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操作系统--复习笔记整理

发布时间:2019-08-01 23:03 来源:未知 编辑:admin

  )了解二类计算机硬件系统结构,熟悉现代操作系统的硬件基础通道和中断。)熟练掌握多道程序设计技术的概念,掌握批处理系统、分时系统及实时系统三种操作系统基本类型,了解微机操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。)掌握操作系统并发性、共享性、虚拟性和异步性等特征,了解现代操作系统特征,熟悉操作系统功能。

  虚拟机:使用户和程序员在不必涉及和了解硬件工作细节的情况下能方便的使用计算机,而为用户所提供的一个等价的扩展计算机,称为虚拟计算机。

  操作系统定义是控制和管理计算机系统的硬件和软件资源,合理的组织计算机工作流程以及方便用户使用,是一种系统软件。

  操作系统作用设置操作系统的目的就是提高计算机系统的效率,增强系统的处理能力,充分发挥系统的利用率,方便用户使用

  中断指CPU在收到外部中断信号后,停止原来工作,转去处理该中断事件,完毕后回到原来断点继续工作。

  中断过程:中断请求,中断响应,中断点(暂停当前任务并保存现场),中断处理例程,中断返回(恢复中断点的现场并继续原有任务)

  通道(又称为I/O处理机)实际上是一台功能单一、结构简单的I/O处理机,它单独与CPU,并直接控制外部设备,与内存进行数据传输。

  【CPU与通道的通讯】:CPU与通道之间为主(CPU)从关系(通道),采用通道进行数据传输的过程如下:CPU向通道发出I/O指令;通道执行通道程序进行I/O操作;I/O完成或出错时,以中断方式请求CPU处理。

  多道程序设计技术的概念在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序,它们在管理程序的控制下相互穿插地运行,共享CPU和外设等资源。采用多道程序设计技术的批处理系统称为多道批处理系统

  操作系统是一种系统软件,在操作系统中采用多道程序设计方式能提高CPU和外部设备的利用效率。一般来说,为了实现多道程序设计,计算机需要有更大的内存

  分时系统:多个用户分时(按时间划分轮流)的使用同一计算机的系统称为为分时系统。

  分时系统中,为使多个用户能够同时与系统交互,最关键的问题是能在一短的时间内,使所有用户程序都能运行;

  实时操作系统主要用于过程控制、事务处理等有实时要求的领域,其主要特征是实时性和可靠性

  在设计分时操作系统时,首先要考虑的是交互性和响应时间;在设计实时操作系统时,首先要考虑的是实时性和可靠性;在设计批处理系统时,首先要考虑的是周转时间和系统吞吐量

  单处理机、多道程序处理时,宏观上并发,微观上交替执行。并发指的是进程,操作系统是一个并发系统。

  多个进程共享有限的计算机系统资源,系统合理分配,资源在一个时间段内交替被多个进程所用。

  一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体(分时或分空间)。虚拟是操作系统管理系统资源的重要手段,可提高资源利用率。

  异步性也称不确定性,指进程的执行顺序和执行时间及执行结果的不确定性:A程序执行结果不确定,不可再现B多道程序设计环境下, 程序按异步方式运行。

  作业:用户在一次解题过程中或一个事务处理中要求计算机系统所作工作的总和,它是用户向计算机系统提交一项工作的基本单位。

  3)作业流:批量系统中需要将一批作业依次输入到辅助存储器中,形成作业流。

  )脱机作业:也称为批量型操作,在一次业务处理过程中,从输入程序和数据到输出结果的全过程。

  )联机作业:也称为交互型操作或终端操作,是指用户直接与计算机系统交互作用来控制作业的运行,多出现在分时系统和单用户微机操作系统中。

  先来先服务(FCFS)短作业优先(SJF)高响应比优先(HRF)高优先级优先:

  作业控制1)脱机作业控制:用户输入作业控制卡或作业说明书,整个作业的运行由系统控制。2)联机作业控制:通过人-机会话方式控制作业运行。

  系统调用是操作系统提供给软件开发人员的唯一接口,开发人员可利用它使用系统功能。用户在程序中调用操作系统提供的子功能称为系统调用。

  处理器运行系统程序的状态称为管态、特权状态或系统状态;运行用户程序的状态为算态、目态或用户态。

  访管指令是用户在程序中用来调用操作系统提供的子功能集合。其中每一个子功能称为一个系统调用命令,也称为一条广义指令(若干条机器指令构成,用以完成特定功能的一段程序)。主要功能:)实现从算态到管态的改变;)在算态下由操作系统代替用户完成其请求;)操作系统工作完成后由管态返回算态。

  【不同点】:)一般过程调用,调用程序和被调用程序都运行在 相同状态(管态或算态);而系统调用,调用程序在算态,被调用程序在管态。)一般过程调用调用时不涉及 系统状态转换,直接转向被调用过程;而系统调用调用时涉及系统状态的转换,不允许由调用过程直接转向被调用过程,要先通过软中断机制由用户态转换为核心态,在OS核心分析后,再转向相应的系统调用处理子程序。

  把由于系统调用引起处理机中断的指令称为陷入或异常指令(或称访管指令),或软中断指令

  -并发执行特征:间断(异步)性、失去封闭性、失去可再现性、相互作用和制约性

  4.独立性 进程实体是一个能独立运行、独立分配、和独立接受和调度基本单位

  )进程是动态的,程序是静态的:程序是有序代码的集合;进程是程序的执行。通常进程不可在计算机之间迁移;而程序通常对应着文件、静态和可以复制。

  。)进程与程序的对应关系:通过多次执行,一个程序可对应多个进程;通过调用关系,一个进程可包括多个程序。

  )进程与程序的组成不同:进程的组成包括程序、数据和进程控制块(即进程状态信息)

  原语-原子操作:由若干条机器指令构成的并用以完成特定功能的一段程序,而且这段程序在执行期间不允许中断。

  (1)原语的执行是不可分割的,而广义指令所包含的程序段是允许被中断的,不要求具有不可分割性。

  进程调度的题:先来先服务、短进程优先、优先权优先、时间片轮转优先、高响应比优先、多级反馈队列算法

  短作业优先:缺点--必须知道作业的运行时间;对长作业十分不利;人机无法实现交互;该调度算法未考虑作业的紧迫程度,不能保证紧迫作业得到及时处理。

  线程是进程的一个组成部分。每个进程创建时通常只有一个线程,需要时可创建其他线程。

  )资源是分给进程的,不是分给线程的。线程在执行中需要资源时,可从进程资源中划分。

  )处理机调度的基本单位是线程,线程之间竞争处理机。真正在CPU上运行的是线程。

  (1)进程既是一个拥有资源的独立单位,它可独立分配虚地址空间、主存和其它系统资源;(2)进程又是一个可独立调度和分派的基本单位。

  资源拥有单元称为进程(或任务),调度的单位称为线程。在具有多线程的操作系统中,处理机调度的基本单位是线程。一个进程可以有多个线程,而且至少有一个可执行线程。

  PV操作--多少个进程,之间的关系(互斥还是同步),临界资源是什么,信号量

  死锁:两个或两个以上并发进程,如果每个进程持有某种资源,而又等待着别的进程释放它或它们现在保持着的资源,否则就不能向前推进。此时,每个进程都占用了一定的资源,但又都不能向前推进。这种现象称为死锁(所有进程的申请都未得到满足,都在等待别的进程释放)

  2)不可剥夺条件:资源申请者不能强行的从资源占有者手中夺取资源,资源只能由占有者自愿释放。

  互斥使用是资源本身特征所决定的。使用硬软件结合可改变资源本身特性,例如采用SPOOLing技术可将 “独享” 打印机改变为“共享”的打印机。

  一个进程在申请新的资源不能立即满足而变为阻塞状态之前,必须释放已占有的全部资源

  4)循环等待条件 有序资源使用法把系统中的全部资源分别分给一个特定的 序号,并且要求每个进程均应严格地按照序号递增的次序请求资源,否则操作系统不予分配。

  该方法允许进程动态地申请资源,系统在进行资源分配之前,先计算资源分配的安全性。避免死锁的实质是使系统不进入不安全状态

  系统的状态可以用资源分配图来描述,可用资源分配图简化来判断系统是否处于死锁状态

  死锁定理(死锁状态的充分条件)当且仅当系统某状态S所对应的资源分配图是不可化简的,则S是死锁状态。

  1)撤消进程:强制性地从系统中撤消进程并剥夺它们的资源给剩下的进程使用:

  C.作业的外部代价:即与此进程相关的作业类型都可以有其相应的固定撤消代价。

  安全状态/不安全状态:是否有安全序列使每个进程都能顺利完成,安全状态是会有安全序列号的哦。

  1直接相互制约--相互功能合作关系、同步关系 “进程-进程”关系 如司机与售票员

  2间接相互制约--资源共享关系、互斥关系 “进程-资源-进程” 如打印机

  多个相关进程在执行次序上的协调称为进程同步。用于保证多个进程在执行次序上的协调关系的相应机制称为进程同步机制。

  虚拟存储器:虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能,能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统。其逻辑容量由内存容量和外存容量之和所决定,其运行速度接近于内存速度,而每位的成本却又接近于外存。

  虚拟机:指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统

  静态要求是非连续存储的,动态可以是连续存储的,动态存储是虚拟存储的基础。

  )交换主要是在进程或作业之间进行,而覆盖则主要在同一个作业或进程内进行。

  一、首次/最先适应算法(First Fit):---按起始地址递增的次序排列。

  特点:该算法倾向于使用内存中低地址部分的空闲区,在高地址部分的空闲区很少被利用,从而保留了高地址部分的大空闲区。显然为以后到达的大作业分配大的内存空间创造了条件。

  缺点:低地址部分不断被划分,留下许多难以利用、很小的空闲区,碎片化,而每次查找又都从低地址部分开始,会增加查找的开销。

  特点:给文件分配分区后剩下的空闲区不至于太小,产生碎片的几率最小,对中小型文件分配分区操作有利。

  从搜索速度上看,最先适应算法具有最佳性能。从回收过程来看,最先适应算法也是最佳的。

  存储页面表整个系统一张。存储页面表指出内存各页面是否已被分配出去,以及未分配页面的总数。1/0

  抖动现象:置换算法选择不当,有可能产生刚被调出内存的页又要马上被调回内存,调回内存不久又马上被调出内存,如此反复的局面。这使得整个系统的页面调度非常频繁,以致大部分时间都花费在主存和辅存之间的来回调入调出上

  该算法在需要淘汰某一页时,淘汰到当前时间为止,被访问次数最少的那一页。在页表中给每一页增设一个访问计数器

  该算法的基本思想是:当需要淘汰某一页时,选择离当前时间最近的一段时间内最久没有使用过的页先淘汰

  FIFO算法认为先调入内存的页不再被访问的可能性要比其他页大,因而选择最先调入内存的页换出。

  要求相应的硬件支持,增加了系统开销,算法不当可能会发生抖动,最后一页损失

  通道是一个独立于CPU的专管输入输出控制的处理机,它控制设备与内存直接进行数据交换。它有自己的通道指令,这些通道指令受CPU启动,并在操作结束时向CPU发中断信号。

  通道(又称为I/O处理机)实际上是一台功能单一、结构简单的I/O处理机,它单独与CPU,并直接控制外部设备,与内存进行数据传输。

  【CPU与通道的通讯】:CPU与通道之间为主(CPU)从关系(通道),采用通道进行数据传输的过程如下:CPU向通道发出I/O指令;通道执行通道程序进行I/O操作;I/O完成或出错时,以中断方式请求CPU处理。

  中断(Interrupt):是指计算机在执行期间,系统内发生任何非寻常的或非预期的急需处理事件,使得CPU暂时中断当前正在执行的程序而转去执行相应的事件处理程序,待处理完毕后又返回原来被中断处继续执行或调度新的进程执行的过程

  )陷阱通常由处理机正在执行的现行指令引起的,而中断则是由与现行指令无关的中断源引起的。

  )陷阱处理程序提供的服务为当前进程所用,而中断处理程序提供的服务则不是为了当前进程的。

  ) CPU在执行完一条指令之后,下一条指令开始之前响应中断,而在一条指令执行中也可以响应陷阱。

  )在有的系统中,陷阱处理程序被规定在各自的进程上下文中执行,而中断处理程序则在系统上下文中执行

  )程序直接控制方式:控制简单,硬件支持少;但是只能CPU和设备串行工作,,CPU利用率低,不能是实现设备并行。

  )中断控制方式:硬件要求少,提高了CPU利用率但是小号的CPU处理时间多。

  ) DMA方式:I/O速度快,减轻CPU中断次数,排除数据丢失等现象;缺点所需硬件多,多个DMA容易发生内存地址冲突。

  )通道方式:I/O速度快,减轻CPU的工作负担和增加了计算机并行能力;单控制较复杂,所需硬件复杂。

  先来先服务FCFS:公平、简单,且每个进程的请求都能依次地得到处理。未对寻道进行优化,致使平均寻道时间可能较长。

  最短寻道时间优先(SSTF):磁道与当前磁头所在的磁道距离最近。以使每次的寻道时间最短。

  但不能保证平均寻道时间最短。可能导致某个进程发生“饥饿”(Starvation)现象。

  扫描(SCAN)算法:磁道与当前磁道间的距离,与磁头移动的方向----电梯式上下。可

  防止老进程出现“饥饿”现象,广泛用于大、中、小型机器和网络中的磁盘调度。

  循环扫描(CSCAN)算法:磁道与当前磁道间的距离,磁头单向移动---0到100,又0到100

  磁盘冗余阵列技术:通过多个磁盘上存储冗余信息,一个磁盘损坏并不会导致数据丢失,提高性能和可靠性

  文件:是一段程序或数据的集合。在计算机系统中,文件被解释为一组赋名的相关联字符流的集合,或者是相关联记录的集合。

  对文件目录的管理就是对文件说明信息的管理。利用文件说明信息,可以完成对文件的

  单级目录:文件系统为存储设备的所有文件建立一张目录表。)--每个文件在其中占有一项用来存放文件说明信息-----------最简单,效率低,不能重名,所有项目地位平等

  二级目录:以用户为单位把各自的文件说明划分为不同的组。)用户文件的文件说明所组成的目录文件被称为用户文件目录(UFD)。)不同的组名有关存取控制信息存放在主目录(MFD)的目录项中。) MFD和UFD就形成二级目录-----------可重名科共享,效率高

  多级目录:将二级进行推广,由此形成层次关系,最高层为根目录,最低层为文件。)多级目录构成树形结构---------------层次清楚,可重名,效率高

  存储设备的特性决定了文件存取设备和方法;磁带---顺序存取设备;磁盘--直接存取设备。

  顺序存取设备:前面的物理块被存取访问过之后,才能存取后续的物理块内容。为了让磁带机加速和不停止的在下一个物理块的位置上,磁带的两相邻的物理块之间设计有一个间隙将它们隔开。信息密度大,所需块间隙小的话,则磁带存取速度和数据传输率高。

  优缺点:容量大、存取速度高。如果按随机方式或按件存取方式存取磁带上的文件信息的话,效率不是很高。

  直接存取设备:允许文件系统直接存取磁盘上的任意物理块。为了存取一个特定的物理块,磁头将直接移动到所要求的物理块上。

  对并发和并行的关系没有掌握清楚,对设备独立性、特权指令、记录式文件、地址重定位概念不是很明确。还有就是,选择题上做的不是很好。

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