操作系统复习纲要
- 第一章 绪论
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- 操作系统历史
- 操作系统基本类型
- 操作系统功能
- 第二章 操作系统用户界面
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- 作业 作业步 系统调用
- 第三章 进程管理
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- 进程的定义
- 进程与程序的区别
- 程序执行方式
- 进程组成
- 进程状态转换
- 原语
- 进程控制原语
- 进程同步与互斥（PV操作题）
- 进程通信
- 死锁（银行家算法）
- 线程
- 第四章 处理机调度
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- 作业的状态及其转换
- 分级调度
- 周转时间（平均 带权 平均带权）
- 进程调度算法
- 第五章 存储管理
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- 各种存储方法的比较
- 存储管理
- 分区存储管理（三种分配方法及其比较）
- 页式存储管理
- 段式存储管理
- 段页式存储管理
- 扩充内存，局部性原理和抖动问题
- 页面置换算法
- Belady现象及其原因
- 第八章 文件系统
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- 文件系统和文件的定义
- 文件的逻辑结构
- 文件存储空间管理算法
- 文件目录与目录文件
- 一级/二级/树形目录定义及其优缺点
- 第九章 设备管理
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- 数据传送控制方式
- 理解通道
- 三种通道及其适用设备
- 中断
- 缓冲技术
- 设备分配顺序
- 假脱机技术（SPOOLing）
- 磁盘的物理结构及四种调度算法
阅前提示：本文按照复习所划重点而写，不会涉及所有知识点
第一章 绪论
操作系统历史
早期批处理
多道程序系统
分时操作系统
实时操作系统
操作系统基本类型
单道
多道：提高CPU利用率
批处理操作系统：脱机，无交互
分时系统：有交互，有用户同时性、独立性
实时系统：高度可靠，及时响应
操作系统功能
- 资源管理
- 处理机管理
- 存储管理
- 设备管理
- 信息管理（文件系统管理）
- 用户接口
- 系统调用
- 作业控制
第二章 操作系统用户界面
作业 作业步 系统调用
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作业 ：在一次应用业务处理过程中，从输入开始到输出结束，用户要求计算机所做的有关该次业务处理的全部工作称为一个作业。
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作业步：在一个作业的处理过程中计算机所做的相对独立的工作。
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作业由不同的顺序相连的作业步组成
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系统调用
系统调用是操作系统提供给编程人员的唯一接口。
第三章 进程管理
进程的定义
进程 是一个独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动，它是系统进行资源分配和调度的基本单位。
进程与程序的区别
- 程序是静态的，进程是动态的（根本区别）
程序是有序代码的集合；进程是程序的执行。 - 进程和程序不是一一对应的
一个程序可对应多个进程,例如：一个QQ程序被多人登录。 - 进程是暂时的，程序的永久的
进程是一个状态变化的过程，程序可长久保存。 - 进程与程序的组成不同
进程包括程序、数据和进程控制块。
程序是指令序列。 - 进程具有创建其他进程的功能，而程序没有
程序执行方式
程序的顺序执行：在某个程序段执行完之前，其它程序段只能等待。这种程序的执行方式，我们称为程序的顺序执行。
程序的并发执行：在一定时间内，有两个或两个以上的程序同时处于开始时运行尚未结束的状态。即：不同的程序在执行时间上是重叠的，在系统中交替执行。
| 顺序执行 | 并发执行 |
|---|---|
| 程序具有封闭性 | 程序失去封闭性 |
| 独享资源 | 共享资源(互为存在条件) |
| 可再现性 | 程序与“计算”不再一一对应 |
| 无相互制约 | 有相互制约 |
ps：并发执行与并行执行的区别
并发：一组程序逻辑上独立，执行时间客观上互相重叠。
并行：一组程序按独立，异步的速度执行。
进程组成
进程是一个实际存在的实体，包括三个组成部分：
- 程序: 完成独立功能的指令集合。
- 数据: 程序运行所作用的对象。
- 进程控制块(PCB):是进程的描述信息和控制信息。
PCB是进程存在的唯一标志。
这三部分也被称为”进程映像”。
进程状态转换
进程的状态
- 运行态： 进程正占用处理机执行。
- 就绪态：进程已具备运行条件，只因处理机被其它进程占用而处于一种等处理机的状态。
- 等待态：进程因等某事件发生(例等I/O操作结束)而暂时不能运行的状态。
进程的状态转换
（1）T0时刻系统是否处于安全状态br>
①Request<=Need ②Request<=Available ③存在安全序列 （三个条件都要满足）
所以能够实施分配。
（3）在（2）的基础上，若P[i]（i=0，1，2，3，4）请求资源（，能否实施分配br> 同理需要看是否能同时满足如下条件，若满足则能分配，否则不能分配，
①Request<=Need ②Request<=Available ③存在安全序列
死锁的检测和解除
允许系统运行过程中发生死锁。
通过系统所设置的检测机构可以及时检测出死锁的发生，并精确地确定与死锁有关的进程和资源。
解除死锁是与检测死锁配套的一种设施，用于将进程从死锁状态下解脱出来。
常用的方法是撤消一些进程，以释放资源，再将它们分配给已处于阻塞状态的进程，使之转为就绪状态以继续运行。
线程
线程定义
线程是进程的一部分
线程有时又被称为轻权进程或轻量级进程
线程与进程的区别
在引入线程的操作系统中，线程作为CPU调度和分配的基本单位，进程作为资源分配的基本单位。
第四章 处理机调度
作业的状态及其转换
- 提交状态 ：一个作业在其处于从输入设备进入外部存储设备的过程。
- 收容状态（后备状态） ：若一个作业的全部信息已全部被输入进输入井，那么，在它还未被调度去执行之前，该作业处于收容状态。
- 执行状态 ：作业调度程序从后备作业中选取若干个作业到内存投入运行。它为被选中作业建立进程并分配必要的资源，这时，这些被选中的作业处于执行状态。
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完成状态 ：当作业运行完毕，但它所占用的资源尚未全部被系统回收时，该作业处于完成状态。
进程调度算法
1.先来先服务调度算法(FCFS)
3.最高响应比优先算法（HRN）
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先入先出法（FIFO）
选择在主存中停留时间最长的一页置换，即:先进入内存的页，先退出内存。
实现方式：
将装入内存的页面按照先后次序排成队列，每次总调出队首的页，新页装入队尾，例如：用指针指向“最老的页面”。
缺点：
不一定合理，较早进入内存的可能是共享的代码或数据，调出后不久又会使用。
-
最久未使用算法（基于时间）（least recently used——LRU）
基本思想：如果一个页面被访问了，那么它很可能马上又被访问，因此，可选择在最近一段时间里最久没有使用过的页面予以置换。
可在页表中增加“计时”标记，每被访问一次，都从0开始重新计时，选择计时值最大的调出，也可以用堆栈实现。
缓冲技术
缓冲技术引入目的
1）缓解CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾
2）提高它们之间的并行性
3）减少对CPU的中断次数，放宽CPU对中断响应时间的要求缓冲的种类
1）硬件缓冲器：价格贵、速度快、容量不会太大
2）软件缓冲器：在内存划出一块区域做缓冲器设备分配顺序
设备->控制器->通道
假脱机技术（SPOOLing）
通过假脱机技术（SPOOLing）使独占设备变得可被共享
假脱机技术的组成- 输入井：用于存放独占型设备输入的数据。模拟独占的输入设备。
- 输出井：用于存放用户程序最终向独占型设备输出的数据。模拟独占的输出设备。
- 输入井缓冲区：用于暂存由输入设备送来的数据。
- 输出井缓冲区：用于暂存从输出设备送来的数据。
- 输入管理模块：将用户要求的数据从输入设备，通过输入缓冲区送到输入井。当CPU需要数据时直接从输入井读入内存。
- 输出管理模块：把用户要求输出的数据，先从内存送到输出井，待输出设备空闲时，再将输出井中的数据，经过输出缓冲区送到输出设备上。
假脱机技术的工作原理
- 在输入和输出之间增加了“输入井”和“输出井”的排队转储缓解，以消除用户的“联机”等待时间。
- 在SPOOLing系统中，实际上并没有为任何进程分配设备，而只是在输入井和输出井中，为进程分配一个存储区。这样，便把独占设备改造为共享设备。
假脱机技术的特点
- 提高了I/O 速度。
- 将独占设备改造为共享设备 。
- 实现了虚拟设备功能 。
磁盘的物理结构及四种调度算法
磁盘物理结构
-
最短寻道时间优先法(SSTF） ：挑选寻找时间最短的执行
执行顺序：53，65，67，37，14，98，122，124，183
读写磁头总共移动236个柱面距离，减少了寻找时间
-
单向扫描法（C-SCAN）
总是从0号柱面开始向里扫描，按照各个访问者所要访问的柱面位置的次序，选择访问者；
当移动臂到达最后一个柱面时，立即快速返回到0号柱面，返回过程中不读磁盘，返回后再进行扫描。
执行顺序：53，65，67，98，122，124，183，14，37
5.多级队列调度算法
多级队列调度算法是先来先服务、时间片轮转算法和优先级算法的综合。
例：设有A、B、C、D、E五个进程，其到达时间分别为0、1、3、4、5，要求运行时间依次为3、8 、4、5、7，采用多级反馈队列调度算法，系统中共有3个队列，其时间片依次为1、2和4，试计算其平均周转时间和平均带权周转时间。
第五章 存储管理
各种存储方法的比较
例：
某分页系统的逻辑地址为16位，其中高6位为页号，低10位为页内地址，内存为一兆。建立的页表内容如下：
| 页号 | 物理块号 |
|---|---|
| 0 | 2 |
| 1 | 3 |
| 2 | 1 |
| 3 | 6 |
（1）这样的地址结构每页最大有多少字节辑地址可有多少页个作业最大使用空间是多少br> 一页大小=1024B（低10位） ，逻辑地址有64页面 （高6位），作业最大的使用空间为64KB（64*1024）。
（2）逻辑地址4000，对应的页号，页内地址和绝对地址分别是多少br> 4000/1024=3…928，页号为3，页内地址为928，绝对地址=6*1024+928=7072（页号为3物理块号为6）。
静态分页式存储管理的优缺点：
（1）作业不必作为整体装入内存连续区域
（2）便于多道程序设计，提高资源利用率
（3）页面大小和块的大小相等，便于主存管理
缺点：
（1）地址转换增加系统开销
（2）仍存在内存碎片：最后一个页面不能充分使用
（3）页表占用存储空间
（4）内存的扩充问题，作业的地址空间受内存容量限制
（5）页由系统划分，对用户透明，用户实现页的共享比较困难
请求页式动态方法
（1）划分内存和进程的逻辑空间（页面表和页表）；
（2）把部分页载入内存；
（3）执行时，检查需要的页面在不在内存果在，则执行；否则执行中断程序，把所缺页面调入内存（需要检查是否有足够的空闲内存空间；如果没有，需要调出某页到外存，直至空闲空间足够。）；
（4）回收。
请求分页的优缺点
优点：
● 提供多个大容量的虚拟存储器
● 更有效地利用了内存
● 多道程序度更高了
缺点:
● 缺页中断需要额外的存储空间及CPU开销
● 可能导致系统抖动
段式存储管理
参考资料：
《计算机操作系统教程（第4版）》张尧学 宋虹 张高 编著 清华大学出版社
来源：千树梨花开2
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