操作系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

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，合理地對(duì)各類作業(yè)進(jìn)行調(diào)度，以及方便用戶使用的程序的集合。虛擬機(jī)：在裸機(jī)的基礎(chǔ)上，每增加一層新的操作系統(tǒng)的軟件，就變成了功能更為強(qiáng)大的虛擬機(jī)或虛機(jī)器。操作系統(tǒng)的目標(biāo)：1.方便性2.有效性3.可擴(kuò)充性4.開放性操作系統(tǒng)的作用：OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口；OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者；OS實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象（作擴(kuò)充機(jī)器）。操作系統(tǒng)的特征：并發(fā)性；共享性；虛擬性；異步性推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿Γ翰粩嗵岣哂?jì)算機(jī)資源利用率；方便用戶；器件的不斷更新?lián)Q代；計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展。人工操作方式的特點(diǎn)：用戶獨(dú)占全機(jī)；CPU等待人工操作；獨(dú)占性；串行性。缺點(diǎn):計(jì)算機(jī)的有效機(jī)時(shí)嚴(yán)重浪費(fèi)；效率低脫機(jī)I/O方式的主要優(yōu)點(diǎn):減少了CPU的空閑時(shí)間;提高I/O速度。單道批處理系統(tǒng)的特征:自動(dòng)性;順序性;單道性多道批處理系統(tǒng)原理：用戶所提交的作業(yè)都先存放在外存上并排成一個(gè)隊(duì)列，稱為“后備隊(duì)列”；然后，由作業(yè)調(diào)度程序按一定的算法從后備隊(duì)列中選擇若干個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，使它們共享CPU和系統(tǒng)中的各種資源。多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)資源利用率高；系統(tǒng)吞吐量大；可提高內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率；平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)；無交互能力多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題（1）處理機(jī)管理問題（2）內(nèi)存管理問題（3）I/O設(shè)備管理問題4）文件管理問題（5）作業(yè)管理問題分時(shí)系統(tǒng)：在一臺(tái)主機(jī)上連接了多個(gè)帶有顯示器和鍵盤的終端，同時(shí)允許多個(gè)用戶通過自己的終端，以交互方式使用計(jì)算機(jī)，共享主機(jī)中的資源。時(shí)間片：將CPU的時(shí)間劃分成若干個(gè)片段,稱為時(shí)間片，操作系統(tǒng)以時(shí)間片為單位,輪流為每個(gè)終端用戶服務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)特征的比較：多路性；獨(dú)立性；及時(shí)性；交互性；可靠性操作系統(tǒng)的特征：并發(fā)性；共享性；虛擬性；異步性操作系統(tǒng)的主要功能：處理機(jī)管理；存儲(chǔ)器管理；設(shè)備管理；文件管理；作業(yè)管理對(duì)處理機(jī)管理，可歸結(jié)為對(duì)進(jìn)程的管理：進(jìn)程控制（創(chuàng)建，撤消，狀態(tài)轉(zhuǎn)換）；進(jìn)程同步（互斥，同步）；進(jìn)程通信；進(jìn)程調(diào)度（作業(yè)調(diào)度，進(jìn)程調(diào)度）。存儲(chǔ)器管理功能：內(nèi)存分配（最基本）；內(nèi)存保護(hù)；地址映射；內(nèi)存擴(kuò)充設(shè)備管理功能：設(shè)備分配；設(shè)備處理（相當(dāng)于啟動(dòng)）；緩沖管理；虛擬設(shè)備文件管理功能：文件存儲(chǔ)空間管理；目錄管理；文件讀寫管理；文件保護(hù)。用戶接口：命令接口；程序接口；圖形接口傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：無結(jié)構(gòu)OS；模塊化OS結(jié)構(gòu)；分層式OS結(jié)構(gòu)模塊化操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：操作系統(tǒng)是由按其功能劃分為若干個(gè)具有一定獨(dú)立性和大小的模塊。每個(gè)模塊具有某個(gè)方面的管理功能，規(guī)定好模塊之間的接口。微內(nèi)核的基本功能：進(jìn)程管理-存儲(chǔ)器管理-進(jìn)程通信管理-I/O設(shè)備管理進(jìn)程的特征：動(dòng)態(tài)性（最基本）；并發(fā)性；異步性；獨(dú)立性；結(jié)構(gòu)特征（程序段，數(shù)據(jù)段，進(jìn)程控制塊PCB）進(jìn)程的基本屬性：可擁有資源的獨(dú)立單位；可獨(dú)立調(diào)度和分配的基本單位。進(jìn)程控制塊的基本組成：進(jìn)程標(biāo)識(shí)符；處理機(jī)的狀態(tài)；進(jìn)程調(diào)度所需信息；進(jìn)程控制信息。進(jìn)程控制一般是由操作系統(tǒng)的內(nèi)核中的原語來實(shí)現(xiàn)臨界資源：如打印機(jī)、磁帶機(jī)等一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程進(jìn)行使用的資源。信號(hào)量：整型，記錄型，and型，信號(hào)量集。實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥，前趨關(guān)系，進(jìn)程同步。semaphore同步P操作在互斥P操作前Swait(S,d,d)表示每次申請(qǐng)d個(gè)資源，當(dāng)少于d個(gè)時(shí)，便不分配Swait(S,1,1)表示互斥信號(hào)量Swait(S,1,0)可作為一個(gè)可控開關(guān)（S31時(shí)，允許多個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)；S=0時(shí)，禁止任何進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)）同步機(jī)制應(yīng)遵循的規(guī)則：空閑讓進(jìn)；忙則等待；有限等待；讓權(quán)等待生產(chǎn)者進(jìn)程i：Repeat生產(chǎn)數(shù)據(jù)nextp；wait(empty);wait(mutex);buffer[in]:=nextp;in=(in+1)%n;signal(full);untilfalse;消費(fèi)者進(jìn)程i：Repeatwait(full);wait(mutex);Nextc=buffer(out);out=(out+1)%n;signal(empty);untilfalse;哲學(xué)家i：Repeatwait(SM);wait(chopstick[i]);wait(chopstick[(i+1)%5]);就餐；signal(chopstick[i]);signal(chopstick[(i+1)%5]);signal(sm);繼續(xù)思考；untilfalse;Chopstick[0..4]=1;sm=4讀者進(jìn)程i：REPAETwait(rmutex);ifreadcout=0wait(wmutex);Readcount++;signal(rmutex);訪問數(shù)據(jù)文件；wait(rmutex);Readcount--;Ifreadcout=0wait(wmutex);signal(rmutex);untilfalse;寫者進(jìn)程i：REPAETwait(wmutex);修改文件；signal(wmutex);untilfalse;司機(jī)與售票員的合作問題VARS1=1;S2=0;司機(jī)：Wait(s1);啟動(dòng)車輛；正常行車；到站停車Signal(s2);售票員：Wait(s2);開車門；上下乘客；關(guān)車門Signal(s1);售票讀者進(jìn)程i:Vars=100;mutex=1;Wait(s);Wait(mutex);查登記表，并置某座位為占用態(tài)Signal(mutex);在座位上坐下閱讀；Wait(mutex);查登記表，并置某座為空閑狀態(tài)Signal(mutex);Signal(s);接收原語Procedurereceive(b)BeginJ=internalname;Wait(j.sm);Wait(j.mutex);Remove(j.mq,i);Signal(j.mutex);b.sender=i.sizer;b.size=i.size;b.text=i.size;End;進(jìn)程通信的類型：共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)；消息傳遞系統(tǒng)；管道通信管道通信：用于連接一個(gè)讀進(jìn)程和一個(gè)寫進(jìn)程以實(shí)現(xiàn)他們通信的一個(gè)共享文件，又名Pipe文件，本身提供了互斥和同步進(jìn)程的能力。next:指向下一個(gè)消息緩沖區(qū)的指針線程的屬性：輕型實(shí)體；獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位；可并發(fā)執(zhí)行；共享進(jìn)程資源作業(yè)的狀態(tài)“進(jìn)入”或“提交” “后備”“運(yùn)行” “完成”決定作業(yè)調(diào)度的兩個(gè)因素：多道程序度；調(diào)度算法周轉(zhuǎn)時(shí)間：完成時(shí)間-到達(dá)時(shí)間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間：周轉(zhuǎn)時(shí)間/執(zhí)行時(shí)間先來先服務(wù)(FCFS)短作業(yè)（進(jìn)程）優(yōu)先SJ(P)F高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法HRRN：響應(yīng)比R=（1+T-到達(dá)時(shí)間）/服務(wù)時(shí)間時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法RR準(zhǔn)則：面向用戶的準(zhǔn)則（周轉(zhuǎn)時(shí)間短；反應(yīng)時(shí)間快；截止時(shí)間的保證；優(yōu)先權(quán)準(zhǔn)則）；面向系統(tǒng)的準(zhǔn)則（系統(tǒng)吞吐量高；處理機(jī)利用率好；各類資源的平衡利用）程序的裝入：絕對(duì)裝入方式；可重定位裝入方式；動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)裝入方式。程序的鏈接：1、靜態(tài)鏈接：程序運(yùn)行前先鏈接，再裝入內(nèi)存：1）對(duì)相對(duì)地址的改變2）變換外部調(diào)用符號(hào)2、裝入時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接：裝入內(nèi)存時(shí)，邊裝入邊鏈接。3、運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接：某些模塊的鏈接推遲到執(zhí)行時(shí)才執(zhí)行，用不到的模塊可以不調(diào)入內(nèi)存。產(chǎn)生死鎖的原因競(jìng)爭(zhēng)資源：可剝奪和非剝奪性資源/臨時(shí)性資源；進(jìn)程間推進(jìn)順序非法。死鎖是指多個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行過程中因爭(zhēng)奪資源而造成的一種僵局，若無外力作用，它們都將無法再向前推進(jìn)。處理死鎖的基本方法：預(yù)防死鎖；避免死鎖；檢測(cè)死鎖；解除死鎖產(chǎn)生死鎖的必要條件互斥條件：資源本身的特性；請(qǐng)求和保持條件：在請(qǐng)求不到新資源的時(shí)候進(jìn)程不釋放原來的資源；不剝奪條件：進(jìn)程獲得的資源，為使用完前不可被剝奪；環(huán)路等待條件：進(jìn)程對(duì)資源的請(qǐng)求形成一個(gè)請(qǐng)求環(huán)形鏈預(yù)防死鎖1、打破請(qǐng)求和保持條件：要求進(jìn)程一次性申請(qǐng)到全部資源后再運(yùn)行，不會(huì)產(chǎn)生死鎖，但效率降低2、打破不剝奪條件：要求進(jìn)程提出新資源要求不被滿足后，必須釋放原來的保持的資源，損失代價(jià)嚴(yán)重；3、打破環(huán)路等待條件：對(duì)資源進(jìn)行線性排序編號(hào)，要求每個(gè)進(jìn)程必須從低號(hào)到高號(hào)申請(qǐng)資源，而不考慮進(jìn)程實(shí)際申請(qǐng)資源的先后順序。死鎖的解除剝奪資源；撤消進(jìn)程拼接或緊湊：通過移動(dòng)內(nèi)存中作業(yè)的位置，以把原來多個(gè)分散的小分區(qū)拼接成一個(gè)大分區(qū)的方法。虛擬存儲(chǔ)器的特征：多次性；對(duì)換性；虛擬性銀行家算法：主要用來判斷在當(dāng)前狀態(tài)下如果有進(jìn)程提出資源請(qǐng)求request[]，看是否能滿足該請(qǐng)求：a：判斷請(qǐng)求的合法性，是否滿足小于NEED矩陣中的向量；b：請(qǐng)求的可滿足性判斷，是否小于available[]向量；c：試探分配，修改相應(yīng)的參數(shù)available[]\allocation\need;d：進(jìn)行安全性檢查，若分配后安全，則進(jìn)行分配，若判斷從此進(jìn)入了不安全狀態(tài)，則恢復(fù)原來數(shù)據(jù)，對(duì)進(jìn)程請(qǐng)求不予滿足。安全性算法檢查：（1）設(shè)定兩個(gè)向量work=available;finish[i]=true（2）從進(jìn)程集合中找到一個(gè)能滿足下述條件的進(jìn)程：finish[i]=false;need[i][j]≤work[j];若找到，執(zhí)行步驟3，否則執(zhí)行步驟4（3）當(dāng)進(jìn)程pi獲得資源后，可順利執(zhí)行，直到執(zhí)行，并釋放出分配給它的資源work[j]=work[j]+allocation[i][j];finish[i]=true;Gotostep2(4)如果所有進(jìn)程finish[i]=true都滿足，則系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，否則處于不安全狀態(tài)。Workneed、allocationwork+allocation虛擬存儲(chǔ)器是指具有請(qǐng)求調(diào)入功能和置換功能，能從邏輯上對(duì)內(nèi)存容量加以擴(kuò)充的一種存儲(chǔ)器系統(tǒng)。其邏輯容量由內(nèi)存容量和外存容量之和所決定的。動(dòng)態(tài)分區(qū)分配算法：首次適應(yīng)算法：按地址遞增的順序；循環(huán)首次適應(yīng)算法：從上次找到的空閑分區(qū)的下一個(gè)開始；最佳適應(yīng)算法：按大小遞增的順序；最壞適應(yīng)算法：按地址遞減的順序地址為A，頁面大小L頁號(hào)P，頁內(nèi)地址d：p=int(A/L)d=AmodL分段系統(tǒng)的基本原理：分段：將作業(yè)的邏輯地址空間分為若干個(gè)段，每個(gè)段內(nèi)定義一組邏輯信息。作業(yè)的地址空間分為段號(hào)（名）+段內(nèi)地址兩部分。段表：將不同的段分配到內(nèi)存不連續(xù)的存儲(chǔ)空間，當(dāng)然，具體每個(gè)段，因?yàn)殚L(zhǎng)度可能不同，但是需連續(xù)的存儲(chǔ)空間，因此，段表內(nèi)需確定段號(hào)、段的長(zhǎng)度、段在內(nèi)存的起始地址。分頁與分段區(qū)別：（1）頁是信息的物理單位，為了提高內(nèi)存利用率引入的；段是信息的邏輯單位，是考慮用戶編程需要分成的段。（2）頁的大小固定，段的大小不確定（3）頁的邏輯地址是1維的，段的邏輯地址是2維的。段頁式存儲(chǔ)管理方式基本原理：首先用戶程序分成若干個(gè)段，每個(gè)段內(nèi)再實(shí)施分頁，為每個(gè)段賦予一個(gè)段名。在段頁式系統(tǒng)中，其地址結(jié)構(gòu)由段號(hào)、段內(nèi)頁號(hào)及頁內(nèi)地址三部分組成。頁號(hào)、物理塊號(hào)、狀態(tài)位p、訪問字段A、修改位M、外存地址頁表機(jī)制：頁號(hào)和物理塊號(hào)，狀態(tài)位P（0表示在外存，沒有調(diào)入，1表示在內(nèi)存）；訪問字段A（一段時(shí)間內(nèi)訪問次數(shù)或是否被訪問過，供頁面置換出去時(shí)參考）；修改位M（一段時(shí)間內(nèi)是否被修改過，置換時(shí)需要回寫到外存對(duì)換區(qū)）；外存地址（將來調(diào)入內(nèi)存時(shí)使用）；物理塊的分配策略（1）固定分配局部置換（2）可變分配全局置換（3）可變分配局部置換物理塊分配算法（1）平均分配算法（2）按比例分配算法（3）考慮優(yōu)先權(quán)的分配算法最佳置換算法（Optimal）先進(jìn)先出置換算法（FIFO）最近最久未使用（LRU）Clock置換算法設(shè)備控制器是在CPU和I/O設(shè)備之間的接口，一個(gè)設(shè)備控制器控制幾個(gè)設(shè)備。設(shè)備控制器的功能接收和識(shí)別命令；數(shù)據(jù)交換；標(biāo)識(shí)和報(bào)告設(shè)備的狀態(tài)；地址識(shí)別；數(shù)據(jù)緩沖；差錯(cuò)控制通道是通過執(zhí)行通道程序，并與設(shè)備控制器共同實(shí)現(xiàn)對(duì)I/O設(shè)備的控制的。通道程序是由一系列通道指令所構(gòu)成的。通道程序每條指令：（1）操作碼（2）內(nèi)存地址（3）計(jì)數(shù)（4）通道程序結(jié)束位（5）記錄結(jié)束標(biāo)志。設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1、設(shè)備控制表DCT2、控制器控制表COCT、通道控制表CHCT3、系統(tǒng)設(shè)備表聯(lián)機(jī)命令的類型系統(tǒng)訪問類（login）；磁盤操作類format、diskcopy；文件操作類type；目錄操作類mkdir；其它命令spooling系統(tǒng)組成（1）輸入井和輸出井（2）輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)（3）輸入進(jìn)程spi和輸出進(jìn)程spoSPOOLING系統(tǒng)的特點(diǎn)提高了I/O的速度；將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備；實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能設(shè)備處理程序通常又稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。是I/O進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的通信程序，以進(jìn)程的形式存在，故稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)進(jìn)程。連續(xù)分配的優(yōu)缺點(diǎn)：（1）順序訪問容易（2）順序訪問速度快（3）要求有連續(xù)的存儲(chǔ)空間（4）必須事先知道文件的長(zhǎng)度。顯示鏈接是把鏈接文件個(gè)物理塊的指針顯式的存放在內(nèi)存的一張鏈接表中，整個(gè)磁盤僅設(shè)置一張混合索引分配方式：UNIX系統(tǒng)V的索引結(jié)點(diǎn)中：直接尋址iaddr(0)-iaddr(9)；一次間接尋址iaddr(10)；多次間接尋址iaddr(11)iaddr(12)對(duì)目錄管理的要求如下：（1）實(shí)現(xiàn)“按名存取”（2）提高對(duì)目錄的檢索速度（3）文件共享（4）允許文件重名文件與文件控制塊一一對(duì)應(yīng)，人們把文件控制塊的有序集合稱為文件目錄多級(jí)目錄結(jié)構(gòu)（1）提高了檢索目錄的速度（2）在不同的用戶目錄中，可以使用相同的文件名（3）不同用戶還可以使用不同的文件名來訪問同一個(gè)共享文件。輸入下列命令：cpfile1file2時(shí)，將文件file1拷貝成file2#include<stdio.h>#include<fcntl.h>#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>intmain(intargc,char*argv[]){charbuf[88];intj,n,m;intfd,fd1;fd=open(argv[1],O_RDWR);if(fd<0)printf("open%sfailed",argv[1]);elsej=creat(argv[2],S_IWRITE|S_IREAD);if(j<0)printf("creat%sfailed",argv[2]);elsen=read(fd,buf,sizeof(buf));if(n<0)printf("read%sfailed",argv[1]);elseclose(fd);fd1=open(argv[2],O_RDWR);if(fd1<0)printf("open%sfailed",argv[2]);elsem=write(fd1,buf,n);if(m<0)printf("write%sfailed",argv[2]);elseclose（fd1）；}利用無名管道（用pipe()創(chuàng)建）實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信。父進(jìn)程創(chuàng)建兩個(gè)子進(jìn)程，兩個(gè)子進(jìn)程分別向管道中寫一條消息：“Iamchild1.”和“Iamchild2.”#include<stdio.h>#include<unistd.h>intmain(){intj,k,m;intfd[2];charline[40];pipe(fd);if(j=fork()==0){lockf(fd[1],1,0);write(fd[1],"iamchlid1\n",13);lockf(fd[1],0,0);}else{if((k=fork())==0){lockf(fd[1],1,0);write(fd[1],"Iamchlid2\n",13);}else{lockf(fd[0],1,0);m=read(fd[0],line,26);write(STDOUT_FILENO,line,m);}}}系統(tǒng)調(diào)用的類型（1）進(jìn)程控制類（2）文件操縱類（3）進(jìn)程通信類對(duì)對(duì)象操縱和管理的軟件集合是文件管理系統(tǒng)的核心部分。Hash函數(shù)，可將記錄鍵值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)記錄的地址。盤塊的分配：（1）順序掃描位示圖，找出值為0的二進(jìn)制位進(jìn)行分配。（2）將所找到的每一個(gè)位，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的盤塊號(hào)b=n(i-1)+j（n為每行位數(shù)）(3)修改位示圖，令map[i,j]=1盤塊的回收:將回收的盤塊號(hào)轉(zhuǎn)換為行號(hào)和列號(hào)i=(b-1)/n+1j=(b-1)%n+12、修改位示圖。令map[i,j]=0系統(tǒng)調(diào)用在本質(zhì)上是應(yīng)用程序請(qǐng)求操作系統(tǒng)內(nèi)核完成某功能時(shí)的一種過程調(diào)用，屬于特殊的過程調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用的類型（1）進(jìn)程控制類（2）文件操縱類（3）進(jìn)程通信類父進(jìn)程創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，父進(jìn)程等待子進(jìn)程，子進(jìn)程執(zhí)行完后自我終止，并喚醒父進(jìn)程，父、子進(jìn)程執(zhí)行時(shí)打印有關(guān)信息。#include<sys/types.h>

#include<unistd.h>

intmain()

{

intchildpid=0;

intretpid=0;

intstatus=0;

childpid=fork();

if(childpid<0)

{

printf("fail\n");

}

elseif(childpid==0)

{printf("son\n");}

else

{

printf("father");

retpid