操作系統(tǒng)原理知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1、第一章緒論1、操作系統(tǒng)是一組控制和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源、合理的對(duì)各類作業(yè)進(jìn)行調(diào)度以方便用戶的程序集合2、操作系統(tǒng)的目標(biāo):方便性、有效性、可擴(kuò)展性、開發(fā)性3、操作系統(tǒng)的作用:作為計(jì)算機(jī)硬件和用戶間的接口、作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者、作為擴(kuò)充機(jī)器4、單批道處理系統(tǒng):作業(yè)處理成批進(jìn)行,內(nèi)存中始終保持一道作業(yè)(自動(dòng)性、順序性、單道性5、多批道處理系統(tǒng):系統(tǒng)中同時(shí)駐留多個(gè)作業(yè),優(yōu)點(diǎn):提高CPU利用率、提高I/O設(shè)備和內(nèi)存利用率、提高系統(tǒng)吞吐量(多道性、無序性、調(diào)度性6、分時(shí)技術(shù)特性:多路性、交互性、獨(dú)立性、及時(shí)性,目標(biāo):對(duì)用戶響應(yīng)的及時(shí)性7、實(shí)時(shí)系統(tǒng):及時(shí)響應(yīng)外部請(qǐng)求,在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成事件處理,任務(wù)

2、類型:周期性、非周期性或硬實(shí)時(shí)任務(wù)、軟實(shí)時(shí)任務(wù)8、操作系統(tǒng)基本特性:并發(fā)、共享、虛擬、異步性并行是指兩或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生。并發(fā)是兩或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生?；コ夤蚕?一段時(shí)間只允許一個(gè)進(jìn)程訪問該資源同時(shí)訪問:微觀上仍是互斥的虛擬是指通過某種技術(shù)把一個(gè)物理實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物。異步是指運(yùn)行進(jìn)度不可預(yù)知。共享性和并發(fā)性是操作系統(tǒng)兩個(gè)最基本的特征9、操作系統(tǒng)主要功能:處理機(jī)管理、存儲(chǔ)器管理、設(shè)備管理、文件管理、用戶管理第二章進(jìn)程的描述和控制1、程序順序執(zhí)行特征:順序性、封閉性、可再現(xiàn)性2、程序并發(fā)執(zhí)行特征:間斷性、失去封閉性、不可再現(xiàn)性3、前趨圖:有向無循環(huán)圖,用于描述進(jìn)程之間執(zhí)

3、行的前后關(guān)系表示方式:(1p1-p2(2-=(p1,p2| p1 必須在p2開始前完成節(jié)點(diǎn)表示:一條語句,一個(gè)程序段,一進(jìn)程。(詳見書P324、進(jìn)程的定義:(1是程序的一次執(zhí)行過程,由程序段、數(shù)據(jù)段、程序控制塊(PBC三部分構(gòu)成,總稱“進(jìn)程映像”(2是一個(gè)程序及其數(shù)據(jù)在處理機(jī)上順序執(zhí)行時(shí)所發(fā)生的活動(dòng)(3是程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上的運(yùn)行過程(4進(jìn)程是進(jìn)程實(shí)體的運(yùn)行過程,是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位進(jìn)程特征:動(dòng)態(tài)性、并發(fā)性、獨(dú)立性、異步性由“創(chuàng)建”而產(chǎn)生,由“調(diào)度”而執(zhí)行;由得不到資源而“阻塞”,由“撤消”而消亡 5、進(jìn)程與程序關(guān)系進(jìn)程 程序 概念動(dòng)態(tài)實(shí)體,強(qiáng)調(diào)執(zhí)行過程 靜態(tài)實(shí)體,是指令的有

4、序集合 特征 并發(fā)性、獨(dú)立性、異步性, 是競爭計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的基本單位無并行特性,是靜止的二者聯(lián)系不同進(jìn)程可以共享同一程序,只要對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)集不同6、進(jìn)程的三種狀態(tài):就緒、阻塞、執(zhí)行轉(zhuǎn)換: 增加掛起: 7、進(jìn)程控制塊(PCB 的作用:進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志。8、進(jìn)程創(chuàng)建:(1申請(qǐng)空白PCB (一個(gè)系統(tǒng)的PCB 是有限的(2為新進(jìn)程分配資源(3初始化PCB(4將新進(jìn)程插入就緒隊(duì)列。進(jìn)程終止:(1檢查進(jìn)程狀態(tài);(2執(zhí)行態(tài)中止,且置調(diào)度標(biāo)志為真。(3有無子孫需終止。(4歸還資源給其父進(jìn)程或系統(tǒng)。(5從PCB 隊(duì)列中移出PCB.9、原語:是由若干條指令組成的,用于完成一定功能的一個(gè)過程,原語在執(zhí)行中不允許被中

5、斷,原語的作用是實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的通信和控制。10、進(jìn)程同步:并發(fā)進(jìn)程在執(zhí)行次序上的協(xié)調(diào),以達(dá)到有效的資源共享和相互合作,使程序執(zhí)行有可再現(xiàn)性。11、兩種制約關(guān)系:資源共享關(guān)系:(進(jìn)程間接制約需互斥地訪問臨界資源。相互合作關(guān)系:(進(jìn)程直接制約12、臨界資源:一次僅允許一個(gè)進(jìn)程訪問的資源引起不可再現(xiàn)性是因?yàn)榕R界資源沒有互斥訪問。臨界區(qū):進(jìn)程訪問臨界資源的那段代碼。13、同步資源應(yīng)遵循的準(zhǔn)則:空閑讓進(jìn)、忙則等待、有限等待、讓權(quán)等待14、整形信號(hào)量、記錄型信號(hào)量、AND型信號(hào)量(書P53 2.4.3和2.4.415、生產(chǎn)者消費(fèi)者問題(書P6016、操作系統(tǒng)中引入進(jìn)程的目的是為了使多個(gè)程序能并發(fā)執(zhí)行,以提高資

6、源利用率和系統(tǒng)吞吐量,在操作系統(tǒng)中再次引入縣城,則是為了減少程序在并發(fā)執(zhí)行時(shí)所付出的時(shí)空開銷。17、管程的定義:定義了一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和能為并發(fā)進(jìn)程在該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上執(zhí)行的一組操作,這祖操作能同步進(jìn)程和個(gè)i變管程中的數(shù)據(jù)。18、線程的概念:線程是金成中的一個(gè)實(shí)體,是被系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位。一個(gè)線程可以創(chuàng)建和撤銷另一個(gè)線程;同一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程之間可以并發(fā)執(zhí)行。19、進(jìn)程與線程比較進(jìn)程線程引入目的能并發(fā)執(zhí)行,提高資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量提高并發(fā)執(zhí)行的程度,減小開銷,進(jìn)一步提高資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量并發(fā)性較低較高基本屬性(調(diào)度資源擁有的基本單位獨(dú)立調(diào)度/分派的基本單位基本狀態(tài)就緒;執(zhí)行;等待就

7、緒;執(zhí)行;等待擁有資源資源擁有的基本單位無資源分配系統(tǒng)開銷創(chuàng)建/撤銷/切換時(shí)空開銷大創(chuàng)建/撤銷/切換時(shí)空開銷較小系統(tǒng)操作創(chuàng)建,撤銷,切換創(chuàng)建,撤銷,切換存在標(biāo)志進(jìn)程控制塊(PCB線程控制塊(TCB關(guān)系單進(jìn)程單線程;單進(jìn)程多線程;多進(jìn)程單線程;多進(jìn)程多線程第三章處理機(jī)調(diào)度與死鎖1、處理機(jī)調(diào)度:高級(jí)調(diào)度(作業(yè)調(diào)度、長程調(diào)度:將外存上的作業(yè)插入就緒隊(duì)列。中級(jí)調(diào)度(中程調(diào)度:為提高系統(tǒng)吞吐量和內(nèi)存利用率而引入的一內(nèi)外存對(duì)換功能。低級(jí)調(diào)度(進(jìn)程調(diào)度、短程調(diào)度:把處理器分配給程序,對(duì)象是進(jìn)程。高級(jí)調(diào)度與低級(jí)調(diào)度的區(qū)別高級(jí)調(diào)度又稱為作業(yè)調(diào)度或長程調(diào)度,調(diào)度對(duì)象是作業(yè),作業(yè)調(diào)度往往發(fā)生于一個(gè)(批作業(yè)運(yùn)行完畢,

8、退出系統(tǒng),而需要重新調(diào)入一個(gè)(批作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存時(shí),故作業(yè)調(diào)度的周期長;低級(jí)調(diào)度又稱為進(jìn)程調(diào)度和短程調(diào)度,調(diào)度物件為進(jìn)程(或內(nèi)核級(jí)線程,進(jìn)程調(diào)度的運(yùn)行頻率最高,是最基本的一種調(diào)度,多道批處理、分時(shí)、實(shí)時(shí)三類OS 中必須配置這種調(diào)度。引入中級(jí)調(diào)度的主要目的:是為了提高系統(tǒng)資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量2、選擇調(diào)度方式和調(diào)度算法的準(zhǔn)則:面向用戶準(zhǔn)則:(1周轉(zhuǎn)時(shí)間短平均周轉(zhuǎn)時(shí)間:帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間:(2響應(yīng)時(shí)間快(對(duì)交互性作業(yè)(3截止時(shí)間保證(特別對(duì)于實(shí)時(shí)系統(tǒng)(4優(yōu)先權(quán)準(zhǔn)則(需要搶占調(diào)度3、面向系統(tǒng)準(zhǔn)則(1系統(tǒng)吞吐量高(2處理機(jī)利用率好(3各類資源平衡利用4、調(diào)度算法:在OS中調(diào)度實(shí)質(zhì)是一種資源的分配。先來先服務(wù)(

9、FIFO 和短作業(yè)(進(jìn)程優(yōu)先調(diào)度算法(SJF/SPF 、高優(yōu)先權(quán)優(yōu)先調(diào)度算法、基于時(shí)間片的輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法。實(shí)時(shí)調(diào)度算法:最早截止時(shí)間優(yōu)先(EDF :根據(jù)任務(wù)的截止時(shí)間來確定任務(wù)的優(yōu)先級(jí)截止時(shí)間越早,優(yōu)先級(jí)越高可以是搶占式或非搶占式最低松弛度優(yōu)先(LLF :主要用于可搶占的調(diào)度方式中松弛度 = 必須完成時(shí)間 - 本身運(yùn)行時(shí)間 - 當(dāng)前時(shí)間6、何謂死鎖?產(chǎn)生死鎖的原因和必要條件是什么?a.死鎖是指多個(gè)進(jìn)程因競爭資源而造成的一種僵局,若無外力作用,這些進(jìn)程都將永遠(yuǎn)不能再向前推進(jìn);11=ni i T n T 11=n i si T T n Wb.產(chǎn)生死鎖的原因有二,一是競爭資源,二是進(jìn)程推進(jìn)順序非法;c

10、.必要條件是: 互斥條件,請(qǐng)求和保持條件,不剝奪條件和環(huán)路等待條件8、處理死鎖的基本方法:(1預(yù)防死鎖破壞產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件中的一個(gè)或幾個(gè)條件(2避免死鎖破壞產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件(3檢測死鎖通過系統(tǒng)設(shè)置的檢測機(jī)構(gòu),及時(shí)檢測出死鎖的發(fā)生(4解除死鎖撤銷或掛起一些進(jìn)程預(yù)防死鎖的方法:a.摒棄請(qǐng)求和保持條b.摒棄不剝奪條件c.摒棄環(huán)路等待條件9、(大題銀行家算法、安全性算法(1如果Request=Need,去(2,否則錯(cuò)誤(2如果Request=Available,去(3,否則等待(3系統(tǒng)嘗試分配資源給進(jìn)程Pi,并修改值A(chǔ)vailable = Available RequestAllocati

11、on= Allocations+ RequestNeed= Need Request(4安全檢查,即所有進(jìn)程都順利完成第四章存儲(chǔ)器管理1、程序的裝入:絕對(duì)裝入:編譯后,裝入前已產(chǎn)生了絕對(duì)地址(內(nèi)存地址,裝入時(shí)不再作地址重定位。可重定位裝入:靜態(tài)重定位:裝入時(shí)完成,主要工作是對(duì)相對(duì)地址中的指令和數(shù)據(jù)地址的調(diào)整過程。動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)裝入(動(dòng)態(tài)重定位:程序執(zhí)行過程中,當(dāng)訪問指令或數(shù)據(jù)時(shí),才進(jìn)行的地址變換方法2、程序的鏈接:靜態(tài)鏈接、裝入時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接、運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接。3、連續(xù)分配方式:單一連續(xù)分配:用于單用戶單任務(wù)分區(qū)式分配:固定分區(qū)分配:分區(qū)大小不相等的利用率更高;動(dòng)態(tài)分區(qū)分配;可重定位分區(qū)分配。4、分配算

12、法:首次適應(yīng)算法要求:分區(qū)按低址高址鏈接特點(diǎn):找到第一個(gè)大小滿足的分區(qū),劃分。有外零頭,低址內(nèi)存使用頻繁。循環(huán)首次適應(yīng)算法從上次查找的位置的下一個(gè)空閑空閑分區(qū)開始查找。特點(diǎn):空閑分區(qū)分布均勻,提高了查找速度;缺乏大的空閑分區(qū)。最佳適應(yīng)算法分區(qū)按大小遞增排序分區(qū)釋放時(shí)需插入到適當(dāng)位置。5、對(duì)換:概念:將阻塞的進(jìn)程,暫時(shí)不用的程序、數(shù)據(jù)換出,將具備運(yùn)行條件的數(shù)據(jù)換入。類型:整體對(duì)換、部分對(duì)換(頁面對(duì)換、分段對(duì)換空間管理:分為對(duì)換區(qū)和文件區(qū)對(duì)換區(qū)比文件區(qū)側(cè)重于對(duì)換速度因此,對(duì)換區(qū)一般采用連續(xù)分配。采用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和分配回收類似于可變化分區(qū)分配。6、頁面與頁表分頁存儲(chǔ)管理是將一個(gè)進(jìn)程的邏輯地址空間分成若干

13、個(gè)大小相等的片,稱為頁面或頁。由于進(jìn)程的最后一頁經(jīng)常裝不滿一塊而形成不可利用的碎片,稱為“頁內(nèi)碎片”。系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)程建立一張頁面映像表,簡稱頁表。頁表的作用是實(shí)現(xiàn)從頁號(hào)到物理塊號(hào)的地址映射。7、基本分頁存儲(chǔ)管理方式:連續(xù)分配引起碎片碎片問題的解決:緊湊方式消耗系統(tǒng)開銷解決方式用離散分配:分頁、分段、段頁頁面和物理塊:由機(jī)器的地址結(jié)構(gòu)決定,將一個(gè)進(jìn)程的邏輯地址空間分成若干個(gè)大小相等的片,稱為頁面或頁,并為各頁加以編號(hào),從0開始。相應(yīng)的把內(nèi)存空間分成與頁面相同大小的若干個(gè)存儲(chǔ)塊,稱為物理塊或頁框。頁面大小:通常在512B8KB頁太大,頁內(nèi)碎片大。頁太小:頁表可能很長,換入/出效率低地址結(jié)構(gòu)(邏輯地

14、址換物理地址基礎(chǔ)(參照ppt第四章和書P139地址變換機(jī)構(gòu):頁表完成邏輯頁號(hào)到物理塊號(hào)的映射有快表訪問內(nèi)存速度會(huì)提高,但是快表不能太多題型:已知一次存取時(shí)間和快表命中率求訪問時(shí)間已知邏輯地址求物理地址(第四章PPT有詳解8、基本分段儲(chǔ)存管理:即多重定位分區(qū)管理原因:引入分段存儲(chǔ)管理方式,主要是為了滿足用戶和程序員的下述一系列需要:(1方便編程(2分段共享(3分段保護(hù)(4動(dòng)態(tài)鏈接(5動(dòng)態(tài)增長對(duì)用戶而言分段是二維的:段號(hào)+段內(nèi)地址分段基本原理:每個(gè)段定義了一組邏輯信息,主程序段、子程序段、數(shù)據(jù)段等分頁與分段的區(qū)別:(1頁是信息的物理單位,段是邏輯單位(2頁長度固定,段長度不固定(由用戶指定(3一維

15、與二維段式系統(tǒng)易于共享9、虛擬存儲(chǔ)器常規(guī)存儲(chǔ)器特征:一次性、駐留性局部性原理:時(shí)間局部性(循環(huán)執(zhí)行、空間局部性(順序執(zhí)行虛擬存儲(chǔ)器定義:具有請(qǐng)求調(diào)入功能和置換功能,能從邏輯上對(duì)內(nèi)存容量進(jìn)行擴(kuò)充的一種存儲(chǔ)系統(tǒng)虛擬存儲(chǔ)器實(shí)質(zhì):以時(shí)間換空間,但時(shí)間犧牲不大虛擬存儲(chǔ)器特征:離散性(部分裝入、多次性(局部多次裝入、對(duì)換性、虛擬性(大題必考9、頁面置換算法:FIFO、LRU、CLOCK(第四章ppt、書第五章設(shè)備管理1、設(shè)備分類:按速度分:低(鍵盤、中(打印機(jī)、高(磁盤按信息交換單位分:塊(磁盤、字符(打印機(jī)按設(shè)備的共享屬性分:獨(dú)占(臨界資源、共享(磁盤、虛擬2、設(shè)備控制器:接收CPU命令,控制I/O設(shè)備

16、工作,解放CPU3、I/O通道:一種特殊的執(zhí)行I/O指令的處理機(jī),與CPU共享內(nèi)存,可以有自己的總線。 CPU只需發(fā)送I/O命令給通道,通道通過調(diào)用內(nèi)存中的相應(yīng)通道程序完成任務(wù)類型:字節(jié)多路通道:各子通道以時(shí)間片輪轉(zhuǎn)方式共享通道,適用于低、中速設(shè)備數(shù)組選擇通道:無子通道,僅一主通道,某時(shí)間由某設(shè)備獨(dú)占,適于高速設(shè)備。但通道未共享,利用率低數(shù)組多路通道:多子通道不是以時(shí)間片方式,而是“按需分配”,綜合了前面2種通道類型的優(yōu)點(diǎn)4、I/O控制的四個(gè)階段:程序I/O、中斷I/O、DMA控制、通道控制5、DMA控制器的組成DMA控制器由三部分組成:主機(jī)與DMA控制器的接口、DMA控制器與塊設(shè)備的接口、I

17、/O控制邏輯。為了實(shí)現(xiàn)主機(jī)與控制器之間成塊數(shù)據(jù)的直接交換,需設(shè)置DMA控制器中四類寄存器DR:數(shù)據(jù)寄存器,暫存從設(shè)備到內(nèi)存或從內(nèi)存到設(shè)備的數(shù)據(jù)MAR:內(nèi)存地址寄存器DC:數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器,存放本次CPU要讀或?qū)懙淖?節(jié)數(shù)CR:命令狀態(tài)寄存器,接收從CPU發(fā)來的I/O命令,或相關(guān)控制信息,或設(shè)備狀態(tài)6、緩沖的引入原因操作系統(tǒng)引入緩沖機(jī)制的主要原因可歸結(jié)為以下幾點(diǎn):(1緩和CPU與I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾;(2減少對(duì)CPU的中斷頻率,放寬對(duì)中斷響應(yīng)時(shí)間的限制;(3提高CPU與I/O設(shè)備之間的并行性。7、緩沖池的組成、工作方式三個(gè)隊(duì)列:空緩沖隊(duì)列、輸入隊(duì)列、輸出隊(duì)列四種工作緩沖區(qū):(1用于收容輸入數(shù)據(jù)

18、的工作緩沖區(qū);(2用于提取輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū);(3用于收容輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū);(2用于提取輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū);8、SPOOLING技術(shù):定義:假脫機(jī)技術(shù),在聯(lián)機(jī)狀態(tài)下同時(shí)出現(xiàn)外圍操作作用:通過緩沖方式,將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備特點(diǎn):提高I/O速度。將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能9、磁盤:類型:固定頭磁盤(快、移動(dòng)頭磁盤(慢訪問時(shí)間:(大題尋道方式:FCFS、SSTF、SCAN、CSCAN(PPT 第五章第六章文件系統(tǒng)1、程序和數(shù)據(jù)以文件的形式保留在外存中2、文件的定義屬性:文件是指由創(chuàng)建者所定義的、具有文件名的一組相關(guān)信息的集合,可分為有機(jī)構(gòu)文件和無結(jié)構(gòu)文件。文件的屬性包括:

19、文件類型、文件長度、文件的物理位置、文件的建立時(shí)間。3、文件、記錄和數(shù)據(jù)項(xiàng):數(shù)據(jù)項(xiàng)基本數(shù)據(jù)項(xiàng):可命名的最小邏輯單位/字段組合數(shù)據(jù)項(xiàng):由若干基本數(shù)據(jù)項(xiàng)組成記錄一組相關(guān)數(shù)據(jù)項(xiàng)的集合關(guān)鍵字:能唯一地標(biāo)識(shí)出記錄的基本/組合數(shù)據(jù)項(xiàng)文件具有文件名的一組相關(guān)信息的集合,可分為有結(jié)構(gòu)文件和無結(jié)構(gòu)文件(流式文件4、文件類型:用途:系統(tǒng)文件、用戶文件、庫文件文件中的數(shù)據(jù)形式:源文件、目標(biāo)文件、可執(zhí)行文件存取控制:只執(zhí)行文件、只讀文件、讀寫文件物理安排:順序文件、鏈接文件、索引文件5、文件系統(tǒng)模型概念:文件和對(duì)文件進(jìn)行操縱和管理的軟件集合三個(gè)層:文件(對(duì)象及屬性 文件操作 文件訪問對(duì)象及屬性:文件、目錄、磁盤存儲(chǔ)空間文件系統(tǒng)接口:命令接口、程序接口文件操作基本操作:創(chuàng)建、刪除、讀、寫、截?cái)唷⒃O(shè)置文件的讀寫位置、打開關(guān)閉操作6、文件邏輯結(jié)構(gòu):概念:用戶所能觀察和訪問到的文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織,獨(dú)立于物理特性,容易檢索和修改。無論是邏輯還是物理結(jié)構(gòu),都會(huì)影響到文件的檢索速度邏輯結(jié)構(gòu)類型:有結(jié)構(gòu)文件:定長記錄、變長記錄記錄的組織形式:順序文件、索引文件、順序索引文件無結(jié)構(gòu)文件:流式文件,以字節(jié)為單位,利用讀/寫指針進(jìn)行訪問記錄式文件、流式文件7、順序文件邏輯記錄排序:按記錄時(shí)間排:串結(jié)構(gòu)按關(guān)鍵字排:順序結(jié)構(gòu)后一種情況更有利于提高查詢速度。如可用折半查找法等