操作系統(tǒng)原理復習提綱

1、第一章1、 存儲程序式計算機的特點 存儲程序式計算機的結構包括中央處理器（CPU）、存儲器和輸入/輸出設備 特點是集中順序過程控制。其計算是過程性的，完全模擬手工操作過程，即首先取原始數(shù)據(jù)，執(zhí)行一個操作，將中間結果保存起來，再取一個數(shù)，與中間結果一起執(zhí)行下一個操作，如此計算下去，直到計算完成。系統(tǒng)中的程序計數(shù)器體現(xiàn)其順序性（在單CPU的計算機系統(tǒng)中只有一個程序計數(shù)器），計算機根據(jù)程序設定的順序依次執(zhí)行每一個操作。集中控制是指機器各部件的工作由CPU集中管理和指揮。2、 操作系統(tǒng)發(fā)展的幾個階段的名稱及特點 （1）手工操作階段 特點：無任何軟件、由人工干預、獨占性、串行性 （2）批處理階段 聯(lián)機批

2、處理 特點：監(jiān)督程序、作業(yè)自動過渡 脫機批處理 特點：主機與衛(wèi)星機并行操作 （3）執(zhí)行系統(tǒng) 主機、外設并行操作；增強了保護能力。3、 多道程序設計技術定義及特征在計算機主存中同時存放幾道相互獨立的程序。這些程序在管理程序控制之下，相互穿插地運行。當某道程序因某種原因不能繼續(xù)運行下去時（如等待外部設備傳輸數(shù)據(jù)），管理程序便將另一道程序投入運行。特征：（1） 多道：計算機主存中同時存放幾道相互獨立的程序（2） 宏觀上并行：同時進入系統(tǒng)的幾道程序都處于運行過程中，即它們都開始運行，但都未運行完畢。（3） 微觀上串行：從微觀上看，主存中的多道程序輪流或分時地占用處理機，交替執(zhí)行。4、 操作系統(tǒng)定義和特

3、征 操作系統(tǒng)是一個大型的程序系統(tǒng)，它負責計算機的全部軟、硬資源的分配、調度工作，控制和協(xié)調并發(fā)活動，實現(xiàn)信息的存取和保護。它提供用戶接口，使用戶獲得良好的工作環(huán)境。 特征： （1）并發(fā)：并發(fā)性是指處理多個同時性活動的能力。 （2）共享：共享是指多個計算任務對系統(tǒng)資源的共同享用。 （3）不確定性：操作系統(tǒng)能處理大量的、隨機的事件序列，使個用戶的計算任務正確地完成。5、 操作系統(tǒng)的資源管理功能 （1）處理機管理 制訂調度策略（調度原則）：解決將CPU先分給哪個用戶程序，它占用多長時間，下一個又該輪到哪個程序運行等問題。 給出進程調度算法； 具體的實施處理機分派：在調度時機到來時，進行處理機分派。

4、（2）存儲器管理 存儲分配和存儲無關性：確定各應用程序在主存中的位置及所占區(qū)域的大??；應用程序無需關心存儲細節(jié)，由存儲管理模塊提供地址重定位能力。 存儲保護：系統(tǒng)提供基址、界限寄存器等存儲保護方法，使各應用程序相互隔離。 存儲擴充：系統(tǒng)提供虛擬存儲技術，擴大邏輯主存。 （3）設備管理 設備無關性：用戶向系統(tǒng)申請和使用的設備與實際操作的設備無關，以達到方便用戶、提高設備利用率的目的。 設備分配：為各個應用程序和運行實體分配各種設備。設備分配通常采用三種基本技術：獨享、共享及虛擬技術。 設備的傳輸控制：啟動設備、中斷處理、結束處理等。 （4）信息管理（文件系統(tǒng)） 為用戶提供一種簡便的、統(tǒng)一的存取和

5、管理信息的方法，并要解決信息的共享、數(shù)據(jù)的存取控制和保密等問題。6、 操作系統(tǒng)的基本技術：多道程序設計技術、分時技術7、 操作系統(tǒng)的基本類型（四個：批量、分時、實時和分布式）第2章 操作系統(tǒng)結構和硬件支持 1、操作系統(tǒng)虛擬機的指令系統(tǒng) 操作系統(tǒng)虛擬機：在裸機上配置了操作系統(tǒng)程序后就構成了操作系統(tǒng)虛擬機；操作系統(tǒng)的核心在裸機上運行；用戶程序在擴充后的機器上運行。 在裸機的指令系統(tǒng)是機器指令。 （1）操作命令（命令接口） 作業(yè)控制語言、鍵盤命令和圖形化用戶界面 （2）系統(tǒng)功能調用（程序接口）2、操作系統(tǒng)的層次結構 操作系統(tǒng)的4種設計方法：一體化結構、模塊化結構、可擴展內核結構和層次化結構 操作系統(tǒng)

6、在邏輯上分為若干層次，每一層調用下層的功能，又為上層提供服務。 3、處理機的狀態(tài) 管態(tài)：又稱為系統(tǒng)態(tài)，是操作系統(tǒng)的管理程序執(zhí)行時機器所處的狀態(tài)。在此狀態(tài)下中央處理機可以使用全部機器指令，包括一組特權指令，可以使用所有的資源，允許訪問整個存儲區(qū)。 用戶態(tài)：又稱為目態(tài)，是用戶程序執(zhí)行時機器所處的狀態(tài)。在此狀態(tài)下禁止使用特權指令，不能直接取用資源與改變機器狀態(tài)，并且只允許用戶程序訪問自己的存儲區(qū)域。特權指令：改變機器狀態(tài)的指令；修改特殊寄存器的指令；涉及外部設備的輸入/輸出指令 4、中斷定義，分類，中斷過程描述 （1）所謂中斷是指某個事件（例如電源掉電、定點加法溢出或I/O傳輸結束等）發(fā)生時，系統(tǒng)中

7、止現(xiàn)行程序的運行、引出處理事件程序對該事件進行處理，處理完畢后返回斷點，繼續(xù)執(zhí)行。 （2）分類： 按中斷功能分類 輸入輸出中斷：I/O傳輸結束或出錯終端 外中斷：時鐘中斷、操作員控制臺中斷、通信中斷等 機器故障中斷：電源故障、主存取指令錯等 程序性中斷：定點溢出、用戶態(tài)下用核態(tài)指令、非法操作等 訪管中斷：對操作系統(tǒng)提出某種需求時所發(fā)出的中斷 按中斷方式分類 強迫性中斷：不是正在運行的程序所期待的中斷，如輸入輸出中斷、外中斷、機器故障中斷、程序性中斷 自愿中斷：是運行程序所期待的事件，如訪管中斷 按中斷來源分類 中斷：由處理機外部事件引起的中斷 俘獲：由處理機內部事件引起的中斷 （3）中斷過程描

8、述 （一）中斷響應 現(xiàn)場：在中斷的那一刻能夠保證程序能夠繼續(xù)運行的有關信息；（后繼指令所在主存的單元號；程序運行所處的狀態(tài)；指令執(zhí)行情況；程序執(zhí)行的中間結果等） 保護現(xiàn)場：當中斷發(fā)生時，必須立即把現(xiàn)場信息保存在主存中，這一工作稱為保護現(xiàn)場。 恢復現(xiàn)場：程序重新運行之前，把保留的該程序現(xiàn)場信息從主存中送至相應的指令計數(shù)器、通用寄存器或一些特殊的寄存器中，完成這些工作稱為恢復現(xiàn)場。 中斷響應是當中央處理機發(fā)現(xiàn)已有中斷請求時，中止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，并自動引出中斷處理程序的過程。實質是交換用戶程序和處理該中斷事件的中斷處理程序的指令執(zhí)行地址和處理器狀態(tài)。 中斷響應過程：保留程序斷點及處理機有關信息-自動

9、轉入相應的中斷處理程序執(zhí)行。第3章 用戶接口1、 操作系統(tǒng)的生成與系統(tǒng)初啟過程描述 所謂系統(tǒng)生成，就是指為了滿足物理設備的約束和需要的系統(tǒng)功能，通過組裝一批模塊來產(chǎn)生一個清晰的、使用方便的操作系統(tǒng)的過程。系統(tǒng)生成的內容包括：根據(jù)硬件部件確定系統(tǒng)構造的參數(shù)，編輯系統(tǒng)模塊的參數(shù)，并且連接系統(tǒng)模塊成為一個可執(zhí)行的程序。 系統(tǒng)初啟又叫系統(tǒng)引導。它的任務是將操作系統(tǒng)的必要部分裝入主存并使系統(tǒng)運行，最終處于命令接收狀態(tài)。 系統(tǒng)引導分為三個階段： （1）初始引導：把系統(tǒng)核心裝入主存中的指定位置，并在指定地址啟動 （2）核心初始化：執(zhí)行系統(tǒng)核心的初啟子程序，初始化系統(tǒng)核心數(shù)據(jù) （3）系統(tǒng)初始化：為用戶使用系統(tǒng)

10、做準備 獨立引導方式（滾雪球方式）的過程 （1）初始引導 系統(tǒng)加電； 執(zhí)行初始引導程序，對系統(tǒng)硬件和配置進行自檢，保證系統(tǒng)沒有硬件錯誤； 從硬件中讀入操作系統(tǒng)引導程序，并將控制權交給該程序模塊 （2）引導程序執(zhí)行 引導程序執(zhí)行，將操作系統(tǒng)核心文件讀入內存，并將控制交給核心的初始化程序 （3）核心初始化 初始化系統(tǒng)數(shù)據(jù)結構及參數(shù)： 系統(tǒng)加電建立進程有關的數(shù)據(jù)結構； 獲得自由存儲空間的容量，建立存儲管理的數(shù)據(jù)結構； 建立系統(tǒng)設備和文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結構； 初始化時鐘。 （4）系統(tǒng)初始化 完善OS的操作環(huán)境，裝載命令處理程序（或圖形用戶界面），并初始化； 在多用戶系統(tǒng)中，為每個終端建立命令解釋進程，使系

11、統(tǒng)處于命令接收狀態(tài)。 2、應用程序加工處理的步驟（1）編輯（修改） 建立一個新文件，或對已有的文件中的錯誤進行修改 （2）編譯 將源程序翻譯成浮動的目標代碼。 （3）連接 主程序和其他所需要的子程序和例行程序連接裝配在一起，使之成為一個可執(zhí)行的、完整的主存映像文件。 （4）運行 將主存映像文件調入主存，并啟動運行，最后得出計算結果。3、 操作系統(tǒng)用戶接口分類 （1）操作界面（命令接口） 用戶使用這個操作界面來組織工作流程和控制程序的運行 （2）系統(tǒng)功能服務界面（程序接口） 用戶程序在其運行過程中，使用系統(tǒng)功能調用來請求操作系統(tǒng)的服務4、系統(tǒng)功能調用的定義及實現(xiàn)過程 系統(tǒng)功能調用是用戶在程序一級

12、請求操作系統(tǒng)服務的一種手段，它是帶有一定功能號的“訪管指令”。其功能是由操作系統(tǒng)中的程序完成的，即由軟件方法實現(xiàn)的自愿。在用戶程序中，需要請求操作系統(tǒng)服務的地方安排一條系統(tǒng)調用。這樣，當程序執(zhí)行到這一條命令時，就會發(fā)生中斷，系統(tǒng)由用戶態(tài)轉為管態(tài)，操作系統(tǒng)的訪管中斷處理程序得到控制權，它將按系統(tǒng)調用的功能號，借助例行子程序入口地址表轉到相應的例行程序去執(zhí)行，在完成了用戶所需要的服務功能后，退出中斷，返回到用戶程序的斷點繼續(xù)執(zhí)行。第4章 進程及進程管理1、 順序程序特點 一個計算的若干操作必須按照嚴格的先后次序順序地執(zhí)行，這類計算過程就是程序的順序執(zhí)行過程。 （1）順序性：處理機的操作按照嚴格程序

13、所規(guī)定的順序執(zhí)行 （2）封閉性：程序一旦開始執(zhí)行，其計算結果不受外界因素的影響 （3）可再現(xiàn)性：程序執(zhí)行的結果與它的執(zhí)行速度無關（即與時間無關），而只與初始條件有關。2、 程序的并發(fā)執(zhí)行定義及并發(fā)程序的特點 若干個程序段同時在系統(tǒng)中運行，這些程序段的執(zhí)行在時間上是重疊的，一個程序段的執(zhí)行尚未結束，另一個程序段的執(zhí)行已經(jīng)開始，即時這種重疊是很小的一部分，也稱這幾個程序段是并發(fā)執(zhí)行的。 （1）失去程序的封閉性和可再現(xiàn)性：若一個程序的執(zhí)行可以改變另一個程序的變量，那么，后者的輸出就可能有賴于各程序執(zhí)行的相對速度，即失去了程序的封閉性特點。 （2）程序與計算不再一一對應：一個程序可以對應多個計算 （3

14、）程序并發(fā)執(zhí)行的相互制約：間接的相互制約關系資源共享；直接的相互制約關系公共變量與時間有關的錯誤：程序并發(fā)執(zhí)行時若共享了公共變量，其執(zhí)行結果將與并發(fā)程序執(zhí)行的相對速度有關，即給定相同的初始條件，也可能會得到不同的結果，此為與時間有關的錯誤。3、 進程定義，進程與程序的區(qū)別與聯(lián)系 所謂進程，就是一個程序在給定活動空間和初始環(huán)境下，在一個處理機上的執(zhí)行過程。 （1）程序是指令的有序集合，是一個靜態(tài)的概念；而進程是程序在處理機上的一次執(zhí)行程序，是一動態(tài)概念。 （2）進程是一個能獨立運行的單位 （3）進程是競爭系統(tǒng)資源的基本單位聯(lián)系：一個程序可以對應多個進程；一個進程至少包含一個程序4、 進程的基本狀

15、態(tài)及狀態(tài)變遷圖運行狀態(tài)：該進程已獲得運行所必須的資源，它的程序正在處理機上執(zhí)行等待狀態(tài)：進程正等待著某一事件的發(fā)生而暫時停止執(zhí)行。這時，即使給它CPU控制權，它也無法執(zhí)行，則稱該進程處于等待狀態(tài)就緒狀態(tài)：進程已獲得除CPU之外的運行所必須的資源，一旦得到CPU控制權，立即可以執(zhí)行。5、 線程的定義及特點 線程是比進程更小的活動單位，它是進程中的一個執(zhí)行路徑 線程可以這樣來描述： （1）進程中的一條執(zhí)行路徑 （2）它有自己私有的堆棧和處理機執(zhí)行環(huán)境 （3）它與父進程共享分配給父進程的主存 （4）它是單個進程所創(chuàng)建的許多個同時存在的線程中的一個 特點：（1）創(chuàng)建一個線程比創(chuàng)建一個進程開銷要小得多；

16、（2）實現(xiàn)線程間通信十分方便，因為一個進程創(chuàng)建的多個線程可以共享地址區(qū)域和數(shù)據(jù)。 6、臨界資源、臨界區(qū)的含義 一次僅允許一個進程使用的資源稱為臨界資源。 在每個進程中，訪問臨界資源的那段程序能夠從概念上分離出來，稱為臨界區(qū)或臨界段。它就是進程中對公共變量（或存儲區(qū)）進行審查與修改的程序段，稱為相對于該公共變量的臨界區(qū)。7、同步、互斥的概念及區(qū)別 在操作系統(tǒng)中，當某一進程正在訪問某以存儲區(qū)域時，就不允許其他進程來讀出或者修改存儲區(qū)的內容，否則，就會發(fā)生后果無法估計的錯誤。進程間的這種相互制約關系稱為互斥。 同步，就是并發(fā)進程在一些關鍵點上可能需要互相等待與互通消息，這種相互制約的等待與互通消息稱

17、為進程同步。 互斥：是指某一資源同時只允許一個訪問者對其進行訪問，具有唯一性和排它性。但互斥無法限制訪問者對資源的訪問順序，即訪問是無序的。同步：是指在互斥的基礎上（大多數(shù)情況），通過其它機制實現(xiàn)訪問者對資源的有序訪問。在大多數(shù)情況下，同步已經(jīng)實現(xiàn)了互斥，特別是所有寫入資源的情況必定是互斥的。少數(shù)情況是指可以允許多個訪問者同時訪問資源。8、 能夠靈活的應用鎖、信號燈同步機構實現(xiàn)同步和互斥第5章 資源分配與管理1、 資源管理的具體內容 批處理系統(tǒng)的顧客分為作業(yè)和進程兩級。而在分時操作系統(tǒng)和個人計算機操作系統(tǒng)中，用戶任務提交給系統(tǒng)時建立相應的進程，所以請求資源的顧客是進程。 資源管理應達到的目標是

18、：（1）保證資源的高利用率；（2）在“合理”時間內使所有顧客有獲得所需資源的機會；（3）對不可共享的資源實施互斥使用；（4）防止由資源不當而引起的死鎖。資源的靜態(tài)分配：系統(tǒng)對作業(yè)一級采用資源靜態(tài)分配方法資源的動態(tài)分配：系統(tǒng)對進程一級采用資源動態(tài)分配方法 （1）資源數(shù)據(jù)結構的描述 構造資源分配所需的數(shù)據(jù)結構，應包含該資源的物理名、邏輯名、類型、地址、分配狀態(tài)等信息。 （2）確定資源的分配原則（調度原則） 即決定資源應分給誰，何時分配，分配多少等問題 （3）實施資源分配 根據(jù)所確定的資源分配原則以及用戶的要求，執(zhí)行資源分配。當資源使用完畢后，收回資源以便重新分配給其他作業(yè)和進程使用。 （4）存取控

19、制和安全保護 對資源的存取進行控制并對資源實施安全保護措施主存分區(qū)分配方法中，最小分配單位主存分區(qū)磁盤最小分配單位磁盤面中的一個扇區(qū)2、 會靈活應用資源分配的三種策略及移臂調度算法常用的資源分配策略（1） 先請求先服務：按請求的先后次序排序（2） 優(yōu)先調度：按優(yōu)先級的高低排序（3） 針對設備特性的調度策略：當有大量I/O請求時，降低完成這些I/O服務的總時間 移臂調度：總是選取與當前移動臂前進方向上最近的那個I/O請求，使移臂距離最短 旋轉調度：總是選取與當前讀寫頭最近的那個I/O請求，使旋轉圈數(shù)最少 幾種移臂調度算法：最短尋道時間優(yōu)先算法（SSTF）；掃描算法（電梯調度算法）（SCAN）3、

20、 死鎖產(chǎn)生的原因及必要條件、解決的策略 在兩個或多個并發(fā)進程中，如果每個進程持有某種資源而又都等待著別的進程釋放它或它們現(xiàn)在保持著的資源，否則就不能向前推進。此時，稱這一組產(chǎn)生了死鎖。 死鎖的起因：系統(tǒng)資源不足；進程推進順序 產(chǎn)生死鎖的必要條件：（1）互斥條件：涉及的資源是非共享的，即為臨界資源（2）不剝奪條件：進程所獲得的資源在未使用完畢之前，不能被其他進程強行奪走（3）部分分配：進程每次申請它所需要的一部分資源，在等待新資源的同時，進程繼續(xù)占用已分配到的資源（4）環(huán)路條件：存在一種進程的循環(huán)鏈，鏈中的每一個進程已獲得的資源同時被鏈中下一個進程所請求（資源進程有向圖：從資源到進程的箭頭，表示

21、資源分配給進程，構成資源分配邊；從進程到資源的箭頭表示進程請求資源，構成資源的請求邊。如果環(huán)涉及一組資源類型，而每個資源類型只有一個實例，那么有環(huán)就意味著出現(xiàn)死鎖。）解決死鎖的策略：（1） 采用資源靜態(tài)分配方法預防死鎖（2）采用資源動態(tài)分配、有控分配方法來避免死鎖（3）當死鎖發(fā)生時檢測出死鎖，并設法修復（4）忽略死鎖，一旦死鎖發(fā)生便重啟系統(tǒng)。4、銀行家算法 申請者事先說明對各類資源的最大需求量。在進程活動期間動態(tài)申請某類資源時，由系統(tǒng)審查系統(tǒng)現(xiàn)有該資源的數(shù)目是否能滿足當前進程的最大需求量，如能滿足就予以分配，否則拒絕。第6章 進程調度 1、處理機調度評價指標（1）周轉時間是指將一個作業(yè)提交給計

22、算機系統(tǒng)后到該作業(yè)的結果返回給用戶所需要的時間（2）吞吐率是指在單位時間內，一個計算機系統(tǒng)所完成的總工作量。（3）響應時間是指從用戶向計算機發(fā)出一個命令到計算機把相應的執(zhí)行結果返回給用戶所需要的時間（4）設備利用率主要指輸入輸出設備的情況，特別是對某些要求I/O處理能力強的系統(tǒng)。 2、作業(yè)的狀態(tài)及兩個重要指標作業(yè)是用戶要求計算機所做的關于一次業(yè)務處理的全部工作(1) 提交狀態(tài)：一個作業(yè)在其處于從輸入設備進入外部存儲設備的過程稱為提交狀態(tài)。其信息未全部進入系統(tǒng)，故不能被調度程序選取(2) 收容狀態(tài)（后備狀態(tài)）：若一個作業(yè)的全部信息已全部被輸入進輸入井，在它還未被調度去執(zhí)行之前，該作業(yè)處于收容狀態(tài)

23、。輸入井是專門用來存放待處理作業(yè)信息的一組外存分區(qū)。(3) 執(zhí)行狀態(tài)：作業(yè)調度程序從后備作業(yè)中選取若干個作業(yè)到內存投入運行。這些被選中的作業(yè)處于執(zhí)行狀態(tài)。作業(yè)調度為這些作業(yè)建立進程并分配必要的資源。(4) 完成狀態(tài)：當作業(yè)運行完畢，但它所占用的資源尚未全部被系統(tǒng)回收時，該作業(yè)處于完成狀態(tài)。3、 多級調度的含義 （1）作業(yè)調度：又稱宏觀調度，或高級調度。其主要任務是按一定的原則對外存輸入井上的大量后備作業(yè)進行選擇，給選出的作業(yè)分配內存、輸入輸出設備等必要的資源，并建立相應的進程。另外，當該作業(yè)執(zhí)行完畢時，還負責回收系統(tǒng)資源。 （2）交換調度：又稱中級調度。其主要任務是按照給定的原則和策略，將處于外存交換區(qū)中的就緒狀態(tài)或等待狀態(tài)的進程調入內存，或把處于內存就緒狀態(tài)或內存等待狀態(tài)的進程交換到外存交換區(qū)。 （3）進程調度：又稱微觀調度或低級調度。其主要任務是按照某種策略和方法選取一個處于就緒狀態(tài)的進程占用處理機。在確定了占用處理機的進程后，系統(tǒng)必須進行進程上下文切換以建立與占用處理機進程相適應的執(zhí)行環(huán)境。 （4）線程調度。（在多道批處理系統(tǒng)中，存在著作業(yè)調度和進程調度。但是，在分時系統(tǒng)和實時系統(tǒng)中，一般不存在作業(yè)調度，而只有進程調度、交換調度和線程調度。）4、 作業(yè)調度策略并會計算先來先服務調度算法（FCFS）：按作業(yè)來到的先后次序進行調度短作業(yè)優(yōu)先調度算法：按作業(yè)請求運