02326自考操作系統(tǒng)2021年考前知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

操作系統(tǒng)概論?計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成的操作系統(tǒng)的任務(wù)：組織和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的硬件和軟件資源、有效、合理、方便操作系統(tǒng)為用戶(hù)提供兩類(lèi)使用接口：分別是編程接口、用戶(hù)接口。操作系統(tǒng)的特征：并發(fā)性、共享性、隨機(jī)性研究操作系統(tǒng)的觀點(diǎn)：軟件觀點(diǎn)：外在特性--接口、內(nèi)在特性--與硬件交互資源管理的觀點(diǎn)進(jìn)程的觀點(diǎn)：把操作系統(tǒng)看作由多個(gè)可以同時(shí)獨(dú)立運(yùn)行的程序和一個(gè)對(duì)這些程序進(jìn)行協(xié)調(diào)的核心所組成。虛機(jī)器觀點(diǎn)：操作系統(tǒng)把原來(lái)的計(jì)算機(jī)（裸機(jī)）擴(kuò)充成功能強(qiáng)大、使用方便的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被稱(chēng)為虛擬計(jì)算機(jī)。服務(wù)提供者觀點(diǎn)：提供了比裸機(jī)功能更強(qiáng)、服務(wù)質(zhì)量更好、更方便靈活的虛擬機(jī)操作系統(tǒng)的功能：進(jìn)程管理、存儲(chǔ)管理、文件管理、作業(yè)管理、設(shè)備管理windows操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)采用了分層的模塊結(jié)構(gòu)，主要層次有：硬件抽象層HAL、內(nèi)核、執(zhí)行體、大量子系統(tǒng)集合unix操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，從內(nèi)向外各層分別是硬件層、操作系統(tǒng)內(nèi)核層、系統(tǒng)調(diào)用層、應(yīng)用層Linux操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)：Linux內(nèi)核、LinuxShell、Linux文件系統(tǒng)、Linux應(yīng)用程序Android操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，從高到低：應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用框架層、系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層、Linux內(nèi)核層批處理操作系統(tǒng)：基本工作方式：用戶(hù)將作業(yè)交給系統(tǒng)操作員，操作員收到一定數(shù)量的用戶(hù)作業(yè)后組成一批作業(yè)，再輸入到計(jì)算機(jī)中，這批作業(yè)在系統(tǒng)中形成一個(gè)連續(xù)的、自動(dòng)轉(zhuǎn)接的作業(yè)流。操作員然后啟動(dòng)操作系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)、依次執(zhí)行每個(gè)作業(yè)，最后由操作員將執(zhí)行完畢的作業(yè)結(jié)果交給用戶(hù)。特點(diǎn)：成批處理，用戶(hù)自己不能干預(yù)自己作業(yè)的運(yùn)行。發(fā)現(xiàn)作業(yè)無(wú)法及時(shí)改正。優(yōu)點(diǎn)：作業(yè)流程自動(dòng)化較高、資源利用率較高、作業(yè)吞吐量大，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)效率。缺點(diǎn)：用戶(hù)不能直接與計(jì)算機(jī)交互，不適合調(diào)試程序。分時(shí)系統(tǒng)：用戶(hù)通過(guò)中斷交互式向系統(tǒng)提出命令，系統(tǒng)采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)方式處理服務(wù)請(qǐng)求。特點(diǎn)：多路性、交互性、獨(dú)占性、及時(shí)性實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：需具備實(shí)時(shí)時(shí)鐘管理、過(guò)載防護(hù)、高可靠性嵌入式操作系統(tǒng)：微型化、實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究的目標(biāo)：系統(tǒng)模塊化、模塊標(biāo)準(zhǔn)化、通信規(guī)范化常見(jiàn)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有：整體式結(jié)構(gòu)、層次式結(jié)構(gòu)、微內(nèi)核（客戶(hù)/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境??處理器一般由運(yùn)算器、控制器、一系列的寄存器、高速緩存構(gòu)成。處理器內(nèi)通常有兩類(lèi)寄存器：用戶(hù)可見(jiàn)寄存器：數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器、條件嗎寄存器控制和狀態(tài)寄存器：程序計(jì)數(shù)器PC、指令寄存器IR、程序狀態(tài)字PSW指令分為：訪問(wèn)存儲(chǔ)器指令、算數(shù)邏輯指令、I/O指令、控制轉(zhuǎn)移指令、處理器控制指令特權(quán)指令：只能由操作系統(tǒng)使用的指令，用戶(hù)不允許使用。非特權(quán)指令：用戶(hù)使用處理器的工作狀態(tài)分為：管態(tài)（內(nèi)核態(tài)/系統(tǒng)態(tài)/特權(quán)態(tài)）、目態(tài)（用戶(hù)態(tài)/普通態(tài)）當(dāng)處理器處于管態(tài)時(shí)，可執(zhí)行全部命令，可使用所有資源，并具有改變處理器狀態(tài)的能力當(dāng)處理器處于目態(tài)時(shí)，就只有非特權(quán)指令才能執(zhí)行。目態(tài)到管態(tài)的轉(zhuǎn)換唯一途徑是通過(guò)中斷。管態(tài)到目態(tài)的轉(zhuǎn)換可通過(guò)設(shè)置PSW指令（修改程序狀態(tài)字）程序狀態(tài)字PSW：指示處理器狀態(tài)包括以下?tīng)顟B(tài)代碼：CPU的工作狀態(tài)代碼、條件碼、中斷屏蔽碼存儲(chǔ)器的類(lèi)型：讀寫(xiě)型存儲(chǔ)器RAM（存儲(chǔ)隨機(jī)存取的程序的數(shù)據(jù)）、只讀存儲(chǔ)器ROM存儲(chǔ)的最小單位“二進(jìn)制”，存儲(chǔ)器的最小編址單位是字節(jié)，內(nèi)存空間的最小分配單位是塊存儲(chǔ)分區(qū)的保護(hù)方法：界地址寄存器、保護(hù)鍵例（1710）當(dāng)每個(gè)程序在主存中占一個(gè)連續(xù)的存儲(chǔ)空間時(shí)，系統(tǒng)使用那兩個(gè)寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)保護(hù)？當(dāng)處理器在目態(tài)下執(zhí)行程序時(shí)，對(duì)每一個(gè)訪問(wèn)主存空間的地址都要進(jìn)行核查，請(qǐng)寫(xiě)出訪問(wèn)地址與著兩個(gè)寄存器值之間的關(guān)系。答：基址寄存器、限長(zhǎng)寄存器?；芳拇嫫鞯闹?lt;=訪問(wèn)地址<=限長(zhǎng)寄存器的值中斷是由外部事件引發(fā)的，而異常是由正在執(zhí)行的指令引發(fā)的。典型的中斷：時(shí)鐘中斷、輸入輸出（I/O）中斷、控制臺(tái)中斷、硬件故障中斷典型的異常：程序性中斷、訪管指令異常例（1904）中斷和異常的區(qū)別是什么？請(qǐng)指出“時(shí)間片到時(shí)”、“算術(shù)溢出”、“掉電”和“虛擬存儲(chǔ)中的缺頁(yè)”分別屬于中斷和異常的哪一種？答：中斷是由外部事件引發(fā)的，異常是由正在執(zhí)行的指令引起的。中斷：時(shí)間片到時(shí)、掉電。異常：算術(shù)溢出、虛擬存儲(chǔ)中的缺頁(yè)例（1910）中斷系統(tǒng)由哪兩部分組成？請(qǐng)介紹計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中典型的中斷有哪些？答：硬件中斷裝置和軟件中斷處理程序。I/O中斷、時(shí)鐘中斷、硬件故障中斷、程序性中斷、系統(tǒng)服務(wù)請(qǐng)求（自愿中斷）典型的中斷處理：I/O中斷、時(shí)鐘中斷、硬件故障中斷、程序性中斷、系統(tǒng)服務(wù)請(qǐng)求（自愿中斷）I/O中斷：一般由I/O設(shè)備的控制器或通道發(fā)出，可分為：I/O操作正常結(jié)束、I/O異常。時(shí)鐘中斷：維護(hù)時(shí)鐘軟件、處理器調(diào)度、控制系統(tǒng)定時(shí)任務(wù)、實(shí)時(shí)處理自愿性中斷：用戶(hù)通過(guò)訪管指令調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用例（1804）什么是程序性中斷？程序性中斷都必須由操作系統(tǒng)來(lái)完成嗎？舉例說(shuō)明。答：程序性中斷是指程序指令出錯(cuò)，指令越權(quán)或指令尋址越界而引發(fā)的系統(tǒng)保護(hù)。不一定，也可以由自己完成，如系統(tǒng)調(diào)試中斷和算術(shù)錯(cuò)誤等。例（1810）什么是中斷？如果同一中斷級(jí)中的多個(gè)設(shè)備接口中同時(shí)都有中斷請(qǐng)求時(shí)，如何處理？答：中斷是指處理器對(duì)系統(tǒng)中或系統(tǒng)外發(fā)生的異步事件的響應(yīng)，如果同一中斷級(jí)中的多個(gè)設(shè)備接口中同時(shí)都有中斷請(qǐng)求時(shí)，可以采用固定優(yōu)先數(shù)或輪轉(zhuǎn)法應(yīng)系統(tǒng)調(diào)用的目的：請(qǐng)求系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)程與線(xiàn)程???程序的順序執(zhí)行：一各具有獨(dú)立功能的程序獨(dú)占處理器直到得到最終結(jié)果。特點(diǎn)：順序性、封閉性、程序執(zhí)行結(jié)果的確定性、程序執(zhí)行結(jié)果的可再現(xiàn)性程序的并發(fā)執(zhí)行：兩個(gè)或以上程序同時(shí)處于已開(kāi)始且尚未結(jié)束的狀態(tài)。特點(diǎn)：在執(zhí)行期間并發(fā)程序相互制約、程序與計(jì)算不再一一對(duì)應(yīng)、執(zhí)行結(jié)果不可再現(xiàn)、程序的并行執(zhí)行（宏觀上同時(shí)）和程序的并發(fā)執(zhí)行（微觀上同時(shí)）多道程序設(shè)計(jì)：特點(diǎn)：獨(dú)立性、隨機(jī)性、資源共享性缺陷：可能延長(zhǎng)程序的執(zhí)行時(shí)間、系統(tǒng)效率的提高有一定限度進(jìn)程：具有一定獨(dú)立功能的程序在某個(gè)數(shù)據(jù)集合上的一次運(yùn)行活動(dòng)，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)程由程序、數(shù)據(jù)、進(jìn)程控制塊3部分組成程序是動(dòng)態(tài)的，進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的，二者是多對(duì)多的關(guān)系。進(jìn)程的特性：并發(fā)性、動(dòng)態(tài)性、獨(dú)立性、交往性、異步性、結(jié)構(gòu)性三狀態(tài)模型：運(yùn)行狀態(tài)、就緒狀態(tài)、等待狀態(tài)五狀態(tài)模型：運(yùn)行狀態(tài)、就緒狀態(tài)、阻塞狀態(tài)、創(chuàng)建狀態(tài)、結(jié)束狀態(tài)七狀態(tài)模型：例（1804）在七狀態(tài)進(jìn)程模型中，什么是阻塞狀態(tài)？什么是阻塞掛起狀態(tài)？?jī)蓚€(gè)狀態(tài)之間有何轉(zhuǎn)換？答：進(jìn)程阻塞：進(jìn)程在內(nèi)存并等待某事件出現(xiàn)。阻塞掛起：進(jìn)程在外存并等待某事件出現(xiàn)。當(dāng)沒(méi)有進(jìn)程處于就緒狀態(tài)或就緒進(jìn)程要求更多內(nèi)存資源時(shí)，會(huì)把進(jìn)程從阻塞狀態(tài)轉(zhuǎn)為阻塞掛起。進(jìn)程控制塊PCB是描述進(jìn)程狀態(tài)和特性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)識(shí)，一個(gè)進(jìn)程只能有唯一的進(jìn)程控制塊。操作系統(tǒng)中每創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程就要為該進(jìn)程建立一個(gè)進(jìn)程控制塊，一個(gè)剛被創(chuàng)建的進(jìn)程，它的初始狀態(tài)為就緒態(tài)PCB的內(nèi)容：調(diào)度信息（描述進(jìn)程當(dāng)前狀況）、現(xiàn)場(chǎng)信息（刻畫(huà)進(jìn)程的運(yùn)行情況）PCB組織方式：線(xiàn)性方式、索引方式、鏈接方式進(jìn)程控制：對(duì)進(jìn)程在整個(gè)生命周期中各種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換進(jìn)行有效的控制。通過(guò)原語(yǔ)實(shí)現(xiàn)。原語(yǔ)：原語(yǔ)是操作系統(tǒng)核心的一個(gè)組成部分，由若干條指令組成，用來(lái)實(shí)現(xiàn)某個(gè)特定的操作功能，執(zhí)行時(shí)具有不可間斷性。進(jìn)程控制原語(yǔ)：創(chuàng)建原語(yǔ)、撤銷(xiāo)原語(yǔ)、阻塞原語(yǔ)、喚醒原語(yǔ)阻塞原語(yǔ)過(guò)程：首先中斷處理器的執(zhí)行，把處理器的當(dāng)前狀態(tài)保存在PCB的現(xiàn)場(chǎng)信息中，然后把進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài)置為等待狀態(tài)，并把它插入到該事件的等待隊(duì)列中。喚醒原語(yǔ)過(guò)程：在等待隊(duì)列中找到該進(jìn)程，將進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài)置為就緒狀態(tài)，然后將它從等待隊(duì)列中撤出并插入到就緒隊(duì)列中排隊(duì)，等待調(diào)度執(zhí)行。例（1810）進(jìn)程控制通過(guò)進(jìn)程控制原語(yǔ)開(kāi)實(shí)現(xiàn)，請(qǐng)分別描述創(chuàng)建原語(yǔ)和撤銷(xiāo)原語(yǔ)的操作過(guò)程。答：（1）創(chuàng)建原語(yǔ)：先申請(qǐng)一個(gè)空閑PCB區(qū)域，將有關(guān)信息填入PCB，置該進(jìn)程為就續(xù)狀態(tài)，最后把它插入就緒隊(duì)列中。撤銷(xiāo)原語(yǔ)：找到要被撤銷(xiāo)進(jìn)程的PCB，將它匆匆所在隊(duì)列中消去，撤銷(xiāo)屬于該進(jìn)程的一切“子孫進(jìn)程”，釋放被撤銷(xiāo)進(jìn)程所占用的全部資源，并消去被撤銷(xiāo)進(jìn)程的PCB線(xiàn)程：在引入線(xiàn)程的操作系統(tǒng)中，線(xiàn)程是進(jìn)程中的一個(gè)實(shí)體，是調(diào)度和分派的基本單位，進(jìn)程是資源擁有的基本單位。線(xiàn)程自己基本上不擁有系統(tǒng)資源，只擁有少量在運(yùn)行中必不可少的資源，但它可與同屬一個(gè)進(jìn)程的其他線(xiàn)程共享進(jìn)程所擁有的全部資源。一個(gè)線(xiàn)程可以創(chuàng)建和撤銷(xiāo)另一個(gè)線(xiàn)程，同一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線(xiàn)程之間可以并發(fā)執(zhí)行。線(xiàn)程的屬性：每個(gè)線(xiàn)程有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符和一張線(xiàn)程描述表不同的線(xiàn)程可以執(zhí)行相同的程序同一進(jìn)程中各個(gè)線(xiàn)程共享該進(jìn)程的內(nèi)存地址空間線(xiàn)程是處理器的獨(dú)立調(diào)度單位，多個(gè)線(xiàn)程可以并發(fā)執(zhí)行一個(gè)線(xiàn)程被創(chuàng)建后便開(kāi)始它的生命周期，在生命周期內(nèi)會(huì)經(jīng)歷等待狀態(tài)、就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)等各種狀態(tài)變化。引入線(xiàn)程的好處：創(chuàng)建/結(jié)束一個(gè)新線(xiàn)程花費(fèi)時(shí)間少、線(xiàn)程之間的切換花費(fèi)時(shí)間少在線(xiàn)程的兩種實(shí)現(xiàn)方式中：用戶(hù)級(jí)線(xiàn)程只存在于用戶(hù)態(tài)中，與內(nèi)核無(wú)關(guān)。內(nèi)核級(jí)線(xiàn)程所有線(xiàn)程的創(chuàng)建、撤銷(xiāo)、切換都由內(nèi)核實(shí)現(xiàn)。例（1710）請(qǐng)分別從資源分配、創(chuàng)建速度、通信、并行執(zhí)行效率的角度簡(jiǎn)述多線(xiàn)程技術(shù)優(yōu)勢(shì)答：（1）創(chuàng)建線(xiàn)程無(wú)需另外分配資源，而創(chuàng)建進(jìn)程需分配資源（2）因?yàn)閯?chuàng)建線(xiàn)程無(wú)需分配資源，因此速度比創(chuàng)建進(jìn)程快（3）線(xiàn)程間通信在同一地址空間中進(jìn)行，不需額外的通信機(jī)制，所以通信簡(jiǎn)單，信息傳遞速度更快。（4）線(xiàn)程能獨(dú)立執(zhí)行，充分利用，發(fā)揮處理器與外圍設(shè)備并行工作的能力。進(jìn)程調(diào)度：從就緒進(jìn)程中選取一個(gè)進(jìn)程，讓它占用處理器例（1910）什么是進(jìn)程調(diào)度？在設(shè)計(jì)調(diào)度算法時(shí)通常使用吞吐量、周轉(zhuǎn)時(shí)間和處理器利用率作為衡量指標(biāo)，請(qǐng)解釋吞吐量和周轉(zhuǎn)時(shí)間的含義。答：進(jìn)程調(diào)度：即處理器調(diào)度，是指根據(jù)一定的調(diào)度算法，系統(tǒng)從就緒隊(duì)列中選擇一個(gè)進(jìn)程，把處理器分配給它。吞吐量：系統(tǒng)每小時(shí)完成的進(jìn)程數(shù)量。周轉(zhuǎn)時(shí)間：指從一個(gè)批處理進(jìn)程提交時(shí)刻開(kāi)始直到該進(jìn)程完成時(shí)刻為止的統(tǒng)計(jì)平均時(shí)間處理器的調(diào)度方式分為搶占式、非搶占式調(diào)度算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)：資源利用率高、公平、平衡、強(qiáng)制執(zhí)行策略進(jìn)程調(diào)度算法：先來(lái)先服務(wù)算法FCFS：進(jìn)程按照它們請(qǐng)求處理器的順序使用處理器。公平、簡(jiǎn)單最短進(jìn)程優(yōu)先算法SJF最短剩余時(shí)間優(yōu)先算法SRTN最高相應(yīng)比優(yōu)先算法HRRF：響應(yīng)比Rp=（等待時(shí)間+預(yù)計(jì)運(yùn)行時(shí)間）/預(yù)計(jì)運(yùn)行時(shí)間=周轉(zhuǎn)時(shí)間/預(yù)計(jì)運(yùn)行時(shí)間輪轉(zhuǎn)算法RR最高優(yōu)先級(jí)算法HPF多級(jí)反饋隊(duì)列算法：綜合先進(jìn)先出、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)、可搶占式最高優(yōu)先級(jí)算法例（1904）什么是輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法？請(qǐng)分析時(shí)間片長(zhǎng)短對(duì)算法性能的影響。答：（1）輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法是指將處理器的處理時(shí)間劃分成一個(gè)個(gè)時(shí)間片，就緒隊(duì)列中的諸進(jìn)程輪流運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片。當(dāng)時(shí)間片結(jié)束時(shí)，就強(qiáng)迫運(yùn)行進(jìn)程讓出處理器，該進(jìn)程進(jìn)入就緒隊(duì)列，等待下一次調(diào)度。（2）時(shí)間片太短，進(jìn)程切換頻繁，加重系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)。時(shí)間片太長(zhǎng)，引起對(duì)短的交互請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)。系統(tǒng)內(nèi)核：中斷處理程序、進(jìn)程同步與互斥、進(jìn)程調(diào)度、控制與通信、存儲(chǔ)管理、時(shí)鐘管理對(duì)內(nèi)核的各種功能調(diào)用通過(guò)執(zhí)行原語(yǔ)操作實(shí)現(xiàn)。進(jìn)程的同步與互斥????在邏輯上具有某種聯(lián)系的進(jìn)程稱(chēng)為相關(guān)進(jìn)程，在邏輯上沒(méi)有任何聯(lián)系的進(jìn)程稱(chēng)為無(wú)關(guān)進(jìn)程對(duì)于相關(guān)進(jìn)程來(lái)說(shuō)，可能有若干并發(fā)進(jìn)程同時(shí)使用共享資源，形成交替使用共享資源，結(jié)果就會(huì)形成與時(shí)間相關(guān)的錯(cuò)誤。進(jìn)程的同步：進(jìn)程之間一種直接的協(xié)同工作關(guān)系，一些進(jìn)程相互合作，共同完成一項(xiàng)任務(wù)。進(jìn)程的互斥：各進(jìn)程間互斥的使用資源，是進(jìn)程間的一種間接制約關(guān)系。臨界資源：一次只允許一個(gè)進(jìn)程使用的資源。臨界區(qū)：在進(jìn)程中訪問(wèn)臨界資源的程序。如果有若干進(jìn)程共享某一臨界資源，則該臨界區(qū)稱(chēng)為相關(guān)臨界區(qū)。相關(guān)臨界區(qū)的調(diào)度使用原則：有空讓進(jìn)、無(wú)空等待、多中擇一、有限等待、讓權(quán)等待信號(hào)量：一個(gè)用于標(biāo)識(shí)資源數(shù)目的整型量S。信號(hào)量是個(gè)被保護(hù)的量，只有P、V操作和信號(hào)量初始化操作才能訪問(wèn)和改變它的值。PV操作是供進(jìn)程調(diào)用，執(zhí)行時(shí)不可中斷的過(guò)程，操作系統(tǒng)通常稱(chēng)這種過(guò)程為原語(yǔ)P、V操作：P(S){S=S-1;若S<0，將該進(jìn)程狀態(tài)置為等待狀態(tài)，然后將該進(jìn)程的PCB插入響應(yīng)的S信號(hào)量等待隊(duì)列末尾，直到有其他進(jìn)程在S上執(zhí)行V操作為止；}V(S){S=S+1;若S<=0，釋放在S信號(hào)量隊(duì)列中等待的一個(gè)進(jìn)程，將其狀態(tài)改變?yōu)榫途w態(tài)，并將其插入就緒隊(duì)列；然后，執(zhí)行本操作的進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行；}信號(hào)量S表示某類(lèi)可用的臨界資源。當(dāng)S>0時(shí)，S值的大小表示某類(lèi)可用資源的數(shù)量。當(dāng)S<0時(shí)，S的絕對(duì)值表示排在S信號(hào)量的等待隊(duì)列中進(jìn)程的數(shù)目。每執(zhí)行一次P操作，意味著請(qǐng)求的進(jìn)程分配到一個(gè)資源每執(zhí)行一次V操作，意味著進(jìn)程釋放了一個(gè)資源。V操作在使用時(shí)必須成對(duì)出現(xiàn)；互斥操作時(shí)，它們同處于同一進(jìn)程；同步操作時(shí)；不在同一進(jìn)程；既有同步又有互斥時(shí)，同步P操作在互斥P操作前，V操作順序無(wú)關(guān)緊要。例有m個(gè)進(jìn)程共享一臨界資源，若使用信號(hào)量機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)臨界資源的互斥訪問(wèn)，則該信號(hào)量的最小取值是1-m例用PV操作正確管理進(jìn)程互斥使用某共享資源情況下，假定現(xiàn)在有n-1個(gè)進(jìn)程（n>=3）在等待使用資源，那么調(diào)用過(guò)p操作的進(jìn)程數(shù)至少是n一個(gè)管程由管程名稱(chēng)、共享數(shù)據(jù)說(shuō)明、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的一組過(guò)程和對(duì)共享數(shù)據(jù)賦初值的語(yǔ)句四個(gè)部分組成。管程能保障共享資源的互斥執(zhí)行，即一次只能由一個(gè)進(jìn)程可以在管程內(nèi)活動(dòng)。管程定義了一個(gè)共享變量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及在該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上所執(zhí)行的一組操作。管程的三個(gè)特性：模塊化、抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型、信息隱蔽管程中的共享變量在管程外部是不可見(jiàn)的，外部只能通過(guò)調(diào)用管程中所說(shuō)明的外部過(guò)程（函數(shù)）來(lái)間接的對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)。進(jìn)程通信是一種高級(jí)通信方式，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間交換大量信息目前常用的通信方式有共享內(nèi)存、消息機(jī)制、管道通信。這三種方式可以稱(chēng)為高級(jí)通信原語(yǔ)，它們不僅要保證相互制約的進(jìn)程間的正確關(guān)系，還要同時(shí)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程之間的信息交換。消息機(jī)制：消息緩沖通信、信箱通信、管道通信死鎖????死鎖：是指一組進(jìn)程中的每一個(gè)進(jìn)程均無(wú)限期的等待被該組進(jìn)程中的另一個(gè)進(jìn)程所占有且永遠(yuǎn)不會(huì)釋放的資源的現(xiàn)象。死鎖產(chǎn)生的兩個(gè)原因：（1）競(jìng)爭(zhēng)資源，系統(tǒng)資源分配不當(dāng)，進(jìn)程內(nèi)對(duì)資源的相互爭(zhēng)奪而造成僵局。（2）多道程序運(yùn)行時(shí)，進(jìn)程推進(jìn)順序不合理。死鎖產(chǎn)生的四個(gè)必要條件：互斥條件、不可剝奪條件、請(qǐng)求和保持條件、循環(huán)等待條件只要發(fā)生死鎖，則產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件一定成立。解決死鎖的方法：預(yù)防死鎖、避免死鎖、檢測(cè)與解除死鎖、忽略死鎖預(yù)防死鎖：破壞產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件之一。資源的靜態(tài)分配策略：若一個(gè)進(jìn)程已占用了某些資源，在申請(qǐng)新的資源時(shí)，不能立即得到滿(mǎn)足，在變?yōu)榈却隣顟B(tài)之前，該進(jìn)程必須釋放已有的資源。若一個(gè)進(jìn)程申請(qǐng)某些資源，首先檢查這些資源是否可用，如果可用，就分配給該進(jìn)程。否則檢查這些資源是否分配給某個(gè)等待進(jìn)程，若是，則系統(tǒng)剝奪所需資源，分配給這個(gè)進(jìn)程。此方法破壞了不可剝奪條件。每個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行前就申請(qǐng)它所需的全部資源，僅當(dāng)系統(tǒng)能滿(mǎn)足要求且一次性分配資源后，該進(jìn)程才能執(zhí)行。此方法破壞了請(qǐng)求和保持條件。資源的有序分配法：對(duì)系統(tǒng)中所有資源順序編號(hào)，規(guī)定任何一個(gè)進(jìn)程申請(qǐng)兩個(gè)以上資源時(shí)，按資源編號(hào)順序申請(qǐng)，只有得到編號(hào)小的資源之后，才能申請(qǐng)編號(hào)大的資源。破壞了循環(huán)等待條件。避免死鎖：系統(tǒng)對(duì)進(jìn)程發(fā)出的每一個(gè)系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足的資源申請(qǐng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢查，并根據(jù)檢查結(jié)果決定是否分配資源；如果分配后系統(tǒng)可能發(fā)生死鎖，則不予分配，否則予以分配操作系統(tǒng)能保證所有的進(jìn)程在有限時(shí)間內(nèi)得到需要的全部資源，則稱(chēng)系統(tǒng)處于安全狀態(tài)如果不存在任何一個(gè)安全序列，則系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)。不安全狀態(tài)不一定導(dǎo)致死鎖但死鎖狀態(tài)一定是不安全狀態(tài)。銀行家算法：確保系統(tǒng)處于安全狀態(tài)時(shí)才把資源分配給申請(qǐng)的進(jìn)程，避免發(fā)生死鎖。例（1904）簡(jiǎn)述死鎖預(yù)防與死鎖避免這兩種死鎖解決方法的含義答：死鎖預(yù)防是系統(tǒng)預(yù)先確定資源分配策略，這些策略至少能破壞死鎖四個(gè)必要條件中的一個(gè)，進(jìn)程按規(guī)定申請(qǐng)資源，系統(tǒng)按預(yù)先規(guī)定的策略進(jìn)行分配，從而防止死鎖的發(fā)生。死鎖避免是當(dāng)進(jìn)程提出資源申請(qǐng)時(shí)，系統(tǒng)先測(cè)試資源分配后系統(tǒng)的安全狀態(tài)，僅當(dāng)能確保系統(tǒng)安全時(shí)才把資源分配給進(jìn)程，使系統(tǒng)一直處于安全狀態(tài)之中，從而避免死鎖。檢測(cè)與解除死鎖：死鎖檢測(cè)的實(shí)質(zhì)是通過(guò)檢測(cè)是否存在循環(huán)等待條件以此來(lái)確定死鎖的存在與否，并識(shí)別出與死鎖有關(guān)的進(jìn)程和資源。死鎖檢測(cè)的時(shí)機(jī)：（1）一次資源分配后、（2）每次調(diào)度后、（3）定時(shí)器定時(shí)運(yùn)行檢測(cè)、（4）當(dāng)系統(tǒng)中某個(gè)進(jìn)程長(zhǎng)期位于阻塞狀態(tài)或阻塞進(jìn)程過(guò)多時(shí)。死鎖的解除：剝奪資源、撤銷(xiāo)進(jìn)程資源分配圖：判定死鎖的法則，又稱(chēng)為死鎖定理。有向圖SRAG=<V,E>（?表示進(jìn)程，方框表示每類(lèi)資源，框中的圓點(diǎn)表示資源實(shí)例，申請(qǐng)邊是從進(jìn)程到資源的有向邊，分配便是從資源到進(jìn)程的有向邊）如果資源分配途中沒(méi)有環(huán)路，則系統(tǒng)沒(méi)有死鎖。如果資源分配圖中出現(xiàn)了環(huán)路，則系統(tǒng)中可能存在死鎖如果處于環(huán)路中的每個(gè)資源類(lèi)中均中只包含一個(gè)資源實(shí)例，則環(huán)路的存在即意味著死鎖的存在，此時(shí)，環(huán)路是死鎖的充分必要條件。如果處于環(huán)路中的每個(gè)資源類(lèi)中資源實(shí)例的個(gè)數(shù)不全為一，則環(huán)路是死鎖的必要條件資源分配圖化簡(jiǎn)：在資源分配圖中，找出一個(gè)既非等待又非孤立的進(jìn)程結(jié)點(diǎn)P，運(yùn)行后釋放它所占的全部資源，使之稱(chēng)為孤立結(jié)點(diǎn)。將P所釋放的資源分配給申請(qǐng)它們的進(jìn)程重復(fù)（1）（2），直到找不到符合條件的進(jìn)程結(jié)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)后，若能消去資源分配圖中的所有邊，則該圖是可完全化簡(jiǎn)的。系統(tǒng)的資源分配圖是不可完全簡(jiǎn)化的，是死鎖的充分條件。例（1710）防止死鎖發(fā)生時(shí)可采用什么策略來(lái)使循環(huán)等待資源的條件不成立？這個(gè)策略如何應(yīng)用到5個(gè)哲學(xué)家就餐問(wèn)題中？答：對(duì)資源采用按序分配的策略，修改第5個(gè)哲學(xué)家的程序，即規(guī)定每個(gè)哲學(xué)家想吃面條時(shí)，總是從自己左右兩旁的筷子中先取編號(hào)小的筷子，再取編號(hào)大的筷子，對(duì)于第5個(gè)哲學(xué)家，她必須先拿右邊的筷子，再拿左邊的。例（1910）某系統(tǒng)中有10臺(tái)打印機(jī)，有3個(gè)進(jìn)程P1、P2、P3分別需要8臺(tái)，7臺(tái)和4臺(tái)。若P1,P2，P3已申請(qǐng)到4臺(tái)、2臺(tái)、2臺(tái)。試問(wèn)：（1）系統(tǒng)目前還有幾臺(tái)可申請(qǐng)的打印機(jī)？各進(jìn)程還需要幾個(gè)打印機(jī)？（2）目前系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)？為什么？答：（1）目前系統(tǒng)還有2臺(tái)可申請(qǐng)的打印機(jī)。進(jìn)程P1,P2,P3分別需要4臺(tái)、5臺(tái)、2臺(tái)。（2）系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。根據(jù)目前的各進(jìn)程資源分配情況，可以先分配2臺(tái)打印機(jī)給進(jìn)程P3達(dá)到它最大需要，然后P3釋放其原來(lái)占有的打印機(jī)，系統(tǒng)就會(huì)有4臺(tái)打印機(jī)，然后分配給進(jìn)程P1達(dá)到它最大需求，這時(shí)系統(tǒng)有8臺(tái)打印機(jī)，可滿(mǎn)足進(jìn)程P2最大需要，所以系統(tǒng)目前處于安全狀態(tài)。第六章存儲(chǔ)管理存儲(chǔ)管理的主要任務(wù)：內(nèi)存的分配與回收、內(nèi)存擴(kuò)充、存儲(chǔ)共享、存儲(chǔ)保護(hù)絕對(duì)地址對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)空間稱(chēng)為物理地址空間，邏輯地址對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)空間稱(chēng)為邏輯地址空間把邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址的過(guò)程稱(chēng)為地址重定位/地址轉(zhuǎn)換/地址映射重定位的方式：動(dòng)態(tài)重定位、靜態(tài)重定位動(dòng)態(tài)重定位：在程序裝入時(shí)不進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換，而是直接將程序裝入到分配的內(nèi)存區(qū)域中，程序運(yùn)行過(guò)程中，再將指令中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為絕對(duì)地址地址動(dòng)態(tài)重定位方式適用于可變分區(qū)存儲(chǔ)管理、頁(yè)式存儲(chǔ)管理、頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)管理靜態(tài)重定位：地址轉(zhuǎn)換工作是在程序開(kāi)始執(zhí)行前集中完成的固定分區(qū)：把內(nèi)存劃分成若干個(gè)大小固定的分區(qū)，每個(gè)分區(qū)只裝入一道作業(yè)可變分區(qū)：系統(tǒng)不預(yù)先劃分固定分區(qū)，而是在程序裝入時(shí)劃分內(nèi)存分區(qū)，使為程序分配的分區(qū)的大小正好等于該程序的需求量，且分區(qū)的個(gè)數(shù)可變?？勺兎謪^(qū)有較大的靈活性，較之固定分區(qū)能獲得較好的內(nèi)存利用率。緊縮技術(shù)：通過(guò)移動(dòng)內(nèi)存中的程序，把所有空閑碎片合并成一個(gè)連續(xù)的大空閑區(qū)且放在內(nèi)存的一端，把所有程序占用區(qū)放在內(nèi)存的另一端。查找和分配空閑的分配算法：最先適應(yīng)算法、最優(yōu)適應(yīng)算法、最壞適應(yīng)算法分區(qū)回收：若有相鄰空閑區(qū)，則合并為一個(gè)。例在可變分區(qū)存儲(chǔ)管理中，某一作業(yè)完成后，系統(tǒng)收回其主存空間，并與相鄰空閑區(qū)合并，為此需修改空閑區(qū)表，造成空閑區(qū)數(shù)-2的情況是，有上鄰空閑區(qū)，也有下鄰空閑區(qū)分區(qū)的保護(hù)：保護(hù)鍵方法、設(shè)置界限寄存器覆蓋技術(shù)：把程序劃分為若干個(gè)功能上相對(duì)獨(dú)立的程序段，按照其自身的邏輯結(jié)構(gòu)使哪些不會(huì)同時(shí)執(zhí)行的程序段共享同一塊內(nèi)存區(qū)域。交換技術(shù)：將系統(tǒng)中不再運(yùn)行中的進(jìn)程或其一部分從內(nèi)存中調(diào)出，讓出內(nèi)存空間以調(diào)入其他需要內(nèi)存空間的進(jìn)程采用覆蓋技術(shù)與交換技術(shù)的目的是節(jié)省內(nèi)存空間以擴(kuò)充內(nèi)存。虛擬存儲(chǔ)技術(shù)：利用大容量的外存來(lái)擴(kuò)充內(nèi)存，產(chǎn)生一個(gè)比有限的實(shí)際內(nèi)存空間大得多的、邏輯的虛擬內(nèi)存空間，簡(jiǎn)稱(chēng)虛存。采用頁(yè)式存儲(chǔ)管理的目的是提高內(nèi)存的利用率，采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的目的擴(kuò)充內(nèi)存容量實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器需要以下的硬件支持：系統(tǒng)有容量足夠大的外存。系統(tǒng)有一定容量的內(nèi)存。最主要的是，硬件提供實(shí)現(xiàn)虛-實(shí)地址映射的機(jī)制。虛擬技術(shù)同交換技術(shù)在原理上是類(lèi)似的，其區(qū)別在于，交換技術(shù)是以進(jìn)程為單位進(jìn)行的，而虛擬存儲(chǔ)一般以頁(yè)為單位。例（1810）虛擬存儲(chǔ)器的工作原理是什么？答：當(dāng)進(jìn)程開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，先將程序的一部分裝入內(nèi)存，另一部分暫時(shí)留在外存，當(dāng)要執(zhí)行的指令不在內(nèi)存時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成將它們從外存調(diào)入內(nèi)存的工作，當(dāng)沒(méi)有足夠的內(nèi)存空間時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)選擇部分內(nèi)存空間，將其原有的內(nèi)容交換到磁盤(pán)，并釋放這些內(nèi)存空間，供該進(jìn)程或其它進(jìn)程使用。頁(yè)式存儲(chǔ)器提供編程使用的虛擬地址由兩部分組成：虛擬頁(yè)號(hào)、頁(yè)內(nèi)地址例（1804）簡(jiǎn)述虛擬頁(yè)式存儲(chǔ)的優(yōu)缺點(diǎn)。答：優(yōu)點(diǎn)：由于其不要求進(jìn)程的程序段和數(shù)據(jù)在內(nèi)存中連續(xù)存放，從而有效解決碎片問(wèn)題。既提高內(nèi)存利用率，又有利于組織多道程序執(zhí)行。缺點(diǎn)：存在頁(yè)面空間的浪費(fèi)問(wèn)題。位示圖：用于磁盤(pán)空間管理物理頁(yè)面號(hào)（塊號(hào)）=字號(hào)*字長(zhǎng)+位號(hào)字號(hào)=塊號(hào)/字長(zhǎng)，位號(hào)=塊號(hào)mod字長(zhǎng)例使用8個(gè)字（字長(zhǎng)32位）組成的位示圖來(lái)管理頁(yè)式主存空間的分配與回收，0表示空閑，1表示占用。假定將位示圖中字號(hào)為4，位號(hào)為5的空閑塊分配儲(chǔ)區(qū)，則該塊的塊號(hào)是133頁(yè)表：程序虛擬地址中的頁(yè)號(hào)到物理頁(yè)面號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。物理地址（頁(yè)幀/頁(yè)框號(hào)）=物理頁(yè)面號(hào)*塊長(zhǎng)+頁(yè)內(nèi)地址轉(zhuǎn)換檢測(cè)緩沖區(qū)（TLB/快表）TLB只存儲(chǔ)當(dāng)前進(jìn)程中最活躍的少數(shù)活動(dòng)頁(yè)面的頁(yè)號(hào)，隨著進(jìn)程的推進(jìn)，TLB的內(nèi)容動(dòng)態(tài)更新如果剛被調(diào)出的頁(yè)面又立即要用，因而把它裝入，裝入不久又被選中調(diào)出，調(diào)出不久又被裝入，如此反復(fù)，使調(diào)度非常頻繁，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“抖動(dòng)”或“顛簸”頁(yè)面置換算法：理想頁(yè)面置換算法OPT、先進(jìn)先出頁(yè)面置換算法FIFO、最近最少使用頁(yè)面置換算法LRU缺頁(yè)率：缺頁(yè)數(shù)/訪問(wèn)頁(yè)面總次數(shù)影響缺頁(yè)率的因素：分配給程序的物理頁(yè)面數(shù)、頁(yè)面的大小、程序編制方法、頁(yè)面調(diào)度算法第七章文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)的主要目的：是為用戶(hù)提供按名存取的功能文件：一組帶標(biāo)識(shí)的、在邏輯上有完整意義的信息項(xiàng)的序列。文件系統(tǒng)：操作系統(tǒng)中統(tǒng)一管理信息資源的軟件。外存儲(chǔ)設(shè)備：磁帶：存儲(chǔ)容量大，讀取速度慢，只能進(jìn)行順序存取。例（1804）假定某系統(tǒng)中，磁帶的記錄密度為每英寸800個(gè)字符，每個(gè)邏輯記錄長(zhǎng)為160個(gè)字符，塊與塊之間的間隙為0.5英寸?，F(xiàn)有600個(gè)邏輯繼續(xù)需要存儲(chǔ)到磁帶上，請(qǐng)問(wèn)：（1）如果不采用成組操作，磁帶空間的利用率是多少？（2）在采用6個(gè)邏輯記錄為一組的成組操作時(shí)，磁帶空間的利用率是多少？答：（1）每個(gè)邏輯記錄需占用160/800=0.2英寸，利用率：0.2/（0.2+0.5）=28.57%（2）（6*160）/800=1.2英寸，利用率：1.2/（1.2+0.5）=70.59%磁盤(pán)：存儲(chǔ)容量大，成本低，隨機(jī)存取光盤(pán)：非磁記錄介質(zhì)，容量大，速度快，價(jià)格便宜，一般不可寫(xiě)閃存：電可擦除，可隨機(jī)存取，可靠性高文件的存取方式：由文件的性質(zhì)和用戶(hù)使用文件的情況而確定。常用的文件存取方式：順序存取和隨機(jī)存取兩種。文件的分類(lèi)：按文件的用途分類(lèi)：系統(tǒng)文件、用戶(hù)文件、庫(kù)函數(shù)文件按文件的組織形式分類(lèi)：普通文件、目錄文件、特殊文件按保護(hù)方式分類(lèi)：只讀文件、讀寫(xiě)文件、可執(zhí)行文件、無(wú)保護(hù)文件按信息的流向分類(lèi)：輸入文件、輸出文件、輸入輸出文件按案件的存放時(shí)限：臨時(shí)文件、永久文件、檔案文件按文件的組織結(jié)構(gòu)分類(lèi)：順序文件、鏈接文件、索引文件UNIX系統(tǒng)中文件分類(lèi)：普通文件、目錄文件、特殊文件（UNIX把I/O設(shè)備看成是特殊文件）文件的邏輯結(jié)構(gòu)：用戶(hù)看到的文件的組織結(jié)構(gòu)。按邏輯結(jié)構(gòu)把文件劃分成三類(lèi)：無(wú)結(jié)構(gòu)的字符流式文件、定長(zhǎng)記錄文件、不定長(zhǎng)記錄文件文件的物理結(jié)構(gòu)：文件在實(shí)際的存儲(chǔ)空間存儲(chǔ)時(shí)的結(jié)構(gòu)。常用的文件物理結(jié)構(gòu)有：順序結(jié)構(gòu)、鏈接結(jié)構(gòu)、索引結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu)：把邏輯上連續(xù)的文件信息依次存放在連續(xù)編號(hào)的物理塊中，支持順序存取和隨機(jī)存取。優(yōu)點(diǎn)對(duì)于順序存取存取速度快，缺點(diǎn)文件不能動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)。鏈接結(jié)構(gòu)：將邏輯上連續(xù)的文件分散存儲(chǔ)在若干不連續(xù)的物理塊中。在每個(gè)物理塊中都設(shè)有一個(gè)指針，指向其后續(xù)需的物理塊。優(yōu)點(diǎn)解決碎片問(wèn)題，有利于文件動(dòng)態(tài)擴(kuò)充，提高了磁盤(pán)空間利用率。缺點(diǎn)存取速度慢，不適于隨機(jī)存取文件，可靠性差。索引結(jié)構(gòu)：把每個(gè)物理盤(pán)塊的指針字集中存儲(chǔ)在稱(chēng)為索引表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的內(nèi)存索引表中。優(yōu)點(diǎn)適用順序存取和隨機(jī)存取，滿(mǎn)足文件動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)，滿(mǎn)足文件插入、刪除的要求。缺點(diǎn)會(huì)引起較多的尋道次數(shù)和尋道時(shí)間，索引表本身增加了存儲(chǔ)空間的開(kāi)銷(xiāo)。每個(gè)索引文件都有一個(gè)索引表，索引表的條目包含文件的邏輯塊號(hào)及所對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)文件控制塊FCB：為了實(shí)現(xiàn)按名存取，操作系統(tǒng)給每個(gè)文件都設(shè)置了一個(gè)描述性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即文件控制塊，它是文件存在的標(biāo)志。把所有文件的描述性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織起來(lái)，就構(gòu)成了文件目錄。一個(gè)FCB就是一個(gè)目錄項(xiàng)一級(jí)目錄結(jié)構(gòu)：簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。不能重名，搜索效率較低二級(jí)目錄結(jié)構(gòu)：第一級(jí)為主文件目錄，給出用戶(hù)名和用戶(hù)子目錄所在物理位置。第二級(jí)為用戶(hù)文件目錄，給出該用戶(hù)所有文件的FCB。解決文件重名問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)用戶(hù)間的文件共享多級(jí)目錄結(jié)構(gòu)/樹(shù)型目錄：搜索速度快、同一子目錄下文件名不能重復(fù)、有利于文件保護(hù)例（1704）簡(jiǎn)述設(shè)置文件目錄的主要目的以及目錄項(xiàng)中包括的主要內(nèi)容答：目的：實(shí)現(xiàn)按名存取。包含：有關(guān)文件存取控制的信息；有關(guān)文件結(jié)構(gòu)的信息和有關(guān)文件管理的信息。磁盤(pán)空間的分配回收算法：位示圖、空閑塊表、空閑塊鏈表、空閑塊成組鏈接法系統(tǒng)打開(kāi)文件表：專(zhuān)門(mén)用于保存已打開(kāi)文件的文件控制塊，通常放在內(nèi)存。典型的文件操作：1.建立文件2.打開(kāi)文件3.讀文件4.寫(xiě)文件5.關(guān)閉文件6.刪除文件打開(kāi)文件：是使用文件的第一步，把文件控制塊PCB送到內(nèi)存記錄的成組：把若干個(gè)邏輯記錄合成一組存儲(chǔ)一物理塊。每塊中的邏輯記錄個(gè)數(shù)稱(chēng)為塊因子記錄的分解：從一組邏輯記錄中把一個(gè)邏輯記錄分離出來(lái)。記錄的成組和分解技術(shù)是磁盤(pán)高速緩存的一種應(yīng)用，具有提高存儲(chǔ)空間利用率和減少啟動(dòng)設(shè)備次數(shù)的優(yōu)點(diǎn)。文件共享：一個(gè)文件可以允許多個(gè)用戶(hù)共同使用引起文件破壞丟失的可能原因：災(zāi)禍、硬件或軟件故障、人為出錯(cuò)保護(hù)文件的方法：建立副本、定時(shí)轉(zhuǎn)儲(chǔ)常用的保護(hù)文件內(nèi)容方法：對(duì)用戶(hù)的存取權(quán)限實(shí)施控制。當(dāng)用戶(hù)數(shù)目和文件數(shù)目不多時(shí)，可以用存取控制矩陣方式，但是當(dāng)文件和用戶(hù)較多時(shí)，為了減少空間和時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)，則采用二級(jí)存取控制方式。文件保密的目的：防止不經(jīng)文件擁有者授權(quán)而竊取文件。常用文件保密措施：隱蔽文件目錄、設(shè)置口令、使用密碼、病毒防范第八章I/O設(shè)備管理I/O設(shè)備分類(lèi)：按設(shè)備使用特性分類(lèi)：輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、交互式設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備按設(shè)備信息組織方式分類(lèi)：字符設(shè)備、塊設(shè)備按設(shè)備可共享性分類(lèi)：獨(dú)占設(shè)備、共享設(shè)備、虛擬設(shè)備虛擬設(shè)備：在一類(lèi)設(shè)備上模擬另一設(shè)備，被模擬的設(shè)備為虛擬設(shè)備。目的：提高設(shè)備利用率。I/O硬件組成：物理設(shè)備、電子部件I/O軟件組成：中斷處理程序、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、設(shè)備獨(dú)立的操作系統(tǒng)軟件、用戶(hù)級(jí)軟件設(shè)備獨(dú)立性：設(shè)計(jì)I/O軟件的一個(gè)最關(guān)鍵的目標(biāo)例（1910）什么是設(shè)備獨(dú)立性？實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性的好處是什么？答：設(shè)備獨(dú)立性就是應(yīng)用程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備。好處：提高設(shè)備管理軟件的設(shè)計(jì)效率，當(dāng)I/O設(shè)備更新時(shí)，不需要重新編寫(xiě)全部軟件。I/O設(shè)備控制方式：程序控制方式、中斷控制方式、DMA控制方式、通道控制方式。程序控制方式PIO：由用戶(hù)進(jìn)程直接控制處理器與外圍設(shè)備之間信息傳送的方式，也稱(chēng)為忙-等方式、輪詢(xún)方式、循環(huán)測(cè)試方式。這種方式的控制著是用戶(hù)進(jìn)程。優(yōu)點(diǎn)：處理器和外設(shè)的操作能通過(guò)狀態(tài)信息得到同步，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：處理器效率低，無(wú)實(shí)時(shí)響應(yīng)能力中斷控制方式：發(fā)生異常事件時(shí)調(diào)用相應(yīng)處理程序進(jìn)行服務(wù)的過(guò)程。優(yōu)點(diǎn)：提高計(jì)算機(jī)效率、可靠性，具有實(shí)時(shí)響應(yīng)能力。DMA（直接訪問(wèn)內(nèi)存）控制方式：完全由硬件執(zhí)行I/O數(shù)據(jù)交換，直接在內(nèi)存和I/O設(shè)備之間進(jìn)行。優(yōu)點(diǎn)：傳輸速度快，減少處理器開(kāi)銷(xiāo)，效率高。通道控制方式：目的：進(jìn)一步減少數(shù)據(jù)輸入輸出對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效率的影響。一個(gè)系統(tǒng)中可設(shè)立三種類(lèi)型的通道：選擇通道、數(shù)組多路通道、字節(jié)多路通道。例（1704）解釋通道命令、通道程序、通道地址字和通道狀態(tài)字。答：通道命令：規(guī)定的設(shè)備一種操作的命令。通道程序：若干條通道命令組成的程序，由通道執(zhí)行，完成一次I/O操作。通道地址字：用來(lái)存放通道程序首地址的主存固定單元。通道狀態(tài)字：用來(lái)記錄通道程序執(zhí)行結(jié)果的主存固定單元。例（1904）請(qǐng)回答通道有哪三種類(lèi)型？簡(jiǎn)述三類(lèi)通道的優(yōu)缺點(diǎn)。答：通道的三種類(lèi)型是：選擇通道、數(shù)組多路通道、字節(jié)多路通道。選擇通道優(yōu)點(diǎn)是以數(shù)據(jù)塊為單位傳輸，傳輸效率高，缺點(diǎn)是通道利用率低。數(shù)組多路通道優(yōu)點(diǎn)是以數(shù)據(jù)塊為單位進(jìn)行傳輸，傳輸率高，具有多路并行操作的能力，通道利用率高，缺點(diǎn)是控制復(fù)雜。字節(jié)多路通道優(yōu)點(diǎn)是具有多路并行操作能力，缺點(diǎn)是以字節(jié)為單位傳輸，傳輸效率低。設(shè)備分配算法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含四張表：系統(tǒng)設(shè)備表、設(shè)備控制表、控制器控制表、通道控制表設(shè)備的絕對(duì)號(hào)：系統(tǒng)為每一臺(tái)設(shè)備確定一個(gè)編號(hào)設(shè)備的相對(duì)號(hào)：由用戶(hù)在程序中定義的設(shè)備的編號(hào)指定設(shè)備的方式：1.絕對(duì)號(hào)2.設(shè)備類(lèi)、相對(duì)號(hào)為了提高設(shè)備分配的靈活性，用戶(hù)用“設(shè)備類(lèi)、相對(duì)號(hào)”來(lái)提出使用設(shè)備的要求；用戶(hù)程序中所指定的設(shè)備可與實(shí)際能占用的設(shè)備無(wú)關(guān)。磁盤(pán)調(diào)度：執(zhí)行依次輸入輸出所花的時(shí)間：尋找時(shí)間、延遲時(shí)間、傳送時(shí)間塊號(hào)b=扇區(qū)k+扇區(qū)數(shù)s*（磁頭j+柱面i*磁道數(shù)t）柱面號(hào)=第p塊/（扇區(qū)數(shù)*磁道數(shù)）磁頭號(hào)=（第p塊mod（扇區(qū)數(shù)*磁道數(shù)））/扇區(qū)數(shù)扇區(qū)號(hào)=（第p塊mod（扇區(qū)數(shù)*磁道數(shù)））mod扇區(qū)數(shù)移臂調(diào)度：根據(jù)訪問(wèn)者指定的柱面位置來(lái)決定執(zhí)行次序的調(diào)度移臂調(diào)度的目的：盡可能減少操作中的尋找時(shí)間常用的移臂調(diào)度算法：先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法、最短尋找時(shí)間調(diào)度算法、電梯調(diào)度算法、單向掃描算法。旋轉(zhuǎn)調(diào)度：根據(jù)延遲時(shí)間來(lái)就決定執(zhí)行次序的調(diào)度。緩沖的引入：為了緩解I/O設(shè)備與CPU速度的不匹配問(wèn)題緩沖技術(shù)分為：?jiǎn)尉彌_、雙緩沖、多緩沖、緩沖池SPOOLing技術(shù)：同時(shí)的外部設(shè)備聯(lián)機(jī)操作，也稱(chēng)為假脫機(jī)技術(shù)。SPOOLing系統(tǒng)包括：輸入程序模塊、輸出程序模塊、作業(yè)調(diào)度程序三部分。SPOOLing：把獨(dú)占設(shè)備改造成了共享設(shè)備，從而提高了設(shè)備的利用率和系統(tǒng)效率。綜合題：P、V操作：例（1804）在多個(gè)生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題中，設(shè)置信號(hào)量mutex，初值為1，用于實(shí)現(xiàn)臨界區(qū)（喚醒緩沖池）的互斥；信號(hào)量empty，初值為k，用于標(biāo)識(shí)緩沖池中空緩沖區(qū)的數(shù)目；信號(hào)量full，初值為0，用于標(biāo)識(shí)緩沖區(qū)中產(chǎn)品的數(shù)目。另設(shè)整形變量i和j，初值均為0，i表示空緩沖區(qū)的頭指針，j表示有產(chǎn)品緩沖區(qū)的頭指針。生產(chǎn)者進(jìn)程P1,P2,....,Pa；i=0;While(true){生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品；P(empty)；P(mutex);往Buffer[i]中放一個(gè)此產(chǎn)品；i=(i+1)modk;V(mutex);V(full);}消費(fèi)者進(jìn)程Q1,Q2,....,Qm；j=0;While(true){P(full);P(mutex);從Buffer[j]中取一個(gè)產(chǎn)品；j=(j+1)modk;V(mutex);V(empty);消費(fèi)一個(gè)產(chǎn)品；}例（1704）若有一個(gè)文件F，供多進(jìn)程讀?，F(xiàn)把進(jìn)程分成A,B兩組，規(guī)定同組的進(jìn)程可以同時(shí)讀文件F，但不同組的進(jìn)程不能同時(shí)讀文件F?，F(xiàn)定義兩個(gè)計(jì)數(shù)器C1和C2分別記錄A組和B組中正在讀文件F的進(jìn)程數(shù)。當(dāng)用PV操作進(jìn)行管理時(shí)設(shè)置三個(gè)信號(hào)量S1、S2、SAB才能保證正確并發(fā)執(zhí)行，程序結(jié)構(gòu)如下：BeginS1,S2,SAB:semaphore;C1,C2:integer;S1:=1;S2:=1;SAB:=1;C1:=0;C2:=0;CobeginProcessAi(i=1,2,...)//A組讀進(jìn)程BeginP(S1);C1:=C1+1;IfC1=1thenP(SAB);V(S1);ReadfileF;P(S1);C1:=C1-1;IfC1=0thenV(SAB);V(S1);End;ProcessBj(j=1,2...)//B組讀進(jìn)程BeginP(S2);C2:C2+1;IfC2=1thenP(SAB);V(S2);ReadfileF;P(S2);C2:=C2-1;IfC2=0thenV(SAB);V(S2);End;Coend;End;說(shuō)明信號(hào)量S1,S2,SAB的作用。答：S1是對(duì)計(jì)數(shù)器C1的互斥信號(hào)量，S2是對(duì)C2互斥信號(hào)量，SAB是AB兩組的互斥信號(hào)量例（1904）桌上有一空盤(pán)，只允許存放一個(gè)水果，爸爸可向盤(pán)中放蘋(píng)果或橘子，兒子專(zhuān)吃盤(pán)中的橘子，女兒轉(zhuǎn)持盤(pán)中的蘋(píng)果。規(guī)定當(dāng)盤(pán)空時(shí)一次只能放一個(gè)水果供吃者取用。程序如下Semaphores1=1;semaphores2=0;semaphores3=0;爸爸進(jìn)程：While(true){P(s1);If(放入的是蘋(píng)果)V(s2);ElseV(s3);}女兒進(jìn)程：While(true){P(s2);從盤(pán)中取蘋(píng)果；V(s1);}兒子進(jìn)程：While(true){P(s3);從盤(pán)中取橘子；V(s1);}進(jìn)程算法：例（1904）某單CPU系統(tǒng)有如下一批處于就緒狀態(tài)的進(jìn)程給出在先來(lái)先服務(wù)FCFS算法和最短進(jìn)程優(yōu)先SJF算法下各進(jìn)程的各時(shí)間填表計(jì)算在各算法下的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間。進(jìn)程進(jìn)入就緒隊(duì)列的先后順序運(yùn)行時(shí)間FCFSSJF開(kāi)始時(shí)間完成時(shí)間周轉(zhuǎn)時(shí)間開(kāi)始時(shí)間完成時(shí)間周轉(zhuǎn)時(shí)間110010109191921101111011321113132444113141412255141919499FCFS:(10+11+13+14+19)/5=13.4SJF:(19+1+4+2+9)/5=7缺頁(yè)：例（1904）某程序在內(nèi)存分配三個(gè)頁(yè)面，初始為空，所需頁(yè)面的走向?yàn)?、1、2、3、0、1、4、0、1、2、3、4，請(qǐng)給出分別采用先進(jìn)先出頁(yè)面置換算