實用操作系統(tǒng)期末復(fù)習(xí)指導(dǎo)

PAGE20word文檔可自由復(fù)制編輯《實用操作系統(tǒng)》期末復(fù)習(xí)指導(dǎo)操作系統(tǒng)引論學(xué)習(xí)重點：什么是操作系統(tǒng)：操作系統(tǒng)是控制和管理計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各種硬件和軟件資源、有效地組織多道程序運(yùn)行的系統(tǒng)軟件（或程序集合），是用戶與計算機(jī)之間的接口；操作系統(tǒng)的主要功能：處理機(jī)管理：作業(yè)和進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程控制和進(jìn)程通信；存儲器管理：內(nèi)存分配、地址映射、內(nèi)存保護(hù)和內(nèi)存擴(kuò)充；設(shè)備管理：緩沖區(qū)管理、設(shè)備分配、設(shè)備驅(qū)動和設(shè)備無關(guān)性；文件管理：文件存儲空間的管理、文件操作的一般管理、目錄管理、文件的讀寫管理和存取控制、文件的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)；用戶接口功能：命令界面、程序界面、圖形界面；操作系統(tǒng)的基本特征（2個最基本的特征是并發(fā)和共享）:并發(fā)：兩個或多個活動在同一給定的時間間隔內(nèi)進(jìn)行；共享：計算機(jī)系統(tǒng)中的資源被多個任務(wù)所共用。虛擬：虛擬處理機(jī)、虛擬內(nèi)存、虛擬外設(shè)等。異步：多道程序下，各程序的執(zhí)行過程由程序執(zhí)行時的現(xiàn)場決定。三種基本類型的操作系統(tǒng)：批處理系統(tǒng)：用戶作業(yè)成批的處理，作業(yè)建立、過渡、完成都自動由系統(tǒng)成批完成，且在計算機(jī)內(nèi)存中同時存放幾道相互獨立的程序，使它們在管理程序的控制下，相互穿插運(yùn)行。分時系統(tǒng)：系統(tǒng)內(nèi)存在若干并發(fā)程序?qū)PU時間片共享使用。實時系統(tǒng)：計算機(jī)對于外來信息能夠以足夠快的速度進(jìn)行處理，并在被控對象允許的時間范圍內(nèi)做出快速反應(yīng)。分時概念：分時主要指若干并發(fā)進(jìn)程對CPU時間的共享。通用操作系統(tǒng)：兼?zhèn)淞伺幚?、分時和實時操作系統(tǒng)三者或其中二者的功能的操作系統(tǒng)?，F(xiàn)代操作系統(tǒng)的三種用戶界面：命令界面、圖形界面和系統(tǒng)調(diào)用。進(jìn)程管理學(xué)習(xí)重點：什么是進(jìn)程，進(jìn)程與程序的區(qū)別和關(guān)系：進(jìn)程：進(jìn)程是可以和別的計算并發(fā)執(zhí)行的計算；進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行，是在給定內(nèi)存區(qū)域中的一組指令序列的執(zhí)行過程；進(jìn)程是一個程序在給定活動空間和初始條件下在一個處理機(jī)上的執(zhí)行過程；進(jìn)程可定義為一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和能在其上進(jìn)行操作的一個程序；進(jìn)程是程序在一個數(shù)據(jù)集合上運(yùn)行的過程，它是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位。進(jìn)程與程序的區(qū)別：①程序是靜態(tài)概念，而進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行過程，是動態(tài)概念。②進(jìn)程是一個能獨立運(yùn)行的單位，能與其它進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行。進(jìn)程是作為申請和調(diào)度單位存在的；而通常的程序是不能作為一個獨立運(yùn)行的單位而并發(fā)執(zhí)行的。③程序和進(jìn)程無一一對應(yīng)關(guān)系。④各個進(jìn)程在并發(fā)執(zhí)行過程中會產(chǎn)生相互制約關(guān)系，而程序本身是靜態(tài)的，不存在這種異步特征。進(jìn)程的兩個基本屬性：可擁有資源的獨立單位、可獨立調(diào)度和分派的基本單位進(jìn)程的特征：動態(tài)性、并發(fā)行、獨立性、異步性、結(jié)構(gòu)特征進(jìn)程的基本狀態(tài)及其變化：三種基本狀態(tài)：運(yùn)行態(tài)：當(dāng)前進(jìn)程已分配到CPU，它的程序正在處理機(jī)上運(yùn)行；就緒態(tài)：進(jìn)程已具備運(yùn)行條件，但因為其它進(jìn)程正占用CPU，所以暫時不能運(yùn)行而等待分配CPU的狀態(tài)；阻塞態(tài)：因等待某件事件發(fā)生而暫時不能運(yùn)行的狀態(tài)。就緒→運(yùn)行：被調(diào)度程序選中，分配到CPU。運(yùn)行→阻塞：因缺乏某種條件而放棄對CPU的占用。阻塞→就緒：阻塞態(tài)進(jìn)程所等待的事件發(fā)生了。運(yùn)行→就緒：進(jìn)程用完時間片（分時系統(tǒng)中）或一個優(yōu)先權(quán)更高的進(jìn)程進(jìn)入就緒隊列（“優(yōu)先權(quán)高優(yōu)先”調(diào)度算法中）。有些操作系統(tǒng)中增加了兩種狀態(tài)：新狀態(tài)和終止?fàn)顟B(tài)某些操作系統(tǒng)中引入的進(jìn)程的掛起狀態(tài)（靜止?fàn)顟B(tài)）--掛起就緒、掛起阻塞；進(jìn)程由哪些部分組成，進(jìn)程控制塊（PCB）的作用：進(jìn)程由程序段、相關(guān)數(shù)據(jù)段和PCB組成；進(jìn)程控制塊是進(jìn)程組成中最關(guān)鍵的部分，PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志，每個進(jìn)程有唯一的PCB，操作系統(tǒng)根據(jù)PCB對進(jìn)程實施控制和管理，PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志。進(jìn)程的切換（處理機(jī)從一個進(jìn)程轉(zhuǎn)到另一個進(jìn)程），可能引起進(jìn)程切換的時機(jī)（進(jìn)程運(yùn)行結(jié)束；進(jìn)程從運(yùn)行態(tài)變?yōu)榫途w態(tài)；進(jìn)程從運(yùn)行態(tài)變?yōu)榈却龖B(tài)；進(jìn)程從等待態(tài)變?yōu)榫途w態(tài)）；并發(fā)進(jìn)程間兩種相互制約關(guān)系：什么是進(jìn)程的同步（直接制約關(guān)系）與互斥（間接制約關(guān)系）：進(jìn)程的同步：進(jìn)程間共同完成一項任務(wù)時直接發(fā)生相互作用的關(guān)系；進(jìn)程的互斥：兩個邏輯上本來完全獨立的進(jìn)程由于競爭同一個物理資源而相互制約。多道程序設(shè)計概念：多道程序設(shè)計是在一臺計算機(jī)上同時運(yùn)行兩個或更多個程序，多道程序設(shè)計具有提高系統(tǒng)資源利用率和增加作業(yè)吞吐量的優(yōu)點；處理機(jī)的兩種執(zhí)行狀態(tài)：管態(tài)（系統(tǒng)態(tài)）和目態(tài)（用戶態(tài)）；線程：什么是線程？有哪幾種基本狀態(tài)？為什么要在操作系統(tǒng)中引入線程？線程的屬性：是一種輕型進(jìn)程；獨立調(diào)度和分派的基本單位；可并發(fā)執(zhí)行；共享所屬進(jìn)程所擁有的資源。線程是調(diào)度的基本單位（即是分配CPU的基本單位），而進(jìn)程是資源分配的基本單位。什么是臨界資源、臨界區(qū)：臨界資源：一次僅允許一個進(jìn)程使用的資源；臨界區(qū)：每個進(jìn)程訪問臨界資源的那段程序。進(jìn)程同步的機(jī)制：信號量機(jī)制和管程機(jī)制（一種同步機(jī)制，由共享資源的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其在該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的一組操作組成）。什么是信號量，從物理概念上解釋PV操作（即wait、signal操作），進(jìn)程間簡單同步與互斥的實現(xiàn)。信號量：記錄型信號量是由兩個成員組成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中一個成員是整型變量，表示信號量的值，另一個是進(jìn)程鏈表L，用于鏈接等待進(jìn)程。信號量的值與相應(yīng)資源的使用情況有關(guān)。

互斥信號量：初值為1；

資源信號量：初值為資源的數(shù)目；P、V操作（也叫wait、signal操作）的解釋：P操作：當(dāng)S.value>0時，表示目前系統(tǒng)中這類資源還有可用的。執(zhí)行一次P操作，意味著進(jìn)程請求一個單位的該類資源，使系統(tǒng)中可供分配的該類資源減少一個，因此描述為S.value:=S.value-1；當(dāng)S.value<0時，表示該類資源已分配完畢，進(jìn)程應(yīng)調(diào)用block原語自我阻塞，放棄處理機(jī)，并插入到信號量鏈表S.L中。V操作：執(zhí)行一次V操作，意味著釋放一個單位的可用資源，使系統(tǒng)中可供分配的該類資源數(shù)增加一個，故執(zhí)行S.value:=S.value+1操作。若加1后S.value≤0，則表示在該信號量鏈表中，仍有等待該資源的進(jìn)程被阻塞，因此應(yīng)調(diào)用wakeup原語，將S.L鏈表中的第一個等待進(jìn)程喚醒。三個經(jīng)典的進(jìn)程同步問題：生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題（能否將消費(fèi)者進(jìn)程的wait(full)和wait(mutex)語句互換，為什么？）、讀者-寫者問題、哲學(xué)家進(jìn)餐問題（不出現(xiàn)死鎖）。能夠使用信號量及PV操作解決進(jìn)程的同步問題。進(jìn)程通信—三種高級通信方式：共享存儲器系統(tǒng)、消息傳遞系統(tǒng)（直接通信方式和間接通信方式—信箱）、管道通信。進(jìn)程同步的例題：例父親Father、女兒Daughter、兒子Son互斥使用一個包含20個格子的容器。Father每次取一個水果（蘋果或香蕉），用putfruit()把水果送入容器的某一個空格子中；Daughter每次用getapple()從該容器中取出一個蘋果并用countapple()統(tǒng)計蘋果的個數(shù)；Son每次用getbanana()從該容器中取出一個香蕉并用countbanana()統(tǒng)計香蕉的個數(shù)。請用信號量機(jī)制實現(xiàn)三者的同步與互斥活動。參考答案：semaphoremutex=1;semophoreapple=0,banana=0;semophoreempty=20;main(){cobegin{進(jìn)程Father：While(true){取水果;P(empty);P(mutex);putfruit();V(mutex);If水果是蘋果V(apple);elseV(banana);}進(jìn)程Daughter：While(true){P(apple);P(mutex);getapple();V(mutex);V(empty);countapple();}進(jìn)程Son：While(true){P(banana);P(mutex);getbanana();V(mutex);V(empty);countbanana();}}coend.}處理機(jī)調(diào)度與死鎖學(xué)習(xí)重點：作業(yè)及作業(yè)的狀態(tài)：提交狀態(tài)、后備狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、完成狀態(tài)。三級調(diào)度：作業(yè)調(diào)度（高級調(diào)度）、中級調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度（低級調(diào)度）。三級調(diào)度的主要任務(wù)（高級調(diào)度--用于決定把外存上處于后備隊列中的哪些作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，并為它們創(chuàng)建進(jìn)程、分配必要的資源，排在就緒隊列上。低級調(diào)度--從就緒隊列中選擇一個進(jìn)程來執(zhí)行并分配處理機(jī)。），引入中級調(diào)度的原因（為了提高內(nèi)存利用率和系統(tǒng)吞吐量，引入了中級調(diào)度。）。進(jìn)程調(diào)度的兩種方式：剝奪式調(diào)度和非剝奪式調(diào)度（或搶占式調(diào)度和非搶占式調(diào)度）。調(diào)度算法：先來先服務(wù)調(diào)度法（FCFS）、短作業(yè)/短進(jìn)程優(yōu)先調(diào)度算法（SJF/SPF，分為剝奪式和非剝奪式，剝奪式短進(jìn)程優(yōu)先調(diào)度算法又叫最短剩余時間優(yōu)先調(diào)度算法）、時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法（RR）、高優(yōu)先權(quán)優(yōu)先調(diào)度算法、高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法、多級反饋隊列調(diào)度算法；會用各種調(diào)度算法計算作業(yè)調(diào)度次序和作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時間、平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間。RR調(diào)度算法中時間片的確定：時間片應(yīng)略大于一次典型的交互需要的時間。一般應(yīng)考慮三個因素：系統(tǒng)對響應(yīng)時間的要求、就緒隊列中進(jìn)程的數(shù)目和系統(tǒng)的處理能力。評價調(diào)度算法的指標(biāo)：吞吐量、周轉(zhuǎn)時間、平均周轉(zhuǎn)時間、帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間和平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間。什么是死鎖，產(chǎn)生死鎖的原因和四個必要條件。處理死鎖的四種方法：預(yù)防死鎖、避免死鎖、檢測和解除死鎖。死鎖預(yù)防的基本思想和可行的解決辦法（從產(chǎn)生死鎖的四個必要條件出發(fā)，例如破壞環(huán)路等待）；銀行家算法屬于避免死鎖；剝奪資源是檢測和解除死鎖的基本方法。什么是進(jìn)程的安全序列，死鎖與安全序列的關(guān)系，安全狀態(tài)、不安全狀態(tài)和死鎖狀態(tài)之間的關(guān)系。死鎖的避免與銀行家算法，會用銀行家算法判斷某一時刻系統(tǒng)狀態(tài)是否安全以及當(dāng)某進(jìn)程提出資源請求時能否分配（當(dāng)一個進(jìn)程提出的資源請求將導(dǎo)致系統(tǒng)從安全狀態(tài)進(jìn)入不安全狀態(tài)時，系統(tǒng)就拒絕它的資源請求）。資源分配圖、死鎖定理、死鎖的檢測和解除。存儲器管理學(xué)習(xí)重點：存儲器管理的功能：內(nèi)存分配、地址映射、內(nèi)存保護(hù)、內(nèi)存擴(kuò)充。內(nèi)存以字節(jié)為單位進(jìn)行編址，CPU按內(nèi)存中的地址讀出內(nèi)存中的內(nèi)容。用戶程序的主要處理階段：編輯、編譯、鏈接、裝入、運(yùn)行。相對地址、絕對地址、重定位（靜態(tài)重定位和動態(tài)重定位）的概念（地址重定位的對象是目標(biāo)程序）、內(nèi)存碎片。內(nèi)存的連續(xù)分配方式：單一連續(xù)分配方式、固定分區(qū)分配方式、動態(tài)分區(qū)分配方式（分配算法：首次適應(yīng)算法—將空閑分區(qū)按地址順序從小到大登記在空閑分區(qū)表中、循環(huán)首次適應(yīng)算法、最佳適應(yīng)算法—將空閑分區(qū)按長度大小遞增的順序登記在空閑分區(qū)表中、最壞適應(yīng)算法--將空閑分區(qū)按長度大小遞減的順序登記在空閑分區(qū)表中）、可重定位分區(qū)分配方式（采用移動的技術(shù)）。內(nèi)存回收時的四種情況。內(nèi)存的離散分配方式：基本分頁存儲管理方式、基本分段存儲管理方式、段頁式存儲管理方式。基本分頁存儲管理方式：基本原理、頁面（頁是信息的物理單位）、地址機(jī)構(gòu)（一維的，由頁號和頁內(nèi)地址組成）、頁框、頁表、地址變換機(jī)構(gòu)（能夠畫出地址變換圖、會把邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址）、沒有快表的情況下訪問一條指令或取得一個數(shù)據(jù)需2次訪問內(nèi)存（一次訪問頁表，一次根據(jù)物理地址取得指令或數(shù)據(jù)）、具有快表（聯(lián)想存儲器）的地址變換機(jī)構(gòu)、具有聯(lián)想存儲器時根據(jù)命中率計算數(shù)據(jù)訪問時間?；痉侄未鎯芾矸绞剑夯驹?、段（段是信息的邏輯單位）、地址結(jié)構(gòu)（二維的，由段號和段內(nèi)地址組成）、段表、地址變換機(jī)構(gòu)（能夠畫出地址變換圖、會把邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址）、訪問一條指令或取得一個數(shù)據(jù)需2次訪問內(nèi)存（一次訪問段表，一次根據(jù)物理地址取得指令或數(shù)據(jù)）、分段和分頁的區(qū)別、段式存儲管理易于實現(xiàn)信息的共享。段頁式存儲管理方式：基本原理、段表（一個用戶進(jìn)程有一個段表）、頁表（用戶進(jìn)程有幾段就有幾個頁表）、地址變換機(jī)構(gòu)、訪問一條