí)行時由系統(tǒng)硬件逐條指令地完成從邏輯地址到物理地 址的轉(zhuǎn)換的。 動態(tài)地址重定位機構(gòu)由基地址寄存器BR和邏輯地址（虛地址）寄存器VR組成。 靜態(tài)地址映射與動態(tài)地址映射的區(qū)別 靜態(tài)地址映射 動態(tài)地址映射 · 在作業(yè)裝入過程中 · 在程序執(zhí)行期間 進行地址映射 進行地址映射 · 需軟件 需硬件地址變換機構(gòu) 重定位裝入程序 重定位寄存器 · 需花費較多CPU時間 · 地址變換快 · 不靈活 · 靈活 內(nèi)存物理地址MA與邏輯地址的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：MA（BR）（VR） 2、主存分配 3、虛擬存儲 虛擬內(nèi)存：是操作系統(tǒng)采

29、用虛擬技術(shù)，在不改變物理內(nèi)存實際大小的情況下提供的 邏輯上被擴充了的內(nèi)存。這種物理上不具備而邏輯上具備的內(nèi)存就是虛擬內(nèi)存。 (支持虛擬存儲的理論)局部性理論： 1、時間局部性：一條指令執(zhí)行后可能會再次執(zhí)行； 2、空間局部性：訪問了某個存儲單元則附近的單元也可能會訪問。 指令執(zhí)行時，總是只涉及程序的一個局部。 實現(xiàn)虛擬存儲的方法 請求調(diào)入策略 請求分頁、請求分段。 交換技術(shù) 采用覆蓋技術(shù) 4、存儲保護 常用的存儲保護方法有3種：上下界寄存器或基址加限長寄存器；存儲保護鍵法；界限寄存器+核心態(tài)/用戶態(tài)。 基址限長寄存器保護法 基址寄存器=下界寄存器（首地址） 限長寄存器：存放程序長度 基址+限長=

30、上界寄存器（末地址） 判別式：基址寄存器物理地址基址+限長寄存器分區(qū)內(nèi)存管理1、 類型 固定分區(qū) 、動態(tài)分區(qū)二、動態(tài)分區(qū)存儲管理技術(shù) 1、地址映射 物理地址=基址寄存器+邏輯地址 2、分區(qū)的分配機構(gòu) 描述主存資源：內(nèi)存信息塊 描述分區(qū)：分區(qū)描述器 管理空閑區(qū)：空閑區(qū)表、空閑區(qū)隊列(空閑區(qū)鏈) 3、分區(qū)的分配與放置策略 放置策略：首次適應(yīng)：空閑區(qū)按起始地址遞增的順序排列，將作業(yè)放到最先找到的空閑分區(qū)。最佳適應(yīng)：空閑區(qū)按由小到大的順序排列，將作業(yè)放到滿足要求的最小的空閑分區(qū)。 最壞適應(yīng)：空閑區(qū)按由大到小的順序排列，將作業(yè)放到滿足要求的最大的空閑分區(qū)。 3、 碎片問題 解決辦法：拼接技術(shù)移動已分配區(qū)

31、，使空閑區(qū)連續(xù)（大搬家）。 問題：1、要耗費CPU時間2、要等待3、可能拼接所花費系統(tǒng)開銷大于所得到的效益。 拼接時機：非拼接不可時（總的空閑可以分配但無連續(xù)區(qū)可分配時）再拼接。 分頁內(nèi)存管理1、 分頁管理的基本原理 程序地址空間分成大小相等的頁面，稱為頁、虛擬頁等； 內(nèi)存也分成與頁面大小相等的塊，被稱為塊、內(nèi)存塊、頁塊、頁禎、內(nèi)存頁面等 程序裝入內(nèi)存時，針對每一頁分配一個內(nèi)存塊。一個作業(yè)的若干連續(xù)的頁，可以分配到 內(nèi)存中若干不連續(xù)的塊中。 頁表是頁式存儲管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它包括用戶程序空間的頁面與內(nèi)存塊的對應(yīng)關(guān)系、頁 面的存儲保護和存取控制方面的信息，是OS進行分頁管理的依據(jù)。 最重要的兩項：

32、頁號、內(nèi)存塊號 塊起始地址頁長度×塊號 塊內(nèi)位移=頁內(nèi)位移 物理地址塊起始地址頁內(nèi)位移W 根據(jù)邏輯地址求物理地址的解題步驟： 1）將邏輯地址線性分割求出頁號P和頁內(nèi)位移W： 2）根據(jù)葉號查頁表得塊號B； 3）物理地址=塊號B×頁大小+頁內(nèi)位移W 邏輯地址以十進制數(shù)給出：頁號P=邏輯地址 % 頁大小頁內(nèi)位移W=邏輯地址 mod 頁大小2、 靜態(tài)分頁管理 靜態(tài)分頁管理于作業(yè)開始執(zhí)行前將其全部頁裝入內(nèi)存 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有3張表：頁表、請求表、存儲頁面表3、 動態(tài)分頁管理 動態(tài)分頁管理方法的理論基礎(chǔ)：局部性理論 局部性理論由兩個部分組成：1）時間局部性2）空間局部性 中斷位：0 表示該頁

33、在內(nèi)存，1表示該頁不在內(nèi)存（需要缺頁中斷） 輔存地址：該頁在輔存的位置 引用位：0 表示最近沒有被訪問，1表示最近被訪問過 修改位：0 表示該頁調(diào)入內(nèi)存后沒有修改，1表示頁調(diào)入內(nèi)存后修改過分頁管理的優(yōu)缺點分頁管理的優(yōu)點： 有效地解決了“碎片”問題，提高了內(nèi)存的利用率。 動態(tài)請求分頁管理提供了虛擬內(nèi)存，有利于提高內(nèi)存的利用率和進程的并發(fā)度。分頁管理的缺點： 不能保證一頁中的數(shù)據(jù)在邏輯上的完整性，不方便共享實現(xiàn)和存取權(quán)限的控制。 要求系統(tǒng)提供相應(yīng)的硬件支持，增加了系統(tǒng)成本。 需要查詢頁表，增加了系統(tǒng)的時間開銷。 如果淘汰算法不好可能引起系統(tǒng)抖動。 存在稱為“頁內(nèi)碎片”，當(dāng)頁容量比較大時，其浪費也很

34、大。置換算法 常用算法： 1、最優(yōu)算法OPT:置換在最長時間內(nèi)不會使用的頁.) 2、先進先出算法FIFO：淘汰先調(diào)入內(nèi)存的頁 3、最近最少使用淘汰算法LRU：淘汰未被訪問的頁中時間最長的頁; 4、二次機會算法:淘汰第1個最近未被訪問的頁； (在頁表中增加引用位， 系統(tǒng)周期性清0，被訪問時置1，淘汰訪問位為0的最先找到的頁面。) 5:最近未使用淘汰算法NRU： (不但考慮訪問位，必須同時考慮回寫位，增強型二次機會算法。)使用缺頁中斷率f衡量頁面淘汰算法的優(yōu)劣： ffa （a是總的頁面訪問次數(shù)，f是缺頁中斷次數(shù)） 顛簸 導(dǎo)致系統(tǒng)效率急劇下降的主存和輔存之間的頻繁的頁面置換 現(xiàn)象稱為抖動，也稱為抖動

35、。 產(chǎn)生顛簸的原因： 系統(tǒng)的淘汰算法不合理從而導(dǎo)致剛淘汰的頁面馬上又要訪問的頻繁的頁面置換狀態(tài)。分段內(nèi)存管理 段式管理的最大缺點：碎片 頁式系統(tǒng)與段式系統(tǒng)的區(qū)別 用戶地址空間的區(qū)別 頁式系統(tǒng)中用戶地址空間一維地址空間 段式系統(tǒng)中用戶地址空間二維地址空間 分段和頁面的區(qū)別 信息的邏輯劃分 · 信息的物理劃分 · 段長是可變的 · 頁的大小是固定的 · 用戶可見 · 用戶不可見 · w字段的溢出 · w字段的溢出自動 將產(chǎn)生越界中斷 加入到頁號中 第8章 設(shè)備管理設(shè)備的種類 存儲設(shè)備(塊設(shè)備)、I/O設(shè)備（字符設(shè)備）、通信設(shè)備設(shè)

36、備管理的目標(biāo) 提高設(shè)備利用率、方便用戶的使用設(shè)備管理功能 狀態(tài)跟蹤、設(shè)備分配與回收、設(shè)備控制設(shè)備獨立性 所謂設(shè)備獨立性是指，用戶在編制程序時所使用的設(shè)備與實際使 用的設(shè)備無關(guān)，也就是在用戶程序中僅使用邏輯設(shè)備名。 兩種類型的設(shè)備獨立性 一個程序獨立于分配給它的某種類型的具體設(shè)備 程序應(yīng)盡可能與它所使用的I/O設(shè)備類型無關(guān) 設(shè)備獨立性的優(yōu)點： 方便用戶、改善設(shè)備利用率、提高系統(tǒng)的可擴展性和可適應(yīng)性設(shè)備控制塊：設(shè)備名、設(shè)備屬性、命令轉(zhuǎn)換表設(shè)備管理的任務(wù)緩沖技術(shù) 緩沖是兩種不同速度的設(shè)備之間傳輸信息時平滑傳輸過程的常用手段。 緩沖類別：緩沖器、軟件緩沖 常用的緩沖技術(shù)：雙緩沖、環(huán)形緩沖、緩沖池設(shè)備分

37、配方式 獨享分配 靜態(tài)分配方式 共享分配 動態(tài)分配方式 虛擬分配 SPOOL系統(tǒng)的特點： 提高了I/O速度； 提高了設(shè)備利用率和系統(tǒng)的吞吐能力； 實現(xiàn)對獨占設(shè)備的改造和提高了進程的并發(fā)度和執(zhí)行效率； 按資源分配管理方式設(shè)備分類：獨占設(shè)備、共享設(shè)備、虛擬設(shè)備輸入輸出控制 設(shè)備的I/O控制方式 數(shù)據(jù)傳輸方式分類：1）程序查詢方式2）中斷控制方式3）DMA方式4）通道方式 程序查詢 中斷控制 DMA 直接存儲器存取方式 DMA方式的特點： 數(shù)據(jù)傳送的單位是數(shù)據(jù)塊。CPU每響應(yīng)一次總線請求，DMA控制器傳送一塊數(shù)據(jù)。 I/O數(shù)據(jù)直接在外設(shè)與內(nèi)存之間傳送。 僅在傳送數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束時才需要CPU的干預(yù)

38、，整塊數(shù)據(jù)的傳送是在DMA 控制器的控制之下完成的。 通道 設(shè)備驅(qū)動主要完成的工作： 對設(shè)備進行初始化； 從設(shè)備接收數(shù)據(jù)并回傳系統(tǒng)或?qū)?shù)據(jù)從系統(tǒng)送到設(shè)備； 檢測和處理設(shè)備錯誤。 操作系統(tǒng)I/O模塊的功能設(shè)備管理用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第9章 文件系統(tǒng)文件及文件系統(tǒng)產(chǎn)生的必要性： 計算機處理信息大，內(nèi)存容量有限； 進程地址空間存放信息是臨時的； 多進程間需實現(xiàn)大量的信息共享；基本概念 文件、文件名、文件系統(tǒng)（定義、組成、功能）、文件的分類。 文件是在邏輯上具有完整意義的信息的集合 ，以文件名作為其唯一標(biāo)識。 文件名即文件的名稱，以字符串的形式描述。 文件的分類 (1) 按文件性質(zhì)和用途分類 系統(tǒng)文件 用戶文件 庫文件 (2) 按信息保存期限分類 臨時文件，永久文件，檔案文件 (3) 按文件的保護方式分類 只讀文件，讀寫文件，可執(zhí)行文件 (4) 按文件的邏輯結(jié)構(gòu)分類 流式文件、記錄式文件 (5) 按文件的物理結(jié)構(gòu)分類 順序（連續(xù)）文件，鏈接文件，索引文件。 文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中負責(zé)管理和存取文件信息的軟件機構(gòu)。 文件系統(tǒng)的組成： 管理文件所需要的數(shù)