計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)期末復(fù)習(xí)重點(diǎn)

1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成l 操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)系統(tǒng)軟件，是能有效地組織和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的硬件和軟件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程，控制程序的執(zhí)行，并向用戶提供各種服務(wù)功能，使得用戶能夠靈活、方便、有效地使用計(jì)算機(jī)，并使整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能高效地運(yùn)行的一組程序模塊的集合。l 操作系統(tǒng)的作用：管理系統(tǒng)中的各種資源 ，包括硬件資源和軟件資源；為用戶提供良好的界面。l 多道批處理系統(tǒng)(60年代)概念：為了提高系統(tǒng)吞吐量和資源利用率,允許多個(gè)程序同時(shí)駐留內(nèi)存,使處理機(jī)在這些程序之間切換。在一段時(shí)間內(nèi),執(zhí)行完多個(gè)程序的處理技術(shù)稱為多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)。在多道批處理系統(tǒng)中，用戶提交的作業(yè)首先存放在

2、外存,并排成一個(gè)隊(duì)列，稱為“后備隊(duì)列”，然后,由作業(yè)調(diào)度程序按照一定的算法從該隊(duì)列中一次選取一個(gè)或若干個(gè)作業(yè)裝入內(nèi)存執(zhí)行，使它們共享CPU和系統(tǒng)中的各種資源。Ø 優(yōu)點(diǎn)：資源利用率高；系統(tǒng)吞吐量大。Ø 缺點(diǎn)：平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)；無(wú)交互能力。l 操作系統(tǒng)的基本特性并發(fā)性：兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生；（并行性: 兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生）共享性虛擬性：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。異步性(不確定性)l 操作系統(tǒng)的主要功能（5個(gè)）：從資源管理的角度看，處理機(jī)管理、存儲(chǔ)器管理、設(shè)備管理和文件管理從用戶的角度看，為方便用戶使用操作系統(tǒng)，還需要提供用戶接口l

3、 程序順序執(zhí)行（單道批處理）的特征：順序性、封閉性、可再現(xiàn)性l 程序并發(fā)執(zhí)行的特征：間斷性：程序執(zhí)行的相互制約將導(dǎo)致并發(fā)程序具有“執(zhí)行暫停執(zhí)行執(zhí)行”這種間斷性的活動(dòng)規(guī)律。失去封閉性：因多個(gè)程序共享系統(tǒng)中的資源，所以某程序在執(zhí)行時(shí)必然會(huì)受到其他程序的影響。結(jié)果的不可再現(xiàn)性:由于失去了封閉性，也將導(dǎo)致失去其可再現(xiàn)性。l 進(jìn)程 定義：進(jìn)程實(shí)體的運(yùn)行過(guò)程，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位結(jié)構(gòu)特征：進(jìn)程實(shí)體=程序段+數(shù)據(jù)段+進(jìn)程控制塊動(dòng)態(tài)性（基本特征）、并發(fā)性、獨(dú)立性、異步性l 進(jìn)程控制塊（PCB）進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志。操作系統(tǒng)是根據(jù)進(jìn)程控制塊（PCB）來(lái)對(duì)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程進(jìn)行控制和管理的。 PCB是

4、常駐內(nèi)存的。操作系統(tǒng)開(kāi)辟PCB區(qū)將所有的PCB組織成若干個(gè)鏈表或隊(duì)列。兩種組織方式：鏈接方式、索引方式l 程序與進(jìn)程的區(qū)別與聯(lián)系（1）進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念，程序是一個(gè)靜態(tài)的概念。（本質(zhì)）（2）進(jìn)程是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位，程序則不是。 （3）程序可以作為一種軟件資源長(zhǎng)期保存，而進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行過(guò)程，它是臨時(shí)的，有生命期的。 （4）進(jìn)程是具有結(jié)構(gòu)的。l 進(jìn)程的三種基本狀態(tài)及轉(zhuǎn)換（1）就緒執(zhí)行狀態(tài) 處于就緒狀態(tài)的進(jìn)程，當(dāng)進(jìn)程調(diào)度為之分配了處理機(jī)后。（2）執(zhí)行阻塞狀態(tài) 正在執(zhí)行的進(jìn)程因發(fā)生某種事件而無(wú)法執(zhí)行.（3）執(zhí)行就緒狀態(tài) 正在執(zhí)行的進(jìn)程如因時(shí)間片用完或一個(gè)優(yōu)

5、先權(quán)高的進(jìn)程到來(lái)而被暫停執(zhí)行.（4）阻塞就緒狀態(tài) 處于阻塞狀態(tài)的進(jìn)程，其等待的事件已經(jīng)發(fā)生。l 原語(yǔ)定義由若干條指令組成的，用于完成一定功能的一個(gè)過(guò)程。原子性：執(zhí)行時(shí)不可中斷。要么全都執(zhí)行，要么全都不執(zhí)行。l 進(jìn)程同步 主要任務(wù)：對(duì)多個(gè)相關(guān)進(jìn)程在執(zhí)行次序上進(jìn)行協(xié)調(diào)，以使并發(fā)執(zhí)行的諸進(jìn)程之間能有效地共享資源和相互合作，從而使程序的執(zhí)行具有可再現(xiàn)性。兩種形式的制約關(guān)系：l 間接相互制約關(guān)系 資源共享關(guān)系進(jìn)程互斥 保證諸進(jìn)程能互斥地訪問(wèn)臨界資源（打印機(jī)、輸入機(jī)、磁帶機(jī)；共享變量、共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等）。l 直接相互制約關(guān)系 相互合作關(guān)系進(jìn)程同步保證相互合作的諸進(jìn)程在執(zhí)行次序上的協(xié)調(diào)，不會(huì)出現(xiàn)與時(shí)間有關(guān)的差

6、錯(cuò)。l 信號(hào)量l 物理含義:信號(hào)量中的整型變量value表示系統(tǒng)中某類(lèi)資源的數(shù)目。當(dāng)S.value>0時(shí)，表示系統(tǒng)中當(dāng)前可用資源的數(shù)目；當(dāng)S.value=0時(shí)，表示系統(tǒng)中當(dāng)前無(wú)可用資源，無(wú)等待進(jìn)程；當(dāng)S.value<0時(shí)，其絕對(duì)值表示系統(tǒng)中因請(qǐng)求該類(lèi)資源而被阻塞的進(jìn)程數(shù)目。l 利用信號(hào)量解決進(jìn)程同步問(wèn)題在進(jìn)程互斥問(wèn)題中，P、V操作是配對(duì)出現(xiàn)的，對(duì)同一個(gè)信號(hào)量的P、V操作同時(shí)出現(xiàn)在每一個(gè)進(jìn)程的程序里。而在進(jìn)程同步問(wèn)題中，P、V操作也都是配對(duì)出現(xiàn)的，但對(duì)同一個(gè)信號(hào)量的P、V操作卻不是同時(shí)出現(xiàn)在每一個(gè)進(jìn)程的程序里，而是分別出現(xiàn)在一個(gè)進(jìn)程和它的合作伙伴的代碼中。例：利用信號(hào)量解決吃水果問(wèn)題

7、void father( ) / 父親進(jìn)程 while(1) P(S_Plate); 往盤(pán)子中放入一個(gè)蘋(píng)果； V(S_Apple); void son( ) / 兒子進(jìn)程 while(1) P(S_Orange); 從盤(pán)中取出一個(gè) 桔子； V(S_Plate); 吃桔子； void mother( ) / 母親進(jìn)程 while(1) P(S_Plate); 往盤(pán)子中放入一個(gè)桔子； V(S_Orange); void daughter( ) / 女兒進(jìn)程 while(1) P(S_Apple); 從盤(pán)中取出一個(gè) 蘋(píng)果； V(S_Plate); 吃蘋(píng)果； l 處理機(jī)調(diào)度定義：對(duì)CPU資源進(jìn)行合理的

8、分配使用，以提高處理機(jī)利用率，并使各用戶公平地得到處理機(jī)資源。高級(jí)調(diào)度分鐘、小時(shí)或天外存上處于后備隊(duì)列中作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，并為他們創(chuàng)建進(jìn)程低級(jí)調(diào)度毫秒級(jí)調(diào)度的對(duì)象是進(jìn)程 獲得CPU，然后由分配程序把處理機(jī)分配給它中級(jí)調(diào)度 暫時(shí)不能運(yùn)行的進(jìn)程 調(diào)至外存上去等待l 調(diào)度算法 周轉(zhuǎn)時(shí)間Ti=完成時(shí)間-提交時(shí)間（到達(dá)時(shí)間）=等待時(shí)間+服務(wù)時(shí)間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間:作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間T與系統(tǒng)為它提供服務(wù)的時(shí)間TS之比，即W=T/TSl 先來(lái)先服務(wù)（FCFS）最簡(jiǎn)單的調(diào)度算法l 短作業(yè)優(yōu)先（SJF）l 時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法l 實(shí)時(shí)調(diào)度 則可調(diào)度 （m個(gè)周期性的硬實(shí)時(shí)任務(wù)，處理時(shí)間為Ci，周期時(shí)間為Pi）不可調(diào)度的解決的方法1采

9、用單處理機(jī)系統(tǒng)， 但須增強(qiáng)其處理能力， 以顯著地減少對(duì)每一個(gè)任務(wù)的處理時(shí)間；2采用多處理機(jī)系統(tǒng)。假定系統(tǒng)中的處理機(jī)數(shù)為N，則應(yīng)將上述的限制條件改為：N.l 死鎖 l 產(chǎn)生死鎖的原因:競(jìng)爭(zhēng)資源（競(jìng)爭(zhēng)非剝奪性資源引起進(jìn)程死鎖；競(jìng)爭(zhēng)臨時(shí)性資源引起進(jìn)程死鎖）; 進(jìn)程間推進(jìn)順序非法l 產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件1.互斥條件進(jìn)程對(duì)所分配到的資源進(jìn)行排它性使用，即在一段時(shí)間內(nèi)某資源只由一個(gè)進(jìn)程占用。2.請(qǐng)求和保持條件進(jìn)程已經(jīng)至少保持了一個(gè)資源,但又提出了新的資源請(qǐng)求,而該資源又已被其他進(jìn)程占有。3.不剝奪條件進(jìn)程已獲得的資源在未使用完之前不能被剝奪。4.環(huán)路等待條件在發(fā)生死鎖時(shí),必然存在一個(gè)進(jìn)程-資源的環(huán)形鏈。

10、l 處理死鎖的基本方法(1)預(yù)防死鎖 (2)避免死鎖。 (3)檢測(cè)死鎖。 (4)解除死鎖。l 銀行家算法請(qǐng)求資源Request1(1, 0, 2)Need1(1, 2, 2) Request1(1, 0, 2)Available(3, 3, 2)l 程序的裝入和鏈接l 固定分區(qū)分配將內(nèi)存用戶空間劃分成若干固定的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域只裝入一道作業(yè)?？蛇\(yùn)行多道程序。特點(diǎn)：簡(jiǎn)單，有碎片（內(nèi)部碎片）。l 外部碎片和內(nèi)部碎片內(nèi)部碎片是已經(jīng)被分配出去的的內(nèi)存空間大于請(qǐng)求所需的內(nèi)存空間。外部碎片是指還沒(méi)有分配出去，但是由于大小太小而無(wú)法分配給申請(qǐng)空間的新進(jìn)程的內(nèi)存空間空閑塊。固定分區(qū)存在內(nèi)部碎片，可變式分區(qū)分配會(huì)

11、存在外部碎片。l 分區(qū)分配算法、首次適應(yīng)算法、循環(huán)首次適應(yīng)算法、最佳適應(yīng)算法、最壞適應(yīng)算法、快速適應(yīng)算法空閑分區(qū)按容量大小分類(lèi)，設(shè)置一個(gè)管理索引表優(yōu)點(diǎn)：一個(gè)分區(qū)只屬于一個(gè)進(jìn)程，不分割分區(qū)，不產(chǎn)生碎片。缺點(diǎn)；為進(jìn)程分配的分區(qū)可能有浪費(fèi)現(xiàn)象。l 頁(yè)面與頁(yè)表分頁(yè)機(jī)制中的地址結(jié)構(gòu)：地址長(zhǎng)度為32位：其中0-11位為頁(yè)內(nèi)地址，即每頁(yè)的大小為4KB；12-31位為頁(yè)號(hào)，地址空間最多允許有1M個(gè)頁(yè)。舉例：設(shè)某數(shù)據(jù)的邏輯地址為3795，頁(yè)面大小為1K，根據(jù)頁(yè)表信息，計(jì)算相應(yīng)的物理地址。解：頁(yè)號(hào)：3795 整除 1024 = 3 ，頁(yè)內(nèi)地址：3795 mod 1024 = 723物理地址：11×102

12、4 + 723 = 11987l 分段邏輯地址是由段號(hào)（段名）和段內(nèi)地址組成l 分頁(yè)和分段的主要區(qū)別1、頁(yè)是信息的物理單位，分頁(yè)是為實(shí)現(xiàn)離散分配方式，以消減內(nèi)存的外零頭，提高內(nèi)存的利用率?；蛘哒f(shuō)， 分頁(yè)僅僅是由于系統(tǒng)管理的需要而不是用戶的需要。段則是信息的邏輯單位，它含有一組其意義相對(duì)完整的信息。分段的目的是為了能更好地滿足用戶的需要。2、頁(yè)的大小固定且由系統(tǒng)決定，由系統(tǒng)把邏輯地址劃分為頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)地址兩部分，是由機(jī)器硬件實(shí)現(xiàn)的，因而在系統(tǒng)中只能有一種大小的頁(yè)面；而段的長(zhǎng)度卻不固定， 決定于用戶所編寫(xiě)的程序，通常由編譯程序在對(duì)源程序進(jìn)行編譯時(shí)，根據(jù)信息的性質(zhì)來(lái)劃分。3、分頁(yè)的作業(yè)地址空間是一維的

13、，即單一的線性地址空間，程序員只需利用一個(gè)記憶符，即可表示一個(gè)地址； 而分段的作業(yè)地址空間則是二維的，程序員在標(biāo)識(shí)一個(gè)地址時(shí)，既需給出段名，又需給出段內(nèi)地址。l 虛擬存儲(chǔ)器定義：具有請(qǐng)求調(diào)入功能和置換功能，能從邏輯上對(duì)內(nèi)存容量加以擴(kuò)充的一種存儲(chǔ)器系統(tǒng)。其邏輯容量由內(nèi)存容量和外存容量之和所決定，其運(yùn)行速度接近于內(nèi)存速度，而每位的成本卻又接近于外存。虛擬存儲(chǔ)技術(shù)是一種性能非常優(yōu)越的存儲(chǔ)器管理技術(shù)，被廣泛地應(yīng)用于大、中、小型機(jī)器和微型機(jī)中。l 頁(yè)面置換算法最佳置換(Optimal)算法：被淘汰頁(yè)面以后永不使用或在未來(lái)最長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不再被訪問(wèn)的先進(jìn)先出(FIFO)算法：淘汰最先進(jìn)入內(nèi)存的頁(yè)面最近最久未使用

14、(LRU)算法：淘汰選擇最近最久未使用的頁(yè)面l 抖動(dòng)（顛簸）剛被淘汰的頁(yè)面又立即要用，把它調(diào)入不久又被調(diào)出，調(diào)出不久又被調(diào)入，頁(yè)面在內(nèi)存與外存之間頻繁調(diào)度l 緩沖作用：解決CPU與I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾緩沖的類(lèi)型：?jiǎn)尉彌_、雙緩沖(外設(shè)速度較高)、循環(huán)(環(huán)形)緩沖(用于低速I(mǎi)/O設(shè)備)、緩沖池(多個(gè)進(jìn)程共享的雙向緩沖技術(shù))l SPOOLing技術(shù)在聯(lián)機(jī)情況下實(shí)現(xiàn)的同時(shí)外圍設(shè)備聯(lián)機(jī)操作, 或稱為假脫機(jī)操作(用一道程序，來(lái)模擬脫機(jī)輸入時(shí)的外圍控制機(jī)的功能，即把低速I(mǎi)/O設(shè)備上的數(shù)據(jù)傳送到高速的磁盤(pán)上)特點(diǎn): 提高I/O速度；將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備；實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備的功能l 磁盤(pán)l 磁盤(pán)結(jié)構(gòu)磁盤(pán)存

15、儲(chǔ)器是由磁盤(pán)、驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)和控制器三部分組成的。l 磁盤(pán)性能盤(pán)片：個(gè)盤(pán)片有兩面，都可記錄信息。磁道：不同半徑的同心圓稱為磁道扇區(qū)：盤(pán)片被分成許多扇形的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域叫一個(gè)扇區(qū)。每個(gè)扇區(qū)的容量為4KB。一個(gè)扇區(qū)稱為一個(gè)盤(pán)塊磁頭：每個(gè)盤(pán)片的每一面都會(huì)有一個(gè)讀寫(xiě)頭柱面：不同盤(pán)片相同半徑的磁道所組成的圓柱稱為柱面(磁道和柱面可以互換使用)磁盤(pán)存儲(chǔ)容量磁頭數(shù)（盤(pán)面數(shù)）×磁道（柱面）數(shù)×每道扇區(qū)數(shù)×每扇區(qū)字節(jié)數(shù)如，軟盤(pán)：1.44M B=2×80×18×512 B（Byte）l 尋道時(shí)間Ts定義：把磁頭從當(dāng)前位置移到指定磁道所經(jīng)歷的時(shí)間，一般為230

16、毫秒，平均約為10毫秒Ts=m*n+ss-磁盤(pán)的啟動(dòng)時(shí)間,大約3ms；m-每移動(dòng)一條磁道所經(jīng)歷的時(shí)間，一般磁盤(pán)： m0.2ms，對(duì)高速磁盤(pán)：m<=0.1ms；n-移動(dòng)的磁道數(shù)目；l 旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間Tr定義：指定扇區(qū)移動(dòng)到磁頭下所經(jīng)歷的時(shí)間Tr=1/2r （平均情況下，需要旋轉(zhuǎn)半圈）r磁盤(pán)以秒計(jì)的旋轉(zhuǎn)速度一個(gè)7200（轉(zhuǎn)/每分鐘）的硬盤(pán)，則旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間為 (60×1000)/(7200×2)4.17毫秒。一個(gè)300/600（轉(zhuǎn)/每分鐘）軟盤(pán)，平均旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間為60×1000/(300×2)100毫秒, 60×1000/(600×2)

17、50毫秒。l 傳輸時(shí)間Tt數(shù)據(jù)從磁盤(pán)讀出，或向磁盤(pán)寫(xiě)數(shù)據(jù)所經(jīng)歷的時(shí)間，約為零點(diǎn)幾毫秒,可以忽略不計(jì)Ttb/rNb讀寫(xiě)的字節(jié)數(shù)r磁盤(pán)以秒計(jì)的旋轉(zhuǎn)速度N一條磁道上的字節(jié)數(shù)l 訪問(wèn)時(shí)間Ta=Ts+Tr+Tt=(m*n+s)+1/2r+b/rNl 磁盤(pán)調(diào)度算法先來(lái)先服務(wù)FCFS最短尋道時(shí)間優(yōu)先SSTF掃描算法SCAN(電梯調(diào)度算法) 優(yōu)先考慮的是磁頭的當(dāng)前移動(dòng)方向 循環(huán)掃描算法CSCAN最小磁道號(hào)與最大磁道號(hào)緊鄰l 文件l 文件類(lèi)型按用途分類(lèi)：系統(tǒng)文件；用戶文件；庫(kù)文件按文件中數(shù)據(jù)形式分類(lèi)：源文件；目標(biāo)文件；可執(zhí)行文件按存取控制屬性分類(lèi)：只執(zhí)行文件；只讀文件；讀寫(xiě)文件按文件組織形式分類(lèi)：普通文件；目錄

18、文件；特殊文件文件邏輯結(jié)構(gòu)可分為兩類(lèi)：結(jié)構(gòu)文件：也稱為記錄式文件，組成文件的數(shù)據(jù)項(xiàng)單位為記錄。如數(shù)據(jù)庫(kù)文件。無(wú)結(jié)構(gòu)文件：也稱流式文件，組成文件的數(shù)據(jù)項(xiàng)單位為ASCII字符，如源程序、可執(zhí)行文件等。l 文件操作創(chuàng)建（分配外存空間、建立目錄項(xiàng)）刪除（刪除目錄項(xiàng)，回收存儲(chǔ)空間）讀（查找目錄項(xiàng)，讀入內(nèi)存指定位置）寫(xiě)（查找目錄項(xiàng)，調(diào)用寫(xiě)指針寫(xiě)入）截?cái)啵▽⑽募L(zhǎng)度置為0）設(shè)置文件的讀/寫(xiě)位置（從設(shè)置的位置開(kāi)始操作）“打開(kāi)”和“關(guān)閉”操作練習(xí)題操作系統(tǒng)是對(duì)_計(jì)算機(jī)資源_進(jìn)行管理的軟件。從用戶的觀點(diǎn)看，操作系統(tǒng)是 用戶與計(jì)算機(jī)之間的接口 。操作系統(tǒng) 管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中軟硬件資源 ， 提供方便用戶使用操作系統(tǒng)功能的接口 。在操作系統(tǒng)中引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)是為了提高系統(tǒng)資源的 利用率 。所謂_多道程序設(shè)計(jì)_是指將多個(gè)作業(yè)放入內(nèi)存，并且同時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)，這些作業(yè)共享處理機(jī)的時(shí)間和外圍設(shè)備等其它資源。分時(shí) 操作系統(tǒng)