操作系统总结知识.docx
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1、操作系统总结知识操作系统总结知识志艺)OS作为计算机系统资源的管理者(处理器、存储器、I/O设备、数据程序)(3)OS实现了对计算机资源的抽象(在硬件上覆盖I/O设备、文件和窗口管理软件,即虚拟机)OS的发展经过:无操作系统的计算机系统rarr;单道批处理系统rarr;多道批处理系统rarr;分时系统rarr;实时系统rarr;微机操作系统操作系统的基本特征:(1)并发性(两个或多个事件在同一时间间隔内发生;进入进程和线程)(2)分享性(系统中资源可供内存中多个并发执行的进程(线程)共同使用,方式为互斥分享方式和同时访问方式)(3)虚拟性(通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。方
2、式:时分复用技术和空分复用技术)(4)异步性(进程以不可预知的速度向前推进,多道程序设计固有的特点)OS的主要功能:(1)处理机管理(进程管理)功能;(主要包括创立和撤销进程、协调诸进程的运行、实现进程间信息交换、把处理机分配给进程。进程同步机制功能是协调多个进程的运行,分为竞争和协作两种方式,实现进程同步常用的及时是信号量机制。调度包括作业调度和进程调度两步。)(2)存储器管理功能;(内存分配、内存保护、地址映射和内存扩大等功能。内存分配有动态和静态两方式。内容扩大的功能是请求调入和置换)(3)设备管理功能(缓冲管理、设备分配、设备处理和虚拟设备。缓冲管理包括单、双、公用缓冲机制。设备处理的
3、人物是实现CPU和设备控制器之间的通信)(4)文件管理功能;(文件存储空间管理、目录管理、文件读写管理、分享保护功能)(5)操作系统与用户之间的接口;(用户接口和程序接口)第二章进程管理进程与线程的基本概念1)进程是为了使多个程序能并发执行,以提高资源利用率和系统吞吐量。2)线程是为了减少程序在并发执行时所付出的空间开销,是OS具有更好的并发性。进程和线程的区别1)调度:线程作为调度和分派的基本单位;进程作为资源拥有的基本单位。2)并发性:进程之间能够并发执行,进程中的诸线程之间可以并发执行。3)拥有资源:进程拥有资源,线程无资源,但能够访问所属进程的资源4)系统开销:创立可撤销进程的代价比创
4、立和撤销线程的代价大的多。前趋图是描绘进程之间执行的前后关系的。进程的特征:1)构造特征;由程序段、相关的数据项和PCB三部分构成了进程实体。2)动态性;指从创立、调度执行到撤销的经过是动态的。3)并发性;4)独立性;由于有PCB,能够独立运行、独立分配资源、独立接受调度等功能5)异步性;各进程按各自独立、不可预知的速度向前推进。进程的三种基本状态:1)就绪状态;处CPU外,已占有其他必要的资源的进程2)执行状态;3)阻塞状态;因事故是正在执行的进程停止,并让出CPU。信号量机制是一种行之有效的进程同步工具。包括整形信号量、记录型信号量、AND型信号量、信号量集。第三章处理机调度与死锁批量型作
5、业通常需要经历作业调度(高级调度或长程调度)和进程调度(低级调度和短程调度)两个经过后方能获得处理机。处理机调度层次1)高级调度:把外存上处于后备队列中的那些作业调入内存。2)低级调度:它决定就绪队列中的哪个进程将获得处理机,然后由分派程序执行把处理机分配给该进程的操作。对象是进程。功能是:保存处理机现场信息(PCB);按某种算法选取进程;把处理器分配给进程。方式分为非抢占方式和抢占方式。3)中级调度:内存中不能有过多的进程,把进程从内存移到外存,当内存有足够空间时,再将适宜的进程换入内存,等待进程调度。目的是提高内存利用率和系统吞吐量。死锁:多个进程在运行经过中因争夺资源而造成的一种僵局。活
6、锁:多个进程在运行工程中因互相辞让而造成的一种僵局。产生死锁的原因1)竞争资源2)进程间推进顺序非法产生死锁的必要条件1)互斥条件:临界资源的互斥访问2)请求和保持条件:占着本人的资源不放,又去请求别人的3)不剥夺条件:进程没有完成则不是放占有的资源4)环路等待条件:发生死锁指必然存在一个资源环形链。处理死锁的基本方法1)预防死锁2)避免死锁3)检测和解除死锁安全序列:是指系统能够找到一个进程顺序(P1、P2hellip;hellip;Pn),来为每个进程Pi分配所需资源,知道知足每个进程的最大需求,是每个进程能够顺利完成,则P1、P2hellip;hellip;Pn即为安全状态。用资源分配图
7、对死锁进行检测,消去途中的所有边,若节点为孤立节点,则为可完全简化。死锁的解除1)剥夺资源:从其他进程剥夺足够数量的资源给死锁进程,以解除死锁状态2)撤销进程:一种方法是夭折全部进程;另一种方法是按某个顺序逐个撤销进程,知道死锁状态被解除。第四章存储器管理连续分配方式:一个用户程序分配一个连续的内存空间1)单一连续分配:一个程序装入其他程序就不允许被装入。只是用于单用户单任务的OS中。2)固定分区分配:把内存分为若干个固定大小的区域,每个分区装入一个作业,允许并发执行。3)动态分区分配:根据实际需要,动态地为之分配内存空间。4)动态重定位分区分配:通过重定位寄存器把相对地址转化成物理地址,此转
8、化经过是在程序执行期间,随着每条指令或数据的访问自动进行的,故称为动态重定位。分区分配算法1)初次适应算法(以地址递增次序访问)2)循环初次适应算法(从上一次分配处开场查找)3)最佳适应算法(小内存到大内存依次查找)4)最坏适应算法(每次分配从大内存开场割让)5)快速适应算法(对空闲分区进行分类,并建立索引表,选最合适的控件分配给请求的进程)对换:把暂时不运行的程序调到外存,需要时再调到内存。地址变换机制:将用户地址空间中的逻辑地址变换为内存空间中的物理地址。引入分段存储管理方式的目的,则主要是为了知足用户在编程和使用上多方面的要求。段表是用于实现从逻辑段到物理内存区的映射。分页和分段的主要区
9、别1)两者都采用离散分配方式,且都要通过地址应设机构来实现地址变换。2)页是信息的物理单位,分页是为了有效的管理内存;段是逻辑单位,分段是为了维护信息完好性和独立性。3)页的大小固定且由系统决定,段的长度不固定,决定于用户编写的程序。4)分页的作业地址空间是一维的,而分段的作业地址空间是二维的。段页式存储管理方式的原理:分段和分页相结合,先将用户程序分成若干个段,再把每个段分成若干个页,并为每个段赋予一个段名。其地质构造由段号、段内页号和页内地址组成。页面置换算法有:最佳置换算法、先进先出置换算法、近期最久未使用置换算法、Clock置换算法。第五章设备管理I/O系统是用于实现数据输入、输出及数
10、据存储的系统。I/O设备类型:1)特性:存储设备;输入/输出设备。2)传输速率:低速设备;中速设备;高速设备。3)信息交换的单位分类:块设备;字符设备。4)分享属性:独占设备;分享设备;虚拟设备。设备与控制器之间的接口:1)数据信号线:设备和设备控制器之间传送数据信号2)控制信号线:设备控制器向I/O设备发送控制信号的通路3)状态信号线:传送指示设备当前状态的信号。设备控制器主要职责是控制一个或多个I/O设备,以实现I/O设备和计算机之间的数据交换。是CPU和I/O设备的接口,他接受CPU指令去控制I/O设备工作,使减轻处理机的工作量。设备控制器包括控制字符设备控制器和控制块设备的控制器。设备
11、控制器的基本功能1)接受和识别命令2)数据交换3)标识和报告设备的状态4)地址识别(CPU通过地质控制设备)5)数据缓冲6)过失控制I/O通道是一种特殊的处理机,它具有执行I/O指令的能力,能够控制I/O操作。类型分为:字节多路通道、数组选择通道、数组多路通道。解决ldquo;瓶颈rdquo;问题的最有效的方法是增加设备到主机间的通路而不增加通道。I/O控制方式1)程序I/O方式2)中断驱动I/O控制方式3)直接存储器访问(DMA)I/O控制方式4)I/O通道控制方式SPOOLing技术通过SPOOLing技术便可将一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑I/O设备,同样允很多个用户分享一台物理I/O
12、设备。Spooling系统的组成输入井和输入井;输入缓冲区和输出缓冲区;输入进程和输出进程。SPOOLing系统的特点1)提高了I/O的速度2)将独占设备改造为分享设备3)实现了虚拟设备功能磁盘调度磁盘调度的主要目的是使磁盘的平均寻道时间最少。常用的磁盘调度算法1)先来先服务(合适进程较少的场合)2)最短寻道时间优先(要访问的磁道与当前磁头所在磁道距离近期。会导致进程ldquo;饥饿rdquo;现象)3)扫描算法(考虑访问的磁道与当前磁头所在磁道距离近期和磁头当前移动的方向)4)循环扫描算法(规定磁头单向移动)5)NSPetpSCAN和FSCAN调度算法第六章文件管理文件逻辑构造的类型1)有构
13、造文件(由一个以上的记录构成的文件,又称记录式文件)2)无构造文件(由字符流构成的文件,又称流式文件)记录式文件的长度分为定长记录和变长记录。记录文件又分为顺序文件、索引文件、索引顺序文件。大量的数据构造而后数据库是采用有构造的文件形式而大量的源代码、可执行文件、库函数等采用无构造文件。顺序文件的优缺点1)合适进行批量存取2)存取效率是所有逻辑文件中最高的3)也只要顺序文件才能存储在磁带上,并能有效的工作4)不合适查找或修改单个记录5)增加或删除一个记录时比拟困难索引文件的缺点:除了有主文件外,还须配置一张索引表,而且每个记录都要有一个索引表,因而提高了存储费用。对已直接文件,检索时能够根据记
14、录键值直接获得指定记录的物理地址。哈希文件是键值通过Hash函数指向目录表,该表目的内容指向记录所在的物理块。外存分配方式:连续分配、连接分配和索引分配三种。连续分配的优缺点1)顺序访问容易2)顺序访问速度快缺点:1)要求有连续的存储空间2)必须实现知道文件的长度链接分配中的链接方式分为隐式链接和显式链接。为新建文件分配存储空间的方式分为连续和离散的分配方式。前置具有较高的文件访问速度,但可能产生较多的外存零头。后者能有效的利用外存空间,但访问速度较慢。无论哪种方式,存储空间的基本分配单位都是磁盘块而非字节。文件存储空间管理的方法1)空闲表法和空闲链表法2)位示图法3)成组链接法空闲表法和空闲
15、链表法都不适用于大型文件系统可使用成组链接法。常见面试题:1、进程是并发经过中程序的执行经过2、进程的特征:构造特征动态性并发性独立性异步性3、临界区指在每个进程中访问临界资源的那段代码4,如今操作系统中申请资源的基本单位是进程,在CPU得到执行的基本单位是线程,进程是由程序段、数据段、PCB组成的5,对临界资源应采取互斥访问方式来实现分享6,P.V操作是一种低级进程通信原语7,对于记录性信号量,在执行一次P操作时,信号量的值应当减1,当其值为小于0时进程应阻塞;在执行V操作时,信号量的值应当加1;当其值小于等于0时,应唤醒阻塞队列中的进程。8,N个进程分享某一临界资源,(n-1)19,短作业
16、优先算法,T1T2T3平均周转时间为:T1+2XT2/3+T3/310,响应比Rp=(等待时间+要求服务时间)/要求服务器时间=响应时间/要求服务时间11死锁是指多个进程在运行经过中因争夺资源,而造成的一种僵局,当进程处于这种僵局状态时,若无外力作用,他们都将无法再向前推进。死锁的避免是根据防止系统进入不安全状态。产生死锁的根本原因是资源分配不当和资源数量缺乏,发生死锁的四个必要条件是:互斥条件,请求和保持条件,不剥夺条件和环路等待条件,银行家算法用于避免死锁12,假如系统中有N个进程,最多为(N-1)个13,若系统采用轮转法调度进程系统采用的是剥夺式调度14,既考虑作业等待时间,又考虑作业执
17、行时间,的调度算法是响应比优先调度算法15,资源的有序分配策略能够毁坏死锁的ldquo;循环等待rdquo;16,并非所有的不安全状态都必然会转为死锁状态,但当系统进图不安全按状态后变有可能进入死锁状态,17,重定位:在作业地址空间中使用的逻辑地址变为内存物理地址18,支持程序放在不连续内存中储存管理方法有分取式分配,分段式分配,段页式分配页式存储主要特点是不要将作业同时全部装入到主存的的连续区域19,合适多道程序运行的存储管理中,存储保护是为了防止各道作业的互相干扰20,采用页式存储管理时,重定位的工作由地址转换机21,段页式存储管理中的地址映像表是每个作业或进程一张段表,每个段一张页表22
18、,在虚拟页式存储管理方案中,完成将页面调入内存的工作的是缺页中断处理23,分段管理和分页管理的主要区别是分页管理有存储保护,分段管理没有24,在股低估分区分配中,能够不同但预先固定的25,不使用中断机构的I/O控制方式是程序I/O方式26,spooling技术能独占设备改造成能够分享的虚拟设备27,磁盘防伪中把数据从磁盘读出,叫做传输时间28,分享设备指同一时间内运行多个进程同时访问的设备29,通过软件的功能扩大,把原来独占的设备爱造成若干个可分享的设备,虚拟设备30,DMA方式假如I/O设备不通过CPU来完成31,设备独立性用户程序独立于详细物理设备的一种特性32,虚拟设备一个物理设备变换成
19、多个对应的逻辑设备33,通道是一种特殊的处理机,通道按传递数据的方式分为:字节多路通道,数组选择通道,数组多路通道通道涉及的数据构造是设备控制器,控制器控制块,通道控制块,系统设备表34,磁盘高速缓冲设在内存中,目的是提高I/O磁盘速度35,磁盘空间的地址有盘面号,柱面号,扇区号组成。访问磁盘的时间有寻道时间,旋转等待时间,读写时间36,将系统段用参数翻译成设备操作命令的工作由设备无关的操作系统完成37,向设备寄存器写入控制命令由设备驱动程序完成38,寻找设备驱动程序由设备无关的操作系统软件完成39,设备管理的功能是设备分配,缓冲区管理和实现物理I/O设备的操作40,根据设备的固有属性特点,设
20、备可分为独占设备,分享设备和虚拟设备41,引入缓冲区技术可提高处理器执行程序和设备的输入输出操作的并行程序文件管理42,物理文件的组织方式是由操作系统确定的,文件的顺序存取是按文件的逻辑号逐一存取43,系统通过树形目录构造来解决重名问题44,在UNIX操作系统中,把输入输出设备看做特殊文件45,打开文件操作的主要工作是把指定的目录复制到内存指定区域46,文件途径名是指从根目录到该文件所经历的途径中各符号名的集合47,按逻辑构造划分,文件主要有两类:记录是文件,流式文件,文件系统的主要目的是实现对文件的按名存取48连续构造文件必须采用连续分配方式,而链接构造文件和索引构造文件都可采取离散分配方式
21、49,文件系统中,若文件的物理构造采用连续构造有关文件的物理位置的信息包括首块地址和文件长度50,位示图可用于磁盘空间管理,在文件系统中,为实现文件保护,一般采用口令,密码和访问控制1、进程是具有独立功能程序在某个数据集合上的一次执行经过。线程是进程内的一个执行实体或执行单元。进程和线程的区别:(a)不同进程的地址空间是独立的,而同一进程内的线程分享同一地址空间。一个进程的线程在另一个进程内是不可见的。(b)在引入线程的操作系统中,进程是资源分配和调度的单位,线程是处理机调度和分配的单位,资源是分配给进程的,线程只拥有很少资源,因此切换代价比进程切换低。2、死锁在多道程序系统中,当一组进程中的
22、每个进程均无限期地等待被改组进程中的另一进程所占有且永远不会释放的资源,此时的系统处于死锁状态。死锁产生的原因:(a)系统提供的资源有限;(b)进程推进顺序不当。产生死锁的必要条件:互斥条件、不可剥夺条件、请求和保持条件、循环等待条件3、执行如下访问页号序列:1,2,3,4,1,2,5,1,2,3,4,5试讲明采用先进(1)FIFO:9次(2)LRU:10次(3)OPT:7次4、什么是操作系统的基本功能?1.处理机管理。在多道程序或多用户的情况下,要组织多个作业同时运行,就要解决对处理机分配调度策略、分配施行和资源回收等问题。2.存储管理。存储管理的主要工作是对内部存储器进行分配、保护和扩大和
23、管理。3.设备管理。涉及到通道、控制器、输入输出设备的分配和管理以及设备独立性。4.信息管理(文件系统管理)是对系统的软件资源的管理。5.用户接口。操作系统还为用户提供一个友好的用户接口。一般来讲,操作系统提供两种方式的接口来为用户服务。5、分级调度分为4级:(1)作业调度(2)交换调度(3)进程调度(4)线程调度。6、试写出程序与进程的区别(1)进程是一个动态概念,而程序是一个静态概念。(2)进程具有并行特征,而程序不反映执行所以没有并行特征(3)进程是竞争计算机系统资源的基本单位,而程序不反映执行也就不会竞争计算机系统资源(4)不同的进程能够包含同一程序,只要该程序所对应的数据集不同。7、
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