上海大学操作系统期末复习整理.docx

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1、上海大学操作系统期末复习整理第一章 1操作系统的目标 方便性、有效性、可扩充性、开放性 2操作系统的作用 1.OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口 2. OS作为计算机系统资源的管理者） 3. OS实现了对计算机资源的抽象 3推动操作系统发展的的主要动力 1.不断提高计算机资源利用率 2.方便用户 3. 器件的不断更新换代 4. 计算机体系结构的不断发展 5. 不断提出新的应用需求 4未配置操作系统的计算机系统 1. 人工操作方式 2. 脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式 脱机I/O 是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机，在外围机的控制下，把纸带或卡片上

2、的数据或程序输入到磁带上。该方式下的输入输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进行的。而联机I/O方式是指程序和数据的输入输出都是在主机的直接控制下进行的。 5单道批处理系统 内存中始终只保持一道作业 在解决人机矛盾和CPU与I/O设备速度不匹配矛盾的过程中形成的 批处理系统旨在提高系统资源的利用率和系统吞吐量 缺点：系统中的资源得不到充分的利用 6三大经典OS 多道批处理系统 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 优缺点：(1) 资源利用率高。 (2) 系统吞吐量大。 (3) 平均周转时间长。 (4) 无交互能力 多道批处理系统需要解决的问题 (1) 处

3、理机争用问题。 (2) 内存分配和保护问题。 (3) I/O设备分配问题。 (4) 文件的组织和管理问题。 (5) 作业管理问题。 (6) 用户与系统的接口问题。 分时系统 为了满足对人-机交互的需求 在一台主机上连接了多个配有显示器和键盘的终端并由此组成的系统，该系统允许多个用户同时通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。 特征：(1) 多路性。 (2) 独立性。 (3) 及时性。 (4) 交互性。 实时系统 系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该时间的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。 实时系统类型：(1) 工业(武器)控制系统。 (2) 信息查询系统。

4、 (3) 多媒体系统。 (4) 嵌入式系统。 实时任务的类型 (1) 周期性实时任务和非周期性实时任务。 (2) 硬实时任务和软实时任务。 实时系统与分时系统特征的比较 (1) 多路性。 (2) 独立性。 (3) 及时性。 (4) 交互性。 (5) 可靠性。 7操作系统的基本特性 并发、共享、虚拟、异步 并行性：指两个或多个事件在同一时刻发生。 并发性：两个或多个事件在同一时间间隔内发生。 共享：系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。 分为互斥共享访问方式和同时访问方式 虚拟：通过某种技术将一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物的功能。 分为时分复用技术和空分复用技术 异步：进程以人

5、们不可预知的速度向前推进。 8操作系统的主要功能 处理机管理功能 进程控制，进程同步，进程通信，调度 存储器管理功能 设备管理功能 文件管理功能 操作系统与用户之间的接口 9传统操作系统结构 无结构操作系统 模块化结构OS 分层式结构OS 10微内核结构 支持多处理机运行，适合分布式系统环境 把操作系统中更多的成份和功能放到更高的层次中去运行，而留下一个尽量小的内核，用它来完成操作系统最今本的核心功能。 基本概念：足够小的内核 基于客户/服务器模式 应用“机制与策略分离”原理 采用面向对象技术 基本功能：进程(线程)管理 低级存储器管理 中断和陷入处理 优点：(1) 提高了系统的可扩展性。 (

6、2) 增强了系统的可靠性。 (3) 可移植性强。 (4) 提供了对分布式系统的支持。 (5) 融入了面向对象技术。 缺点：较之早期的操作系统，微内核操作系统的运行效率有所降低。 第二章 1前趋图与程序执行 前趋图是一个有向无循环图，描述进程之间执行的先后顺序。 初始结点，终止结点 程序顺序执行特征：顺序性，封闭性，可再现行 程序并发执行特征：间断性，失去封闭性，不可再现性 2进程的描述 进程的定义 (1) 进程是程序的一次执行。 (2) 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动。 (3) 进程是具有独立功能的程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源 分配和调度的一个独立单

7、位。 进程的特征： (1) 动态性。最基本特征，由创建而产生，由调度而执行，由撤销而消亡 (2) 并发性。多个进程实体同存于内存中，且能在一段时间内同时运行 (3) 独立性。能独立运行、独立获得资源和独立接受调度的基本单位 (4) 异步性。按各自独立的、不可预知的速度向前推进 基本状态及转换： 进程管理中的数据结构 内存表，设备表，文件表，用于进程管理的进程表 进程控制块PCB的作用 使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序成为一个能独立运行的基本单位 (1) 作为独立运行基本单位的标志。 (2) 能实现间断性运行方式。 (3) 提供进程管理所需要的信息。 (4) 提供进程调度所需要的信息。

8、(5) 实现与其它进程的同步与通信。 进程控制块中的信息 进程标识符对进程的访问 内部标识符，方便系统对进程的调用） 处理机状态 进程调度信息 进程控制信息 3进程控制 处理机的执行状态遭到应用程序有意无意的破坏） 系统态：又称为管态，也称为内核态，具有较高的特权，能执行一切指令，访问所有寄存器和存储区，传统的OS都在系统态运行。 用户态：又称为目态，具有较低特权的执行状态，仅能执行规定的指令，访问指定的存储区。 一般情况下，应用程序只能在用户态运行，不能去执行OS指令及访问OS区域，这样可以防止应用程序对PS的破坏。 操作系统内核：支撑功能 资源管理功能 引起创建进程的事件 (1) 用户登录

9、。 (2) 作业调度。 (3) 提供服务。 (4) 应用请求。 进程的创建(1) 申请空白PCB，为新进程申请获得唯一的数字标识符，并从PCB集合中索取一个空白PCB。 (2) 为新进程分配其运行所需的资源，包括各种物理和逻辑资源 (3) 初始化进程控制块(PCB)。 (4) 如果进程就绪队列能够接纳新进程，便将新进程插入就绪队列。 引起进程终止的事件：(1) 正常结束 (2) 异常结束 (3) 外界干预 引起进程阻塞和唤醒的事件：(1) 向系统请求共享资源失败。 (2) 等待某种操作的完成。 (3) 新数据尚未到达。 (4) 等待新任务的到达 4进程同步 主要任务：对多个相关进程在执行次序上

10、进行协调，使并发执行的诸进程之间能够按照一定的规则共享系统资源，并能很好地相互合作，从而使程序的执行具有可再现行。 两种形式的制约关系：间接相互制约关系，直接相互制约关系 临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源 临界区：每个进程中访问临界资源的那段代码 同步机制应遵循的规则：空闲让进 忙则等待 有限等待 让权等待 硬件同步机制：1. 关中断 2. 利用Test-and-Set指令实现互斥 3. 利用Swap指令实现进程互斥 整型信号量：一个用于表示资源数目的整型量S，初初始化外，仅能通过两个标准的原子操作wait(s)和signal(s)来访问，不可中断 记录型信号量：除了需要一个用于代表资源

11、数目的整型变量value外，还应增加一个进程链表指针list，用于链接所有等待进程。 AND同步机制：将进程在整个运行过程中需要的所有资源，一次性地分配给进程，待进程使用完后再一起释放 信号量集：当进程申请某类临界资源时，在每次分配之前，都必须测试资源的数量，判断是否大于可分配的下限值，决定是否予以分配。 5管程机制 一个管程定义了一个数据结构和能为并发进程所执行的一组操作，这组操作能同步 进程和改变管程中的数据。 管程由四部分组成：管程的名称； 局部于管程的共享数据结构说明； 对该数据结构进行操作的一组过程； 对局部于管程的共享数据设置初始值的语句。 管程每次只准许一个进程进入管程。特征：模

12、块化，抽象数据类型，信息掩蔽。 管程与进程不同P59 6进程通信 进程通信的类型： 共享存储器系统低级通信 基于共享存储区） 管道通信系统：用于连接一个读进程和一个写进程以实现它们之间通信的一个共享文件。提供三方面协调能力 消息传递系统直接消息传递系统，信箱通信 客户机-服务器系统 7线程的基本概念 为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销，使OS具有更好的并发性。 进程的两个基本属性：进程是一个可拥有资源的独立单位 进程是一个可独立调度和分配的基本单位。 线程与进程的比较 调度的基本单位 并发性 拥有资源 独立性 系统开销 支持多处理机系统 线程控制块TCB：用于控制和管理线程的信息记录在线

13、程控制块中。 8线程的实现 内核支持线程KST 优点：在多处理器系统中，内核能够同时调度同一进程中的多个线程并发执行 如果进程中的一个线程被阻塞了，内核可以调度该进程中的其他线程占有处理器运行，也可以运行其他进程中的线程。 很小的数据结构和堆栈，线程的切换比较快，切换开销小。 内核本身也可采用多线程技术，可以提高系统的执行速度和效率 缺点：对于用户的线程切换而言，其模式切换的开销较大，在同一个进程中，从一个线程切换到另一个线程时，需要从用户态转到核心态进行。 用户级线程ULT 优点：线程切换不需要转换到内核空间 调度算法可以是进程专用的 用户级线程的实现与OS平台无关 缺点：系统调用的阻塞问题

14、，当线程执行一个系统调用时，不仅该线程被阻塞，进程内的所有线程会被阻塞。 多线程应用不能利用多处理机进行多重处理的优点。 组合方式：内核支持多个内核支持线程的建立、调度和管理，同时，也允许用户应用程序建立、调度和管理用户级线程。 第三章 1处理机调度的层次 高级调度 低级调度 中级调度 进程调度频率最高，作业调度周期较长。 2处理调度算法的目标 共同目标：资源利用率，公平性，平衡性，策略强制执行 批处理系统目标：平均周转时间短，系统吞吐量高，处理机利用率高 分时系统的目标：响应时间快，均衡性 实时系统的目标：截止时间的保证，可预测性 3作业与作业调度 在批处理系统中，是以作业为基本单位从外存调

15、入内存的。 每一个加工步骤称为一个作业步。 作业控制块JCB：作业在系统中存在的标志，保存了系统对作业进行管理和调度所需的全部信息。 作业运行的三个阶段和三种状态(1) 收容阶段。 (2) 运行阶段。 (3) 完成阶段。 作业调度的主要任务： 根据JCB中的信息，检查系统中的资源能否满足作业对资源的需求，以及按照一定的调度算法，从外存的后备队列中选取某些作业调入内存，并为它们创建进程、分配必要的资源。然后再将新创建的进程排在就绪队列上等待调度。 接纳多少个作业 接纳哪些作业 先来先服务(first-come first-served，FCFS)调度算法 短作业优先(short job firs

16、t，SJF)的调度算法 优先级调度算法(priority-scheduling algorithm，PSA)：作业的紧迫程度，外部赋予 高响应比优先调度算法(Highest Response Ratio Next，HRRN) 优先权=等待时间+要求服务时间要求服务时间 4进程调度 任务：(1) 保存处理机的现场信息。 (2) 按某种算法选取进程。 (3) 把处理器分配给进程。 机制：排队器，分派器，上下文切换器 方式：非抢占方式 抢占方式 轮转调度算法:一个较为可取的时间片大小是略大于一次典型的交互所需的时间。 优先级的类型：静态优先级：进程创建时确定，运行期间不改变 动态优先级：创建时先赋予

17、优先级，其值随进程的推进或等待时间的增加而改变 5实时调度 实现实时调度的基本条件 提供必要的信息 系统处理能力强 采用抢占式调度机制 具有快速切换机制 根据实时任务的性质，分为硬实时调度，软实时调度 按调度方式：非抢占式调度算法，抢占式调度算法 最早截止时间优先EDF 最低松弛度优先LLF(Least Laxity First)算法 优先级倒置：高优先级进程被低优先级进程延迟或阻塞。 优先级倒置的解决方法： 进程进入临界区后所占用的处理机不允许被抢占 动态优先级继承 6死锁 主要原因：需要采用互斥访问方法的、不可被抢占的资源 计算机系统中的死锁 竞争不可抢占性资源引起死锁 竞争可消耗资源引起

18、死锁 进程推进顺序不当引起死锁 定义：如果一组进程中的每一个进程都在等待仅由该组进程中的其它进程才能引发 的时间，那么该组进程是死锁的 四个必要条件 (1) 互斥条件。 (2) 请求和保持条件。 (3) 不可抢占条件。 (4) 循环等待条件。 处理死锁的方法： 预防死锁：通过设置某些限制条件，去破坏产生死锁四个必要条件中的一个或几个来预防产生死锁。 破环“请求和保持条件”： a.所有进程在开始运行之前，必须一次性地申请其在整个运行过程中所需的全部资源。 b.允许一个进程只获得运行初期所需的资源后，便开始运行，运行过程中再逐步释放已分配给自己的，且已用毕的全部资源，然后再请求新的所需资源。 破环“不可抢占”条件：当一个已经保持了某些不可抢占资源的进程，提出新的资源请求而不能得到满足时，它必须释放已经保持的所以资源，待以后需要时再重新申请。 破坏“循环等待”条件：对系统所有资源类型进行线性排序，并赋予不同的序号，每个进程必须按序号递增的顺序请求资源。 避免死锁：在资源的动态分配过程中，用某种方法防止系统进入不安全状态 检测死锁：通过检测机构及时地检测出死锁的发生，然后采取适当的措施，把进程从死锁中解脱出来。资源分配图，死锁定理所有简化顺序将得到相同的简化图。 解除死锁：将进程从死锁状态中解脱出来。 抢占资源：抢占足够数量的资源分配给死锁进程 终止进程