操作系統(tǒng)重點概念知識講解

1、1 . CPU的兩種運行模式：內(nèi)核態(tài)（又稱核心態(tài)、系統(tǒng)態(tài)、管態(tài)）和用戶態(tài)（又稱目態(tài)）。2 .指令是控制計算機執(zhí)行某種操作的命令。3 .特權(quán)指令：是一類具有特殊權(quán)限的指令，只用于操作系統(tǒng)或其他系統(tǒng)軟件，普通用戶不 能直接使用4 .非特權(quán)指令：也稱為用戶指令或普通指令，是普通用戶能夠直接使用的指令。這是指令 集中除特權(quán)指令外的所有指令。5 .操作系統(tǒng)的用戶觀點和系統(tǒng)觀點：用戶觀點：為用戶提供使用計算機系統(tǒng)的接口和各種資源管理服務(wù)（從系統(tǒng)外部看）系統(tǒng)觀點：管理和分配計算機系統(tǒng)硬件及軟件資源。因 此，操作系統(tǒng)是計算機資源的管理者（從系統(tǒng)內(nèi)部看6 .操作系統(tǒng)：是控制和管理計算機系統(tǒng)內(nèi)各種硬件和軟件資源、

2、有效地組織多道程序運行的系統(tǒng)軟件（或程序集合），是用戶與計算機之間的接口。功能：處理機管理、存儲器管理、設(shè)備管理、文件管理、用戶接口7 .多道程序設(shè)計的基本思想：在內(nèi)存中同時存放多道程序，在管理程序的控制下交替地執(zhí)行。這些作業(yè)共享 CPU和系統(tǒng)中的其他資源。8 .多道批處理系統(tǒng)優(yōu)缺點：優(yōu)點：系統(tǒng)資源利用率高；系統(tǒng)吞吐量大。缺點：用戶作業(yè)等待時間長；無交互性，用戶一旦提交作業(yè)就失去了對其運行的控制能力9 .多道：系統(tǒng)在內(nèi)存中存放多個作業(yè)，并且在外存上還保存大量的后備作業(yè)。10 .成批：系統(tǒng)按批次調(diào)度作業(yè)，而在系統(tǒng)運行過程中不允許用戶和機器之間發(fā)生交互作用。11 .分時：對時間的共享。在分時系統(tǒng)中

3、，分時主要是指若干并發(fā)程序?qū)PU時間的共享12 . Linux系統(tǒng)特點：與UNIX兼容；自由軟件，源碼公開；性能高，安全性強 ；便于定制和再開發(fā)；互操作性高；全面的多任務(wù)和真正的 32位操作系統(tǒng)13 .進(jìn)程概念：程序在并發(fā)環(huán)境中的執(zhí)行過程進(jìn)程最根本的屬性：是動態(tài)性和并發(fā)性進(jìn)程的特征：動態(tài)性 并發(fā)性獨立性異步性批處理系統(tǒng)的特征：脫機多道成批處理分時系統(tǒng)的特征：多路性獨立性及時性交互性14 .進(jìn)程間的相互關(guān)系主要分為如下三種形式：1.互斥一一競爭同一資源而發(fā)生相互制約2.同步一一協(xié)同完成一項任務(wù) 3.通信一一交換信息，合作完成一項工作15 .進(jìn)程和程序的區(qū)別和聯(lián)系：（1）進(jìn)程是動態(tài)概念，程序是靜

4、態(tài)概念（2）進(jìn)程有并發(fā)性，程序沒有（3） 一個程序?qū)?yīng)多個進(jìn)程（4）進(jìn)程有三個基本狀態(tài)*If I進(jìn)程的三種狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換16 .進(jìn)程控制塊的作用：每個進(jìn)程有唯一白進(jìn)程控制塊；操作系統(tǒng)根據(jù)PCB對進(jìn)程實施控制和管理；進(jìn)程的動態(tài)、并發(fā)等特征是利用PCB表現(xiàn)出來的；PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)識17 .臨界資源：一次僅允許一個進(jìn)程訪問的資源18 .臨界區(qū)：簡稱 CS區(qū)進(jìn)程中訪問臨界資源的那段程序代碼19 .原語是為完成某些特定的功能而編制的一段系統(tǒng)程序。原語操作也稱做 原子操作”，即一個操作中的所有動作要么全做，要么全不做。執(zhí)行原語操作時，要屏蔽中斷，以保證其操作的不可分割性。即它是不可中斷的過程。0時代

5、表可用的資源數(shù)，小于 0時,20 .信號量的值與相應(yīng)資源的使用情況有關(guān)信號量大于 其絕對值表示正在等待使用該資源的進(jìn)程數(shù)21 .對信號量的操作有如下嚴(yán)格限制：1）信號量可以賦初值，且初值為非負(fù)數(shù)。2）在使用過程中，信號量的值可以修改，但只能由P和V操作來訪問，不允許通過其他方式來查看或操縱信號量。3）設(shè)信號量為S,對S的P操作記為P（S）,對S的V操作記為 V（S）。22 .信號量S對應(yīng)某種資源（1） S>0時，|S|表示資源可用量；（2） P（S）表示申請一個該類資 源；（3） S<0時，|S|表示等待該信號量的進(jìn)程數(shù)；（4） V（S）表示釋放一個該類資源；23 .用P和V操作實

6、現(xiàn)同步時應(yīng)注意： 分析進(jìn)程間的制約關(guān)系，確定信號量種類。 信號量的初值與相應(yīng)資源的數(shù)量有關(guān)，也與P, V操作在程序代碼中出現(xiàn)的位置有關(guān)。 同一信號量的P, V操作要 成對”出現(xiàn)，但是，它們分別出現(xiàn)在不同的進(jìn)程代碼中。24 .死鎖 是指各并發(fā)進(jìn)程彼此互相等待對方所擁有的資源，且這些并發(fā)進(jìn)程在得到對方的 資源之前不會釋放自己所擁有的資源。從而造成大家都想得到資源而又都得不到資源， 各并發(fā)進(jìn)程不能繼續(xù)向前推進(jìn)的狀態(tài)25 .產(chǎn)生死鎖的根本原因：資源有限且操作不當(dāng)產(chǎn)生條件：1.互斥條件2.占有且申請條件 3.不可搶占條件 4.環(huán)路等待條件 策略：預(yù)防死鎖避免死鎖檢驗死鎖解除死鎖26 .作業(yè)：是用戶定義的

7、、由計算機完成的工作單位27 .作業(yè)狀態(tài)提交狀態(tài)：用戶向系統(tǒng)提交一個作業(yè)后備狀態(tài)（收容狀態(tài)）：作業(yè)送入輸入井中存放，等待進(jìn)入內(nèi)存 執(zhí)行狀態(tài)：作業(yè)被調(diào)入內(nèi)存，并在 CPU上執(zhí)行。 完成狀態(tài)：完成計算任務(wù)，由系統(tǒng)回收資源，準(zhǔn)備退出系統(tǒng)28 .作業(yè)控制塊 JCB: 1）系統(tǒng)為每個作業(yè)設(shè)置了一個作業(yè)控制塊（JCB）。2）它記錄該作業(yè)的有關(guān)信息。3） JCB是作業(yè)在系統(tǒng)中存在的標(biāo)志29 .作業(yè)調(diào)度是宏觀調(diào)度。進(jìn)程調(diào)度是微觀調(diào)度30 .時間片長度的選擇非常重要，將直接影響系統(tǒng)開銷和響應(yīng)時間。如果時間片長度很小， 則調(diào)度程序剝奪處理機的次數(shù)頻繁，加重系統(tǒng)開銷反之，如果時間片長度選擇過長，比方說一個時間片就能

8、保證就緒隊列中所有進(jìn)程都執(zhí)行完畢，則輪轉(zhuǎn)法就退化成先來先服務(wù)算法。31 .影響時間片大小設(shè)置的主要因素有：系統(tǒng)響應(yīng)時間、就緒進(jìn)程數(shù)目（終端數(shù)目）32 .先來先服務(wù)：比較有利于長作業(yè)，而不利于短作業(yè)。容易實現(xiàn)，但效率較低33 .短作業(yè)優(yōu)先：能有效地降低作業(yè)的平均等待時間和提高系統(tǒng)的吞吐量。但該算法對長作業(yè)很不利，并且不能保證緊迫性作業(yè)會被及時處理。 w s34 .高響應(yīng)比優(yōu)先法：高響應(yīng)比優(yōu)先法是一種非搶占方式。RR 丁-這種折中算法既照顧到短進(jìn)程，又考慮了長進(jìn)程。其缺點是調(diào)度之前需要計算進(jìn)程的響應(yīng)比，從而增加系 統(tǒng)的開銷。另外，對于實時進(jìn)程無法做出及時反應(yīng)。35 .中斷是指CPU對系統(tǒng)發(fā)生的某個

9、事件做出的一種反應(yīng)，使得CPU暫停當(dāng)前正在執(zhí)行的程序，保留現(xiàn)場后執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，待處理完畢后，又返回原來被中斷處繼續(xù)執(zhí)行 或調(diào)度新的進(jìn)程執(zhí)行的過程。在操作系統(tǒng)中，實現(xiàn)進(jìn)程并發(fā)的基礎(chǔ)就是中斷機制36 .系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)過程：用戶在程序中使用系統(tǒng)調(diào)用，給出系統(tǒng)調(diào)用名和函數(shù)后，即產(chǎn)生一條相應(yīng)的陷入指令，通過陷入處理機制調(diào)用服務(wù)，引起處理機中斷，然后保護(hù)處理 機現(xiàn)場，取系統(tǒng)調(diào)用功能號并尋找子程序入口，通過人口地址表來調(diào)用系統(tǒng)子程序，然 后返回用戶程序繼續(xù)執(zhí)行。37 .重定位：程序和數(shù)據(jù)裝入內(nèi)存時，需對目標(biāo)程序中的地址進(jìn)行修改。這種把邏輯地址轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)存物理地址的過程稱作重定位38 .靜態(tài)重定位：目標(biāo)程

10、序裝入內(nèi)存時，由裝入程序?qū)δ繕?biāo)程序中的指令和數(shù)據(jù)的地址進(jìn)行修改，即把程序的邏輯地址都改為實際的內(nèi)存地址。39 .動態(tài)重定位：在程序執(zhí)行期間，每次訪問內(nèi)存之前進(jìn)行重定位。目標(biāo)程序可不經(jīng)過任何 改動而裝入物理內(nèi)存單元。40 .交換技術(shù)與覆蓋技術(shù)共同點：基本思想：一個程序并不需要一開始就把它的全部指令和 數(shù)據(jù)都裝入內(nèi)存后再執(zhí)行。進(jìn)程的程序和數(shù)據(jù)主要放在外存，當(dāng)前需要執(zhí)行的部分放在內(nèi)存，內(nèi)外存之間進(jìn)行信息交換41 .覆蓋和交換的區(qū)別：與覆蓋技術(shù)相比，交換不要求程序員給出程序段之間的覆蓋結(jié)構(gòu)， 而且，交換主要是在進(jìn)程或作業(yè)之間進(jìn)行，而覆蓋則主要在同一個作業(yè)或同一個進(jìn)程內(nèi)進(jìn)行。另外，覆蓋只能覆蓋那些與覆蓋

11、程序段無關(guān)的程序段。42 .覆蓋：把程序劃分為若干個功能上相對獨立的程序段，按照其自身的邏輯結(jié)構(gòu)將那些不會同時執(zhí)行的程序段共享同一塊內(nèi)存區(qū)域。42 .覆蓋實現(xiàn)要求：作業(yè)各模塊之間有明確的調(diào)用結(jié)構(gòu)，程序員必須完成把一個程序劃分成不同的程序段，向系統(tǒng)指明覆蓋結(jié)構(gòu)，然后由由操作系統(tǒng)完成覆蓋43 .交換：是指先將內(nèi)存某部分的程序或數(shù)據(jù)寫入外存交換區(qū)，再從外存交換區(qū)中調(diào)入指定的程序或數(shù)據(jù)到內(nèi)存中來，并讓其執(zhí)行的一種內(nèi)存擴充技術(shù)。44 .分頁存儲管理的基本方法邏輯空間分頁一一頁面或頁；頁號內(nèi)存空間分塊一一內(nèi)存塊或頁框邏輯地址表示45 .內(nèi)存分配原則：以塊為單位每個頁面對應(yīng)一個內(nèi)存塊內(nèi)存塊可不連續(xù)46 .頁

12、式管理每取一次數(shù)據(jù)，至少要訪問2次內(nèi)存。47 .段式管理每取一次數(shù)據(jù)，至少要訪問2次內(nèi)存。48 .分段：以段為單位分配內(nèi)存，每段分配一個連續(xù)的內(nèi)存區(qū)。同一進(jìn)程所包含的各段之 間不要求連續(xù)。49 .程序的邏輯地址要用兩個成分來表示：段號s和段內(nèi)地址d50 .段頁式邏輯地址的構(gòu)成由三部分組成：即段號s,段內(nèi)頁號p和頁內(nèi)相對地址 do51 . 進(jìn)程的邏輯地址空間是二維的52 .虛擬存儲器：的容量是由計算機的地址結(jié)構(gòu)決定的，若 CPU有32位地址，則它的虛擬 地址空間為23253 .請求分頁的基本思想：當(dāng)一個進(jìn)程的部分頁面在內(nèi)存時就可調(diào)度它運行；在運行過程中若用到的頁面尚未在內(nèi)存，則把它們動態(tài)換入內(nèi)存

13、。頁表項增加一個標(biāo)志位，用來標(biāo)示 該頁面是否在內(nèi)存中54 .段的二維結(jié)構(gòu)：是由于每個段是一個首地址為零的、連續(xù)的一維線性空間，段的長度是 不固定的。每個段定義一組邏輯上完整的程序或數(shù)據(jù)。55 .先進(jìn)先出法：總是淘汰在內(nèi)存中停留時間最長（年齡最老）的一頁，即先進(jìn)入內(nèi)存的頁，先被換出。56 .先進(jìn)先出存在 Belady異?，F(xiàn)象，即缺頁率隨內(nèi)存塊增加而增加。先進(jìn)先出算法產(chǎn)生 Belady現(xiàn)象的原因：在于它根本沒有考慮程序執(zhí)行的動態(tài)特征。57 .最佳置換算法其實質(zhì)是：為調(diào)入新頁面而必須預(yù)先淘汰某個老頁面時，所選擇的老頁面應(yīng)在將來不被使用，或者是在最遠(yuǎn)的將來才被訪問。58 .最近最少使用置換法：當(dāng)需要置

14、換一頁時， 選擇在最近一段時間里最久沒有使用過的頁面予以淘汰。59 .在UNIX/Linux 和MS-DOS系統(tǒng)中，按文件的內(nèi)部構(gòu)造和處理方式分類：普通文件 由表示程序、數(shù)據(jù)或文本的字符串構(gòu)成，內(nèi)部沒有固定的結(jié)構(gòu)。目錄文件由下屬文件的目錄信息構(gòu)成的文件。特別文件特指各種外部設(shè)備。使用文件前必須先打開文件60 .文件的邏輯結(jié)構(gòu)可分為兩大類：字符流式的無結(jié)構(gòu)文件和記錄式的有結(jié)構(gòu)文件。61 .連續(xù)文件（順序文件）它是把一個邏輯上連續(xù)的文件信息存放在連續(xù)編號的物理塊中。62 .鏈接文件（串連文件）把一個邏輯上連續(xù)的文件分散存放在不同的物理塊中，這些物理 塊不要求連續(xù)，也不必規(guī)則排列。63 .索引文件系

15、統(tǒng)為每個文件建立一索引表，其中的表項指出存放該文件的各個物理塊號。指示邏輯記錄和物理記錄之間的對應(yīng)關(guān)系表64 .無結(jié)構(gòu)文件文件內(nèi)部不再劃分記錄，是由一組相關(guān)信息組成的有序字符流，即流式文件65 .有結(jié)構(gòu)文件：又稱記錄式文件。它在邏輯上可被看成一組連續(xù)記錄的集合，即文件是由 若干相關(guān)記錄組成，且對每個記錄編上號碼 。66 .磁帶存儲器是一種順序存取的存儲設(shè)備67 .磁盤存儲器是一種直接存取的存儲設(shè)備68 .對硬盤上一個物理塊的訪問要提供三個參數(shù)：分別是柱面號、磁頭號、扇區(qū)號。69 .文件保護(hù)：指文件本身需要防止文件的擁有者本人或其他用戶破壞文件內(nèi)容。70 .文件保密：指未經(jīng)文件擁有者許可，任何用

16、戶不得訪問該文件。71 .樹形目錄結(jié)構(gòu)具有下列特點：1層次清楚。2解決了文件重名問題。3查找搜索速度快。72 .通道接受主機的委托，獨立地執(zhí)行通道程序，對外部設(shè)備的 I/O操作進(jìn)行控制，以實現(xiàn) 內(nèi)存和外設(shè)之間的成批數(shù)據(jù)傳輸。通道是一種特殊的處理機，具有執(zhí)行I/O指令集的能力。73 .外圍設(shè)備和內(nèi)存之間的常用數(shù)據(jù)傳送控制方式有4種。即：（1）程序直接控制方式；（2）中斷控制方式；（3） DMA方式；（4）通道方式。74 .緩沖技術(shù)的引入：凡是數(shù)據(jù)到達(dá)速率和離去速率不同的地方都可設(shè)置緩沖區(qū)。75 .引入緩沖的主要目的是： 緩和CPU與I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾；提高它們之間的并行性；減少對 CPU的中斷次數(shù)，放寬 CPU對中斷響應(yīng)時間的要求76 .磁盤存取時間：尋道時間：是指系統(tǒng)把磁頭移到相應(yīng)的磁道或柱面上所用時間；77 .作業(yè)與進(jìn)程的關(guān)系： 作業(yè)可被看作是用戶向計算機提交任務(wù)的任務(wù)實體，進(jìn)程則是計算機為了