操作系统-基本知识点

操作系统复习提纲目录1.操作系统概述 (4)1.1.操作系统的概念 (4)1.2.计算机的特征 (4)1.2.1.计算机的功能 (4)1.3.计算机提供的服务 (4)1.4.操作系统的发展与分类 (4)1.5.操作系统的运行环境（内核态与用户态、中断、异常、系统调用） (4)1.6.操作系统体系结构 (5)2.进程管理 (6)2.1.进程与线程 (6)2.1.1.进程概念 (6)2.1.2.进程的状态与转换 (6)2.1.3.进程控制 (6)2.1.4.进程组织 (6)2.1.5.进程通信（共享存储、消息传递、管道通信） (6)2.1.6.线程概念与多线程模型 (7)2.2.处理机调度 (7)2.2.1.调度的基本概念 (7)2.2.2.典型调度算法 (8)2.3.进程同步与互斥 (8)2.3.1.进程同步的基本概念 (8)2.3.2.实现临界区互斥的基本方法：软件实现方法、硬件实现方法 (8)2.3.3.信号量、管程 (9)2.3.4.经典同步问题 (10)2.4.死锁 (10)2.4.1.产生死锁的原因 (10)2.4.2.产生死锁的必要条件 (10)2.4.3.处理死锁的方法 (10)3.内存管理 (11)3.1.内存管理基础 (11)3.1.1.内存管理概念 (11)3.1.2.程序装入与链接、逻辑地址与物理地址空间、内存保护 (11)3.1.3.交换与覆盖 (11)3.1.4.连续分配管理方式 (11)3.1.5.非连续分配管理方式 (11)3.2.虚拟内存管理 (11)3.2.1.虚拟内存基本概念 (11)3.2.2.请求分页管理方式 (12)3.2.3.页面置换算法 (12)3.2.4.工作集、抖动 (12)4.输入输出（I/O）管理 (13)4.1.I/O管理概述 (13)4.2.I/O控制方式 (13)4.3.I/O软件层次结构 (13)4.4.I/O调度概念 (13)4.4.1.磁盘访问时间： (13)4.4.2.磁盘调度 (14)4.5.出错处理 (14)4.6.高速缓存与缓冲区 (14)4.6.1.缓冲引入的原因： (14)4.6.2.缓冲的种类： (14)4.6.3.高速缓存： (14)4.7.假脱机技术（SPOOLing） (14)4.8.设备分配与回收 (15)5.文件管理 (16)5.1.文件系统基础 (16)5.1.1.文件概念与逻辑结构 (16)5.1.2.文件的结构 (16)5.1.3.目录结构 (16)5.1.4.文件共享 (17)5.1.5.文件保护：访问类型、访问控制 (17)5.2.文件系统实现 (17)5.2.1.文件系统层次结构 (17)5.2.2.目录实现 (17)5.2.3.文件实现 (17)5.3.磁盘组织与管理 (17)5.3.1.磁盘的结构 (17)5.3.2.磁盘调度算法：先来先服务（FCFS）、最短寻道时间优先（SSTF）、电梯算法（SCAN）175.3.3.磁盘的管理 (17)1.操作系统概述1.1.操作系统的概念计算机操作系统是指控制和管理计算机的软、硬件资源，以合理组织的计算机的工作流程，方便用户使用的程序集合。

1.2.计算机的特征A.并发性：单处理机并发（两个或多个事物在同一时间间隔内发生），多处理机可以并行（两个或多个事物在同一时刻发生）。

进程是在系统中能够独立运行并作为资源分配的基本单位。

在引入线程的OS中，通常都是把进程作为分配资源的基本单位，把线程作为独立运行和调度的基本单位。

B.共享性：即系统中的资源可以共内存中多个并发执行的程序共同使用。

可分为互斥共享方式和同时访问方式。

C.虚拟性：即通过一种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。

有时分复用技术（虚拟处理机技术）和空分复用技术（虚拟内存）。

D.异步性：进程都是以不可预知的速度向前推进。

1.2.1.计算机的功能E.处理机管理功能进程的创建，撤销，同步，通信和调度。

F.存储器管理功能内存的分配，保护，地址映射，和虚拟内存功能G.设备管理功能为用户进程分配回收I/O设备，完成I/O请求，提高CPU和I/O设备之间的利用率（缓冲管理）。

H.文件管理功能文件存储空间管理，目录管理和文件的读写保护。

I.操作系统与用户之间的接口功能可分为用户接口和程序接口。

1.3.计算机提供的服务1.4.操作系统的发展与分类1.5.操作系统的运行环境（内核态与用户态、中断、异常、系统调用）1.6.操作系统体系结构J.传统的操作系统结构无结构OS，模块化OS，分层式OSK.客户/服务器模式L.面向对象的程序设计模式M.微内核OS结构足够小的内核，基于C/S模式，应用“机制与策略相分离”原理，采用面向对象技术。

2.进程管理2.1.进程与线程2.1.1.进程概念进程进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

进程实体即是由程序段，相关的数据段和PCB三部分构成。

程序顺序执行拥有顺序性，封闭性，和可再现性三个特征。

2.1.2.进程的状态与转换2.1.3.进程控制操作系统是根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理的，所以说PCB是进程存在的唯一标识。

在进程控制块中主要包含一下四方面的内容：A.进程标识符包含内部标识符和外部标识符B.处理机状态通用寄存器，指令计数器，程序状态字PSW，和用户栈指针C.进程调度信息进程状态，进程优先级D.进程控制信息程序和数据地址，进程同步和通行机制，资源清单，链接指针2.1.4.进程组织目前常用的两种方式如下：A.连接方式把具有统一状态的PCB链接成一个队列。

B.索引方式把具有统一状态的PCB组织为一张索引表。

2.1.5.进程通信（共享存储、消息传递、管道通信）A.共享存储：共享又可分为基于共享数据结构的通信方式和基于共享存储区的通信方式。

B.管道通信：是指由于连接一个读进程和一个写进程以实现他们之间的通行。

C.消息传递系统：直接消息传递方式：Send(receiver,message);Receive(sender,message);间接消息传递：Send(mailbox,message);Receive(mailbox,message);2.1.6.线程概念与多线程模型线程是比进程更小的能独立运行的单位。

线程有以下三种实现方式：A.内核支持线程B.用户级线程C.组合方式2.2.处理机调度2.2.1.调度的基本概念调度可分为一下三种A.高级调度（作业调度）主要功能是根据某种算法，把外存上处于后备队列中那些作业调入内存。

B.低级调度（进程调度）用于决定就绪队列中的哪个进程应获得处理机。

C.中程调度将那邪恶暂时不能运行的进程调到外存上等待，而不再浪费宝贵的内存资源。

2.2.1.1.调度的基本准则调度有两个基本准则：A.面向用户的准则a)周转时间短平均周转时间：T=1n [∑T ini=1]，平均带权周转时间W=1n[∑T iT sni=1]b)响应时间快从键盘键入信息传送到处理器的时间，处理机处理的时间，返回到终端显示器的时间。

c)截至时间保证这是评价实时系统性能的重要指标d)优先权准则保证紧急作业得到即时处理B.面向系统的准则a)系统吞吐量b)处理机利用率c)各类资源的平衡利用2.2.1.2.调度方式与时机进程的调度可以分为一下两种A.非抢占式在该模式下，可能引起进程调度的因素可以归为一下几类a)正在执行的进程执行完毕，或是发生某些事件而不能继续执行。

b)执行中的进程提出I/O请求二暂停执行c)执行了某种元语B.抢占式抢占式可以防止某一长进程长时间占用处理机，能为大多数的进程提供更公平的服务。

抢占的调度方式是基于一定原则的。

2.2.1.3.切换与过程A.保存处理机的现场B.按某种算法选取进程C.把处理器分配给进程2.2.2.典型调度算法A.先来先服务(FCFS)与短作业（短进程、短线程）(SJ(P)F)优先SJ(P)F较FCFS能明显的提高平均周转时间和带权周转时间，但该算法对长作业不利，也未考虑作业的紧迫程度。

B.时间片轮转时间片的取值略大于一次典型交互所需的时间。

C.优先级优先级法可分为静态优先级和动态优先级。

D.最高响应比优先优先权=等待时间+要求服务时间要求服务时间=响应时间要求服务时间。

E.多级反馈队列调度算法2.3.进程同步与互斥2.3.1.进程同步的基本概念A.两种制约关系间接相互制约关系直接相互制约关系B.临界资源诸进程应采用互斥的方式实现对这种资源的访问，如打印机等。

C.临界区进程中访问临界资源的那段代码称为临界区D.同步机制原则a)空闲让进b)忙则等待c)有限等待d)让权等待2.3.2.实现临界区互斥的基本方法：软件实现方法、硬件实现方法A.软件实现方法：a)单标志法：两个进程必须交替访问临界区，违背空闲让进。

检查对方和设置自己不是一次执行的，故可能会违背忙则等待原则。

d)Peterson`s AlgorithmB.硬件实现方法：a)中断屏蔽法b)硬指令法i.ii.2.3.3.信号量、管程A.整型信号量违背让权等待原则。

B.记录型信号量C.AND型信号量D.信号量集E.管程一个管程定义了一个数据结构和能为并发进程所执行的在该数据结构上的一组操作，这组操作能同步进程和改变管程中的数据。

2.3.4.经典同步问题A.生产者-消费者问题：c)使用记录型信号量d)使用and信号量解决e)利用管程B.哲学家进餐问题：f)利用记录型型号量解决g)利用AND信号量解决C.读者-写者问题：h)利用记录型信号量解决i)利用信号量集机制解决2.4.死锁死锁，是指多个进程在运行过程中因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，他们都将无法再向前推进。

2.4.1.产生死锁的原因A.竞争资源B.进程间推进顺序非法2.4.2.产生死锁的必要条件A.互斥条件B.请求和保持条件C.不剥夺条件D.环路等待条件2.4.3.处理死锁的方法A.预防死锁破坏死锁的四个必要条件中的一个或多个从而达到预防死锁的目的。

但由于所施加的条件太严格可能会导致系统资源利用率和系统吞吐量下降。

摒弃“请求和保持”条件摒弃“不剥夺”条件摒弃“环路等待”条件B.避免死锁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。

如银行家算法。

C.检测死锁&解除死锁资源分配图死锁定理：当且仅当该状态的资源分配图是不可完全化简的时，该状态即为死锁状态。

死锁解除：剥夺资源和撤销进程。

3.内存管理3.1.内存管理基础3.1.1.内存管理概念操作系统的存储管理，负责对可执行存储器的分配，回收以及提供在存储层次间数据移动的管理机制。

3.1.2.程序装入与链接、逻辑地址与物理地址空间、内存保护A.装入：a)绝对装入方式b)可重定位装入方式c)动态运行时装入方式B.链接：a)静态链接b)装入时动态链接c)运行时动态链接3.1.3.交换与覆盖对换可分为整体对换和部分对换。