學(xué)習(xí)指導(dǎo) - opencomcn

1、操作系統(tǒng)輔導(dǎo)綱要第一章操作系統(tǒng)概述內(nèi)容提要：本章主要講述操作系統(tǒng)的基本概念，具體包括操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用，操作系統(tǒng)的發(fā)展過程、操作系統(tǒng)的基本特征和功能、操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計等內(nèi)容。1操作系統(tǒng)的定義的掌握從計算機系統(tǒng)的組成角度看，計算機系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。而計算機軟件系統(tǒng)又分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。在所有的系統(tǒng)軟件中，最重要的系統(tǒng)軟件是操作系統(tǒng)（operating system，簡稱os），它是其他系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件正常工作的基礎(chǔ)。因此可把操作系統(tǒng)看成是一個程序的集合體，其作用是管理計算機系統(tǒng)中的各種資源，其目標(biāo)是為用戶提供一個友好的操作界面，方便用戶使用計算機，并提高計算機系統(tǒng)的性能。2

2、操作系統(tǒng)的發(fā)展主要從推動操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力因素上來學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程，并注意每一階段都解決上了什么問題，還存在什么問題。1）手工操作階段2）單道批處理系統(tǒng)（simple batch processing system）3）多道批處理系統(tǒng)4）分時系統(tǒng)（time-sharing system）5）實時系統(tǒng)（real-time system）6）通用操作系統(tǒng)4操作系統(tǒng)的分類注意了解每一種操作系統(tǒng)所具有的特點及其優(yōu)缺點。1）批處理操作系統(tǒng)2）分時操作系統(tǒng)3）實時操作系統(tǒng)4）通用操作系統(tǒng)5）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)6）分布式操作系統(tǒng)5操作系統(tǒng)的特征注意理解每一種特征的實際含義。1）并發(fā)性2）共享性3）虛擬性

3、4）異步性6操作系統(tǒng)的功能這是對本課程所有主體內(nèi)容的簡略描述，因此關(guān)系操作系統(tǒng)功能描述的內(nèi)容請仔細(xì)閱讀，為課程后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。1）處理機管理（第二章、第三章）2）存儲器管理（第四章）3）設(shè)備管理（第五章）4）文件管理（第六章）5）用戶接口（第七章）重點掌握：操作系統(tǒng)的分類、功能、操作系統(tǒng)的特征第二章進程管理內(nèi)容提要：本章主要講述進程和線程的基本概念及其控制，具體包括進程的基本概念、組成及其實現(xiàn)、進程的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換、進程的互斥與同步、進程之間通信原理和機制、線程的基本概念、線程的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換、進程與線程的關(guān)系等內(nèi)容。1進程概念的引入多道程序設(shè)計技術(shù)雖然提高了系統(tǒng)的吞吐量，但也帶來了

4、一系列的問題，如程序執(zhí)行過程出現(xiàn)間斷性、程序執(zhí)行環(huán)境的封閉性被打破、程序執(zhí)行結(jié)果可能失去再現(xiàn)性?；谶@些問題，需要引入某種機制來描述程序的執(zhí)行過程，以及分配相關(guān)資源，這就是“進程”。1)引入進程的原因2)進程與程序的差別3)進程與作業(yè)的差別4)進程與線程的差別2進程的概念及其特征1)進程的概念一個具有獨立功能的程序?qū)δ硞€數(shù)據(jù)集在處理機上的執(zhí)行過程和資源分配的基本單位。2)進程的組成每一個進程都是由程序段、數(shù)據(jù)段和pcb三部分構(gòu)成。3)pcb的定義4)pcb的作用5)pcb中的基本信息6)進程的基本狀態(tài):就緒態(tài)、等待態(tài)（阻塞態(tài)）、執(zhí)行態(tài)（運行態(tài)）、掛起狀態(tài)、激活狀態(tài)、靜止阻塞狀態(tài)、活動阻塞狀態(tài)、

5、靜止就緒狀態(tài)、活動就緒狀態(tài)、睡眠狀態(tài)、僵尸狀態(tài)等。重點要掌握pcb的作用，進程的其他狀態(tài)以及生命期間都是通過pcb來表示的。7)什么是管態(tài)？什么是目態(tài)？8)進程與其pcb是一一對應(yīng)的嗎？9)進程與程序是一一對應(yīng)的嗎？10)psw是什么意思？psw有什么作用？11)進程的順序執(zhí)行及其特征（順序性、封閉性、可再生性）12)什么是進程的并發(fā)執(zhí)行？13)什么是進程的并行執(zhí)行？14)進程的并發(fā)執(zhí)行與并行執(zhí)行是相同的嗎？15)進程并發(fā)執(zhí)行的基本特征是什么？3要弄清作業(yè)與進程的區(qū)別與聯(lián)系，程序與進程的區(qū)別與聯(lián)系。4要了解進程的三種基本狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換過程。1)弄清每一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的原因和條件。2)哪些狀態(tài)可以

6、直接轉(zhuǎn)換，哪些狀態(tài)不可以直接轉(zhuǎn)換。3)進程狀態(tài)發(fā)生改變時，其資源（比如cpu）占用情況。5要了解進程上下文與進程空間的概念1)進程上下文的定義進程上下文：進程執(zhí)行活動全過程的靜態(tài)描述。包括計算機中與執(zhí)行該進程有關(guān)的各寄存器的值、程序段在經(jīng)過編譯之后形成的機器指令代碼集（正文段）、數(shù)據(jù)集、各種堆棧和pcb結(jié)構(gòu)。2)進程空間的定義進程空間：進程中所有能使用的地址集合。6關(guān)于進程的實現(xiàn)1)進程創(chuàng)建的時機2)進程的創(chuàng)建3)進程切換4)進程阻塞及其原因、類型5)進程創(chuàng)建、阻塞、喚醒、掛起、激活、撤消原語6)進程的創(chuàng)建過程7)進程的撤消過程要了解進程的創(chuàng)建時機與創(chuàng)建者，還包括進程創(chuàng)建的過程。關(guān)于進程的撤消

7、、阻塞、喚醒、掛起、激活等狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，要了解引起這些狀態(tài)發(fā)生改變的原因，及其處理過程。7進程互斥與同步1）進程互斥與同步的引入這是本章的重點，也是難點部分。由于多道程序的引入，使得內(nèi)存中同時存在多個程序，并且這些程序在并發(fā)的執(zhí)行，另一方面，計算機系統(tǒng)中的資源是有限的，由于資源的數(shù)量遠(yuǎn)不及進程的需求量，因此，在多道程序環(huán)境中，進程之間在向前推進的同時，它們必然會競爭系統(tǒng)中的資源，從而進程彼此相互制約。因此提出了直接制約、間接制約、臨界資源、臨界區(qū)的概念。如何讓多個進程能夠有條不紊的使用系統(tǒng)中的資源，操作系統(tǒng)必然要引入進程互斥和同步的機制。2)進程控制相關(guān)概念l 進程互斥的概念；l 進程同步的概念

8、；l 臨界資源的概念；l 臨界區(qū)的概念；l 信號量的概念；l 原語的概念；3）要掌握進程互斥與同步的實現(xiàn)方法。l 實現(xiàn)進程同步機制的原則是：空閑讓進、忙則等待、有限等待、讓權(quán)等待。l wait(s)中關(guān)于s值的修改是如何進行的？l signal(s)中關(guān)于s值的修改是如何進行的？l p(s)操作與wait(s)的關(guān)系是什么樣的？l v(s)操作與signal(s)的關(guān)系是什么樣的？l p(s)對信號量s是如何操作的？l v(s)對信號量s是如何操作的？l 如何利用wait(s)和signal(s)實現(xiàn)進程同步與互斥？l 信號量的物理意義是什么？信號量的作用是什么？l 如何利用wai(s)和si

9、gnal(s)實現(xiàn)進程互斥？l 如何利用wai(s)和singal(s)實現(xiàn)進程同步？l 在利用wait(s)和signal(s)實現(xiàn)進程同步和互斥時，如何注意wait(s)和signal(s)的使用順序？l 如何利用p、v操作使用進程的互斥與同步？l 如何利用wait(s)、signal(s)或p、v操作實現(xiàn)生產(chǎn)者-消費者問題、哲學(xué)家就餐問題、讀者-寫者問題？必須讀懂相應(yīng)的程序段，要求會使用這些控制機制實現(xiàn)進程的互斥與同步。l 如何利用wait(s)、signal(s)或p、v操作編程解決現(xiàn)實生活中的互斥與同步問題？l 在處理實際問題中，如何明確需要多少個信號量？如何明確每一種信號量的物理意

10、義？如何給信號量初始值？3）在實際問題分析中，必須要分析該涉及多少個進程，這些進程之間存在著什么關(guān)系，然后才著手設(shè)定信號量和賦初值。從生產(chǎn)者-消費者問題、讀者-寫者問題以及哲學(xué)家就餐問題中要學(xué)會如何利用信號量來實現(xiàn)進程的互斥與同步。8關(guān)于管程1)管程的定義2)引入管程的目的是什么？有什么好處？3)管程的組成4)管程的訪問特性5)管理是如何實現(xiàn)進程互斥與同步的，它有什么好處?6)如何創(chuàng)建一個管程？7)如何利用管程解決生產(chǎn)者-消費者問題？8)如何利用管程解決讀者-寫者問題？9進程的幾種通信方式中，要重點了解消息通信的原理及其特點。1)進程通信的概念2)進程通信的級別及其特點:低級通信、高級通信3)

11、進程通信的類型：l 共享存儲器系統(tǒng)的特點及原理。l 消息傳遞系統(tǒng)的特點及原理。l 管道的定義。l 管道通信的特點及原理。10關(guān)于線程：1)線程的概念。2)引入線程的原因。3)線程與進程的區(qū)別與聯(lián)系。重點掌握：1進程的組成，進程與程序區(qū)別，進程的基本狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換。2如何實現(xiàn)進程互斥，信號量機制，如何用pv操作實現(xiàn)進程的同步和互斥。3管程的組成與實現(xiàn)，如何利用管程實現(xiàn)進程同步。4進程通信原理和特點，著重郵箱通信。第三章作業(yè)與處理機調(diào)度內(nèi)容提要：本章主要講述操作系統(tǒng)中的作業(yè)與處理機調(diào)度以及死鎖的概念，具體包括作業(yè)的概念與組織、處理機調(diào)度的概念、作業(yè)與進程調(diào)度的目標(biāo)和算法、實時系統(tǒng)中的調(diào)度特點與調(diào)度算

12、法、死鎖的概念和處理方法等內(nèi)容。1關(guān)于作業(yè)：l 作業(yè)的概念。l 作業(yè)的應(yīng)用范圍，即作業(yè)一般用于什么樣的操作系統(tǒng)中？l 作業(yè)與jcb的關(guān)系l 作業(yè)的建立包括作業(yè)的輸入與jcb的建立，其中作業(yè)的輸入方式有哪幾種？l 作業(yè)的四種狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換。即提交狀態(tài)、后備狀態(tài)、執(zhí)行狀態(tài)和完成狀態(tài)。l 作業(yè)與進程的區(qū)別與聯(lián)系n 作業(yè)是用戶向計算機系統(tǒng)提交任務(wù)的任務(wù)實體，而進程則是完成用戶任務(wù)的執(zhí)行實體，是向系統(tǒng)申請分配資源的基本單位。n 作業(yè)在沒有進入執(zhí)行狀態(tài)時被存入外存的后備作業(yè)隊列中等待調(diào)度執(zhí)行，進程一旦被創(chuàng)建，總有相應(yīng)總分放入內(nèi)存。n 一個作業(yè)可由多個進程組成，且必須至少由一個進程組成，反之不成立。n 作業(yè)的

13、概念應(yīng)用范圍主要局限于批處理系統(tǒng)中，而進程的概念則應(yīng)用到幾乎所有的多道程序系統(tǒng)中。2關(guān)于處理機調(diào)度：l 處理機調(diào)度的概念l 處理機調(diào)度的類型n 高級調(diào)度的功能：也稱為作業(yè)調(diào)度、長程調(diào)度、接納調(diào)度。n 中級調(diào)度的功能：也稱為交換調(diào)度、中程調(diào)度。n 低級調(diào)度的功能：也稱為進程調(diào)度、短程調(diào)度。l 三級調(diào)度模型是什么？l 處理機調(diào)度算法好壞的評價標(biāo)準(zhǔn)，即處理機調(diào)度準(zhǔn)則。n 面向用戶的準(zhǔn)則u 周轉(zhuǎn)時間短：什么是周轉(zhuǎn)時間、平均周轉(zhuǎn)時間、帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間、平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間及它們的計算？u 響應(yīng)時間快：什么是響應(yīng)時間？u 截止時間保證：什么是截止時間？n 面向系統(tǒng)的準(zhǔn)則u 什么是吞吐量？3關(guān)于作業(yè)調(diào)度：l 作業(yè)調(diào)

14、度的功能是什么？l 作業(yè)調(diào)度的目標(biāo)是什么？l 不同系統(tǒng)中作業(yè)調(diào)度性能的衡量標(biāo)準(zhǔn)是什么？l 必須要會根據(jù)選擇的調(diào)度算法正確作業(yè)的完成時間、周轉(zhuǎn)時間、平均周轉(zhuǎn)時間、帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間以及平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間。l 進程調(diào)度的功能是什么？l 進程調(diào)度的時機是什么？4關(guān)于處理機調(diào)度算法：l 需要清楚每一種調(diào)度算法的思想、特點以及優(yōu)缺點。l 先來先服務(wù)調(diào)度算法（first come first serve，fcfs）l 最短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法（shortest job first,sjf）l 優(yōu)先級調(diào)度算法n 優(yōu)先數(shù)（優(yōu)先級）的類型1靜態(tài)優(yōu)先數(shù)：在進程創(chuàng)建時確定，在進程運行過程中其優(yōu)先數(shù)不會發(fā)生改變。2動態(tài)優(yōu)先數(shù)：在

15、進程創(chuàng)建時確定，但進程的優(yōu)先數(shù)會在進程推進過程中或隨其等待時間的增加而改變。n 優(yōu)先級的確定原則1.作業(yè)優(yōu)先級的確定(靜態(tài))1)根據(jù)用戶要求或用戶身份確定作業(yè)的優(yōu)先級。2)根據(jù)作業(yè)的類型確定作業(yè)的優(yōu)先級：一般情況下，i/o型作業(yè)的優(yōu)先級高于cpu型作業(yè)的優(yōu)先級。3)根據(jù)作業(yè)需要資源的多少來確定其優(yōu)先級，原則上需要資源多的作業(yè)的優(yōu)先級低于需要資源少的作業(yè)的優(yōu)先級。2.進程優(yōu)先級的確定(靜態(tài))1)按進程的屬性把進程分為系統(tǒng)進程和用戶進程。其中，系統(tǒng)進程的優(yōu)先級高于用戶進程的優(yōu)先級。2)按進程的類型把進程分為i/o型進程、cpu型進程以及i/o與cpu均衡的進程，一般情況下，i/o型進程的優(yōu)先級最高

16、，i/o與cpu均衡的進程優(yōu)先級次之，cpu型的優(yōu)先級最低。3)其他方法。3進程優(yōu)先級的確定(動態(tài))1)根據(jù)進程占用cpu的時間長短來決定，進程占用cpu時間越長，其優(yōu)先級就越低。2)根據(jù)進程等待cpu的時間長短來決定，進程等待cpu的時間越長，其優(yōu)先級就越高。l 最高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法（highest response ration next，hrrn）n 什么是響應(yīng)比？響應(yīng)比如何計算？l 時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法（round robin，rr）l 多級反饋隊列輪轉(zhuǎn)法（round robin with multiple feedback）5關(guān)于實時系統(tǒng)：l 實時系統(tǒng)的概念。是指產(chǎn)生系統(tǒng)輸入的時間對

17、系統(tǒng)至關(guān)重要的系統(tǒng)。從輸入到輸出的滯后時間必須足夠小到一個可接受的時限內(nèi)。因此，實時邏輯的正確性不僅依賴于計算結(jié)果的正確性，還取決于輸出結(jié)果的時間。l 實時系統(tǒng)的特點。1實時性2并行性3多路性4獨立性5可預(yù)測性6可靠性l 實時系統(tǒng)的分類n 硬實時（強實時）n 軟實時（弱實時）l 實時系統(tǒng)中的調(diào)度方式。n 非搶占式調(diào)度n 搶占式調(diào)度l 實時系統(tǒng)調(diào)度算法。n 最早截止時間優(yōu)先(earlist deadline first，edf)算法n 最低松弛度優(yōu)先級（least laxity first,llf）算法6死鎖問題一直是操作系統(tǒng)系統(tǒng)中必須著重解決的一個問題，因而它既是重點，也是難點。要求學(xué)生在學(xué)習(xí)

18、死鎖概念的基礎(chǔ)上，理解死鎖產(chǎn)生的原因和條件，并將其與現(xiàn)實生活中的一些現(xiàn)象聯(lián)系起來理解。注意區(qū)別處理死鎖問題的各種方法的優(yōu)缺點。要求能夠利用銀行家算法在資源分配時避免死鎖的產(chǎn)生。為進一步理解銀行家算法的精髓，還可以上機編程模擬實現(xiàn)銀行家算法。這部分的驗證在實驗內(nèi)容會有所體現(xiàn)。l 死鎖及其相關(guān)概念n 死鎖：是指多個進程在運行過程中因爭奪資源而造成的一種僵局,當(dāng)進程處于這種僵持狀態(tài)時，若無外力作用，它們都將無法再向前推進。n 可剝奪資源：指某進程在獲得這類資源后，該資源還可以被其他進程或系統(tǒng)剝奪。例如，“處理機”和“內(nèi)存”等均屬于可剝奪資源。n 不可剝奪資源：當(dāng)系統(tǒng)把這類資源分配給某進程后再不能強行

19、收回，只能在進程用完后自行釋放。如“磁帶機”、“打印機”等。n 永久性資源：可重復(fù)使用型資源。n 臨時性資源：由一個進程產(chǎn)生，被另一個進程使用一短暫時間后便無用的資源，也稱為“消耗性資源”。l 死鎖產(chǎn)生的原因n 競爭資源引起進程死鎖n 進程推進順序不當(dāng)引起死鎖l 死鎖產(chǎn)生的必要條件（重點掌握）n 互斥條件：任意時刻只允許一個進程使用資源。n 請求和保持條件：進程在請求其他資源時，不主動釋放已經(jīng)占用的資源。n 不剝奪條件：進程已經(jīng)占用的資源不會被強制剝奪。n 環(huán)路等待條件：其中環(huán)路中的每一條邊是進程在請求另一進程已經(jīng)占有的資源。l 死鎖的處理方法n 預(yù)防死鎖u 特點：容易實現(xiàn)，但可能會導(dǎo)致系統(tǒng)資

20、源利用率和吞吐量降低，屬于預(yù)先預(yù)防策略。這種方法設(shè)置的限制條件比較嚴(yán)格，不利于進程的并發(fā)執(zhí)行。n 避免死鎖u 特點：只需事先加以較弱的限制條件，便可獲得較高的資源利用率及系統(tǒng)吞吐量，但實現(xiàn)時比較難。這種方法設(shè)置的限制條件比較寬松，有利于進程的并發(fā)執(zhí)行。u 安全狀態(tài)的概念是什么？u 什么叫安全序列？u 銀行家算法的內(nèi)容，利用銀行家算法解題u 安全檢測算法n 檢測死鎖u 死鎖定理：s為死鎖狀態(tài)的充分條件是當(dāng)且僅當(dāng)s狀態(tài)的資源分配圖是不可完全簡化的。n 解除死鎖的方法u 剝奪資源u 撤消進程重點掌握：1作業(yè)生命期中四種狀態(tài)轉(zhuǎn)換。2調(diào)度層次(作業(yè)調(diào)度、交換調(diào)度、進程調(diào)度)。3作業(yè)調(diào)度功能與目標(biāo)。4進程

21、調(diào)度功能及時機、進程上下文切換。5幾種典型調(diào)度算法：先來先服務(wù)算法（fcfs），時間片輪轉(zhuǎn)算法（rr），短作業(yè)優(yōu)先算法（sjf），最高響應(yīng)比優(yōu)先算法（hrrn），優(yōu)先數(shù)算法（hpf）。6死鎖的問題，如何利用銀行家算法避免死鎖。死鎖的檢測與解除。第四章存儲器管理內(nèi)容提要：本章主要講述內(nèi)存的各種管理方式，具體包括分區(qū)式、分頁式、分段式、段頁式存儲管理方式，以及虛擬存儲器的基本概念和請求調(diào)頁、請求調(diào)段存儲管理方式、分頁與分段系統(tǒng)中信息的共享與保護等內(nèi)容。1基本概念的掌握：n 地址映射n 物理地址n 物理地址空間n 邏輯地址n 邏輯地址空間n 重定位n 靜態(tài)重定位n 假定程序裝入內(nèi)存的首地址為br，程

22、序中某指令的地址為vr，指令所對應(yīng)的內(nèi)存地址為mr，則地址映射按下式進行：mr=br+vr 。n 例如：程序裝入內(nèi)存的首地址為1000，則裝配程序就按mr=1000+vr對程序中所有地址部分進行修改，修改后指令load a，200就變?yōu)閘oad a，1200。n 動態(tài)重定位n 靜態(tài)鏈接n 動態(tài)鏈接n 緊湊n 抖動n 對換n 頁面n 物理塊2關(guān)于程序的裝入：n 絕對裝入方式n 靜態(tài)重定位裝入方式n 動態(tài)重定位裝入3關(guān)于程序的鏈接：l 靜態(tài)鏈接（裝入前）l 裝入時動態(tài)鏈接（運行前）l 運行時動態(tài)鏈接（運行中）4內(nèi)存的連續(xù)分配：l 單一連續(xù)分配：將內(nèi)存分為系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū)兩部分。只能用于單用戶、單任務(wù)

23、的操作系統(tǒng)中。l 固定分配：操作系統(tǒng)或系統(tǒng)管理員在操作系統(tǒng)啟動時，將內(nèi)存用戶空間劃分成若干個固定大小相等或不等的區(qū)域，分區(qū)一旦劃定，在整個執(zhí)行過程中就不能改變，每個作業(yè)占用一個分區(qū)，且占用一片連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域。固定分區(qū)也屬于連接分配。缺乏靈活性，小作業(yè)浪費空間，大作業(yè)無法裝入。l 可變分區(qū)：作業(yè)運行前系統(tǒng)中不建立分區(qū)，分區(qū)的建立是在作業(yè)的處理過程中進行的，是根據(jù)進程對內(nèi)存的要求而為作業(yè)或進程分配相應(yīng)大小的分區(qū)。分區(qū)算法如下：n 首次適應(yīng)算法：在組織空閑區(qū)表（隊列）時，要求空閑分區(qū)以地址遞增的次序排序。特點是每次都從空閑分區(qū)表的首地址開始查找。n 循環(huán)首次適應(yīng)算法：特點是每次不從空閑鏈表首地址開始

24、查找，而是從上次找到的空閑分區(qū)的下一個空閑分區(qū)開始查找。該算法能使內(nèi)存中的空閑分區(qū)分布得比較均勻，從而減少了查找空閑分區(qū)的時間開銷。缺點是同樣會產(chǎn)生碎片，會導(dǎo)致缺乏大的空閑分區(qū)，從而導(dǎo)致大作業(yè)無法裝入。n 最佳適應(yīng)算法：要求將所有的空閑分區(qū)按容量大小遞增順序排列。優(yōu)點是在系統(tǒng)中若存在一個與申請分區(qū)大小相等的空閑區(qū)，必定會被選中，而首次適應(yīng)法則不一定。另外，若系統(tǒng)中不存在與申請分區(qū)大小相等的空閑區(qū)，則選中的空閑區(qū)是滿足要求的最小空閑區(qū)，而不致于毀掉較大的空閑區(qū)。缺點是空閑區(qū)的大小一般與申請分區(qū)大小不相等，因此將其一分為二，留下來的空閑區(qū)一般情況下是很小的，以致無法使用。隨著時間的推移，系統(tǒng)中的小

25、空閑區(qū)會越來越多，從而造成存儲區(qū)的大量浪費。n 最壞適應(yīng)算法：要求將所有的空閑分區(qū)按容量大小遞減順序排列。優(yōu)點是當(dāng)程序裝入內(nèi)存中最大的空閑區(qū)后，剩下的空閑區(qū)還可能相當(dāng)大，還能裝下較大的程序，另一方面每次僅作一次查詢工作，從而減少查找空閑分區(qū)的時間開銷。l 可重定位可變分區(qū)l 內(nèi)存的回收：分為以下四種情況。n 回收區(qū)與插入點的前一空閑分區(qū)f1相鄰接，將回收區(qū)與插入點的前一分區(qū)合并，不用建立新表項，只需修改前一分區(qū)f1的大小。n 回收分區(qū)與插入點的后一空閑分區(qū)f2相鄰接，也可將兩分區(qū)合并，形成新的空閑分區(qū)，但用回收區(qū)的首址作為新空閑區(qū)的首址，大小為兩者之和。n 回收區(qū)同時與插入點的前、后兩個分區(qū)鄰

26、接，將三個分區(qū)合并，使用前一分區(qū)的首址和表項，取消后一分區(qū)的表項，大小為三者之和。n 回收區(qū)既不與f1鄰接，又不與f2鄰接。這時應(yīng)為回收區(qū)單獨建立一個新表項，填寫回收區(qū)的首址和大小，并根據(jù)其首址插入到空閑鏈中的適當(dāng)位置。5內(nèi)存的離散分配：為解決連續(xù)分配方式中所產(chǎn)生的“碎片”問題，引入離散分配方式。l 分頁管理：若離散分配的基本單位是頁，則為基本分頁管理。分頁是從操作系統(tǒng)的角度出發(fā)，主要是為了操作系統(tǒng)好管理，進一步提高內(nèi)存的利用率。n 重要概念：頁表。l 分段管理：若離散分配的單位是段，則為基本的分段管理。分段則是從用戶的用度考慮問題，主要是為方便用戶編程。n 重要概念：段表l 段頁式管理：為充

27、分利用分頁和分段的優(yōu)點，進而引入段頁式存儲管理。l 要求學(xué)生重點學(xué)習(xí)分頁管理、分段管理以及段頁式管理中的地址映射過程，越界保護、地址映射機構(gòu)等內(nèi)容。l 重點掌握物理地址的映射過程，即物理地址的計算。l 重點掌握分頁和分段的區(qū)別。其區(qū)別如下：n 頁是信息的物理單位，是為減少內(nèi)存的碎片，出于系統(tǒng)管理需要；段是信息的邏輯單位，是出于用戶的需要出發(fā)。n 頁的大小固定，由系統(tǒng)決定；段的長度不固定，由用戶決定。n 分頁的地址空間是一維的，從0開始編址，而分段的地址空間是二維的，每個段的段內(nèi)地址是連續(xù)的，也從0開始編址，但段間可以不連續(xù)，它們離散地分布在內(nèi)存的各個分區(qū)中。6虛擬存儲器技術(shù)：了解虛擬存儲技術(shù)引

28、入的原因及優(yōu)勢。虛擬存儲器技術(shù)的特點及其實現(xiàn)。l 虛擬存儲器的概念l 什么是抖動？產(chǎn)生抖動的原因是什么？l 常規(guī)存儲器管理方式的特征：一次性，駐留性。l 虛擬存儲器的主要特征：多次性，對換性，虛擬性。7請求分頁分段管理：l 比較請求分頁與基本分面管理中頁表內(nèi)容的不同。n 請求分頁管理的基本原理n 請求分頁的調(diào)頁策略u 請求調(diào)頁策略u 預(yù)調(diào)頁策略u 最小物理塊數(shù)的確定n 頁面置換算法（重點）u 最佳（opt）置換算法：掌握置換順序，缺頁次數(shù)和缺頁率。u 先進先出（fifo）頁面置換算法：掌握置換順序，缺頁次數(shù)和缺頁率。u 最近最久未使用（lru）算法：掌握置換順序，缺頁次數(shù)和缺頁率。u cloc

29、k置換算法：（了解）u 最少使用（lfu）置換算法：（了解）u 頁面緩沖算法（pba）：（了解）l 同樣也要比較請求分段與基本分段管理中的段表的不同。8關(guān)于信息的共享與保護：l 注意區(qū)分在分頁和分段系統(tǒng)中信息的共享方式的不同之處。l 了解信息的保護的方式，并聯(lián)系進程空間來理解為什么要保護，以防止進程訪問越界。重點掌握：1動態(tài)分區(qū)管理原理。2頁式管理原理，特點，地址映射機構(gòu)及越界保護，缺頁中斷及其處理過程。3段式管理原理，特點，地址映射機構(gòu)及越界保護，缺段中斷及其處理過程。4段頁式管理原理，特點，地址映射機構(gòu)及越界保護。5請求分頁中的頁面轉(zhuǎn)換算法。第五章設(shè)備管理內(nèi)容提要：本章主要介紹i/o的控制

30、方式和設(shè)備的分配和處理，具體包括i/o系統(tǒng)的硬件組成、i/o的控制方式、緩沖技術(shù)、設(shè)備分配、spooling技術(shù)，設(shè)備驅(qū)動程序和i/o中斷處理程序、磁盤存儲器的管理等內(nèi)容。1了解設(shè)備的分類及其性能評價指標(biāo)。l 分類n 按傳輸速率分類：低速設(shè)備，中速設(shè)備，高速設(shè)備。n 按信息交換的單位分類：字符設(shè)備，塊設(shè)備。n 按設(shè)備的共享屬性分類：獨占設(shè)備，共享設(shè)備，虛擬設(shè)備。l 性能指標(biāo)：數(shù)據(jù)傳輸速率、數(shù)據(jù)的傳輸單位、設(shè)備共享屬性。2了解設(shè)備管理的功能。l 緩沖區(qū)管理：解決cpu的高速性與i/o設(shè)備低速性之間的矛盾。l 設(shè)備分配：根據(jù)用戶進程的i/o請求、系統(tǒng)的現(xiàn)有資源情況以及按照某種設(shè)備分配策略，為之分配

31、其所需的設(shè)備。l 設(shè)備處理：設(shè)備處理程序又稱為設(shè)備驅(qū)動程序。其基本任務(wù)是實現(xiàn)cpu和設(shè)備控制器之間的通信，即由cpu向設(shè)備控制器發(fā)出i/o命令，要求它完成指定的i/o操作；反之由cpu接收從控制器發(fā)來的中斷請求，并給予迅速的響應(yīng)和相應(yīng)的處理。l 虛擬設(shè)備及實現(xiàn)設(shè)備獨立性：3掌握i/o設(shè)備的四種控制方式l 程序控制方式：在程序i/o方式中，由于cpu的高速性和i/o設(shè)備的低速性，致使cpu的絕大部分時間都處于等待i/o設(shè)備完成數(shù)據(jù)i/o的循環(huán)測試中，造成對cpu的極大浪費。l 中斷控制方式：由于cpu可以與設(shè)備并行工作，比較程序i/o方式來，中斷驅(qū)動方式成百倍地提高了cpu的利用率，但它每傳送幾

32、個字節(jié)（具體字節(jié)數(shù)由數(shù)據(jù)緩沖寄存器的大小決定）便請求一次中斷，故cpu仍需花費大量的時間來處理頻繁的i/o中斷。l dma方式：減少了中斷次數(shù)。l 通道方式：是dma方式的發(fā)展，它可進一步減少cpu對i/o的干預(yù)，它把以一個數(shù)據(jù)塊的讀（或?qū)懀閱挝坏母深A(yù)，減少為以一組數(shù)據(jù)塊的讀（或?qū)懀閱挝坏母深A(yù)。實現(xiàn)了cpu、通道和i/o設(shè)備三者的并行操作，從而更有效地提高了整個系統(tǒng)的資源利用率。4在i/o硬件系統(tǒng)中，重點要掌握設(shè)備控制器的組成及其與外界的接口。l i/o硬件組成：i/o系統(tǒng)主要由i/o設(shè)備、設(shè)備控制器、i/o通道和總線等部分組成。l 設(shè)備控制器n 設(shè)備控制器的概念：是計算機中的一個實體，是

33、cpu與i/o設(shè)備之間的接口，它接收從cpu發(fā)來的命令，并去控制一個或多個i/o設(shè)備工作。n 設(shè)備控制器的組成u 設(shè)備控制器與處理機的接口u 設(shè)備控制器與設(shè)備的接口u i/o邏輯5緩沖管理l 引入緩沖的目的是什么？n 緩和cpu與i/o設(shè)備間速度不匹配的矛盾。n 減少對cpu的中斷頻率，放寬對cpu中斷響應(yīng)時間的限制。n 提高cpu和i/o設(shè)備之間的并行性。l 緩沖有哪幾種？它們各自的特點是什么？n 單緩沖n 雙緩沖n 循環(huán)緩沖n 緩沖池l 緩沖區(qū)的工作方式n 收容輸入：在輸入進程需要輸入數(shù)據(jù)時，從空緩沖隊列的隊首摘下一個空緩沖區(qū)，把它作為收容輸入工作緩沖區(qū)，把數(shù)據(jù)輸入其中，裝滿后將該緩沖區(qū)掛

34、在輸入隊列上。n 提取輸入：當(dāng)計算進程需要輸入數(shù)據(jù)時，從輸入隊列的隊首取得一個緩沖區(qū)，作為提取輸入工作緩沖區(qū)，計算進程從中取得數(shù)據(jù)，計算進程用完數(shù)據(jù)后，再將該緩沖區(qū)掛到空緩沖隊列上。n 收容輸出：當(dāng)計算進程需要輸出時，從空緩沖隊列的隊首取得一個空緩沖區(qū)，作為收容輸出工作緩沖區(qū)，當(dāng)其中裝滿輸出數(shù)據(jù)后，又將該緩沖區(qū)掛在輸出隊列末尾。n 提取輸出：由輸出進程從輸出隊列的隊首取得一個裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，作為提取輸出工作緩沖區(qū)，在數(shù)據(jù)提取完后，再將該緩沖區(qū)掛在空緩沖隊列末尾。6設(shè)備分配：l 掌握與設(shè)備分配與去配相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：n 系統(tǒng)設(shè)備表（sdt）。n 設(shè)備控制器。n 控制器控制表(dct)。n 通

35、道控制表(chct)。l 注意它們的內(nèi)存聯(lián)系。7設(shè)備獨立性l 了解設(shè)備獨立性的含義：應(yīng)用程序獨立于具體使用的物理設(shè)備。在應(yīng)用程序中使用邏輯設(shè)備名稱來請求使用某類設(shè)備，系統(tǒng)在實際執(zhí)行時使用物理設(shè)備名稱。故系統(tǒng)須具有將邏輯設(shè)備名稱轉(zhuǎn)換為某物理設(shè)備名稱的功能。l 設(shè)備分配的算法。n 先來先服務(wù)n 優(yōu)先級高者優(yōu)先l 為什么要引入設(shè)備獨立性？如何實現(xiàn)設(shè)備獨立性？8設(shè)備驅(qū)動程序l 什么是設(shè)備驅(qū)動程序？n 是i/o進程與設(shè)備控制器之間的通信程序，其主要任務(wù)是接收上層軟件發(fā)來的抽象要求，并將其轉(zhuǎn)換為具體要求后，發(fā)送給設(shè)備控制器，啟動設(shè)備去執(zhí)行。此外，它也將由設(shè)備控制器發(fā)來的信號傳送給上層軟件。l 設(shè)備驅(qū)動程序

36、有什么功能？n 接收由i/o進程發(fā)來的命令和參數(shù)，并將命令中的抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求。例如，將磁盤塊號轉(zhuǎn)換為磁盤的盤面、磁道號及扇區(qū)號。n 檢查用戶i/o請求的合法性，了解i/o設(shè)備的狀態(tài)，傳遞有關(guān)參數(shù)，設(shè)置設(shè)備的工作方式。n 發(fā)出i/o命令，如果設(shè)備空閑，便立即啟動i/o設(shè)備去完成指定的i/o操作；如果設(shè)備處于忙碌狀態(tài)，則將請求者的請求塊掛在設(shè)備隊列上等待。n 及時響應(yīng)由控制器或通道發(fā)來的中斷請求，并根據(jù)其中斷類型調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進行處理。n 對于設(shè)置有通道的計算機系統(tǒng)，驅(qū)動程序還應(yīng)能夠根據(jù)用戶的i/o請求，自動地構(gòu)成通道程序。l 設(shè)備驅(qū)動程序的處理過程如何？n 將抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要

37、求n 檢查i/o請求的合法性n 讀出和檢查設(shè)備的狀態(tài)n 傳送必要的參數(shù)n 工作方式的設(shè)置：主要是針對有多個工作方式的設(shè)備。n 啟動i/o設(shè)置l 設(shè)備驅(qū)動程序與應(yīng)用程序有什么區(qū)別？（僅了解）9了解spooling技術(shù)。l 什么是spooling：聯(lián)機情況下實現(xiàn)的同時外圍操作。l spooling系統(tǒng)的組成n 輸入井和輸出井n 輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)n 輸入進程spi和輸出進程spol spooling系統(tǒng)的特點n 提高了i/o的速度。n 將獨占設(shè)備改造為共享設(shè)備。n 實現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能。10重點掌握磁盤調(diào)度的算法。l 磁盤訪問的時間n 尋道時間tsn 旋轉(zhuǎn)延遲時間tn 傳輸時間ttl 磁盤調(diào)度算

38、法（重點）n 先來先服務(wù)(fcfs)算法：掌握尋道次數(shù)的計算以及平均尋道長度的計算，描述磁道的訪問過程。n 最短尋道時間優(yōu)先(sstf)算法：掌握尋道次數(shù)的計算以及平均尋道長度的計算，描述磁道的訪問過程。n 掃描（scan）算法：掌握尋道次數(shù)的計算以及平均尋道長度的計算，描述磁道的訪問過程。n 循環(huán)掃描（cscan）算法：僅了解n n-step-scan算法：僅了解n fscan算法：僅了解n 目前常用的磁盤調(diào)度算法有哪幾種？每種算法優(yōu)先考慮的問題是什么？重點掌握：1i/o控制方式：中斷技術(shù)、dma、通道技術(shù)。2設(shè)備分配相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、分配算法以及分配過程。3設(shè)備驅(qū)動程序的處理。4磁盤調(diào)度算法

39、。第六章文件管理內(nèi)容提要：本章主要介紹操作系統(tǒng)如何通過文件系統(tǒng)來管理程序、數(shù)據(jù)等信息資源，具體包括文件和文件系統(tǒng)的基本概念、文件的邏輯結(jié)構(gòu)和物理組織、文件存儲空間的管理、目錄的管理、文件的共享和保護以及數(shù)據(jù)一致性控制等內(nèi)容。1基本概念l 數(shù)據(jù)項l 記錄l 文件l 文件系統(tǒng)2了解文件的分類、文件系統(tǒng)模型。l 文件的分類n 文件結(jié)構(gòu)類型：有結(jié)構(gòu)文件、無結(jié)構(gòu)文件。n 按用途分類：系統(tǒng)文件、用戶文件、庫文件。n 按文件中數(shù)據(jù)的形式分類：源文件、目標(biāo)文件、可執(zhí)行文件。n 按存取控制屬性分類：只執(zhí)行文件、只讀文件、可讀寫文件。l 文件系統(tǒng)模型n 最底層是對象及其屬性；n 中間層是對對象進行操縱和管理的軟件集合；n 最高層是文件系統(tǒng)提供給用戶的接口。3注意區(qū)分文件的邏輯結(jié)構(gòu)與文件的物理結(jié)構(gòu)。掌握文件的組織方式以及文件邏輯結(jié)構(gòu)的類型。按文件的物理結(jié)構(gòu)可將文件分為哪幾類？4了解順序文件與索引文件各自的特點。5掌握外存分配的幾種方式及其各自的特點。l 連續(xù)分配l 鏈接分配l 索引分配6文件目錄的組織與文件目錄的檢索是重點，學(xué)習(xí)時要將這部分知識與windows等操作系統(tǒng)的目錄結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，做到理論聯(lián)系實際，以加深理解。l 目錄管理的要求1. 實現(xiàn)“按名存取”。2. 提高對目錄的檢索速度。3. 文件共享。4. 允許文件重名。l