7级计算机操作系统复习资料

名词解释
1. 操作系统：它是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。

它是一个系统软件。

2. 批处理系统：系统对多个作业进行成批处理。

批处理系统旨在提高系统资源的利用率和系统吞吐量。

<单道批处理系统：在内存中始终只保持一道作业，无法充分利用系统中的所有资源，致使系统性能较差；多道批处理系统：内存中有多道作业，用户上机前必须把自己的作业邮寄或亲自送到机房；它的优缺点是：资源利用率高、系统吞吐量大、平均周转时间长、无交互能力(用户不能与自己的作业交互>）
3. 多道程序设计：在系统中，用户所提交的作业都先放在外存上并排成一个队列，称为“后备队列”；然后，由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干个作业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资源。

<具体地说，在OS中引入多道程序设计技术可带来一下好处：提高CPU的利用率、可提高内存和I/O设备利用率、增加系统吞吐量）
4. 作业调度：作业调度的基本任务是从后备队列中按照一定的算法，选择出若干个作业，为它们分配运行所需的资源(首先是分配内存>。

在将它们调入内存后，便分别为它们建立进程，使它们都成为可能获得处理机的就绪程序，并按照一定的算法将它们插入就绪队列(在后备队列上等待的每个作业都需经过调度才能执行>----将作业从外存调入内存。

5. 进程调度：进程调度的任务是从进程的就绪队列中，按照一定的算法选出一个进程，吧处理机分配给它，并为它设置运行现场，是进程投入执行。

在多线程OS中，通常是把线程作为独立运行和分配处理机的基本单位，为此，须把就绪线程排成一个队列，每次调度室，是从就绪线程队列中选出一个线程，把处理机分配给它。

6. 地址映射：一个应用程序经编译后，通常会形成若干个目标程序；这些目标程序再经过链接便形成了可装入程序。

这些程序的地址都是从0开始的，程序中的其它地址都是相对于起始地址计算的。

由这些地址所形成的地址范围成为地址空间，其中的细致成为“逻辑地址”或“相对地址”。

此外，由内存中的一系列单元所限定的地址范围成为“内存空间”，其中的地址称为“物理地址”。

在多道程序环境下，每道程序不可能都从0地址开始装入内存，这就只是地址空间的逻辑地址和内存空间的物理地址不相一致。

为使程序能正确运行，存储器管理必须提供地址映射功能，以将地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中与之对应的物理地址。

该功能应在硬件的支持下完成。

7. 进程控制块(PCB>：为了描述和控制进程的运行，系统为每个进程定义了一个数据结构——进程控制块，它是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。

PCB 中记录了操作系统所需的、用于描述进程的当前情况以及控制进程运行的全部信息。

PCB的作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序(含数据>，称为一个能独立运行的基本单位，一个能与其它进程并发执行的进程。

当系统创建一个新进程是，就为它建立了一个PCB；进程结束时又回收其PCB，进程于是也随之消亡。

因为PCB经常被系统访问，故PCB应常驻内存。

8. 原语：它是由若干条指令组成的，用于完成一定功能的一个过程。

它与一般过程的区别在于：它们是“原子操作”。

原语的作用是为了实现进程的通信和控制，系统对进程的控制如不使用原语，就会造成其状态的不确定性，从而达不到进程控制的目的。

9. 原子操作：是指一个操作中的所有动作要么全做，要么全不做。

它是一个不可分割的基本单位。

因此，在程序执行过程中不允许被中断。

原子操作在管态下执行，常驻内存。

10. 管道：是指用于连接一个读进程和一个写进程以实现它们之间通信的一个共享文件。

又名pipe文件。

向管道(共享文件>提供输入的发送进程(即写进程>，以字符流形式将大量的数据送入管道；而接受管道输出的接收进程(即读进程>，则从管道中接收(读>数据，由于发送进程和接收进程是利用管道进行通信的，故又称为管道通信。

它能有效地传送大量
数据。

11. 作业控制块：为了管理和调度作业，在多道批处理系统中为每个作业设置了一个作业控制块，如同进程控制块是进程在系统中存在的标志一样，它是作业在系统中存在的标志，其中保存了系统对作业进行管理和调度所需的全部信息。

在JCB中所包含的内容因系统而异，通常应包含的内容有：作业标志、用户名称、用户账户、作业类型(CPU繁忙型、I/O繁忙型、批量型、终端型>、作业状态、调度信息、资源需求、进入系统时间、开始处理时间、作业完成时间、作业退出时间、资源使用情况等。

每当作业进入系统是，系统便为每个作业建立一个JCB，根据作业类型将它插入相应地后备队列中。

作业调度程序依据一定的调度算法来调度他们，被调度到的作业将会装入内存。

在作业运行期间，系统就按照JCB中的信息对作业进行控制。

当一个作业执行结束进入完成状态时，系统负责回收分配给它的资源，撤消它的作业控制块。

12. 死锁：指多个进程在运行过程中因竞争/争夺资源而造成的一种僵局，当进程处于这种僵持状态时，若无外力作用，它们都将永远不能再向前推进。

13. 死锁预防：系统事先采取措施，对进程申请资源的要求加以限制，使得死锁没有条件发生。

(该方法是通过设置某些限制条件，去破坏产生死锁的四个必要条件中的一个或几个条件，但由于所施加的限制条件往往太严格，因而可能会导致系统资源利用率和系统吞吐量降低>
14. 死锁避免：在进程运行过程中提出资源申请时，系统加以检测，决定是否分配资源。

(它并不须事先采取各种限制措施去破坏产生死锁的四个必要条件，而是在资源的动态分配过程中，用某种方法去防止系统进入不安全状态，从而避免发生死锁。

>
15. 碎片：系统中每次为作业分配内存后所切割下来的剩余的不能被利用的小分区称为“零头”或“碎片”，碎片又分内部碎片和外部碎片
16. 对换(SWAPPING>：是指把内存中暂时不能运行的进程或者暂时不用的程序和数据调出到外存上，以便腾出足够的内存空间，再把已经具备运行条件的进程或进程所需要的程序和数据调入内存。

对换是提高内存利用率的有效措施。

17.离散分配方式：将一个进程直接分散地分配到许多不相邻的分区中使用存储空间,不再进行“紧凑”。

如果离散分配的基本单位是页，则成为分页存储器管理方式；如果离散分配的基本单位是段，则成为分段式存储管理方式。

18. 页式管理：它属于离散分配方式，便于多道程序设计，提高了内存的利用率，而不必像动态分区分配那样执行紧凑操作，但仍存在缺点：
(1> 采用动态地址映射会增加计算机成本和降低处理机的速度。

(2> 各种表格要占用一定容量的内存空间，而且还要花费一部分处理机时间来建立和管理这些表格。

(3>虽然消除了大量碎片，但每个作业的最后一页一般都有不能充分利用的空白区。

(4>存储扩充问题仍未得到解决。

当没有足够空间能装下整个作业地址空间时，该作业还是无法运行。

19. 页表：即页面映射表PMT，每个进程有一张也表。

它用于该进程的地址映射，记录了进程每个页号及其对应的存储块号。

它的作用是实现从页号到物理块号的地址映射。

20. 快表：又称“联想寄存器”，它是在地址变换机构中增设的一个具有并行查寻能力的特殊高速缓冲寄存器，用以存放正在运行进程的当前最常用的页号和相应块号。

它提高了地址变换速度。

在地址变换过程中，快表不断地被修改，如果联想寄存器已满，则OS必须找到一个老大且已被认为不再需要的页表项，将它换出。

21. 段式管理：引入分段存储管理方式，主要是为了满足用户和程序员的下述一些列需要：方便变成、信息共享、信息保护、动态增长、动态链接。

在分段存储管理方式中，作
业的地址空间被划分为若干个段，每个段定义了一组逻辑信息。

分段式存储管理系统为每个分段分配了一个连续的分区，而进程中的各个段可以离散地移入内存中不同的分区中。

22. 段表：为使程序能正常运行，亦即，能从物理内存中找出每个逻辑段所对应的位置，应像分页系统那样，在系统中为每个进程建立一张段映射表。

每个段在表中占有一个表项，其中了记录了该段在内存中的起始地址(基址>和段的长度。

段表可以存放在一组寄存器中，也可以放在内存中。

在配置了段表后，执行中的进程可通过查找段表找到每个段所对应的内存区。

---段表用于实现从逻辑段到物理内存区的映射。

23. 虚拟存储器：是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存内容加以扩充的一种存储器系统。

它的特征有：多次性、对换性和虚拟性。

-----把内存与外存有机的结合起来使用，从而得到一个容量很大的“内存”。

虚拟存储器的实现是建立在离散分配的内存管理技术的基础上。

24. 虚拟存储技术：从逻辑上扩充内存容量。

它是一种性能非常优越的存储器管理技术，被广泛地应用于大、中、小型机器和微型机中。

25. 页面置换：在进程运行过程中，若所要访问的页面不在内存而需要把它们调入内存，但内存中无空闲空间时，为了保证进程能正常运行系统必须从内存中调入一页程序或者数据送磁盘对换区。

但应将哪个页面调出，须根据一定的算法来确定。

通常，把选择换出页面的算法成为页面置换算法。

常用的页面置换算法有：最佳置换算法、先进先出页面置换算法和最近最久未使用算法。

26. 虚设备：在一类设备上模拟另一类设备，常用共享设备模拟独占设备，用高速设备模拟低速设备，被模拟的设备称为虚设备。

<将慢速的独占设备改造成多个用户可共享的设备，提高设备的利用率）----通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台逻辑设备，供若干个用户同时使用。

27. 虚设备技术: 为解决独占设备数量少、速度慢、不能满足众多进程的要求，而且在进程独占设备期间设备利用率又比较低的情况而提出的一种设备管理技术。

这就是虚拟设备技术、核心思想是在一台共享设备<通常是高速、大容量的磁盘>上模拟独占设备的操作，把一台低速的独占设备改造成为若干台可并行操作的虚拟设备，即把独占设备变成逻辑上的共享设备。

28. 通道：<I/O处理机）通道是独立于CPU的专门负责数据输入/输出传输工作的处理机，对外部设备实现统一管理，代替CPU对输入/输出操作进行控制，从而使输入，输出操作可与CPU并行操作。

通道类型有：字节多路通道、数组选择通道和数组多路通道，若通道不足，则容易造成“瓶颈”现象。

29. 中断：中断是一种发生了一个外部的事件时调用相应的处理程序的过程。

中断技术是计算机系统结构的一个重要突破，它使并发操作成为可能。

中断改变了处理器执行指令顺序，CPU暂停当前程序的执行，保护好被中断程序的现场信息；相应中断请求，执行中断处理程序；中断处理完毕后，CPU返回断点，继续执行被中断了的当前程序。

产生中断的原因为外部条件时，称为外部中断，也称硬中断，如掉电、设备运行完成、设备故障、时钟中断等。

产生中断的原因为内部条件时，称为内部中断，也称软中断，一种是由于运行程序发生意外而产生，如溢出、操作地址错误等；另一种是运行程序需要产生的，如系统调用。

30. 系统调用：用户程序中对操作系统的功能调用称为系统调用
31. CPU状态：在PSW中专门设置一位,它是根据运行程序使用指令权限而设置.管态(特态>：能执行指令全集(包括特权，非特权指令>,具有改变CPU状态的能力,操作系统在管态下运行.目态(普态>：只能执行非特权指令,用户程序在目态下运行.(如果在目态下用户执行了特态指令,则产生中断,由操作系统得到控制权,而特权指令被停止.><这两种状态时可转换的）
32. 缓冲技术：它是为了解决CPU和I/O设备之间速度的不匹配矛盾，提高它们之间的并行性，减少对CPU的中断次数，利用存储设备，在传输过程中进行数据的暂时存储。

缓冲技术可以采用硬件缓冲和软件缓冲两种。

硬件缓冲是利用专门的硬件寄存器作为缓冲区，软件缓冲是利用操作系统的管理，采取在内存中划出一个区域来充当缓冲器。

根据缓冲器的多少可以分为单缓冲、双缓冲和多缓冲。

33. 磁盘调度：当有多个进程都要求访问磁盘时，应采用一种最佳调度算法，以使各进程对磁盘的平均访问时间最小。

由于在访问磁盘的时间中，主要是寻道时间，因此，磁盘调度的目标是使磁盘的平均寻道时间最少。

目前常用的磁盘调度算法有先来先服务、最短寻道时间优先及扫描等算法。

34. 字符流文件：构成文件的基本单位是字符，是有逻辑意义的、无结构的一串字符的集合。

35. 文件控制块(FCB>：文件控制块是操作系统为管理文件而设置的数据结构，存放了为管理文件所需的所有有关信息，即基本信息、存取控制信息和使用信息。

文件控制块是文件存在的标志。

36.文件目录：文件控制块的有序集合称为文件目录，即一个文件控制块就是一个文件目录项。

通常，一个文件目录也被看成是一个文件。

37. 绝对路径名：从树根开始的路径名为绝对路径名
38. 当前目录：为了提高文件检索速度，文件系统向用户提供了一个当前正在使用的目录，称为当前目录。

查找一个文件可从当前目录开始，使用部分路径名；当前目录可根据需要任意改变。

当前目录一般存放在内存。

为每个进程设置一个“当前目录”消除使用全文件名访问文件的麻烦。

13. 恢复现场
在进程调度中有体现，结合保存现场理解。

问答题
1.分时系统
解答：又称交互作用系统，它能很好得将一台计算机提供给多个用户同时使用，提高计算机的利用率。

它被经常应用于查询系统中，满足许多查询用户的需要(如人-机交互、共享主机、便于用户上机—用户希望能通过自己的终端直接将作业传送到机器上进行处理，并能对自己的作业进行控制>，分时系统有以下四个特点：多路性/同时性(允许在一台主机上同时连接多台联机终端，系统按分时原则为每个用户服务>、独立性(每个用户各占一个终端，彼此独立操作，互不干扰>、及时性(用户的请求能在很短的时间内获得响应>、交互性(用户可以通过终端与系统进行广泛的人机对话，能向终端用户提供数据处理和资源共享等服务>。

2. 实时系统
解答：指系统能及时(或即时>响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。

它的特征有：多路性(系统周期性地对多路现场信息进行采集>、独立性(实时信息处理系统中的每个终端用户在向实时系统提出服务请求时，是彼此独立地操作，互不干扰；而实时控制系统中，对信息的采集和对对象的控制也都是彼此互不干扰>、及时性、交互性(人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序>、可靠性(系统中采取了多级容错措施来保障系统和数据的安全性，具有高度的可靠性>
3.进程的并发性指什么
解答：(通常的程序是静态实体，在多道程序系统中，它们是不能独立运行的，更不能和其
他程序并发执行，引入进程，就是为了使多个程序能并发执行> ，并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生，这里是指多个进程实体同存于内存中，且能在一段时间内同时运行。

引入进程的目的也是为了使其进程实体能和其它进程实体并发执行；而程序(没有建立PCB>是不能并发执行的。

4. 操作系统的特性
解答：操作系统具有并发性、共享性、虚拟技术和异步型这四个基本特征。

并发性是指两个或多个时间在同一时间间隔内发生。

共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程(线程>共同使用，相应地，把这种资源共同使用称为资源共享，或称为资源复用，由于各种资源的属性不同，进程对资源复用的方式也不用，目前实现资源共享的方式有：互斥共享方式和同时访问方式。

虚拟是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。

用于实现虚拟的计数称为虚拟技术，在OS中利用时分复用技术和空分复用技术实现虚拟技术。

异步性是由于资源等因素的限制，使进程的执行通常不能一气呵成，而是以停停走走的方式运行。

很可能先进入内存的作业后完成，而后进入内存的作业先完成，或者说，进程是以人们不可预知的速度向前推进。

5. 操作系统的功能
解答：操作系统具有这样几方面的功能：处理机管理功能、存储器管理功能、设备管理功能、文件管理功能、向用户提供方便的用户接口和面向网络的服务功能(方便计算机联网>。

在多道程序系统中，处理机的分配和运行都是以进程为基本单位，因为对处理机的管理可归结为对进程的管理；在引入了线程的OS中，也包含对线程的管理。

处理机管理的主要功能是创建和撤消进程(线程>，对诸进程(线程>的运行进行协调，实现进程(线程>之间的信息交换，以及按照一定的算法把处理机分配给进程(线程>。

存储器管理的主要任务是为多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用存储器，提高存储器的利用率以及能从逻辑上扩充内存。

为此，存储器管理应具有内存分配、内存保护、地址映射和内存扩充等功能。

设备管理用于管理计算机系统中所有的外围设备，而设备管理的主要任务是：完成用户进程提出的I/O请求；为用户进程分配其所需的I/O设备；提高CPU和I/O设备的利用率；提高I/O速度；方便用户使用I/O设备。

它应具有缓冲管理、设备分配和设备处理以及虚拟设备等功能。

文件管理的主要任务是对用户文件和系统文件进行管理，以方便用户使用，并保证文件的安全性。

为此，文件管理应具有对文件存储空间的管理、目录管理、文件的读写管理以及文件的共享与保护等功能。

操作系统与用户之间的接口可以分为两大类：用户接口(提供给用户使用的接口，用户可以通过该接口去的操作系统的服务>和程序接口(提供给程序员在编程时使用的接口，是用户程序取得操作系统服务的惟一途径>。

6.进程实体
解答：由程序段、相关的数据段和PCB三部分便构成了进程实体。

进程实体是一个能独立运行、独立分配资源和独立接受调度的基本单位。

在许多情况下所说的进程，实际上是指进程实体。

例如，所谓的创建进程，实质上是创建进程实体中的PCB。

进程实体有一定的生命期，而程序则只是一组有序指令的集合，并存放于某种介质上，其本身并不具有运动的含义，因而是静态的。

7. 进程状态转换
解答：运行中的进程可能具有以下三种基本状态：就绪状态、执行状态、阻塞状态。

但在另一些系统中，又增加了挂起状态。

具有挂起状态的进程状态图如右图所示：
(1>、活动就绪→静止就绪
进程未被挂起的就绪状态称为活动就绪状态，此时进
程可接受调度。

处于活动就绪状态的进程被挂起时，
该进程便转变为静止就绪状态，此时进程不再接受调
度。

通常，新建的进程进入活动就绪状态，以便尽快
得到调度。

(2>、活动阻塞→静止阻塞
进程未被挂起的阻塞状态称为活动阻塞状态，此时进
程可以因某等待事件的完成而转变为活动就绪状态。

当处于活动阻塞状态的进程被挂起时，该进程便转变
为静止阻塞状态。

(3>、静止就绪→活动就绪：处于静止就绪状态的进
程被激活后，该进程转变为活动就绪状态，进程可以
重新接受调度。

(4>、静止阻塞→活动阻塞
静止阻塞状态下的进程被激活转变为活动阻塞
(5>、静止阻塞→静止就绪
处于静止阻塞状态的进程在所期待的事件出现后，将从静止阻塞状态转变为静止就绪状态，仍然处于静止状态。

(可以不用等待外部事件，但是得等待激活>
8. PV操作
两个标准的原子操作Atomic Operation> wait(S>和signal(S>来访问。

这两个操作一直
被分别称为P、V操作。

wait和signal操作可描述为：
wait(S>: while S≤0 do no-op； S∶=S-1。

P操作
signal(S>: S∶=S+1。

V操作
可以利用信号量来描述程序或语句之间的前趋关
系，右图示出了一个前趋图，其中S1，S2 (6)
最简单的程序段(只有一条语句>。

若用P、V操作描述图中的前趋关系，则需在每
个有向边上设一个信号量，初值为0。

首先，对所有到达Si的有向边上的信号量做P
操作，然后执行Si，最后再对所有从Si离去的有
向边的信号量做V操作，则Si并发执行时仍能保证
其前趋关系。

如为保证S1->S2，S1->S3的前趋关系，应分别
设置信号量a和b，同样，为了保证S2->S4，S2->S5，S3->S6，S4->S6，S5->S6，应设置信号量c,d,e,f,g。

Var a,b,c,d,e,f,g： semaphore∶ =0,0,0,0,0,0,0。

begin
parbegin
begin S1。

signal(a>。

signal(b>。

end。

begin wait(a>。

S2。

signal(c>。

signal(d>。

end。

begin wait(b>。

S3。

signal(e>。

end。

begin wait(c>。

S4。

signal(f>。

end。

begin wait(d>。

S5。

signal(g>。

end。

begin wait(e>。

wait(f>。

wait(g>。

S6。

end。

parend
end
由上可知即使进程S2排在首位，也因执行P操作而被阻塞，需要V(a>操作来解封，从而保证了前趋关系
9. 最短作业优先调度算法—SJ(P>F
解答：它是指对短作业或短进程优先调度的算法，它们可以分别作用于作业调度和进程调度。

短作业优先的调度算法是从后备队列中选择一个或者若干个估计运行时间最短的作业，将它们调入内存运行。

而短进程优先调度算法则是从就绪队列中选出一个估计运行时间最短的进程，将处理机分配给他，使它立即执行并一直执行到完成，或发生某事件而被阻塞放弃处理机时再重新调度。

10. 高响应比优先调度算法
解答：为每个作业引入动态优先权，并使作业的优先级随着等待时间的增加而以速率a提高，则长作业在等待一定的时间后，必然有机会分配到处理机。

优先权的变化规律可描述为：
由于等待时间与服务时间之和，就是系统对该作业的响应时间，故该优先权又相当于响应比R P。

据此，又可表示为：
由上式可以看出：
(1>.如果作业的等待时间相同，则要求服务的时间愈短，其优先权愈高，因而该算法有利于短作业；
(2>.当要求服务的时间相同时，作业的优先权决定于其等待时间，等待时间愈长，其优先权愈高，因而它实现的是先来先服务；
(3>.对于长作业，作业的优先级可以随等待时间的增加而提高，档期等待时间足够长时，其优先级便可升到很高，从而也可获得处理机；
简言之，该算法既照顾了短作业，又考虑了作业到达的先后次序，不会使长作业长期得不到服务。

当然，利用该算法时，每要进行调度之前，都须先做响应比的计算，这会增加系统开销。

11. 死锁产生的条件
解答：死锁的发生必须具备下列4个必要条件：
(1> 互斥条件：一个资源在某一时刻只能分配给一个进程。

若一个进程申请某资源时，该资源被另一进程占用，则申请者等待，直到占有者释放该资源时才可能获得。

(2> 请求与保持条件：指进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源又已被其它进程占有，此时请求进程阻塞，但对自己已获得的其它资源保持不放。