操作系统知识点总结

操作系统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。

虚拟机：在裸机的基础上，每增加一层新的操作系统的软件，就变成了功能更为强大的虚拟机或虚机器。

操作系统的目标：1. 方便性2. 有效性3. 可扩充性4. 开放性操作系统的作用：OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口；OS作为计算机系统资源的管理者；OS实现了对计算机资源的抽象（作扩充机器）。

操作系统的特征：并发性；共享性；虚拟性；异步性推动操作系统发展的主要动力：不断提高计算机资源利用率；方便用户；器件的不断更新换代；计算机体系结构的不断发展。

人工操作方式的特点：用户独占全机；CPU等待人工操作；独占性；串行性。

缺点:计算机的有效机时严重浪费；效率低脱机I/O方式的主要优点:减少了CPU的空闲时间;提高I/O速度。

单道批处理系统的特征:自动性; 顺序性;单道性多道批处理系统原理：用户所提交的作业都先存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存，使它们共享CPU和系统中的各种资源。

多道批处理系统的优缺点资源利用率高；系统吞吐量大；可提高存和I/O设备利用率；平均周转时间长；无交互能力多道批处理系统需要解决的问题（1）处理机管理问题（2）存管理问题（3）I/O设备管理问题4）文件管理问题（5）作业管理问题分时系统：在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。

时间片：将CPU的时间划分成若干个片段,称为时间片，操作系统以时间片为单位,轮流为每个终端用户服务实时系统与分时系统特征的比较：多路性；独立性；及时性；交互性；可靠性操作系统的特征：并发性；共享性；虚拟性；异步性操作系统的主要功能：处理机管理；存储器管理；设备管理；文件管理；作业管理对处理机管理，可归结为对进程的管理：进程控制（创建，撤消，状态转换）；进程同步（互斥，同步）；进程通信；进程调度（作业调度，进程调度）。

存储器管理功能：存分配（最基本）；存保护；地址映射；存扩充设备管理功能：设备分配；设备处理（相当于启动）；缓冲管理；虚拟设备文件管理功能：文件存储空间管理；目录管理；文件读写管理；文件保护。

用户接口：命令接口；程序接口；图形接口传统的操作系统结构：无结构OS；模块化OS结构；分层式OS结构模块化操作系统结构：操作系统是由按其功能划分为若干个具有一定独立性和大小的模块。

每个模块具有某个方面的管理功能，规定好模块之间的接口。

微核的基本功能：进程管理-存储器管理-进程通信管理-I/O设备管理进程的特征：动态性（最基本）；并发性；异步性；独立性；结构特征（程序段，数据段，进程控制块PCB）进程的基本属性：可拥有资源的独立单位；可独立调度和分配的基本单位。

进程控制块的基本组成：进程标识符；处理机的状态；进程调度所需信息；进程控制信息。

进程控制一般是由操作系统的核中的原语来实现临界资源：如打印机、磁带机等一段时间只允许一个进程进行使用的资源。

信号量：整型，记录型，and型，信号量集。

实现进程互斥，前趋关系，进程同步。

semaphore同步P操作在互斥P操作前Swait(S, d, d)表示每次申请d个资源，当少于d个时，便不分配Swait(S, 1, 1)表示互斥信号量Swait(S, 1, 0)可作为一个可控开关（S 1时，允许多个进程进入临界区；S=0时，禁止任何进程进入临界区）同步机制应遵循的规则：空闲让进；忙则等待；有限等待；让权等待生产者进程i：Repeat生产数据nextp；wait(empty);wait(mutex);buffer[in]:=nextp;in=(in+1)%n ;signal(full);until false;消费者进程i：Repeatwait(full);wait(mutex);Nextc=buffer(out);out=(out+1)%n ;signal(empty);until false;哲学家i：Repeatwait(SM);wait(chopstick[i]);wait(chopstick[(i+1)%5]);就餐；signal(chopstick[i]);signal(chopstick[(i+1)%5]);signal(sm) ;继续思考；until false;Chopstick[0..4]=1;sm=4读者进程i：REPAETwait(rmutex);if readcout=0 wait(wmutex);Readcount++;signal(rmutex);访问数据文件；Readcount--;If readcout=0 wait(wmutex); signal(rmutex);until false;写者进程i：REPAETwait(wmutex);修改文件；signal(wmutex);until false;司机与售票员的合作问题VAR S1=1;S2=0;司机：Wait(s1);启动车辆；正常行车；到站停车Signal(s2);售票员：Wait(s2);开车门；上下乘客；关车门Signal(s1);售票读者进程i:Var s=100;mutex=1;Wait(s);Wait(mutex);查登记表，并置某座位为占用态Signal(mutex);在座位上坐下阅读；Wait(mutex);查登记表，并置某座为空闲状态Signal(mutex);Signal(s);接收原语Procedure receive(b)BeginJ=internal name;Wait(j.sm);Wait(j.mutex);Remove(j.mq,i);b.sender=i.sizer;b.size=i.size;b.text=i.size;End;进程通信的类型：共享存储器系统；消息传递系统；管道通信管道通信：用于连接一个读进程和一个写进程以实现他们通信的一个共享文件，又名Pipe 文件，本身提供了互斥和同步进程的能力。

next:指向下一个消息缓冲区的指针线程的属性：轻型实体；独立调度和分派的基本单位；可并发执行；共享进程资源作业的状态“进入”或“提交”“后备”“运行”“完成”决定作业调度的两个因素：多道程序度；调度算法周转时间：完成时间-到达时间带权周转时间：周转时间/执行时间先来先服务(FCFS)短作业（进程）优先SJ(P)F高响应比优先调度算法HRRN：响应比R = （1+T-到达时间）/服务时间时间片轮转法RR准则：面向用户的准则（周转时间短；反应时间快；截止时间的保证；优先权准则）；面向系统的准则（系统吞吐量高；处理机利用率好；各类资源的平衡利用）程序的装入：绝对装入方式；可重定位装入方式；动态运行时装入方式。

程序的：1、静态：程序运行前先，再装入存：1）对相对地址的改变2）变换外部调用符号2、装入时动态：装入存时，边装入边。

3、运行时动态：某些模块的推迟到执行时才执行，用不到的模块可以不调入存。

产生死锁的原因竞争资源：可剥夺和非剥夺性资源/临时性资源；进程间推进顺序非法。

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，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。

处理死锁的基本方法：预防死锁；避免死锁；检测死锁；解除死锁产生死锁的必要条件互斥条件：资源本身的特性；请求和保持条件：在请求不到新资源的时候进程不释放原来的资源；不剥夺条件：进程获得的资源，为使用完前不可被剥夺；环路等待条件：进程对资源的请求形成一个请求环形链预防死锁1、打破请求和保持条件：要求进程一次性申请到全部资源后再运行，不会产生死锁，但效率降低2、打破不剥夺条件：要求进程提出新资源要求不被满足后，必须释放原来的保持的资源，损失代价严重；3、打破环路等待条件：对资源进行线性排序编号，要求每个进程必须从低号到高号申请资源，而不考虑进程实际申请资源的先后顺序。

死锁的解除剥夺资源；撤消进程拼接或紧凑：通过移动存中作业的位置，以把原来多个分散的小分区拼接成一个大分区的方法。

虚拟存储器的特征：多次性；对换性；虚拟性银行家算法：主要用来判断在当前状态下如果有进程提出资源请求request[]，看是否能满足该请求：a：判断请求的合法性，是否满足小于NEED矩阵中的向量；b：请求的可满足性判断，是否小于available[]向量；c：试探分配，修改相应的参数available[]\allocation\need;d：进行安全性检查，若分配后安全，则进行分配，若判断从此进入了不安全状态，则恢复原来数据，对进程请求不予满足。

安全性算法检查：（1）设定两个向量work=available;finish[i]=true（2）从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程：finish[i]=false;need[i][j] ≤work[j];若找到，执行步骤3，否则执行步骤4 （3）当进程pi获得资源后，可顺利执行，直到执行，并释放出分配给它的资源work[j]= work[j]+allocation[i][j]; finish[i]=true;Go to step2(4) 如果所有进程finish[i]=true都满足，则系统处于安全状态，否则处于不安全状态。

Work need、allocation work+allocation虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对存容量加以扩充的一种存储器系统。

其逻辑容量由存容量和外存容量之和所决定的。

动态分区分配算法：首次适应算法：按地址递增的顺序；循环首次适应算法：从上次找到的空闲分区的下一个开始；最佳适应算法：按大小递增的顺序；最坏适应算法：按地址递减的顺序地址为A，页面大小L页号P，页地址d：p=int(A/L)d=AmodL分段系统的基本原理：分段：将作业的逻辑地址空间分为若干个段，每个段定义一组逻辑信息。

作业的地址空间分为段号（名）+段地址两部分。

段表：将不同的段分配到存不连续的存储空间，当然，具体每个段，因为长度可能不同，但是需连续的存储空间，因此，段表需确定段号、段的长度、段在存的起始地址。

分页与分段区别：（1）页是信息的物理单位，为了提高存利用率引入的；段是信息的逻辑单位，是考虑用户编程需要分成的段。

（2）页的大小固定，段的大小不确定（3）页的逻辑地址是1维的，段的逻辑地址是2维的。

段页式存储管理方式基本原理：首先用户程序分成若干个段，每个段再实施分页，为每个段赋予一个段名。

在段页式系统中，其地址结构由段号、段页号及页地址三部分组成。

页号、物理块号、状态位p、访问字段A、修改位M、外存地址页表机制：页号和物理块号，状态位P（0表示在外存，没有调入，1表示在存）；访问字段A（一段时间访问次数或是否被访问过，供页面置换出去时参考）；修改位M（一段时间是否被修改过，置换时需要回写到外存对换区）；外存地址（将来调入存时使用）；物理块的分配策略（1）固定分配局部置换（2）可变分配全局置换（3）可变分配局部置换物理块分配算法（1）平均分配算法（2）按比例分配算法（3）考虑优先权的分配算法最佳置换算法（Optimal）先进先出置换算法（FIFO）最近最久未使用（LRU）Clock置换算法设备控制器是在CPU和I/O设备之间的接口，一个设备控制器控制几个设备。