計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)期末復(fù)習(xí)指導(dǎo)

1、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)期末復(fù)習(xí)指導(dǎo)（本科）中央電大計(jì)算機(jī)教研室計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)課程是中央電大計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門必修課。通過學(xué)習(xí)使學(xué)員掌握計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的組成及基本設(shè)計(jì)原理，基本概念和相關(guān)的新概念和名詞術(shù)語(yǔ)；了解計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)、設(shè)計(jì)技巧和方法，對(duì)常用計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（如Dos、Windows和UNIX/Linux）會(huì)進(jìn)行基本的操作使用。該課程使用的教材為計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（第2版），吳企淵、梁燕編著，清華大學(xué)出版社2003年8月出版。主要內(nèi)容包括：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)概述、作業(yè)管理、文件管理、存儲(chǔ)管理、輸入輸出設(shè)備管理、進(jìn)程及處理機(jī)管理、操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)，并附錄課程實(shí)驗(yàn)。操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的

2、基本組成部分，是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心。計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)課程是理論性和實(shí)踐性都較強(qiáng)的課程，具有概念多、較抽象、涉及面廣的特點(diǎn)。為幫助大家復(fù)習(xí)這門課程，下面按照教學(xué)大綱，對(duì)各章的重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行歸納、總結(jié)，給出解答問題的指導(dǎo)，最后給出練習(xí)及參考解答，供大家復(fù)習(xí)時(shí)參考。一、   各章復(fù)習(xí)要點(diǎn)第一章      計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)概述1、操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)（Operating System，OS）是方便用戶、管理和控制計(jì)算機(jī)軟硬件資源的系統(tǒng)軟件（或程序集合）。從用戶角度看，操作系統(tǒng)可以看成是對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的擴(kuò)充；從人機(jī)交互方式來(lái)看，操

3、作系統(tǒng)是用戶與機(jī)器的接口；從計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)看，操作系統(tǒng)是一種層次、模塊結(jié)構(gòu)的程序集合，屬于有序分層法，是無(wú)序模塊的有序?qū)哟握{(diào)用。操作系統(tǒng)在設(shè)計(jì)方面體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)和管理技術(shù)的結(jié)合。2、操作系統(tǒng)的發(fā)展形成了五大類型操作系統(tǒng)的五大類型是批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)。l         多通道批處理操作系統(tǒng)多道程序設(shè)計(jì)：即在系統(tǒng)內(nèi)（內(nèi)存）同時(shí)存放并運(yùn)行幾道相互獨(dú)立的程序。多道程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)：是將運(yùn)行過程進(jìn)一步細(xì)化成幾個(gè)小的步驟，從而實(shí)現(xiàn)宏觀上的并行。但從微觀上看，內(nèi)存中的多道

4、程序輪流地或分時(shí)地占用處理機(jī)，交替執(zhí)行。多道批處理系統(tǒng) = 批處理系統(tǒng)+多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)l         分時(shí)與實(shí)時(shí)分時(shí)：鑒于CPU運(yùn)轉(zhuǎn)的高速度，把CPU的時(shí)間分成很短的時(shí)間片（例如，幾十至幾百毫秒）進(jìn)行工作。時(shí)間片的大小影響系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，并與系統(tǒng)用戶的數(shù)量、系統(tǒng)時(shí)間片的切換速度有關(guān)。實(shí)時(shí)是指計(jì)算機(jī)對(duì)于外來(lái)信息能夠以足夠快的速度進(jìn)行處理，并在被控對(duì)象允許的時(shí)間范圍內(nèi)做出快速反應(yīng)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)交互能力要求不高，但要求可靠性有保障。l       

5、  網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與分布式操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的更高級(jí)形式，它保持網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所擁有的全部功能，同時(shí)又有透明性、可靠性、高性能等。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與分布式操作系統(tǒng)雖然都屬于管理分布在不同地理位置的計(jì)算機(jī)，但最大的差別是：網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的工作，用戶必須知道網(wǎng)址，而分布式系統(tǒng)用戶則不必知道計(jì)算機(jī)的確切地址。3、操作系統(tǒng)的五大功能(ZHANGWO)l         作業(yè)管理：包括任務(wù)、界面管理、人機(jī)交互、圖形界面、語(yǔ)音控制和虛擬現(xiàn)實(shí)等；l     

6、0;   文件管理：又稱為信息管理；l         存儲(chǔ)管理：實(shí)質(zhì)是對(duì)存儲(chǔ)“空間”的管理，主要指對(duì)主存的管理；l         設(shè)備管理：實(shí)質(zhì)是對(duì)硬件設(shè)備的管理，其中包括對(duì)輸入輸出設(shè)備的分配、啟動(dòng)、完成和回收；l         進(jìn)程管理：實(shí)質(zhì)上是對(duì)處理機(jī)執(zhí)行“時(shí)間”的管理，即如何將CPU真正合理地分配給每個(gè)任務(wù)。4、表征操作系統(tǒng)的

7、屬性主要有：響應(yīng)系數(shù)，并發(fā)性，信息的共享、保密與保護(hù)，可擴(kuò)充性、可移植性、可讀性、可生成性，安全可靠性，可測(cè)試性等。第二章      作業(yè)管理(LIAOJIE)1、基本概念作業(yè)(Job)是讓計(jì)算機(jī)完成一件事或任務(wù)，可大可小，可多可少。作業(yè)步(Job steps) ：作業(yè)順序執(zhí)行的工作單元。作業(yè)流(Job Stream) ：作業(yè)步的控制流程。作業(yè)類別分為終端型作業(yè)和批量型作業(yè)。2、三代用戶界面l  第一代用戶界面：操作命令金額系統(tǒng)調(diào)用（一維空間）l   第二代用戶界面：圖形界面（二維空間）l &#

8、160;     第三代用戶界面：虛擬現(xiàn)實(shí)的界面元素（三維空間）3、界面管理的功能l           實(shí)現(xiàn)高效的人機(jī)通信l           改善計(jì)算機(jī)的可用性、可學(xué)性和有效性l           支持三維及多媒體技術(shù)l  

9、0;        為廣大用戶提供適應(yīng)不同應(yīng)用的眾多界面構(gòu)造工具及語(yǔ)言4、作業(yè)調(diào)度(SHULIAN ZHANGWO)l         作業(yè)調(diào)度功能（1）采用JCB（作業(yè)控制塊）表格，記錄各作業(yè)狀況；（2）按選定的算法，從后備作業(yè)隊(duì)列中選出一部分（多道）或一個(gè)作業(yè)投入運(yùn)行；（3）為被選中的作業(yè)做好運(yùn)行前的準(zhǔn)備工作，例如建立相應(yīng)的執(zhí)行進(jìn)程和分配系統(tǒng)資源；（4）作業(yè)運(yùn)行結(jié)束的善后處理工作。l     

10、    作業(yè)調(diào)度算法（1）先來(lái)先服務(wù)（FCFS）作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間=?（作業(yè)完成時(shí)刻i-作業(yè)提交時(shí)刻i）/n個(gè)作業(yè)（2）最短作業(yè)優(yōu)先：在作業(yè)內(nèi)容參差很不均衡時(shí)有合理性（3）最高響應(yīng)比優(yōu)先響應(yīng)比(系數(shù))作業(yè)響應(yīng)時(shí)間（等待運(yùn)行）/作業(yè)運(yùn)行時(shí)間（4）定時(shí)輪轉(zhuǎn)法：按時(shí)間片分為固定時(shí)間片和不固定時(shí)間片（5）優(yōu)先數(shù)法：急事先辦的原則（6）事件驅(qū)動(dòng)法：MS-Windows采用此算法5、Shell命令解釋和控制語(yǔ)言 Shell是用戶與操作系統(tǒng)交互作用的界面。作為命令解釋程序它接收用戶輸入的命令，進(jìn)行分析，創(chuàng)建子進(jìn)程實(shí)現(xiàn)命令的功能，等子進(jìn)程終止工作后，發(fā)出提示符。此外，Shell還是

11、一種高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，有變量、關(guān)鍵字、各種控制語(yǔ)句，支持函數(shù)模塊，有自己的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)。第三章      文件管理1、文件管理的任務(wù)與功能了解任務(wù)：把存儲(chǔ)、檢索、共享和保護(hù)文件的手段，提供給操作系統(tǒng)本身和用戶，以達(dá)到方便用戶和提高資源利用率的目的。功能：-分配與管理外存，實(shí)現(xiàn)按名存取-提供合適的存儲(chǔ)方法-文件共享、保護(hù)，解決命名沖突，控制存取權(quán)限文件的組織結(jié)構(gòu)：文件、文件元素、文件系統(tǒng)，其中文件系統(tǒng)包含文件管理程序（文件和目錄的集合）和所管理的全部文件。2、文件分類（1）按文件性質(zhì)與用途分：系統(tǒng)文件、庫(kù)文件、用戶文件（2）按操作保護(hù)分：只讀文件、可

12、讀可寫文件、可執(zhí)行文件（3）按使用情況分：臨時(shí)文件、永久文件、檔案文件（4）按用戶觀點(diǎn)分：普通文件、目錄文件、特殊文件（5）按存取的物理結(jié)構(gòu)分：順序（連續(xù)）文件、鏈接文件、索引文件（6）按文件的邏輯存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)分：有結(jié)構(gòu)文件、無(wú)結(jié)構(gòu)文件（7）按文件中的數(shù)據(jù)形式分：源文件、目標(biāo)文件3、文件的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)l         文件的邏輯結(jié)構(gòu)-從用戶使用角度確定的文件結(jié)構(gòu)-按文件名及記錄號(hào)存取文件，是一維、連續(xù)的字符序列，方便存儲(chǔ)、檢索或加工-文件由若干個(gè)邏輯記錄組成，并加以命名或編號(hào)l   

13、;      文件的物理結(jié)構(gòu)又稱文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，是指文件在存儲(chǔ)介質(zhì)上的存儲(chǔ)組織形式，與存儲(chǔ)介質(zhì)的存儲(chǔ)性能有關(guān)?？臻e空間的管理方法主要有：空閑表法、空閑鏈表法、成組鏈接法4、文件目錄（1）文件目錄分類：一級(jí)文件目錄、二級(jí)文件目錄、多級(jí)文件目錄（2）文件目錄的管理l         目錄做成文件，文件系統(tǒng)便于內(nèi)部統(tǒng)一管理，目錄文件在使用時(shí)調(diào)入內(nèi)存；l         在操作系統(tǒng)中，大量采用“

14、表格”管理。5、文件存取控制l         解決文件保護(hù)、保密和共享l         常用的文件存取控制方法有：存取控制矩陣、用戶權(quán)限表、使用口令、使用密碼l         Unix/Linux系統(tǒng)的安全性與計(jì)算機(jī)病毒簡(jiǎn)介6、文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和表示UNIX或Linux操作系統(tǒng)中文件系統(tǒng)的主要特點(diǎn)（1）操作系統(tǒng)文件的目錄組織是一個(gè)樹形結(jié)構(gòu)；（2）文件

15、本身是無(wú)結(jié)構(gòu)的字符流；（3）把外部設(shè)備的特殊文件和普通文件以及目錄文件都統(tǒng)一在文件這一概念之下。第四章      存儲(chǔ)管理（尋址）1、存儲(chǔ)管理的基本概念l       邏輯地址與物理地址在具有地址變換機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)中，允許程序中編排的地址和信息實(shí)際存放在內(nèi)存中的地址有所不同。前者叫邏輯（相對(duì)）地址，后者叫物理（絕對(duì)）地址。l       重定位：將邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址。l    

16、0;  三級(jí)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)輔存?主存?高速緩存為三級(jí)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，從輔存到高速緩存，存儲(chǔ)器容量減小，存取時(shí)間減少，速度增加，但每位存儲(chǔ)器成本增加了。l       虛擬存儲(chǔ)管理虛存是由操作系統(tǒng)調(diào)度，采用內(nèi)外存的交換技術(shù)，各道程序在必需使用時(shí)調(diào)入內(nèi)存，不用的調(diào)出內(nèi)存，這樣好像內(nèi)存容量不受限制。虛存的特點(diǎn)：（1）虛存容量不是無(wú)限的，極端情況受內(nèi)存和外存可利用的總?cè)萘肯拗?；?）虛存容量還受計(jì)算機(jī)總線地址結(jié)構(gòu)限制；（3）速度和容量的“時(shí)空”矛盾，虛存量的“擴(kuò)大”是以犧牲CPU工作時(shí)間以及內(nèi)外存交換時(shí)間為代價(jià)的。l  

17、     存儲(chǔ)管理的任務(wù)和功能任務(wù)是方便用戶，提高內(nèi)存資源的利用率，實(shí)現(xiàn)主存共享。功能主要有主存的分配和回收、地址映射、主存擴(kuò)充、內(nèi)存的共享和保護(hù)技術(shù)2、分區(qū)分配存儲(chǔ)管理 掌握分為固定分區(qū)、可變分區(qū)、可重定位分區(qū)、多重分區(qū)。內(nèi)存“擴(kuò)充”技術(shù)：l         交換：由操作系統(tǒng)做，用戶不知道。l         覆蓋：由用戶控制，操作系統(tǒng)提供覆蓋機(jī)制。內(nèi)存保護(hù)技術(shù)：保護(hù)系統(tǒng)工作區(qū)和用戶作業(yè)區(qū)，特別

18、是如何防止系統(tǒng)區(qū)被破壞。方法有存儲(chǔ)保護(hù)鍵、界限寄存器3、請(qǐng)求頁(yè)式存儲(chǔ)管理 算法掌握（1）頁(yè)式存儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn)原理基于程序在運(yùn)行時(shí)不需要一開始都裝入內(nèi)存（局部性原理），更不應(yīng)該把最近較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不用的程序裝入內(nèi)存。（2）頁(yè)表的作用是將邏輯頁(yè)號(hào)轉(zhuǎn)換為物理塊號(hào)。（3）頁(yè)面淘汰算法 先進(jìn)先出算法(FIFO)、循環(huán)檢測(cè)法、最近最少使用頁(yè)面先淘汰（LRU）、最不經(jīng)常使用的頁(yè)面先淘汰（LFU）、最近沒有使用頁(yè)面先淘汰（NUR）、最優(yōu)淘汰算法（OPT）等。（4）頁(yè)式存儲(chǔ)管理的優(yōu)、缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：l         虛存量大，適合多道程序

19、運(yùn)行，用戶不必?fù)?dān)心內(nèi)存不夠的調(diào)度操作；l         內(nèi)存利用率高，不常用的頁(yè)面盡量不留在內(nèi)存；l         不要求作業(yè)連續(xù)存放，有效地解決了“碎片”問題。與分區(qū)式相比，不需移動(dòng)作業(yè)；與多重分區(qū)比，無(wú)零星碎片產(chǎn)生。缺點(diǎn)：l         要處理頁(yè)面中斷、缺頁(yè)中斷處理等，系統(tǒng)開銷較大；l     &

20、#160;   有可能產(chǎn)生“抖動(dòng)”； 掌握l(shuí)         地址變換機(jī)構(gòu)復(fù)雜，為提高速度采用硬件實(shí)現(xiàn)，增加了機(jī)器成本。4、段式、段頁(yè)式存儲(chǔ)管理段式、頁(yè)式存儲(chǔ)管理的對(duì)比表參考教材117頁(yè)。段頁(yè)式存儲(chǔ)管理特點(diǎn)：l         每一段分若干頁(yè)，再按頁(yè)式管理，頁(yè)之間不要求連續(xù)；l         用分段方法分配管理作業(yè)，用分頁(yè)方法分配管理內(nèi)

21、存；l         兼有段式和頁(yè)式管理的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)復(fù)雜和開銷增大，一般在大型機(jī)器上才使用。第五章      輸入輸出設(shè)備管理1、設(shè)備管理的任務(wù)和功能l         設(shè)備管理的任務(wù)（1）按用戶需求提出的要求接入外部設(shè)備，系統(tǒng)按一定算法分配和管理控制，而用戶不必關(guān)心設(shè)備的實(shí)際地址和控制指令；（2）盡量提高輸入輸出設(shè)備的利用率，例如發(fā)揮主機(jī)與外設(shè)以及外設(shè)與外設(shè)之間的真正并行工作能力。l

22、         設(shè)備管理的功能（1）分配設(shè)備（2）控制和實(shí)現(xiàn)真正的輸入輸出操作（3）對(duì)輸入輸出緩沖區(qū)進(jìn)行管理（4）在一些較大系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備技術(shù)2、外部設(shè)備分類（1）按系統(tǒng)和用戶分：系統(tǒng)設(shè)備、用戶設(shè)備（2）按輸入輸出傳送方式分（UNIX或Linux操作系統(tǒng)）：字符型設(shè)備、塊設(shè)備（3）按資源特點(diǎn)分：獨(dú)享設(shè)備、共享設(shè)備、虛擬設(shè)備（4）按設(shè)備硬件物理特性分：順序存取設(shè)備、直接存取設(shè)備（5）按設(shè)備使用分：物理設(shè)備、邏輯設(shè)備、偽設(shè)備l       &#

23、160; 設(shè)備I/O方式：詢問、中斷、通道l         I/O設(shè)備分配算法：先來(lái)先服務(wù)（FCFS）、按優(yōu)先級(jí)進(jìn)行分配掌握3、外部設(shè)備的安裝 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的作用、分類、使用。 CPU與外部信息的交換：程序直接控制方式、中斷控制方式、DMA方式和通道方式 總線與接口：PC系統(tǒng)總線、標(biāo)準(zhǔn)接口類型、USB接口4、設(shè)備管理技術(shù)（1）I/O設(shè)置緩存理由l         解決信息的到達(dá)率和離去率不一致的矛盾；l  

24、0;      緩存起中轉(zhuǎn)站的作用；l         在通道或控制器內(nèi)設(shè)置局部寄存器作為緩沖存儲(chǔ)器，可暫存I/O信息，以減少中斷CPU的次數(shù)。這種情形可進(jìn)一步推廣，使得一次讀入的信息可多次重復(fù)使用。（2）虛擬設(shè)備的技術(shù)（SPOOLing）掌握SPOOLing，即外圍設(shè)備聯(lián)機(jī)并行操作，它是關(guān)于慢速字符設(shè)備如何與計(jì)算機(jī)主機(jī)交換信息的一種技術(shù)，通常也叫做“假脫機(jī)技術(shù)”。是一種預(yù)輸入、緩輸出和轉(zhuǎn)儲(chǔ)的管理技術(shù).SPOOLing系統(tǒng)的特點(diǎn)：l   

25、;      提高了I/O速度；l         將獨(dú)享設(shè)備改造為共享設(shè)備（典型例子是打印機(jī)的“共享”）；l         實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能。5、設(shè)備處理程序編制內(nèi)容l         設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能（1）將接收到的抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求；（2）檢查用戶I/O請(qǐng)求的合法性，了解I/O設(shè)備的狀態(tài)，傳遞

26、I/O有關(guān)參數(shù)，設(shè)置設(shè)備的工作方式；（3）發(fā)出I/O命令，啟動(dòng)分配到的I/O設(shè)備，完成指定的I/O 操作；（4）及時(shí)響應(yīng)由控制器或通道發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求，并根據(jù)其中斷類型調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行處理；（5）對(duì)于設(shè)置有通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)程序還應(yīng)能夠根據(jù)用戶的 I/O請(qǐng)求，自動(dòng)地構(gòu)成通道程序。l         設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn)（1）驅(qū)動(dòng)程序主要是在請(qǐng)求I/O的進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的一個(gè)通信程序。（2）驅(qū)動(dòng)程序與I/O設(shè)備的特性緊密相關(guān)。（3）驅(qū)動(dòng)程序與I/O控制方式緊密相關(guān)。（4）由于驅(qū)動(dòng)程序與硬件緊密相關(guān)，因而

27、其中的一部分程序用匯編語(yǔ)言書寫，目前有很多驅(qū)動(dòng)程序，其基本部分已經(jīng)固化，放在ROM中。l         設(shè)備處理方式將抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求；檢查I/O請(qǐng)求的合法性；讀出和檢查設(shè)備的狀態(tài)；傳送必要的參數(shù)；方式的設(shè)置；I/O設(shè)備啟動(dòng)。第六章      進(jìn)程及處理機(jī)管理 掌握 （概念，關(guān)系（程序，線程，作業(yè)）進(jìn)，線程掌握，1、 進(jìn)程的引入（1）進(jìn)程調(diào)度屬于低級(jí)處理機(jī)管理，即確定系統(tǒng)中哪個(gè)進(jìn)程將獲得CPU；而作業(yè)調(diào)度屬于高級(jí)處理機(jī)管理，即確定系統(tǒng)中哪些作業(yè)將獲得CPU。

28、（2）進(jìn)程是一個(gè)具有一定獨(dú)立功能的程序關(guān)于某個(gè)數(shù)據(jù)集合的一次運(yùn)行活動(dòng)。（3）引入進(jìn)程的意義是描述多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中程序的動(dòng)態(tài)執(zhí)行過程。2、進(jìn)程的定義及特征（1）程序和進(jìn)程的區(qū)別見教材153頁(yè)的表6-2；（2）進(jìn)程的五個(gè)基本特征：動(dòng)態(tài)性、并發(fā)性、獨(dú)立性、制約性、結(jié)構(gòu)性； （3）進(jìn)程與線程：線程是由進(jìn)程進(jìn)一步派生出來(lái)的一組代碼（指令組）的執(zhí)行過程。3、進(jìn)程調(diào)度（1）進(jìn)程的三個(gè)基本狀態(tài)及轉(zhuǎn)換 三個(gè)基本狀態(tài)是等待、執(zhí)行和就緒，在一定的條件下，進(jìn)程的狀態(tài)將發(fā)生轉(zhuǎn)換。見教材158頁(yè)圖6-1。（2）進(jìn)程調(diào)度算法主要有先來(lái)先服務(wù)（FCFS）、輪轉(zhuǎn)法、多級(jí)反饋輪轉(zhuǎn)法、優(yōu)先數(shù)法。 （3）進(jìn)程控制塊（PCB）是進(jìn)程

29、存在的唯一標(biāo)志，它描述了進(jìn)程的動(dòng)態(tài)性。掌握4、進(jìn)程通信（1）進(jìn)程的同步與互斥 同步互斥編程進(jìn)程的同步與互斥是指進(jìn)程在推進(jìn)時(shí)的相互制約關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)同步反映了進(jìn)程之間的協(xié)作性質(zhì)，往往指有幾個(gè)進(jìn)程共同完成一個(gè)任務(wù)時(shí)在時(shí)間次序上的某種限制，進(jìn)程相互之間各自的存在及作用，通過交換信息完成通信。如接力比賽中一組隊(duì)員使用接力棒等。進(jìn)程互斥體現(xiàn)了進(jìn)程之間對(duì)資源的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，這時(shí)進(jìn)程相互之間不一定清楚其它進(jìn)程情況，往往指多個(gè)任務(wù)多個(gè)進(jìn)程間的通訊制約，因而使用更廣泛。如打籃球時(shí)雙方掙搶籃板球等。（2）臨界區(qū) 牢固掌握一次僅允許一個(gè)進(jìn)程使用的共享資源稱為臨界資源，每個(gè)進(jìn)程中訪問臨界資源的程序段稱為臨界區(qū)。（3）原語(yǔ)

30、原語(yǔ)是不可中斷的過程。l         加鎖/開鎖（LOCK/UNLOCK）原語(yǔ) 優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)互斥簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是效率很低。l         信號(hào)量（Semaphore）及PV操作 掌握，編程 PV操作能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)臨界區(qū)的管理要求。它由P操作原語(yǔ)和V操作原語(yǔ)組成，對(duì)信號(hào)量進(jìn)行操作，具體定義如下： P（S）：將信號(hào)量S的值減1，即S=S-1； 如果S30，則該進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行；否則該進(jìn)程置為等待狀態(tài)，排入等待隊(duì)列。 V（S）：將信號(hào)量S的值加1，

31、即S=S+1； 如果S>0，則該進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行；否則釋放隊(duì)列中第一個(gè)等待信號(hào)量的進(jìn)程。 信號(hào)量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為一個(gè)值和一個(gè)指針，指針指向等待該信號(hào)量的下一個(gè)進(jìn)程。信號(hào)量的值與相應(yīng)資源的使用情況有關(guān)。當(dāng)它的值大于0時(shí)，表示當(dāng)前可用資源的數(shù)量；當(dāng)它的值小于0時(shí)，其絕對(duì)值表示等待使用該資源的進(jìn)程個(gè)數(shù)。注意信號(hào)量的值僅能由PV操作來(lái)改變。 一般來(lái)說(shuō)，信號(hào)量S30時(shí)，S表示可用資源的數(shù)量。執(zhí)行一次P操作意味著請(qǐng)求分配一個(gè)單位資源，因此S的值減1；當(dāng)S<0時(shí)，表示已經(jīng)沒有可用資源，請(qǐng)求者必須等待別的進(jìn)程釋放該類資源，它才能運(yùn)行下去。而執(zhí)行一個(gè)V操作意味著釋放一個(gè)單位資源，因此S的值加1；若S0，表示

32、有某些進(jìn)程正在等待該資源，因此要喚醒一個(gè)等待狀態(tài)的進(jìn)程，使之運(yùn)行下去。l         消息緩沖通信原語(yǔ)高級(jí)通信原語(yǔ)，用于一組信息發(fā)送（Send）與讀取（Read）。5、死鎖 掌握（1）死鎖的概念死鎖是兩個(gè)或兩個(gè)以上的進(jìn)程中的每一個(gè)都在等待其中另一個(gè)進(jìn)程釋放資源而被封鎖，它們都無(wú)法向前推進(jìn)，稱這種現(xiàn)象為死鎖現(xiàn)象。產(chǎn)生死鎖的原因是共享資源有限，多個(gè)進(jìn)程對(duì)共享資源的競(jìng)爭(zhēng)，而且操作不當(dāng)。（2）產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件是資源互斥使用、保持和等待、非剝奪性、循環(huán)等待。（3）解決死鎖的方法一般有死鎖的預(yù)防，即破壞產(chǎn)生死鎖的四個(gè)

33、必要條件中的一個(gè)或多個(gè)，使系統(tǒng)絕不會(huì)進(jìn)入死鎖狀態(tài)；死鎖的避免，即在資源動(dòng)態(tài)分配的過程中使用某種辦法防止系統(tǒng)進(jìn)人死鎖狀態(tài)；以及允許系統(tǒng)產(chǎn)生死鎖，然后使用檢測(cè)算法及時(shí)地發(fā)現(xiàn)并解除它。第七章      操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)1、操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和原則 操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)：正確性、安全可靠性、可擴(kuò)充性和可移植性、易維護(hù)性。 分層原則：步驟、方法、層次間的調(diào)用；有序分層法 分塊原則：模塊接口法2、層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型：層次模塊模型、整體內(nèi)核模型、進(jìn)程模型和對(duì)象模型。操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟：總體設(shè)計(jì)、逐步求精、結(jié)構(gòu)碼。3、DOS模塊結(jié)構(gòu)，Wi

34、ndows編程模式，Linux程序模塊舉例二、例題解析l         如何理解操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位？解：操作系統(tǒng)是軟件，而且是系統(tǒng)軟件。它在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用，大致可以從兩方面體會(huì)：對(duì)內(nèi)，操作系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種資源，擴(kuò)充硬件的功能；對(duì)外，操作系統(tǒng)提供良好的人機(jī)界面，方便用戶使用計(jì)算機(jī)。它在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中具有承上啟下的地位。l         系統(tǒng)調(diào)用與一般過程調(diào)用的區(qū)別。解：系統(tǒng)調(diào)用在本質(zhì)上是一種過程調(diào)用，但它是一種

35、特殊的過程調(diào)用，它與一般過程調(diào)用的主要區(qū)別如下： （1）運(yùn)行狀態(tài)不同。一般的過程調(diào)用，其調(diào)用和被調(diào)用過程都是用戶程序，它們都運(yùn)行在同一系統(tǒng)狀態(tài)下；而系統(tǒng)調(diào)用的調(diào)用過程是用戶程序，它運(yùn)行在用戶態(tài)，其被調(diào)用過程是系統(tǒng)過程，運(yùn)行在系統(tǒng)態(tài)。 （2）進(jìn)入方式不同。一般過程調(diào)用可以直接通過過程調(diào)用語(yǔ)句將控制轉(zhuǎn)移到被調(diào)用過程；而執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，由于調(diào)用和被調(diào)用過程處于不同系統(tǒng)狀態(tài)，必須通過訪管中斷進(jìn)入。 （3）代碼層次不同。一般過程調(diào)用中的被調(diào)用程序是用戶級(jí)程序，而系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)中的代碼程序，是系統(tǒng)級(jí)程序。l        

36、 下表給出作業(yè)l，2，3的提交時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間。采用先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法和短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法，試問平均周轉(zhuǎn)時(shí)間各為多少？（時(shí)間單位：小時(shí)，以十進(jìn)制進(jìn)行計(jì)算。）作業(yè)號(hào)提交時(shí)間運(yùn)行時(shí)間1230.00.41.08.04.01.0 【分析】解答這道題首先需要清楚作業(yè)調(diào)度算法的含義（先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法和短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法），還要清楚：作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間作業(yè)完成時(shí)間作業(yè)提交時(shí)間，作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間各作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間之和/作業(yè)數(shù)，為此我們畫下面這樣一個(gè)表來(lái)明確各作業(yè)的執(zhí)行情況。解：采用先來(lái)先服務(wù)調(diào)度策略，則調(diào)度順序?yàn)閘、2、3。作業(yè)號(hào)提交時(shí)間 運(yùn)行時(shí)間 開始時(shí)間完成時(shí)間周轉(zhuǎn)時(shí)間1 0.08.00.08.0 8.02 0.4

37、4.08.0 12.0 11.63 1.01.0 12.0 13.0 12.0平均周轉(zhuǎn)時(shí)間T（811.612）/310.53采用短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度策略，則調(diào)度順序?yàn)閘、3、2。作業(yè)號(hào)提交時(shí)間運(yùn)行時(shí)間開始時(shí)間完成時(shí)間周轉(zhuǎn)時(shí)間1 0.0 8.0 0.0 8.0 8.03 1.0 1.0 8.0 9.0 8.02  0.4 4.0 9.0 13.0 12.6平均周轉(zhuǎn)時(shí)間T（8812.6）/39.53l         試述文件管理系統(tǒng)設(shè)置打開文件、關(guān)閉文件命令的原因。解：操作系統(tǒng)需要處理大量用戶文件，而訪問一個(gè)文件

38、需要查詢目錄，有時(shí)甚至需要多次查詢目錄。由于文件目錄與文件一起存放在輔存上，當(dāng)存取文件時(shí)，必須先到輔存中讀取文件目錄信息，從中獲得文件的存放地址，然后再去存取文件。這樣一來(lái)，文件信息的存取將花費(fèi)很多時(shí)間。如果將整個(gè)文件目錄放入主存，雖然可以提高存取速度，但這需要占用大量主存空間，顯然這也是不可取的。 實(shí)際上，在一段時(shí)間內(nèi)使用的文件數(shù)總是有限的，因此只要將目錄中當(dāng)前要使用的那些文件的目錄表目復(fù)制到內(nèi)存中就可以了。這樣既不占用太多的主存空間，又可顯著提高查詢文件目錄的速度。為此，大多數(shù)操作系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)文件操作：打開文件和關(guān)閉文件。 打開文件操作完成的功能是將文件的有關(guān)目錄信息復(fù)制到主存活動(dòng)文件

39、表中，以建立用戶和這個(gè)文件的聯(lián)系。關(guān)閉文件操作的功能是用戶宣布這個(gè)文件當(dāng)前不再使用，系統(tǒng)將其在主存中的相應(yīng)目錄信息刪去，因而也就切斷了用戶同這個(gè)文件的聯(lián)系。l         采用可變分區(qū)管理存儲(chǔ)空間時(shí)，若主存中按地址順序依次有五個(gè)空閑區(qū)，大小分別為15K、28K、10K、226K、110K。現(xiàn)有五個(gè)作業(yè)J1到J5，它們所需的主存空間依次是10K、15K、102K、26K、180K。問如果采用首次適應(yīng)分配算法，能否把這五個(gè)作業(yè)按J1到J5的次序全部裝入主存。使用哪種分配算法裝入這五個(gè)作業(yè)，可使主存的利用率最高？解：

40、按首次適應(yīng)分配算法，不能把這五個(gè)作業(yè)全部依次裝入主存。這時(shí)J1、J2裝入第1、2個(gè)空閑區(qū)，J3、J4裝入第4、5個(gè)空閑區(qū)，J5有180K，無(wú)法裝入僅有的10K空閑區(qū)。 能使主存利用率最高的是采用最佳適應(yīng)分配算法。這時(shí)，這五個(gè)空閑塊分別裝入作業(yè)J2、J4、J1、J5、J3。l         某虛擬存儲(chǔ)器的用戶編程空間共32個(gè)頁(yè)面，每頁(yè)為1KB，內(nèi)存為16KB。假定某時(shí)刻一用戶頁(yè)表中已調(diào)入內(nèi)存的頁(yè)面的頁(yè)號(hào)和物理塊號(hào)的對(duì)照表如下：頁(yè)號(hào)物理塊號(hào)051102437請(qǐng)計(jì)算邏輯地址0A5C（H）所對(duì)應(yīng)的絕對(duì)地址。 【分析】在分

41、頁(yè)存儲(chǔ)管理方式中，邏輯地址結(jié)構(gòu)為：頁(yè)內(nèi)地址d頁(yè)號(hào)p如果給定的邏輯地址是A，頁(yè)面大小為L(zhǎng)，則頁(yè)號(hào)p和頁(yè)內(nèi)地址d可按下式求得： p=int A/L d=A mod L 其中，int表示取結(jié)果的整數(shù)部分，mod表示取結(jié)果的余數(shù)部分。頁(yè)號(hào)的位數(shù)表示地址空間中最多可容納的頁(yè)面?zhèn)€數(shù)，頁(yè)內(nèi)地址的位數(shù)表示每頁(yè)的大小，頁(yè)表的作用是實(shí)現(xiàn)從頁(yè)號(hào)到物理塊號(hào)的地址映射。在頁(yè)式存儲(chǔ)管理中，邏輯空間頁(yè)的大小與主存地址空間中塊的大小相同。解：頁(yè)式存儲(chǔ)管理的邏輯地址分為兩部分：頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)地址。由已知條件“用戶編程空間共32個(gè)頁(yè)面”，可知頁(yè)號(hào)部分占5位；由“每頁(yè)為1KB”，1K=210，可知內(nèi)頁(yè)地址占10位。由“內(nèi)存為16KB”

42、，可知有16塊，塊號(hào)為4位。邏輯地址0A5C（H）所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制表示形式是：000 1010 0101 1100 ，根據(jù)上面的分析，下劃線部分為頁(yè)內(nèi)地址，編碼 “000 10” 為頁(yè)號(hào)，表示該邏輯地址對(duì)應(yīng)的頁(yè)號(hào)為2。查頁(yè)表，得到物理塊號(hào)是4（十進(jìn)制），即物理塊地址為：01 00 ，拼接塊內(nèi)地址10 0101 1100，得01 0010 0101 1100，即125C（H）。l         某采用頁(yè)式存儲(chǔ)管理的系統(tǒng)，接收了一個(gè)共7頁(yè)的作業(yè)，作業(yè)執(zhí)行時(shí)依次訪問的頁(yè)為：1、2、3、4、2、1、5、6、2、1、2、3、

43、7。當(dāng)內(nèi)存塊數(shù)量為4時(shí)，請(qǐng)分別用先進(jìn)先出（FIFO）調(diào)度算法和最近最少使用（LRU）調(diào)度算法，計(jì)算作業(yè)執(zhí)行過程中會(huì)產(chǎn)生多少次缺頁(yè)中斷？寫出依次產(chǎn)生缺頁(yè)中斷后應(yīng)淘汰的頁(yè)。（所有內(nèi)存開始時(shí)都是空的，凡第一次用到的頁(yè)面都產(chǎn)生一次缺頁(yè)中斷。要求寫出計(jì)算過程） 解：（1）采用先進(jìn)先出（FIFO）調(diào)度算法，頁(yè)面調(diào)度過程如下：頁(yè)面次序1234215621237主存頁(yè)面情況1111555533222266667333322224444111【分析】使用FIFO置換算法時(shí)，淘汰最先進(jìn)入內(nèi)存的頁(yè)面。例如，當(dāng)加灰頁(yè)面5要換入內(nèi)存時(shí)，此時(shí)內(nèi)存中的頁(yè)面情況是1，2，3和4（加灰的部分），其中頁(yè)面4是最近新?lián)Q入的，頁(yè)面3

44、比頁(yè)面2換入的時(shí)間晚（參考加框部分的演示），所以按照該置換算法，需淘汰最早進(jìn)入內(nèi)存的頁(yè)面1，換入頁(yè)面5。所以，共產(chǎn)生10次缺頁(yè)中斷，依次淘汰的頁(yè)是1、2、3、4、5、6。 （2）采用最近最少使用（LRU）調(diào)度算法，頁(yè)面調(diào)度過程如下：頁(yè)面次序1234215621237主存頁(yè)面情況11111111222222233553344667【分析】使用LRU置換算法時(shí)，淘汰最近最少使用的頁(yè)面。例如，當(dāng)加灰頁(yè)面5要換入內(nèi)存時(shí)，此時(shí)內(nèi)存中的頁(yè)面情況是1，2，3和4（加灰的部分），我們考查加灰頁(yè)面5之前的頁(yè)面序列，分別是1，2，4，3 （參考加框部分的演示），可見在內(nèi)存中的頁(yè)面3是最近用得最少的，所以按照該置換

45、算法，需淘汰頁(yè)面3，換入頁(yè)面5。因此，共產(chǎn)生8次缺頁(yè)中斷，依次淘汰的頁(yè)是3、4、5、6。 l         試述分頁(yè)式存儲(chǔ)管理系統(tǒng)和分段式存儲(chǔ)管理系統(tǒng)的主要區(qū)別。解：分頁(yè)和分段有許多相似之處，比如兩者都不要求作業(yè)連續(xù)存放。但在概念上兩者完全不同，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （1）頁(yè)是信息的物理單位，分頁(yè)是為了實(shí)現(xiàn)非連續(xù)分配，以便解決內(nèi)存碎片問題，或者說(shuō)分頁(yè)是由于系統(tǒng)管理的需要。段是信息的邏輯單位，它含有一組意義相對(duì)完整的信息，分段的目的是為了更好地實(shí)現(xiàn)共享，滿足用戶的需要。 （2）頁(yè)的大小固定，由系統(tǒng)確定，將邏輯地

46、址劃分為頁(yè)號(hào)和頁(yè)內(nèi)地址是由機(jī)器硬件實(shí)現(xiàn)的。而段的長(zhǎng)度卻不固定，決定于用戶所編寫的程序，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。分段的地址空間是二維的。三、課程練習(xí)及參考解答一、填空1、設(shè)備I/O方式有如下三種：_、_和_。2、文件存取方式按存取次序通常分_、_，還有一類 _。3、從用戶觀點(diǎn)看，UNIX系統(tǒng)將文件分三類：_、_和 _。4、引起死鎖的四個(gè)必要條件是 、_、 和_。5、進(jìn)程的三個(gè)最基本狀態(tài)是_、_和_。6、傳統(tǒng)操作系統(tǒng)提供編程人員的接口稱為_。不看7、三代人機(jī)界面的發(fā)展是指：_、_和_。8、常用的進(jìn)程調(diào)度算法有_、_和_。二、選擇一

47、個(gè)正確答案的序號(hào)填入括號(hào)中1、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)是一個(gè)（ ）。A. 應(yīng)用軟件 B. 硬件的擴(kuò)充 C. 用戶軟件 D.系統(tǒng)軟件2、操作系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是（ ）。 A. 一個(gè)程序模塊 B. 分層結(jié)構(gòu) C. 層次模塊化結(jié)構(gòu) D. 子程序結(jié)構(gòu)3、面向用戶的組織機(jī)構(gòu)屬于（ ）。A. 虛擬結(jié)構(gòu) B. 邏輯結(jié)構(gòu) C. 實(shí)際結(jié)構(gòu) D. 物理結(jié)構(gòu)4、操作系統(tǒng)中應(yīng)用最多的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是（ ）。A. 堆棧 B. 隊(duì)列 C. 表格 D. 樹5、可重定位內(nèi)存分區(qū)分配目的為（ ）。 A. 解決碎片問題 B. 便于多作業(yè)共享內(nèi)存 C. 回收空白區(qū)方便 D. 擺脫用戶干預(yù)6、邏輯地址就是（ ）。A. 用戶地址 B. 相對(duì)地址 C. 物理地址 D.絕對(duì)地址7、原語(yǔ)是（ ）。A. 一條機(jī)器指令 B. 若干條機(jī)器指令組成C. 一條特定指令 D. 中途能打斷的指令8、索引式（隨機(jī)）文件組織的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是（ ）。A. 不需要鏈接指針 B. 用戶存取方便C回收實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單 D能實(shí)現(xiàn)物理塊的動(dòng)態(tài)分配9、幾年前一位芬蘭大學(xué)生在Internet上公開發(fā)布了以下一種免費(fèi)操作系統(tǒng)核心（ ），經(jīng)過許多人的努力，該操作系統(tǒng)正不斷完善，并被推廣。 A. Windows NT B. Linux C. UNIX D. OS210文件目錄的