操作系统原理期末复习重点

第一章

操作系统概念(1.1)

操作系统是计算机系统中的一个系统软件,负责管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源,合理地组织计算机的工作流程,以便有效利用计算机资源为用户提供一个方便、功能强的工作环境,在计算机和用户之间起到接口的作用。

操作系统的目标(1.1)

  1. 方便性:方便用户使用计算机;
  2. 有效性:让计算机的资源利用率高,吞吐量高;
  3. 可扩充性:方便增加新功能和模块,以及修改老的功能和模块;
  4. 开放性:凡是遵循国际标准所开发的硬件和软件,都能彼此兼容。

操作系统发展的主要动力(1.1)

  1. 计算机硬件升级和新硬件的出现;
  2. 提供新的服务,方便使用;
  3. 提高计算机资源利用率;
  4. 更正软件错误;
  5. 计算机体系结构的发展。

单道多道批处理系统的区别(1.2)

  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

操作系统的四个基本特性(1.3)

  1. 任务共行性:宏观上,指系统中有多个任务同时运行;微观上,指单处理机系统中的任务并发,即多个任务在单处理机上交替运行;或多处理机系统中的任务并行,即多个任务在多个处理机上同时运行。
  2. 资源共享性:宏观上,指多个任务可以同时使用的系统资源;微观上,指多个任务可以交替互斥地使用系统中的某个资源。
  3. 虚拟性:指将一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。如采用分时技术,将一台处理机虚拟为若干台虚拟机。还可以虚拟存储、虚拟设备、虚拟通道、虚拟文件、虚拟用户组以及虚拟网络等。
  4. 不确定性:程序执行结果不确定,程序不可再现;多道程序环境下,进程以异步方式执行。

操作系统的主要功能(1.4)

  1. 管理处理机;
  2. 管理存储器;
  3. 管理输入/输出设备;
  4. 管理数据文件;
  5. 提供接口服务。

处理机管理的主要功能

  1. 进程控制:创建和撤销进程以及控制进程的状态转换。
  2. 进程同步:协调、互斥访问临界资源,协调执行进度。
  3. 进程通信:进程间的信息交换。
  4. 进程调度:按一定的算法从进程就绪队列中选出一个进程,把处理机分配给它, 使之运行。

存储器管理的主要任务和功能

主要任务为:

  1. 对多道程序的并发执行提供良好的环境;
  2. 便于用户使用存储器;
  3. 提高存储器的利用率;
  4. 为用户提供足够大的存储空间。

主要功能:

  1. 内存分配:静态分配/动态分配、连续分配/非连续分配;
  2. 内存保护:系统内存空间、用户内存空间;
  3. 地址映射:逻辑地址到物理地址映射;
  4. 内存扩充:采用虚拟存储技术等让用户获得一个比实际内存空间大得多的内容空间。

设备管理的主要任务和主要功能

主要任务:

  1. 为用户程序分配I/O设备;
  2. 完成用户程序请求的I/O操作;
  3. 提高处理机和I/O设备的利用率;
  4. 改善人机界面。

主要功能:

缓冲管理;设备分配;设备处理:启动设备,中断处理;虚拟设备功能;RAID技术、磁盘调度。

文件管理主要任务和功能

主要任务:

  1. 管理用户文件和系统文件;
  2. 管理文件的存储空间;
  3. 保证文件数据的安全;
  4. 方便用户使用文件。

主要功能:

  1. 文件目录管理;
  2. 文件的逻辑组织与访问方式;
  3. 存储空间的管理:文件的物理组织、空闲磁盘空间的管理;
  4. 文件的共享与安全。

第二章

进程的概览和为什么要引入进程(2.2)

进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。它是操作系统动态执行的基本单元。

在多道程序环境下,程序并发执行时失去了封闭性,具有间断性及运行结果不可再现等特征。特别是运行结果不可再现这一特征,决定了程序不能参与并发执行。因此,为了能够使程序并发执行,必须引入“进程”对并发执行的程序加以描述和控制。

进程与程序相比,各自的特征(2.2)

动态性:进程的实质是程序在多道程序系统中的一次执行过程,进程是动态产生,动态消亡的。

并发性:任何进程都可以同其他进程一起并发执行

独立性:进程是一个能独立运行的基本单位,同时也是系统分配资源和调度的独立单位;

异步性:由于进程间的相互制约,使进程具有执行的间断性,即进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进。

从动态性看:进程是程序的执行,由创建而产生,由调度而执行,由撤销而消亡;而程序是个静态实体,不管运行与否均存在。

从并发性看:程序不能并发执行,而进程可以并发执行。

从独立性看:进程独立运行,是独立获取资源及独立接受调度的基本单位;未建立PCB的程序是不能作为独立运行的单位参与运行。

用P V信号量解决进程同步问题(三个例题)(2.5)

第三章

四种进程调度算法以及各自的优缺点

时间片轮转调度算法(RR):给每个进程固定的执行时间,根据进程到达的先后顺序让进程在单位时间片内执行,执行完成后便调度下一个进程执行,时间片轮转调度不考虑进程等待时间和执行时间,属于抢占式调度。优点是兼顾长短作业;缺点是平均等待时间较长,上下文切换较费时。适用于分时系统。

先来先服务调度算法(FCFS):根据进程到达的先后顺序执行进程,不考虑等待时间和执行时间,会产生饥饿现象。属于非抢占式调度,优点是实现简单;缺点是不利于短作业

优先级调度算法(PSA):在进程等待队列中选择优先级最高的来执行。常被用于批处理系统中,还可用于实时系统中。优点是能很好地反应作业的紧迫程度;缺点是很难去确定优先级和可能会造成无穷阻塞

高响应比优先调度算法(HRRN):根据

响应比=(进程执行时间+进程等待时间)/ 进程执行时间

这个公式得到的响应比来进行调度。高响应比优先算法在等待时间相同的情况下,作业执行的时间越短,响应比越高,满足段任务优先,同时响应比会随着等待时间增加而变大,优先级会提高,能够避免饥饿现象。优点是兼顾长短作业,缺点是计算响应比开销大,适用于批处理系统。

死锁的定义、必要条件和处理方法

死锁是多个进程因为竞争资源,或执行时推进的顺序不当,或相互通信而永久阻塞现象,如果没有外力作用,这种现象将永远保持下去。

产生死锁的原因是进程竞争资源,即资源的数量小于进程数量而引起的。死锁产生的条件:

  1. 互斥:竞争的资源一次只能被一个进程使用。
  2. 占有且等待:当一个进程占有一些资源,同时又申请新的资源。如果新资源申请失败,进程将占有资源且阻塞等待。
  3. 非剥夺:进程已占有的资源不能被其他进程强行剥夺。
  4. 循环等待:在系统中存在一个由若干进程形成的环形请求链,其中的每一个进程都占有一些资源,同时又申请环形请求链中下一个进程所占有的资源。

前三个条件是产生死锁的必要条件,第四个条件是充分条件,四个条件共同构成死锁产生的充分必要条件。

  1. 预防死锁,指进程申请资源必须遵循某些预先制定的限制条件,以破坏产生死锁的四个必要条件之一或几个,防止死锁发生。
  2. 避免死锁 指,当进程申请系统资源时,需要首先判断(预测),如果满足这次资源的请求是否会导致死锁,可能会导致死锁的资源请求将会被拒绝。让请求资源进程的进程阻塞等待,直到其所需的资源可分配为止。
  3. 当进程申请资源时,不进行任何限制,即允许死锁发生。但,要求系统定期或不定期检测是否有死锁发生。当检测到死锁时,再力求解除死锁。

银行家算法和安全检测算法

第四章

储存器的分配和回收问题

分页系统地址的构成

页表系统地址位计算问题

分段系统的地址转换问题

第五章

虚拟存储器的定义和特征

虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能,能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统。其逻辑容量由内存容量和外存容量之和所决定,其运行速度接近于内存速度,而每位的成本又接近于外存。虚拟存储器有以下特征:

  1. 多次性。一个作业中的程序和数据,无需在作业运行时一次性地全部装入内存,允许被分成多次调入内存运行,即只需将当前要运行的那部分程序和数据装入内存即可开始运行。
  2. 对换性。一个作业中的程序和数据,无需在作业运行时一直常驻内存,允许在作业的运行过程中进行换进换出。即在进程运行期间,运行将那些暂时不使用的代码和数据从内存调至外存的对换去(换出),待需要时再将它们从外存调至内存(换进)。
  3. 虚拟性。指能够从逻辑上扩充内存容量,使用户所看到的内存容量远大于实际内存容量。虚拟性以多次性和对换性位基础。

页面置换算法(clock尽量)

  1. 最佳置换算法(optimal):淘汰未来永不使用或最长时间不使用的页面;
  2. 先进先出置换算法(FIFO):淘汰最先调入的页面;
  3. 最近最近未使用置换算法(LRU):增加字段t,淘汰选择时间最长的;
  4. 最少使用置换算法(LFU):淘汰访问频率最低的页面;
  5. Clock置换算法

第六章

内存映像I/O两种方式(P199)

  1. 利用特定的I/O指令,为每个控制寄存器分配一个I/O端口,还设置了一些特定的I/O指令;
  2. 内存映像I/O,编址时不再区分内存地址和寄存器地址,在0到n-1范围时,被认为是内存地址,大于等于n是寄存器地址。

IO控制的四种方式(P209)

  1. 程序直接控制方式优点是控制简单,也不需要多少硬件支持。但CPU和外设只能串行工作,且CPU的大部分时间处于循环测试状态,使CPU的利用串大大降低;CPU在一段时间内只能和一台外设交换数据信息,从而不能实现设备之间的并行工作;由于程序直接控制方式依靠测试设备状态标志来控制数据传送,因此,无法发现和处理因设备或其他硬件所产生的错误。所以,程序直接控制方式只适用于那些CPU执行速度较慢且外设较少的。
  2. 中断控制方式优点是能实现CPU与设备以及设备与设备间的并行操作,CPU的利用率较程序直接控制方式大大提高。但由于I/O控制器的数据缓冲寄存器装满数据后将会发出中断且数据缓冲寄存器通常较小,因此在一次数据传送过程中发生中断次数较多而耗去大量CPU时间;如果系统中配置的外设数目较多,且都以中断方式进行并行操作,则可能耗去大量CPU时间或因CPU来不及处理而造成数据丢失。
  3. DMA方式与中断力式相比,DMA方式是在一批数据传送完成后中断CPU,从而大大减少了CPU进行中断处理的次数,且DMA方式下的数据传送是在DMA控制器控制下完成的。但DMA方式仍有一定的局限,如对外设的管理和某些操作仍由CPU控制,多个DMA控制器的使用也不经济。
  4. 通道控制方式通道是一个专管I/O控制的处理机。在通道控制方式下,CPU只需发出I/O指令,通道就能完成相应的I/O操作,并在操作结束时向CPU发出中断信号;同时一个通道还能控制多台外设。但是,通道价格较高,从经济的角度出发不宜过多使用。

缓冲的引入原因和几种形式(P222)

引入缓冲的原因有很多,可以归结为以下几点:

  1. 缓和CPU和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. 解决数据粒度不匹配问题
  4. 提高CPU和I/O设备之间的并行性

缓冲的几种形式:

  1. 单缓冲区
  2. 双缓冲区
  3. 环形缓冲区
  4. 缓冲池

磁盘调度算法的使用(P234)

第七章

什么是文件和文件系统

文件是信息的一种组织形式,是存储在外存上的具有标识名的一组相关信息集合。文件包含的内容有:源程序、二进制代码、文本文档、数据、表格、声音和图像等。

文件的特点如下:

  1. 文件具有保存性,它被存储在某种存储介质上,长期保存和多次使用。
  2. 文件是按名存取的,每个文件具有惟一的标识名,通过标识名(文件名)来存取文 件中的信息,而不需了解文件在存储介质上的具体物理位置。
  3. 文件的内容是一组信息的集合,信息可以是源程序、二进制代码、文本文档、数 据、表格、声音和图像等。

文件是指具有文件名的若干相关元素的集合。元素通常是记录,而记录又是一组有意义的数据项的集合。

文件系统是操作系统中负责存取和管理信息的模块,它用统一的方式管理用户和系统信息的存储、检索、更新、共享和保护,并为用户提供一整套方便有效的文件使用和操作方法。文件系统功能包括:文件的按名存取,文件目录建立和维护, 实现逻辑文件到物理文件的转换, 文件存储空间的分配和管理,提供合适的文件存取方法, 实现文件的共享、保护和保密,提供一组可供用户使用的文件操作。

文件的逻辑结构类型(顺序、索引)

文件的逻辑结构是用户可见结构,是从用户观点出发所观察到的文件组织形式,即文件是有一系列的逻辑记录组成的,是用户可以直接处理的数据及其结构,又称为文件组织。

组织方式:

  1. 顺序文件,指由一系列记录按照某种顺序排列所形成的文件,其中的记录可以是定长记录或变长记录;
  2. 索引文件,指为可变长记录文件建立一张索引表,为每个记录设置一个表项,以加速对记录的检索速度;
  3. 索引顺序文件,为每个文件建立一张索引表时,并不是为每一个记录建立一个索引表项,而是为一组记录中的第一个记录建立一个索引表项。

第八章

连续、链接和索引(P238)

文件的物理结构是指逻辑文件在物理存储空间中的存放方法和组织关系。其主要组织方式:

  1. 连续组织方式:将文件中逻辑上连续的信息存放到存储介质的依次向另的块中便形成顺序结构,这类文件叫顺序文件,又称连续文件。
  2. 链接组织方式:使用指针来表示文件中各个记录之间的关系,文件信息存放在外存的若干个物理块中,第一块文件信息的物理地址由文件目录给出,而每一块的指针指出了文件的下一个物理块位置。通常,指针内容为0时,表示文件至本块结束。
  3. 索引组织方式:系统为每个文件建立了一张索引表,其中,每个表目包含一个记录的键(或逻辑记录号)及其记录数据的存储地址,存储地址可以是记录的物理地址,也可是记录的符号地址,这种类型的文件称索引文件。索引表的地址可由文件目录指出,查阅索引表先找到的是相应记录键(或逻辑记录号),然后,获得数据存储地址。

索引的文件大小计算

个人感受

考试时间是2021-06-18,考试比较简单,简单题考了操作系统发展的动力,进程的定义,为什么要引入进程,内存回收时的四种可能等,有点忘了,综合题考了P V信号量解决读者写者问题,作业调度算法的高相应比优先调度,分页系统逻辑地址组成和索引组织方式的地址转换,三级索引,给我转换哭了。。。。