1、操作系统复习课操作系统复习课第一章 什么是OS，它在计算机系统中处在什么位置？操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充。是系统资源的管理机构；是人、机之间的接口。 OS的发展过程-几类典型操作系统(多道批处理、分时、实时、PC机OS)，每类操作系统的原理、特征(优缺点)1.多道批处理 用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个队列，称为“后备队列”；然后，由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干个作业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资源。特征：资源利用率高 ，系统吞吐量大，平均周转时间长，无实时交互能力。2.分时 特征： 多路性 独立性 及时性 交互性3.
2、PC OS特征 单用户 单任务或多任务(多道) 联机 友好的用户界面 多媒体 OS的主要功能-资源管理器(各类资源)和用户接口(两类) 资源管理功能：处理机管理,存储器管理,设备管理,文件管理操作系统和用户之间的接口：用户接口：联机用户接口，脱机用户接口和图形用户接口程序接口：该接口是为用户程序在执行中访问系统资源而设置的，它是由一组系统调用组成。第二章 进程的概念，进程与程序(作业)的区别 为了合理管理系统资源、协调各程序段在执行时对资源的竞争，需要一个记录和描述程序执行过程的基本单位，于是引进了“进程”这一概念。区别：1) 程序是静态的，进程是动态的;(2) 进程更能真实地描述并发,而程序
3、不能;(3) 一个程序可对应多个进程，反之亦然;(4) 进程有生命周期，有诞生有消亡，是短暂的；而程序是相对长久的;(5) 程序可作为软件资源长期保存，进程只是一次执行过程，是暂时的；(6) 进程是系统分配调度的独立单位，能与其他进程并发执行；(7) 进程包含程序、数据、PCB三部分；(8) 进程具有创建其他进程的功能，而程序没有。 什么是PCB，PCB包含的主要信息，PCB的作用进程控制块：包含了进程的描述信息、控制信息、资源信息的数据结构。它随进程的创建而产生、在进程执行的过程中记录进程各信息的变化。当一个进程完成其功能后，系统则回收PCB，进程也随之消失。进程控制块的作用： 标识进程的存
4、在、动态地记录进程运行过程中的所有控制信息，如进程状态、中断现场、进程的优先级等，以便OS感知进程的存在，根据系统资源的情况和设计原则(算法)对进程(通过PCB)进行控制和管理。进程控制块中的信息：1) 进程标识符2) 处理机状态 3) 进程调度信息4) 进程控制信息 进程的3种基本状态，状态间的转换已及引起状态转换的原因就绪状态-就绪队列， 执行状态， 阻塞状态(等待状态)-等待队列(1) 就绪执行处于就绪状态的进程，当进程调度程序为之分配了处理机后，该进程便由就绪状态转变成执行状态。(2) 执行就绪处于执行状态的进程在其执行过程中，因分配给它的一个时间片已用完而不得不让出处理机，于是进程从
5、执行状态转变成就绪状态。（时间片用完）(3) 执行阻塞正在执行的进程因等待某种事件发生而无法继续执行时，便从执行状态变成阻塞状态。（I/O请求）(4) 阻塞就绪 处于阻塞状态的进程，若其等待的事件已经发生，于是进程由阻塞状态转变为就绪状态。（I/O完成） 什么是临界资源一次只允许一个进程使用的资源称为临界资源； 进程间的两种相互制约关系-同步、互斥-的概念(还是进程间的低级通信)进程同步（直接相互制约关系）：它主要源于进程合作，是进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系。为进程之间的直接制约关系。在多道环境下，这种进程间在执行次序上的协调是必不可少的。进程互斥（间接相互制约关系）：它主要
6、源于资源共享，是进程之间的间接制约关系。在多道系统中，每次只允许一个进程访问的资源称为临界资源，进程互斥就是保证每次只有一个进程使用临界资源。 什么是信号量信号量是Dijkstra提出的用于解决进程同步的有效工具。信号量是一个数据结构以及对其的操作。除初始化外，仅能通过两个标准的原子操作wait(S)he signal(S)来访问。两个语句在执行到一半的时候不能被中断。 什么是P操作、什么是V操作(含义，P、V操作的处理流程，以记录型信号量为例)P（S）：wait(S)每次wait操作，意味着进程请求一个单位的该类资源，使系统可供分配的该类资源数减少一个。 将信号量S的值减1，即S.value
7、:=S.value-1； 当S.value0时，表示该类资源分配完毕，进程调用block原语，进行自我阻塞，放弃处理机，并插入到信号量链表中。V（S）：signal(S)每次signal操作，表示执行进程释放一个单位资源，使系统中可供分配的该类资源数增加一个 将信号量S的值加1，即S.value:=S.value+1； 如果S.value=0，表示在该信号量链表中，仍有等待该资源的进程被阻塞，故还应调用wakeup原语，将链表中的第一个等待进程唤醒。 用信号量和P、V操作机制实现互斥和同步的方法，信号量取值的含义 用信号量机制和P、V操作实现：相互合作的若干个进程间的同步、共享临界资源的互斥
8、什么是进程的(高级)通信，类型有哪些高级通信：用户在程序中利用操作系统提供的通信命令(系统调用)，高效、大批量地传送数据。高级通信的过程对用户是透明的。1共享存储器系统 a、基于共享数据结构的通信方式b、基于共享存储区得通信方式2消息传递系统 3管道通信 线程的概念和属性线程是进程内的一个实体，是被系统独立调度的基本单位，又称为轻权进程。线程的属性(1) 轻权实体(2) 独立运行、调度的基本单位(3) 可以并发执行(4) 可共享所属进程的资源第三章 进程调度的功能就是确定就绪队列中哪个进程应该获得处理机，然后再由分派程序执行把处理机分配给该进程的具体操作。(1) 保存处理机的现场信息。(2)
9、按某种算法选取进程。(3) 把处理器分配给进程。 对于本章内的基本调度算法：算法思想、就绪队列的组织、是抢占还是非抢占、一些特色 典型的动态优先权调度算法：高响应比优先度调度算法；典型的实时调度算法：最低松弛度优先调度算法；改进的时间片轮转法：多级反馈轮转法-理解算法高响应比优先调度算法算法思想：为每个作业引入动态优先权，并使作业的优先级随着等待时间的增加而以速率a提高，则长作业在等待一定的时间后，必然后寄回分配到处理机。该优先权的变化规律可描述为：优先权=（等待时间+要求服务时间）/ 要求服务事件多级反馈队列调度算法算法思想： 设置多个就绪队列，并为各个队列赋予不同的优先级。第一个队列的优先
10、级最高，第二个队列次之。当一个新进程进入内存后，首先将它放入第一个队列的末尾，按FCFS原则排队等待调度。如果一个时间片后进程尚未完成，调度程序便将该进程转入第二个队列的末尾，再同样地按FCFS原则等待调度执行。当一个长作业从第一个队列一次降到第n个队列后，在第n队列中便采取按时间片轮转的方式运行。仅当第一队列空闲时，调度程序才调度第二队列中的进程运行。 什么是死锁，死锁产生的原因和必要条件一组并发进程中，每个进程都无限等待被该组中另一进程所占有的资源，因而永远无法得到的资源，这种现象称为进程死锁，这一组进程就称为死锁进程。原因：1、资源竞争2、进程间推进顺序不当必要条件：1、互斥条件2、不剥
11、夺条件3、 部分分配(请求和保持)条件4、环路等待条件 什么是安全状态、不安全状态，它与死锁间的关系安全状态是指，对于系统中的并发进程，系统能按某种进程推进顺序(存在一个进程推进序列)来为每个进程分配其所需资源，直至进程的最大需求，使每个进程都可顺序完成。 若系统当前不存在这样一个进程序列，则称系统处于不安全状态。 死锁的预防、避免、检测与解除的含义预防：在系统设计时确定资源分配算法，设定限制，破坏产生死锁的四个必要条件之一。避免：在系统运行过程中，对进程发出的每一个系统能够满足的资源申请进行动态检查，判断资源分配后系统是否可能发生死锁，从而决定是否分配资源。若分配后系统可能发生死锁，则不予分
12、配，否则予以分配。检测：通过系统所设置的检测机构，及时地检测出死锁的发生，并精确地确定与死锁有关的进程和资源； 然后，采取适当措施，从系统中将已发生的死锁清除掉。解除：当检测到系统中已发生死锁时，须将进程从死锁状态中解脱出来。第四章 逻辑地址和物理地址的概念逻辑地址（Logical Address）是指由程式产生的和段相关的偏移地址部分。只有在Intel实模式下，逻辑地址才和物理地址相等（因为实模式没有分段或分页机制,Cpu不进行自动地址转换）；物理地址（Physical Address）是指出现在CPU外部地址总线上的寻址物理内存的地址信号，是地址变换的最终结果地址。（假如启用了分页机制，那
13、么线性地址会使用页目录和页表中的项变换成物理地址。假如没有启用分页机制，那么线性地址就直接成为物理地址了）什么是地址重定位(地址变换)、变换的时机(静态地址重定位和动态地址重定位)把逻辑地址转换为相应的物理地址的过程就是地址重定位。静态地址重定位：是程序执行之前集中一次进行的地址变换计算。动态地址重定位：在程序执行的过程中，每当cpu访问一个内存地址之前对要访问的地址进行地址变换计算。 什么是虚拟存储器，引入的原因，虚存空间容量由什么因素决定定义：具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。其访问速度接近于内存，而其容量和每位的成本却又接近于外存。引入的原因： 有
14、的作业很大，要求的内存空间超过了内存总容量，不能装入内存，至使该作业无法运行。 有大量作业要求运行，但由于内存容量不足以容纳所有这些作业，只能将少数作业装入内存让它们运行，而将其他大量的作业驻留在外存上等待。 常规存储器管理方式：一次性；驻留性 局部性原理的提出：时间局限性；空间局限性。一个解决方式是从逻辑上扩充内存容量，这正是虚拟存储技术所要解决的主要问题。 对于分区、分页、分段、段页式(基本/请求)存储管理方式，掌握：(1) 基本思想(2) 存储管理使用的数据结构(空闲空间管理的/作业占用空间管理的)(3) 逻辑地址的格式，地址变换的时间(动态/静态)、方法(4) 存储分配和存储回收过程(
15、5) 是否能实现虚拟存储；如果能，如何实现(6) 其他特点：是否存在碎片问题(原因)；是否能实现存储保护(如何实现)等(7) 请求分页式存储管理的页面置换过程和简单的页面置换算法第五章 I/O系统的组成(I/O设备、控制器、通道、总线) 设备分类情况，什么是虚拟设备，引入的目的1、按设备的从属关系分类:系统设备,用户设备2、从使用的角度分类:逻辑设备,物理设备3、按设备特性分类:使用特征,数据传输率,信息组织特征.4、按设备共享属性分类:独占设备,共享设备虚拟设备：在一类设备上模拟另一类设备，常用共享设备模拟独占设备，用高速设备模拟低速设备。目的：将慢速的独占设备改造成多个用户可共享的同类设备
16、，提高设备的利用率. OS在设备管理中引入的相关技术-中断技术、DMA技术、通道技术、总线技术、缓冲技术、Spooling技术(Spooling系统，可以用来实现虚拟设备)(硬、软件)组成和工作原理 什么是磁盘调度，磁盘调度的目标，磁盘调度算法(FCFS、SSTF、SCAN)的原理 磁盘调度就是当有多个任务同时要求访问磁盘时，安排对磁道访问请求的执行顺序。磁盘调度的目标是使磁盘的平均寻道时间最少。先来先服务(FCFS)：按照访问磁盘请求到达的先后顺序，逐一完成访问任务。最短寻道时间优先(SSTF)：优先完成与磁头当前位置距离最近的柱面上的访问任务SCAN扫描算法：不仅考虑到欲访问的磁道与当前磁
17、道间的距离，更优先考虑的是磁头当前的移动方向。第六章 什么是文件的逻辑结构，记录式文件的逻辑结构有哪几种，与之相应的文件访问方式有哪些用户观点（逻辑结构）：研究的是用户思维中的抽象文件，其目的是为用户提供一种结构清晰、使用简便的逻辑组织。用户按此去存储、检索和加工处理有关文件信息。它独立于文件的物理特性，又称文件组织。记录式文件的逻辑结构：1、有结构文件：记录的长度可分为定长和不定长两类：定长记录；变长记录根据用户和系统管理上的需要，可采用多种方式来组织这些记录，形成下述的几种文件：顺序文件；索引文件；索引顺序文件。2、无结构文件：流式文件，其长度以字节为单位。 什么是文件的物理结构，文件的物
18、理结构(外存分配方式)有哪几种，每一种文件物理结构的实现方法，需要用到的数据结构，目录中如何记录文件的地址实现观点（物理结构）：研究的是存储在物理设备介质上的实际文件，即文件在外存上的实际组织形式。它不仅与存储介质的性能有关，还与采用的外存分配方式有关。系统按此和外部设备打交道，控制信息的存取。常用的外存分配方法有：连续分配、链接分配、索引分配。 DOS系统中文件的物理结构，FAT表 文件系统中什么是FCB和i节点文件控制块(FCB)是操作系统为管理文件而设置的数据结构，存放了为管理一个文件所需的所有相关信息，也称文件说明。文件控制块是文件存在的标志。 单级、两级和多级(树型)目录结构的构成，
19、逐步能实现的功能(特点)单级目录结构：构成：为整个文件系统建立一张目录表，每个文件占一个目录项。功能：单级目录的优点是简单且能实现目录管理的基本功能-按名存取。缺点：(1)查找速度慢；(2)不允许重名；(3)不便于实现文件共享。两级目录结构：构成： 系统给每一个用户建立一张独立的用户目录表(UFD)，用来存放该用户所有文件的FCB， UFD的结构与单级目录表相似，它以一个目录文件的形式存在磁盘上； 整个文件系统有一张主目录表(MFD)，其中的每一个表目(一行)用来存放一个UFD文件的名字、大小、存放位置等信息(目录文件的FCB)。这样就形成了两级目录。功能：? 优点：解决了文件的重名问题和文件
20、共享问题，提高搜索速度，查找时间降低? 缺点：妨碍了用户间的文件共享，增加了系统开销多级目录结构：构成：将两级目录的这种层次结构推广，就形成多级目录。在多级目录结构中，MFD演变为文件系统的根目录，在根目录中可以存放一般文件的FCB，也可以存放目录文件的FCB；每一个目录文件对应一张目录表，其中既可以存放一般文件的FCB，也可以存放目录文件的FCB。功能：? 优点：层次结构清晰，便于管理和保护；有利于文件分类；解决重名问题；提高文件检索速度；能进行存取权限的控制? 缺点：查找一个文件按路径名逐层检查，由于目录文件和普通文件都放在外存，多次访盘，影响速度。 磁盘空间的组织管理方法-空白文件目录、
21、空闲链表、位示图、成组链-每种方法的数据结构，存储分配和回收的方法空闲表法：为每个文件分配一块连续的存储空间按，即系统也为外存上的所有空闲区建立一张空闲表，每个空闲区对应于一个空闲表项，其中包括表项序号、该空闲区的第一个盘块号、该区的空闲盘块数等信息。空闲链表法：1、空闲块链法：将磁盘上所有的空闲块拉成一条链，在链首设一个分配指针，在链尾设一个回收指针。空闲块的分配与回收分别在链的首尾进行。2、空闲区链法：将磁盘上所有的空闲区拉成一条链，空闲区中要记录本区包含的空闲块数。存储空间的分配与回收与内存的动态分区分配类似。位示图法：空闲块的组织：在内存中划出连续若干个字，为每一个文件存储器建立一张位
22、示图。磁盘的每一个物理块都有一个二进制位与之对应。该位值是“0”为空闲、“1”为已分配。 什么是文件保护，文件保护的措施主要有哪些文件的保护是指防止文件主或其他用户无意或有意破坏文件内容。也指防止系统出现异常、病毒或其他自然因素对文件内容的破坏。文件保护采取的主要措施有：(1) 通过存取控制机制，来防止人为因素所造成的文件不安全性；(2) 通过磁盘容错技术，来防止磁盘部分故障造成的文件不安全性；(3) 通过后备系统，来防止自然因素造成的整个文件存储器的不安全性。第七章 用户界面的种类(1) 作业级(联机用户接口)-命令行方式的，图形方式的(2) 程序级(应用程序接口)-系统调用联机用户接口，也
23、称为联机命令接口。不同的用法和形式构成了不同的用户界面，可分成以下两种：（1）字符显示式用户界面所谓“字符显示式用户界面”，即用户在利用该用户界面的联机用户接口实现与机器的交互时，先在终端的键盘上键入所需的命令，由终端处理程序接收该命令，并在用户终端屏幕上，以字符显示方式反馈用户输入的命令信息、命令执行及执行结果信息。用户主要通过命令语言来实现对作业的控制和取得操作系统的服务。命令语言一般又可分成两种方式：命令行方式和批命令行方式。1、命令行方式：每行长度一般不超过256个字符，命令的结束通常以回车符为标记。2、批命令方式：把一系列命令组织在一种称为批命令文件的文件中，一次建立，多次执行。（2
24、）图形化用户界面程序级接口，就是OS的系统调用。应用程序通过系统调用实现与OS的通信，获得OS提供的服务。系统调用也可以被OS本身的程序使用。系统调用，对应着OS核心的一组实现各种功能的子程序。用户在程序中使用系统调用命令调用这些子程序。 了解Linux中常用的系统调用Fork()、Signal()、Kill()、Lockf()fork() 创建进程signal() 预置对信号的处理方式，允许调用进程控制软中断信号kill() 向一个或一组进程发送一个软中断信号lockf() 用作锁定文件的某些段或者整个文件pipe() 建立一无名管道。管道建立后，写进程将数据写入文件filedes1，读进程从文件filedes0中读数据，从而实现读/写进程的管道通信。考试题型一、单选题，20分/10题二、判断题，10分/10题三、填空题，20分/10题四、简答题，30分/6题五、综合分析题，20分/2题
