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1、太原理工大学计算机操作系统期末总结操作系统复习大纲 1 设置操作系统的目的 ： 有效性：提高系统资源利用率；提高系统的吞吐量；方便性：方便用户；可扩展性；开放性 2 操作系统的定义 ： 操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。 3 操作系统功能与特征 特征：并发性、共享性、虚拟性、异步性。 功能：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理、操作系统与用户之间的接口。 4 多道程序设计与并发性 进程的含义： 进程是程序的一次执行； 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； 进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统
2、进行资源分配和调度的一个独立单位。 为使程序能并发执行，且为了对并发执行的程序加以描述和控制，引入“进程”。 结构特征、动态性、并发性、独立性、异步性 5 进程控制块的内容与作用 作用：是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，一个能与其他进程并发执行的进程。或者说，OS是根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理的。 进程控制块中的信息：进程标识符、处理机状态、进程调度信息、进程控制信息。 6 引起进程创建的事件 用户登录、作业调度、提供服务、应用请求 7 进程的3种基本状态及其转换 就绪状态、执行状态、阻塞状态 8 线程的定义，引入线程的目的，进程与线程的主
3、要区别 比进程更小的能独立运行的基本单位线程； 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； 区别：调度性：线程作为调度和分派的基本单位，而进程作为资源拥有的基本单位；并发性：在引入线程的操作系统中，不仅进程之间可以并发执行，而且在一个进程中的多个线程之间亦可并发执行，使得操作系统具有更好的并发性，从而能更加有效地提高系统资源的利用率和系统的吞吐量；拥有资源：一般而言，线程自己不拥有系统资源，但它可以访问其隶属进程的资源，即一个进程的代码段、数据段及所拥有的系统资源；系统开销：操作系统所付出的开销明显大于线程创建或撤销时的开销。 9 信号量与pv操作机制及其应用 *应用题
4、 10 处理机的分级调度：作业调度、进程调度、中程调度 11 作业调度和进程调度的主要任务 作业调度的主要功能是根据作业控制块中的信息，审查系统是否满足用户作业的资源需求，以及按照一定的算法，从外存的后备队列中选取某些作业调入内存，并为他们创建进程、分配必要的资源。然后再将新创建的进程插入就绪队列，准备执行。 进程调度的主要功能是：保存处理机的现场信息；按某种算法选取进程；把处理器分配给进程； 12 进程调度方式及其特点：非抢占方式、抢占方式 非抢占方式：实现简单，系统开销小； 1 抢占方式：可以防止一个长进程长时间占用处理机，能为大多数进程提供更公平的服务，特别是能满足对响应时间有特别要求的
5、实时任务的要求。但是，所付出的开销较大。 13 常用的调度算法 先来先服务调度算法：按作业来到的先后次序进行调度。这种算法优先考虑在系统中等待时间最长的作业，而不管它要求运行时间的长短。 短作业优先调度算法：此算法总是优先调度要求运行时间最短的作业。 时间片轮转调度算法：在分时系统中，为了满足系统对响应时间的要求，通常采用时间片轮转调度算法。 最高优先级优先调度算法：这种算法是根据确定的优先数来选取作业，每次总是选择优先级最高的作业 14 如何确定进程的优先数 静态优先数： 按进程类型。系统进程的优先级高于用户进程的优先级。 按进程使用的资源。进程所使用的资源越多，进程的优先级越低；反之，则进
6、程的优先级越高。 按进程的估计运行时间。进程的估计运行时间越长，进程的优先级越低；反之，则进程的优先级越高。 由用户指定。有些系统可以按收费标准不同，设置不同的优先级别，可以由用户指定。 动态优先数： 动态优先数是指在系统创建进程时，根据系统资源的使用情况和进程的当前特点确定一个优先数，然后，在进程运行过程中再根据情况的变化动态调整进程的优先数。 15 引起死锁的原因、必要条件及解决死锁的方法 产生的根本原因是系统能够提供的资源数少于需要该资源的进程数(系统资源不足)。 2）进程推进顺序非法。 必要条件： 互斥条件：进程对其所要求的资源进行排它性控制，即一次只有一个进程可以使用一个资源。 不剥
7、夺条件：进程所获得的资源在未被释放之前，不能被其它进程强行剥夺。 占有且等待条件：进程每次申请它所需要的一部分资源，在进程等待分配其它资源的同时，可以占有已分配的资源。 环路条件：在发生死锁时，必然存在一个进程资源的循环等待链。 解决死锁的办法： 1）死锁的预防： 资源的静态分配策略-破坏占有且等待条件 资源的资单请求方式分配-破坏占有且等待条件 有序资源分配策略-破坏环路条件 2）死锁的避免： 为了避免可能产生的死锁，在进行资源分配时，应采用某种算法来预测是否有可能会发生死锁，若存在3）死锁的检查与恢复： 当系统为进程分配资源时，若未采取任何限制性措施来保证不进入死锁状态，则系统必须提供检测
8、和解1)保存有关资源的请求和分配信息； 2)提供一种算法，以利用这些信息来检测系统是否已进入死锁状态。 分区式存储管理： 2 1）对资源的分配策略不当 ； 可能性，就拒绝企图获得资源的请求。 除死锁的手段。 16 分区式存储管理、分页存储管理与分段存储管理的原理及特点 把主存空间静态地或动态地划分为若干个大小不等的区域，每个作业分配一片连续的存储空间，程序一次性整体装入。 分页式存储管理： 把作业也址空间分成固定大小的页，而把存储空间分成与页同等大小的存储块称页架。一个作业地特点：1. 解决了碎片问题，提高了存储空间的利用率。 2. 但作业大小仍受内存可用页面数的限制。 址空间可以分配到不连续
9、的存储块中。 分段式存储管理： 用户程序按信息的逻辑关系分为段，存储分配时，以段为单位分配一片连续的存储空间。 优点： 1）便于程序模块化处理。 2）便于处理动态的数据结构 3）便于动态链接。 4）便于共享分段 5）可以实现多段式虚拟存储器，“扩充”主存容量。 缺点： 1）和分页管理一样，处理机要为地址变换花费时间，要为表格提供附加的存储空间，这使操作系统复杂化。 2）为满足分段的动态增长和减少外零头，要采用拼接手段。 3）在辅存中管理不定长度的分段困难较多。例如，存储位置不易确定，存储空间利用率不易提高。 17.常用的分区分配算法 最佳适应算法(BFA) 为一个作业选择分区时总是寻找大小最接
10、近于作业所要求的存储区域。换句话说，把作业放入这样的分区后剩下的部分最小。 存储空间中所有的空白区按其大小递增的顺序链接起来。 最坏适应算法(WFA) 在为作业选择存储区域时，总是寻找最大的空闲区。空闲区以大小递减的顺序链接起来。 在为作业分配存储区域时，从空闲区链的始端开始查找，选择第一个满足请求的空闲区而不管它首次(最先)适应算法(FFA) 究竟有多大。每个空闲区按其在存储空间中地址递增的顺序链在一起。即每个后继空闲区的起始地址总是比前者的大。 18. 地址重定位与分页地址变换过程* 地址重定位：将程序使用的逻辑地址转换为主存空间的物理地址的工作。 19. 虚拟存储器 实现原理：当一个用户
11、(或进程)的程序调入系统运行时，只装入这个用户程序的一部分页就启动运行。在运行的过程中，若发现要访问的页不在内存，就向系统发出中断请求，系统处理中断时，把要求访问的页调入内存，然后继续运行。 理论依据：程序执行的局部性理论。在一段时间内，程序的执行总是集中地访问程序中的某一部分而不是均匀地对程序所有部分进行访问。变现形式：时间局部性、空间局部性 物理基础：相当容量的辅存、一定容量的主存、动态地址转换机制 容量制约因素：虚拟存储器的最大容量由计算机的地址结构确定的，受辅助存储器容量的限制。 20. 碎片问题与移动技术 3 内存中这种容量太小、无法被利用的小分区称作“碎片”或“零头”。 为解决碎片
12、问题，移动某些已分配区的内容，使所有进程的分区紧挨在一起，而把空闲区留在另一端。这种技术称为紧缩。 21. 常用的页面淘汰算法 、最佳置换算法和先进先出置换算法：最近最久未使用置换算法：Clock置换算法：其他置换算法：1最少使用置换算法2页面缓冲算法 22. 设备的分类 按信息交换的单位分类 第一类是块设备，典型的块设备是磁盘；第二类是字符设备，典型设备打印机、交互式终端 按设备的共享属性分类 1）独占设备。指在在一段时间内只允许一个用户访问的设备，如打印机、卡片输入机等。系统一旦将这类设备分配给某一作业，就在作业整个运行期间都为它独占。 2）共享设备。指允许若干个用户同时共享使用的设备，如
13、磁盘、磁带等。 3）虚拟设备。为提高设备的利用率，通过Spooling技术把一台独占设备变换为若干台逻辑设备，供若干个用户同时使用，用来模拟独占设备的那部分共享设备称为虚拟设备。 23. I/O传输控制的方式 1. 程序I/O方式 2. 中断驱动I/O控制方式 3. DMA控制方式 4. I/O通道控制方式 24. 缓冲及引入缓冲的原因 为了缓和COU和I/O设备不匹配的矛盾，提高CPU和I/O设备的并行性，I/O设备在与处理机交换数据时1. 缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。 2. 减少对CPU的中断频率，放宽对CPU中断响应时间的限制。 3. 提高COU和I/O设备之间的并行性。
14、1. 设备分配的灵活性 2. 易于实现I/O重定向 25. 设备独立性及其好处 设备独立性的含义：应用程序独立于具体使用的物理设备。 好处： 1. 方便用户编程。 2. 提高设备利用率 3. 增加了系统的一致性与适用性。 26. 虚拟设备与Spooling技术 通过Spooling技术可将一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑I/O设备，允许多个用户共享一台物理I/O设备。 1. 提高了I/O的速度。 2. 将独占设备改为共享设备。 3. 实现了虚拟设备功能 27. 常用的磁盘移臂调度算法 1. 先来先服务 4 都用了缓冲区。 2. 最短寻道时间优先 3. 扫描算法 4. 循环扫描算法 28. 文件
15、的逻辑结构和存取方法* 文件的逻辑结构分为两大类：1.有结构文件 ，这是指由一个以上的记录构成的文件，又称为记录式文件。2.无结构文件，这是指由字符流构成的文件，又称为流式文件。 存取方法 29. 记录的成组* 30. 文件的物理结构及特点* 31. 文件的基本操作及作用 32.文件目录管理的作用 文件目录也是一种数据结构，用于标识系统中文件及其物理地址，供检索时使用。 33. 操作系统接口的类型、形式和作用 34. 处理机的工作状态及特权指令 工作状态：系统态和用户态。操作系统在系统态运行，而应用程序只能在用户态运行。在实际运行过程中，处理机会在系统态和用户态间切换。 特权指令：特权指令就是在系统态时运行的指令，是关系到系统全局的指令。 35. 系统调用的执行过程 5
