操作系统期末总复习
计算机操作系统期末重点复习
操作系统一、复习重点和要求第1章操作系统概述考核学生对操作系统的定义、主要功能、主要类型、操作系统的特征以及分时概念等内容的学习情况。
【掌握】1. 操作系统的概念操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件(或程序集合),是用户与计算机之间的接口。
记忆要点:操作系统是什么——是系统软件;操作系统管什么——控制和管理计算机系统内各种资源;操作系统有何用——扩充硬件功能,方便用户使用。
2. 操作系统的主要功能操作系统的五大主要功能:存储管理、进程和处理机管理、文件管理、设备管理、用户接口管理。
【理解】1.操作系统的特征:并发、共享和异步性。
理解模拟:并发——“大家都前进了”;共享——“一件东西大家用”;异步性——“你走我停”,“走走停停”。
2.操作系统的主要类型操作系统的主要类型有:多道批处理系统、分时系统、实时系统、网络操作系统、个人机操作系统、分布式系统和嵌入式操作系统。
UNIX系统是著名的分时系统。
3.分时概念:主要是指若干并发程序对CPU时间的共享。
【了解】1.操作系统的形成;2.分时和实时操作系统的特点;3.操作系统在计算机系统中的地位:是裸机之上的第一层软件,是建立其他所有软件的基础。
4.操作系统结构设计:整体结构、层次结构、虚拟机结构和客户机-服务器结构。
5.操作系统为用户提供的三种用户接口:图形用户接口、命令行接口和程序接口。
系统调用是操作系统内核与用户程序、应用程序之间的接口。
在UNIX/Linux系统,系统调用以C函数的形式出现。
第2章进程管理考核学生对进程定义、进程的状态及其转换、进程的组成、竞争条件和临界区、进程的同步与互斥、信号量和P、V操作及其一般应用、死锁的概念和产生死锁的必要条件等内容学习情况。
【掌握】1.进程的定义:进程是程序在并发环境中的执行过程。
进程与程序的主要区别。
进程最基本的属性是动态性和并发性。
2.进程的状态及其转换进程的3种基本状态是:运行态、就绪态和阻塞态。
《操作系统》期末复习
《操作系统》期末复习1.文件系统模型(三层)文件系统的模型可分为三个层次:最底层是对象及其属性,中间层是对对象进行操作和管理的软件集合,最高层是文件系统提供给用户的接口。
1)对象机器属性:文件,目录,磁盘(磁带)储存空间。
2)对对象操作和管理的软件集合:I/O控制层,基本文件系统层。
基本I/O管理程序,逻辑文件系统3)文件系统的接口:命令接口,程序接口2.I/O设备的四种控制方式,各种常见I/O设备使用哪种方式。
1)采用轮询的可编程I/O方式。
2)采用中断的可编程I/O方式:键盘、打印机等3)直接存储器访问方式:磁盘、光盘等4)I/O通道方式。
3.磁盘对换区和文件区的管理,各自采用何种分配方式。
对文件区管理的主要目标是提高文件存储空间的利用率,然后才提高对文件的访问速度,因此,对文件区空间的管理采取离散分配方式。
对对换空间管理的主要目标是提高进程换入和换出的速度,然后才是提高文件存储空间的利用率,因此,对对换区空间的管理采取连续分配方式,较少的考虑外存中的碎片问题。
4.线程的实现方式。
1)内核支持线程的实现:抢占式方式、非抢占式方式2)用户级线程的实现:运行时系统,内核控制线程5.进程和线程的区别是什么调度,在传统的操作系统中,进程是调度的基本单位,在引入线程的操作系统中,线程才是调度的基本单位,而进程是拥有资源的基本单位。
拥有资源,进程才能拥有资源。
线程只拥有属于自己的少量资源,还允许多个线程共享该进程所拥有的资源。
并发不仅进程可以并发执行,在一个进程中的多个线程之间也可以并发执行。
系统开销系统在分配资源等管理上开销大,而线程切换时开销小,只需要保存和设置少量寄存器内容。
线程支持多处理机系统。
在同一进程中的不同线程之间的独立性要比不同进程之间的独立性低得多6.现代操作系统的特征,其中最基本的是哪一项。
特征:并发共享虚拟异步。
其中,并发特征是最为重要的特征,其余三个特征是以并发为前提体现的。
7.批处理操作系统、实时操作系统、分时操作系统的主要特点及各自的优缺点。
计算机操作系统期末总复习
进程调度
调度算法选择原则 算法: 算法: 先进先出 时间片轮转 基于优先数 高相应比优先 抢占式 实时调度技术 死锁的有关结论 产生死锁的必要条件 产生死锁的必要条件 死锁预防 死锁避免 死锁检测解除 资源分配图
共享内存 消息缓冲 Send/Receive原语 原语 管道通信 信箱
•第二章 进程管理 第二章
虚拟存储器 虚拟存储技术 程序局部性原理 虚拟页式管理 虚拟段式管理 页面淘汰算法 抖动(颠簸) 抖动(颠簸)
•第四章 存储管理的重点、难点 第四章 存储管理的重点、
重定位的基本概念: 重定位的基本概念:为什么要引入 如何提高内存利用率:离散分配、对换机制、 如何提高内存利用率:离散分配、对换机制、动态链 虚拟存储器、 接、虚拟存储器、存储器共享 动态分区分配方式:分配、 动态分区分配方式:分配、回收算法 基本分页存储管理方式:为什么引入; 基本分页存储管理方式:为什么引入;地址变换机构 和过程(含具有快表的情况) 和过程(含具有快表的情况) 基本分段存储管理方式:为什么引入; 基本分段存储管理方式:为什么引入;地址变换机构 和过程(含具有快表的情况); );信息的共享和保护 和过程(含具有快表的情况);信息的共享和保护 虚拟存储器的基本概念 为什么要引入;特征; 的基本概念: 虚拟存储器的基本概念:为什么要引入;特征;实现 虚拟存储的关键技术 请求分页系统的基本原理:页表机制;地址变换过程; 请求分页系统的基本原理:页表机制;地址变换过程; 页面置换算法
操作系统设计目标 操作系统结构设计
CPU状态 状态 系统堆栈 中断技术 时钟 通道 地址映射 存储保护
第一章 引论
OS的定义与作用 1、OS的定义与作用 2、三种基本操作系统的基本原理和异同 多道程序设计、时间片轮转法、 多道程序设计、时间片轮转法、及时性 3、OS的特征和功能 OS的特征和功能 4、用户接口 OS的结构设计 5、OS的结构设计
操作系统期末复习知识点
操作系统期末复习知识点操作系统是管理计算机硬件与软件资源的系统软件,同时也是计算机系统的内核与基石。
以下是操作系统期末复习的一些重要知识点。
一、操作系统的概念和功能操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源,合理地组织计算机工作流程,以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强大、使用方便和可扩展的工作环境,在计算机与用户之间起到接口的作用。
其主要功能包括:1、进程管理:负责进程的创建、调度、终止等操作,确保进程能够合理地共享 CPU 资源。
2、内存管理:管理计算机内存的分配、回收和保护,提高内存的利用率。
3、文件管理:实现对文件的存储、检索、更新和共享等操作。
4、设备管理:对输入输出设备进行有效的分配、控制和调度。
5、提供用户接口:包括命令接口和程序接口,方便用户与计算机进行交互。
二、进程管理进程是程序的一次执行过程,是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。
进程的状态包括:就绪、运行、阻塞。
进程状态的转换是由操作系统根据资源的可用性和进程的需求进行控制的。
进程调度算法有先来先服务(FCFS)、短作业优先(SJF)、时间片轮转(RR)、优先级调度等。
每种算法都有其特点和适用场景。
例如,先来先服务算法按照进程到达的先后顺序进行调度,简单公平,但可能导致短作业等待时间过长;短作业优先算法优先调度执行时间短的作业,能有效减少平均等待时间,但可能对长作业不利。
进程同步与互斥是多进程环境下的重要问题。
互斥是指多个进程不能同时访问同一临界资源,同步则是指多个进程在执行顺序上存在依赖关系。
实现进程同步与互斥的方法有信号量机制、管程等。
三、内存管理内存管理的主要任务是为程序分配内存空间,并保证内存的高效利用和保护。
内存分配方式有连续分配和离散分配。
连续分配包括单一连续分配和分区分配,离散分配则有分页存储管理、分段存储管理和段页式存储管理。
分页存储管理将内存空间划分为固定大小的页面,分段存储管理则按照程序的逻辑结构将其划分为不同的段,段页式存储管理结合了分页和分段的优点。
操作系统期末复习资料
操作系统期末复习资料一、操作系统概述操作系统是计算机系统中最为核心的软件,主要负责管理计算机硬件资源,并为用户和应用程序提供接口和服务。
操作系统的基本原理和理论涵盖了计算机科学的许多方面,如进程管理、存储管理、文件系统、安全性等。
操作系统可以分为多种类型,包括单用户操作系统、多用户操作系统、分时操作系统、实时操作系统、嵌入式操作系统等。
二、进程管理进程是指在计算机上运行的程序,每个进程都是独立运行的,有自己的地址空间和执行上下文。
操作系统负责管理和调度进程,并为它们提供必要的资源和环境。
进程管理中的一些重要概念包括进程状态、进程调度、进程同步、进程间通信等。
常见的进程调度算法包括先来先服务、短作业优先、时间片轮转、优先级调度等。
三、存储管理存储管理是操作系统中的一个重要模块,主要负责管理计算机的内存资源,并为进程提供地址空间。
存储管理可以分为两个主要部分,即内存分配和内存保护。
内存分配的目标是使每个进程都能获得足够的连续内存空间,而内存保护的目标是保证每个进程只能访问自己的内存空间,不会对其他进程造成干扰。
常见的内存分配算法包括固定分区分配、动态分区分配、伙伴系统分配等。
四、文件系统文件系统是操作系统中的重要模块之一,它负责管理计算机中存储的文件和目录,并且提供文件的读写和保护等功能。
文件系统的实现可以采用不同的算法和数据结构,如位图、索引节点等。
常见的文件系统包括FAT、NTFS、EXT等。
五、安全性操作系统的安全性是指它对计算机系统和数据的保护能力,主要包括防止病毒、防止黑客攻击、保护用户数据等。
一些常见的安全措施包括用户身份验证、访问控制、加密和安全审计等。
此外,操作系统还应该有良好的审计和日志功能,以便对安全事件进行记录和分析。
操作系统的学习需要关注理论和实践的结合。
我们可以对操作系统的原理和设计进行深入理解,同时还需要熟练掌握常用的操作系统工具和命令,如进程管理命令、文件处理命令等。
在期末复习时,可以结合练习题和经典案例,加强对知识点的理解和应用。
操作系统期末总复习
第一章1.一般操作系统都提供核心态和用户态两种处理器执行状态。
其目的是为了保护操作系统程序,防止受到用户程序的损害。
核心态具有较高特权,用户态权限较低。
(P2)2.资源管理包含资源复用,分为时间复用和空间复用两种方式。
时间复用:CPU的轮流使用空间复用:不是轮流占用,而是每个客户只占用部分资源。
(P5)3.操作系统的主要功能:存储管理、作业和进程管理、设备管理、文件管理和用户接口服务(P6~8)4.系统调用是用户调用操作系统的代码。
系统调用是操作系统内核与用户程序、应用程序之间的接口,它位于操作系统核心层的最外层。
(P8)5.多道程序设计的基本思想是在内存中同时存放多道程序,在管理程序的控制下交替地执行。
这些作业共享CPU和系统中的其他资源。
(P11)6.操作系统基本类型分为批处理系统、分时系统、实时系统、网络系统和分布式系统。
(P13)7.作业步:一个作业可由若干有序的步骤组成。
由作业控制语句明确标识的计算机程序的执行过程称为作业步。
(P13)8.分时系统的性能由:①终端上的用户数②时间片的长度(P14)9.操作系统的基本特征:并发、共享、不确定性(P20)课后习题6.操作系统主要有哪5种基本类型?各有什么特点?1)批处理系统,该系统有两个特点:一是“多道”,二是“成批”。
“多道”是指内存中存放多个作业,并且在外存上存放大量的后备作业。
调度原则相当灵活,易于选择一批搭配合理的作业调入内存允许,从而充分发挥系统资源的利用率,增加系统的吞吐量。
“成批”的特点是在系统运行过程中不允许用户和机器之间发生交互作用。
2)分时系统①同时性。
若干用户可以同时上机使用计算机系统。
②交互性。
用户能够方便地与系统进行人-机对话。
③独立性。
系统中各用户可以彼此独立地操作,互不干扰或破坏。
④及时性。
用户能在很短时间内得到系统的响应。
3)实时系统①交互性。
②实时性。
③可靠性。
4)网络操作系统①分布性。
网上节点机可以位于不同地点,各自执行自己的任务。
操作系统期末复习重点(史上最全)(可编辑修改word版)
操作系统(Operating System)复习要点第一章操作系统:计算机系统中的一组系统软件,由它统一管理计算机系统的各种资源并合理组织计算机的工作流程,方便用户使用。
具有管理和服务功能操作系统的特征:并发性,共享性,随机性,可重构性,虚拟性。
并发是指计算机系统中同时存在多个程序,宏观上看,这些程序是同时向前推进的。
共享性:批操作系统程序与多个用户程序共用系统中的各种资源虚拟性:物理实体转化为若干逻辑上的对应物。
操作系统的功能:1,进程管理;2,存储管理;3,文件管理;4,作业管理;5,设备管理;6,其他功能(系统安全,网络通信)。
传统OS 中,进程是系统调度的最小单位,是程序的一次执行;而现代OS 中则是线程,是程序一次相对独立的执行过程。
操作系统的发展历史1,手工操作:穿孔卡片2,监督程序——早期批处理:计算机高级语言出现,单道批处理单道批处理:串行执行作业中,由监督程序识别一个作业,进行处理后再取下一个作业的自动定序处理方式3,多道批处理系统——现代意义上的操作系统多道批处理:允许多个程序同时存在于主存之中,由中央处理机以切换方式为之服务,使得多个程序可以“同时”执行。
操作系统分类:批处理OS,分时OS,实时OS,嵌入式OS,个人计算机OS,网络OS,分布式OS,智能卡OS。
操作系统类型:批处理O S,分时O S,实时O S,网络O S,分布式OS。
分时系统:支持多个终端用户共享一个计算机系统而互不干扰,能实现人机交互的系统。
特点:支持多用户,具有同时性、独立性、及时性、交互性。
实时系统:使计算机系统接收到外部信号后及时进行处理,并且在严格的规定时间内处理结束、再给出反馈信号的系统。
特点:及时响应,快速处理,安全可靠。
宏观和微观两个发展方向:网络OS、分布式OS(大型系统)、嵌入式OS(微机)研究操作系统的几种视角:软件的视角、用户接口、资源管理、虚拟机、服务提供者视角第二章作业的定义:用户要求计算机系统处理的一个计算问题。
操作系统期末考试总复习试题
《操作系统》课程复习(一)题型:一、选择题(每题1分,共10分)二、判断题(每题1分,共10分)三、简答题(每小题6分,共30分)四、计算题(每题10分,共30分)五、综合应用题(20分)(二)复习:一、概论1.操作系统的概念、功能、分类(批处理、实时、分时)2.操作系统的特性3.中断的概念、CPU的状态二、进程管理和处理机调度1、进程管理的功能2、进程的概念(与程序的对比)3、PCB的概念和作用、进程的基本状态及其转换4、进程控制(进程的挂起、建立、停止、阻塞、撤消等)5、进程的同步与互斥的基本概念、(P、V操作)、进程通信、线程的基本概念6、处理级调度的基本概念,作业与进程的调度算法(先来先服务、短作业优先、最高响应比者优先、最高优先数)及评价7、死锁的概念、必要条件8、死锁的预防9、死锁的避免算法(银行家算法)死锁的检测三、存储器管理1.存储管理的功能2.地址映射、逻辑地址、物理地址等概念3.分区管理、分页管理、分段管理、段页式管理等上述管理方法的概念、各自的优缺点、分页与分段的地址转换、分页与分段的对比等4.请求分页管理(虚拟存储器概念、缺页概念、淘汰算法、抖动、缺页率等)四、设备管理设备的分类(块设备、字符输入输出设备)、设备管理的任务与功能、通道、缓冲区技术、设备的分配与设备处理、SPOOLING磁盘的调度五、文件管理1、文件管理的功能2、文件的逻辑结构3、文件的物理结构4、文件的目录管理(目录树)(三)复习题:一、选择题:1、操作系统是最重要的(B)。
A、应用软件B、系统软件C、计算机高级语言D、机器指令2、在采用SPOOLing技术的系统中,用户作业的打印输出结果首先被送到(A)。
A、磁盘固定区域B、显示器C、打印机D、键盘3、在批处理系统中,用户的作业是由(C )组成?A、程序集+数据集B、程序集C、控制命令序列+程序集+数据集D、数据集4、文件系统中若文件的物理结构采用顺序结构,则文件控制块FCB中关于文件的物理位置应包括(B)。
操作系统期末复习资料(全)
操作系统期末复习资料(全)第⼀章操作系统引论1.操作系统的设计⽬标及作⽤设计⽬的:(⽅便性和有效性是设计操作系统时最重要的两个⽬标)1.有效性:提⾼系统资源利⽤率;提⾼系统吞吐量。
2.⽅便性:配置OS后可使计算机系统更容易使⽤。
3.可扩充性:现代OS应采⽤新的结构,以便于⽅便的增加新的功能和模块。
4.开放性:系统能遵循世界标准规范,特别是遵循开放系统互连(OSI)国际标准。
作⽤:1.OS作为⽤户与计算机硬件系统之间的接⼝。
2.OS作为计算机系统资源管理者。
3.OS实现了对计算机资源的抽象。
2. 单道批处理系统和多道批处理系统特点及区别单道批处理系统特点:⾃动性顺序性单道性。
多道批处理系统特点(优缺点):1.资源利⽤率⾼。
2.系统吞吐量⼤。
3.平均周转时间长。
4. ⽆交互能⼒。
★☆单道批处理系统中,内存中仅有⼀道作业,⽆法充分利⽤系统资源。
多道批处理系统中,作业按⼀定算法从外存的“后备队列”中调⼊内存,使它们共享各种资源。
1.分时系统和实时系统的特点特征⽐较:1>.多路性。
实时信息处理系统也按分时原则为多个终端⽤户服务。
实时控制系统的多路性则主要表现在系统周期性地对多路现场信息进⾏采集,以及对多个对象或多个执⾏机构进⾏控制。
⽽分时系统中的多路性则与⽤户情况有关,时多时少。
2>.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。
3>.及时性。
实时信息处理系统对实时性的要求与分时系统类似,都是以⼈所能接受的等待时间来确定的;⽽实时控制系统的及时性,则是以控制对象所要求的开始截⽌时间或完成截⽌时间来确定的,⼀般为秒级到毫秒级,甚⾄有的要低于100微秒。
4>.交互性。
实时信息处理系统虽然也具有交互性,但这⾥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。
它不像分时系统那样能向终端⽤户提供数据处理和资源共享等服务。
操作系统期末复习大纲
进程与线程 ✓ 进程的概念:进程的状态与转换 进程控制 进程同步 ✓ 同步的基本概念 ✓ 实现临界区互斥的基本方法 ✓ 信号量机制,管程机制和经典同步问题 进程通信
2
第 2 章 进程的描述与控制
2. 主要知识架构
进程
总 体 框 架
同步
概念、与程序的区别 特征:动态、并发、结构、独立、异步 状态及其转换 控制:创建、终止、阻塞和唤醒、切换 结构:PCB、程序段、数据段 通信:共享存储区、消息传递、管道
10
第 6 章 输入输出系统
2. 主要知识架构
I/O层次结构:用户层I/O、设备独立、设备驱 动、中断处理、硬件层
总 设备、设备控制器和通道及设备分配 体 I/O控制方式:查询、中断、DMA、通道程序
框 缓冲:概念、单、双缓冲、循环缓冲、缓冲池
架
磁盘数据的组织和格式
磁盘 磁盘调度算法:FCFS、SSTF、SCAN、 管理 CSCAN、NStepSCAN、FSCAN
架
预防:破坏死锁的条件
死锁 避免:控制进程推进路径、银行家算法
检测:死锁定理 5
第 4 章 存储器管理
1. 主要内容
内存管理的概念、存储器的层次结构 程序的装入和链接 连续分配存储管理 ✓ 概念 ✓ 常用的算法 分页存储管理 ✓ 概念:页面、页框、页表 ✓ 地址变换:基本地址变换、快表 ✓ 访问内存的有效时间 分段存储管理和段页式存储管理
页表机制、地址变换机构和过程
总 体
请求 分页
有效访问时间 最佳置换(OPT)
框
页面 先进先出(FIFO)
架
置换 最近最久(LRU)
简单时钟及改进
工作集与抖动:基本概念
操作系统 期末总复习内容
2.4 线程——另一种并发实体
引入线程原因,进程与线程的联系,线程的调度
•第二章 进程与并发控制
2.5 进程调度
调度类型(长程调度、中程调度、短程调度),常见 调度算法(FCFS、短作业优先,响应比高者优先、 时间片轮转、多级反馈调度),四种基本的实时调度 算法
2.6 进程并发控制:互斥与同步
几种互斥与同步解决方法、互斥条件、临界区、信号 量、wait()、signal(),互斥信号量、资源信号量、 信号量的物理意义,进程同步互斥基本概念。
P2
2 9 9 10
2 3 5 6
1 3 5 4
3 12 14 14
True
2) P2发出请求向量Request(1,2,2,2)后,系统按照银行 家算法进行检查: Request2(1,2,2,2)≤Need2(2,3,5,6); Request2(1,2,2,2)≤Available(1,6,2,2); 系统先假定可为P2分配资源,并修改Available,Allocation2 和Need2向量: Availabe=(0,4,0,0)Allocation2=(2,5,7,6) Need2=(1,1,3,4) 进行安全性检查:此时对所有进程,条件Needi≦ Available (0,4,0,0)都不成立,即Available不能满足任何进程的 请求,故系统进入不安全状态。因此,当进程P2提出请求 Request(1,2,2,2)后,系统不能将资源分配给它。 3)系统立即满足进程P2的请求(1,2,2,2)后,并没有马上 进入死锁状态。因为,此时上述进程并没有申请新的资源, 并未因得不到资源而进入阻塞状态。只有当上述进程提出新 的请求,并导致所有没执行完的多个进程因得不到资源而阻 塞时,系统才进入死锁状态。
2024年操作系统期末复习重点知识点总结
填 空绪论:批处理系统、分时系统、实时系统的概念与特点,原语与原子操作。
1.批处理操作(1)单道批处理系统概念单道批处理系统是指系统通过作业控制语言将作业组织成批,使其能自动连续运行,不过,在内存中任何时候只有一道作业的系统。
单道批处理系统特性次序性单道性 自动性(2)多道批处理系统概念系统对作业的处理是成批进行的,并且在主存中能同时保存多道作业的系统。
多道批处理系统的重要目标是提升系统吞吐率和各种资源的利用率。
多道批处理系统特性无序性 多道性 调度性2.分时系统(1)概念分时操作系统是指在一台主机上连接了多个联机终端,并允许多个用户通过终端以交互的方式使用主计算机,共享主机资源的系统。
(2)分时系统的重要目标是实现人与系统的交互性。
分时系统设计的目标是确保用户响应时间的及时性。
(3)分时系统的特性 多路性 独立性 及时性:满足用户对响应时间的要求 交互性3.实时操作系统(1)概念实时操作系统是指系统能够及时响应外部(随机)事件的祈求,并能在要求的时间内完成对该事件的处理,控制系统中所有的实时任务协调一致地工作。
(2)实时操作系统的特性 多路性 独立性 及时性:满足实时任务截止时间的要求交互性可靠性4.原语:操作系统内核或微核提供核外调用的过程或函数称为原语,是由若干条指令组成,用于完成特定功效的一段程序。
原语在执行过程不允许被中断。
5.原子操作:执行中不能被其他进程(线程)打断的操作就叫原子操作。
当该次操作不能完成的时候,必须回到操作之前的状态,原子操作不可拆分。
进程管理:什么是进程?进程与程序的区分与联系?进程的特性有哪些?进程之间的关系有哪些?什么是信号量?信号量的物理含义?1.进程定义可并发执行的程序在一个数据集合上的运行过程,是系统进行资源分派和调度的基本单位。
2.进程特性(1)动态性(2)并发性(3)独立性(4)异步性 (5)结构特性:3.进程与程序的关系(1)程序是一组指令的集合,是静态的概念;进程是程序的执行,是动态的概念。
操作系统期末复习重点
操作系统期末复习重点操作系统是计算机科学与技术专业的重要课程,也是计算机组成原理和计算机网络课程的基础。
操作系统作为计算机硬件和应用程序之间的桥梁,为用户提供了一个友好的界面和系统资源的管理。
下面是操作系统期末复习的重点:1.操作系统的基本概念和功能-操作系统的定义和作用-操作系统的基本功能:进程管理、文件系统管理、内存管理、设备管理、用户接口等-操作系统的分类:批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统等2.进程管理-进程的概念和特征:资源占有、独立性、动态性-进程的状态和状态转换:就绪态、运行态、阻塞态、创建态、销毁态-进程调度算法:先来先服务(FCFS)、短作业优先(SJF)、优先级调度、时间片轮转等-进程同步与互斥:临界区、互斥量、信号量、管程3.内存管理-内存的分段和分页:内存分段机制、内存分页机制、段页式存储管理- 页面置换算法:最佳置换算法(OPT)、先进先出算法(FIFO)、最近最久未使用算法(LRU)、时钟置换算法(Clock)等-分区分配与回收:固定分区分配、动态分区分配、伙伴系统等-虚拟内存和页面置换:虚拟内存的概念、页面置换的必要性、页面置换算法的选择4.文件系统管理-文件系统的组织和管理:文件的逻辑结构、物理结构、目录结构、文件操作等-文件的存储空间管理:文件的分配方式、文件的空间管理、文件的共享和保护等-文件系统的实现:文件目录的结构、文件的存储方式、文件访问的优化等5.设备管理-设备的分类和特点:I/O设备的分类、输入设备和输出设备的特点-设备的分配和控制:设备分配的策略、设备控制的方式、设备独立性等-磁盘存储管理:磁盘的物理结构、磁盘调度算法、磁盘缓存管理等-文件的输入输出:用户I/O和内核I/O、缓冲区和缓冲管理、I/O性能评价等6.用户接口和命令解析-用户接口的分类和特点:命令行界面、图形用户界面、自然语言界面等-命令解析和处理:命令解析的过程、命令解析的方法、命令执行器等- Shell编程:Shell脚本语言、Shell变量、循环和分支、I/O重定向等以上是操作系统期末复习的重点内容,希望对你的复习有所帮助。
操作系统期末复习
名词解释:1.进程互斥:两个或两个以上得进程由于不能同时使用同一临界资源,只能一个进程使用完,另一个才能使用,这种现象称为进程互斥。
2.页表:每一个作业得虚页号到内存得页架号之间得映射关系得表。
3.文件目录:为了实现对文件得“按名访问”,记录文件基本信息得数据结构,主要有“文件名、类型、属性、日期时间、长度、物理地址"等进行组织所形成得表,称为目录表或文件目录。
4.DMA:不需要CPU参与,而在专门硬件控制电路控制之下进行得外设与存储器间直接数据传送得方式,称为直接存储器存储DMA、5.进程同步:相互合作得几个进程需要在某些确定点上协调她们工作,一个进程到达这些点后,另一个进程已完成某些操作,否则就不得不停下来等待这些操作得结束,这就就是进程间得同步.6.段表:每个进程都有一张逻辑空间与内存空间映射得段表,其中每一个段表项对应进程得一个段,段表记录该段在内存中得起始地址与段长度。
7.文件保护:就是防止文件被破坏8.通道:通道又称为I/O处理机,它能完成主存与外设支架您得信息传输,并与中央处理器并行操作.9.线程:CPU调度得单位10.地址重定位:当装入程序将可执行代码装入内存时,程序得逻辑地址与程序在内存得物理地址一般就是不相同得,必须通过地址转换将逻辑地址转换成内存地址,这个过程称为地址重定位。
11.FAT:FAT就是文件配置表,就是一种由微软发明并拥有部分专利得文件系统,供MS-DOS使用,也就是所有非NT核心得微软窗口使用得文件系统12.中断:CPU控制器执行指令时,突然接受到更加紧急得任务,则CPU暂停当前任务转去执行紧急任务得过程.问答题:1.什么就是进程?程序与进程有什么联系与区别?进程:多道程序并发执行得一个动态过程。
联系:程序就是进程得一部分,就是进程得实体;区别:进程就是程序得一次执行,就是种动态得;而程序就是一组有序得指令,就是静态得。
一个进程可以执行一个或多个程序,同一程序可能被多个进程同时执行。
操作系统期末复习考点总结
第一章(1)操作系统(Operating System):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。
(2)操作系统最基本的特征:共享性、并发性(3)操作系统的特性:○1并发性:两个或多个事件在同一事件间隔发生;○2共享性:系统中的资源可供内存中多个并发进程共同使用,也称为资源共享或资源复用;○3虚拟技术:把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物;○4异步性:进程是以人们不可预知的速度,停停走走地向前推进的。
(4)OS的主要任务:为多道程序的运行提供良好的环境,保证多道程序能有条不紊地、高效地运行,并能最大程度地提高系统中各种资源的利用率和方便用户的使用。
(5)OS的功能:(1)处理机管理:对处理机进行分配,并对其运行进行有效的控制和管理;(6)存储器管理:内存分配、内存保护、地址映射(变换)、内存扩充;(3)设备管理:(4)文件管理:文件的存储空间管理、目录管理、文件的读/写管理和保护;(5)操作系统和用户之间的接口:命令接口、程序接口(系统调用组成)、图形接口(6)面向网络的服务功能(7)○1多道批处理系统(吞吐量、周转时间):多道性、宏观上并发、微观上串行、无序性、调度性;○2分时系统(响应时间):多路性、交互性、独占性、及时性;○3实时系统(实时性和可靠性):(8)多道程序设计技术是操作系统形成的标志(9)分时系统:响应时间= 用户数*时间片,时间片=切换时间+处理时间(10)实时系统:系统能及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。
(11)并发:两个或多个事件在同一时间间隔发生;并行:两个或多个事件在同一时刻发生。
(12)虚拟: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。
(13)微内核OS结构:能实现OS核心功能的小型内核,并非一个完整的OS,与OS的服务进程(如文件服务器、作业服务器等)共同构成OS。
操作系统总复习
操作系统总复习操作系统总复习第一章操作系统概述⑴操作系统定义及作用⑵操作系统的发展历程⑶操作系统的基本特征⑷操作系统的功能和分类第二章进程管理⑴进程的概念和特征⑵进程的状态和转换⑶进程调度算法⑷进程同步与互斥⑸进程通信第三章内存管理⑴内存管理的需求和基本概念⑵内存分区管理⑶页面置换算法⑷虚拟内存管理⑸内存保护和共享第四章文件系统⑴文件系统的组织和层次结构⑵文件的逻辑结构和物理结构⑶文件的操作和访问控制⑷文件系统的缓存管理⑸文件的备份和恢复第五章输入输出系统⑴输入输出设备的分类和特点⑵输入输出控制方式和机制⑶设备驱动程序和设备管理⑷中断处理和设备中断⑸缓冲区管理和输入输出性能优化第六章文件系统性能优化⑴文件访问性能的影响因素⑵磁盘存储结构和访问时间⑶文件缓冲技术和缓冲区管理⑷文件系统的优化策略⑸文件系统的容错与恢复第七章安全与保护⑴安全性和保护性的概念⑵计算机系统的安全威胁⑶计算机系统的安全性防范措施⑷计算机系统的访问控制⑸计算机系统的数据加密和身份认证第八章操作系统的演化⑴分布式和并行计算环境⑵分布式操作系统的特点和原理⑶并行操作系统的特点和原理⑷分布式操作系统的资源管理⑸并行操作系统的任务调度附件:⒈定义相关的法律名词及注释⒉操作系统设计的案例分析报告本文涉及的法律名词及注释:⒈版权:指作品的创作者对作品享有的法律保护权利,包括复制权、发行权等。
⒉专利:指发明者对其发明所享有的独占权利,包括制造、使用、销售等权利。
⒊商标:指企业对其产品或服务标识的独占权利,用于区分同类产品或服务的来源。
⒋反垄断法:指禁止企业垄断和限制竞争行为的法律法规,旨在维护市场公平和消费者权益。
操作系统期末复习资料汇总
操作系统期末复习资料一操作系统引论一操作系导1.操作系统目标:有效性、方便性、可扩充性、开放性2.操作系统作用:为用户和计算机之间提供接口、管理计算机系统资源、实现对计算机资源的抽象3.操作系统发展:人工操作方式、脱机输入输出方式、单道批处理系统、多道批处理系统、分时系统、实时系统。
单道批处理系统:自动性:顺序性:单道性:多道批处理系统:资源利用率高、系统吞吐量大、平均周转时间长,无交互能力。
4.操作系统五大功能:处理机管理、内存管理、I/O 设备管理、文件管理、作业管理5.分时系统:为了弥补多道批处理系统交互性问题,引入分时系统,可以将一台计算机提供给多个用户同时使用,提高计算机利用率。
分时系统的特点:多路性:独立性:交互性:及时性:6.实时系统:系统能及时响应外部事件的请求,在规定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的运行。
多路性:独立性:实时信息处理系统中,每个终端用户提出请求时,互不干扰。
实时控制系统中,对信息采集和控制也是彼此互不干扰。
及时性:实时控制系统的及时性要求比实时信息处理系统,分时系统更加严格。
交互性:实时信息处理系统的交互性仅限于访问系统中的专用服务程序。
可靠性:实时系统的可靠性更高7.操作系统发展:单用户单任务、单用户多任务、多用户多任务8.操作系统的基本特征:1.并发性:并发性指的是多个事件在同一时间间隔内发生。
并行性是多个事件在同一时刻发生。
进程:指系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位,由机器指令,数据和堆栈组成。
线程:一个进程包含若干线程,可利用进程的资源。
进程是分配资源的基本单位,线程是独立运行和独立调度的基本单位。
2.共享性:即资源共享,有互斥共享方式、同时访问方式。
3.虚拟技术:分为时分复用技术、空分复用技术。
如果虚拟的实现是通过时分复用方式,即对物理设备进行分时使用,设N 是谋设备所对应的逻辑设备数,则每台虚拟设备的平均速度必然小于等于1/N。
操作系统期末总复习
一、选择题第1章习题1.下列不属于操作系统目标的是()A. 方便性B. 有效性C. 可扩充性D. 开放性E. 并发性正确答案: E2.下列关于操作系统的作用错误的是()A. 作为用户与计算机硬件系统之间的接口B. 作为计算机系统资源的管理者C. 实现对计算机资源的抽象D. 管理和控制用户的日常生活正确答案: D3.在早起无操作系统时代,下面关于人工操作方式的说法错误的是()A. 用户独占全机,资源利用率低B. 主机等待人工操作,cpu和内存利用率低C. 人工速度慢但智能化程度高D. 脱机输入输出技术提高了 cpu和I/O速度正确答案: C4.下列关于单道批处理系统特点的说法错误的是()A. 每次只允许一道作业运行B. 具有并发性特点C. 资源利用率低D. 系统吞吐量低E. 作业顺序执行正确答案: B5.下列关于多道批处理系统特点的说法错误的是()A. 资源利用率高B. 系统吞吐量大C. 平均周转时间长D. 有良好的交互性正确答案: D6.下列不属于操作系统主要作用的是()A. 组织和管理计算机软硬件资源B. 合理地对各类进程进行调度C. 高级程序设计语言的编译处理D. 为用户和计算机提供有好的交互界面正确答案: C7.下列关于分时系统的特征错误的是()A. 多路性B. 独占性C. 及时性D. 交互性E. 抢占性正确答案: E8.下列关于实时系统的特征错误的是()A. 具有多路性特点B. 很好的独立性C. 广泛而且突出的交互性能D. 高可靠性正确答案: C9.下列关于操作系统基本特性错误的是()A. 并发性B. 并行性C. 共享性D. 虚拟性E. 异步性正确答案: B10.下列关于操作系统基本特性错误的是()A. 并发也叫并行,是指多个进程同时发生B. 资源共享也称资源复用,分为互斥共享和同时访问两种方式C. 并发和共享是操作系统最基本的两个特征D. 虚拟技术包括时分复用和空分复用两种,虚拟设备技术属于时分复用E. 异步性是指在并发环境中,进程的运行时停停走走的,而不是一气呵成的正确答案: A11.下列不是操作系统主要功能的是()A. 处理机管理功能B. 存储器管理功能C. 设备管理功能D. 文件管理功能E. 邮件管理功能正确答案: E12.操作系统为用户提供各种接口,下列错误的是()A. 联机用户接口B. 脱机用户接口C. 图形用户接口D. 硬件接口E. 程序接口正确答案: D13.在微内核OS中,下列不是微内核基本功能的是()A. 进程管理B. 低级存储器管理C. 终端和陷入管理D. 文件管理正确答案: D14.下列关于并发和并行的说法错误的是()A. 并发是指多个事件在同一时间间隔内发生B. 并行是指多个事件在同一时刻发生C. 在单机系统内进程只能并发执行,不能并行D. 并发和并行是对同一现象的两种不同称呼,本质是一样的正确答案: D1.15.采用多道程序设计技术,可以充分发挥()的并行工作能力 I.处理机与设备Ⅱ.设备与设备Ⅱ处理机与存储器A. 只有IB. 只有ⅡC. I和IID. I、Ⅱ和亚正确答案: C16.计算机操作系统属于()A. 应用软件B. 系统软件C. 工具软件D. 办公软件正确答案: B17.下列不允许用户以交互方式使用的操作系统是()A. 多道批处理操作系统B. 分时操作系统C. 实时操作系统D. 分布式操作系统正确答案: A18.设计实时操作系统是,首先应该考虑的是()A. 可靠性和灵活性B. 实时性和可靠性C. 分配性和可靠性D. 灵活性和实时性正确答案: B19.操作系统提供给编程人员的接口是()A. 库函数B. 高级语言C. 系统调用D. 子程序正确答案: C20.已知某多道批处理系统中有P1 和P2两个作业,P2比P1晚10ms到达,两道作业的操作要求(顺序)如下 P1:计算60ms,I/O操作80ms,计算 20ms P2:计算120ms,I/O操作40ms,计算40ms 若不考虑调度和切换时间,则完成两道作业需要的时间最少是()A. 240msB. 260msC. 340ms正确答案: B第2章习题1.下列关于程序并发执行的特征正确的是() I.顺序性 II.间断性 .封闭性 IV.开放性 V.可再现性 VI. 不可再现性A. IⅡVB. I IV VC. IIIVVID. ⅡⅡVI正确答案: C2.下列关于进程的说法错误的是()A. 进程是程序在某个数据集合上的一次执行活动B. 进程是系统进行资源分配的独立单位C. 进程是系统调度的独立单位D. 进程只是一次抽象的活动正确答案: D3.下列不是进程特征的是()A. 动态性B. 并发性C. 并行性D. 独立性E. 异步性正确答案: C4.下列不是进程基本状态的是 ( )A. 阻塞状态B. 执行状态C. 挂起状态D. 就绪状态正确答案: C5.下列关于进程状态变换的说法错误的是()A. 处于就绪态进程获得调度后转为执行态B. 处于执行态的进程因时间片用完而转为阻塞态C. 处于阻塞态的进程因等待的事件发生而转为就绪态D. 处于执行态的进程因I/O请求而转为阻塞态正确答案: B6.下列关于进程控制块的描述错误的是()A. 是系统管理和控制进程的一个功能模块B. 是进程存在的标志C. 是系统实现对进程进行管理的数据结构D. 是系统实现对进程调度的数据结构正确答案: A7.下列关于处理机执行时状态的描述错误的是()A. 程序运行在系统念时,具有很高权限,可以执行一切指令B. 程序运行在系统念时,只能执行特权指令C. 程序运行在用户态时,只能执行普通指令D. 操作系统一般运行在系统态,而用户程序一般运行在用户态正确答案: B8.操作系统内核的资源管理功能一般不包括()A. 进程管理B. 存储器管理C. 设备管理D. 作业管理正确答案: D9.下列关于进程控制的说法错误的是()A. 创建态进程获得许可后转为就绪态B. 进程终止时,应该先终止其子孙进程C. 进程阻塞是进程自己调用阻塞原语,所以是一个主动行为D. 进程释放资源时应唤醒处于阻塞状态的进程E. 进程被挂起时会被移出内存,操作系统将失去对其控制F. 静止就绪态进程被激活后,通常具有较高的优先权(被调度)正确答案: E10.对进程执行挂起操作后,下列状态变化错误的是()A. 执行态转为静止执行态B. 活动阻塞态转为静止阻塞态C. 活动就绪态转为静止就绪态D. 执行态转为静止就绪态正确答案: A11.下列关于多道程序运行环境中进程之间关系的描述错误的是()A. 协作进程之间具有直接制约关系,它们之间不存在资源竞争问题B. 无关进程之间会因为竞争临界资源而发生间接制约关系C. 临界资源也叫互斥资源,必须互斥使用D. 并发进程共享所有系统资源正确答案: A12.下面关于临界区的描述错误的是()A. 临界区是内存中的一个特殊区域B. 临界区是进程访问临界资源的那段代码C. 在临界区之前设置进入区,以检查临界资源的状态并对其访问标志做出正确设置D. 在临界区之后设置退出区,用于释放被锁定的临界资源13.下列不是同步机制应该遵循的准则的是()A. 空闲让进B. 忙则等待C. 有限等待D. 让权等待E. 忙等待正确答案: E14.已知记录型信号量S,整型域 S.value,下列说法错误的是()A. S.value的初值最大,表示系统拥有该资源的数目B. S.value表示当前可用资源数目,所以初值必须置0C. S.value<0时,其绝对值表示当前被阻塞的进程数目D. 执行wait(S)操作时,S.value 的值-1,执行signal(S)操作时,S.value的值+1E. 在信号量S上执行的wait()操作和signal0操作都是原语操作正确答案: B15.下列关于管程的描述错误的是()A. 管程是一种同步机制B. 管程定义了一个数据结构和并发进程对其所能进行的一组操作C. 管程是一个可单独变异的基本程序单位,并发进程必须互斥使用D. 管程实现了信息隐蔽E. 管程具有动态性,在进程调用后被撤销正确答案: E16.下列不是进程高级通信机制的是()A. 基于共享存储区的通信方式B. 基于共享数据结构的通信方式C. 管道通信系统D. 消息传递系统E. 客户机/服务器系统正确答案: B17.下列关于信箱通信正确的是() I.是低级通信Ⅱ.是高级通信III.是直接通信 IV.是间接接通信 V.以消息为单位通信 VL.以字节为单位通信A. IⅡVB. IIIVVID. IIV VI正确答案: C18.在引入线程的操作系统中,下列关于线程的描述错误的是 ()A. 线程是调度的基本单位B. 线程具有比进程更好的并发性C. 资源属于进程,线程仅拥有 TCB等少量资源D. 线程拥有比进程更高的独立性E. 线程的开销比进程小F. 和进程相比,线程能更好地支持多处理机系统19.下列不属于线程状态的是 ()A. 执行状态B. 就绪状态C. 阻塞状态D. 挂起状态正确答案: D20.用信号量管理互斥资源时,信号量的初值通常定义为()D. 由用户自己确定正确答案: C21.系统是通过()来感知进程的存在并对其进行控制和管理。
操作系统(第四版)期末复习总结
操作系统(第四版)期末复习总结第一章操作系统引论1、操作系统是什么?操作系统为用户完成所有“硬件相关,应用无关“的工作,以给用户方便、高效、安全的使用环境1.1、定义:操作系统是一个大型的程序系统,它负责计算机的全部软、硬件资源的分配、调度工作,控制并协调多个任务的活动,实现信息的存取和保护。
它提供用户接口,使用户获得良好的工作环境。
1.2、目标(1)、方便性:配置OS后计算机系统更容易使用(2)、有效性:改善资源利用率;提高系统吞吐量(3)、可扩充性:OSde结构(如层次化的结构:无结构发展->模快化结构->层次化结构->微内核结构)(4)、开放性:OS遵循世界标准范围。
1.3、作用:(1)、OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口(API/CUI/GUI)即:OS处于用户与计算机硬件系统之间,用户通过OS来使用计算机系统。
(2)、OS是计算机系统资源的管理者(处理机、存储器、I/O设备、文件)处理机管理是用于分配和控制处理机存储器管理是负责内存的分配与回收I/O设备管理是负责I/O设备的分配(回收)与操纵文件管理是用于实现文件的存取、共享和保护(3)、OS实现了对计算机资源的抽象(OS是扩充机/虚拟机)2、操作系统的发展过程2.1、未配置操作系统的计算机系统(40年代手工操作阶段)(1)、人工操作方式:用户独占全机,资源空闲浪费。
缺点:手工装卸、人工判断、手工修改与调试内存指令等造成CPU空闲;提前完成造成剩余预约时间内的CPU完全空闲;I/O设备的慢速与CPU的速度不匹配造成的CPU空闲等待时间(2)、脱机输入输出(Off-Line I/O)方式。
优点:减少了CPU的空闲时间提高了I/O速度2.2、单道批处理系统(50年代)(1)、解决问题:单道批处理系统是在解决人机矛盾和CPU与I/O设备速度不匹配矛盾的过程中形成的。
批处理系统旨在提高系统资源的利用率和系统的吞吐量。
(但单道批处理系统仍不能充分利用资源,故现在已很少用)单道批处理分为:联机批处理、脱机批处理联机批处理:CPU直接控制作业输入输出脱机批处理:由外围机控制作业输入输出(2)、缺点:系统资源利用率低(因为内存中只存在一道程序,I/O请求成功前CPU都处于空闲状态)(3)、特征自动性。
12计算机操作系统期末总复习
12计算机操作系统期末总复习计算机操作系统是计算机系统的核心组成部分,它负责管理计算机的硬件和软件资源,为用户和应用程序提供一个方便、高效、安全的工作环境。
在期末来临之际,进行全面系统的复习对于掌握这门课程至关重要。
首先,我们来回顾一下操作系统的基本概念。
操作系统是一种系统软件,它控制和管理计算机系统中的所有硬件和软件资源,合理地组织计算机的工作流程,以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强大、使用方便和可扩展的工作环境。
操作系统的主要功能包括处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户接口。
处理机管理主要负责分配和控制处理机资源,使多个程序能够并发执行。
在这个过程中,进程和线程的概念是重点。
进程是程序的一次执行过程,具有动态性、并发性、独立性等特征。
线程则是进程中的一个执行单元,它可以共享进程的资源,提高系统的并发性能。
存储器管理的任务是为程序分配内存空间,并保证内存的合理使用和保护。
常见的内存管理方式有分页存储管理、分段存储管理和段页式存储管理。
分页存储管理将内存空间划分为固定大小的页,分段存储管理则按照程序的逻辑结构将其划分为不同的段,段页式存储管理则结合了两者的优点。
设备管理的目标是方便用户使用设备,并提高设备的利用率。
设备分为字符设备和块设备,操作系统通过设备驱动程序来控制设备的操作。
设备分配算法、设备缓冲技术以及 I/O 控制方式等都是需要掌握的知识点。
文件管理负责对文件进行组织、存储、检索和保护。
文件的逻辑结构和物理结构是理解文件管理的关键。
常见的文件逻辑结构有顺序文件、索引文件和索引顺序文件,而物理结构则包括连续文件、链接文件和索引文件。
文件的目录结构和文件共享与保护也是重要的内容。
用户接口是操作系统与用户进行交互的方式,分为命令接口和程序接口。
命令接口允许用户通过命令来控制操作系统的操作,程序接口则为应用程序提供了访问操作系统服务的途径。
在复习操作系统的基本原理时,要深入理解操作系统的各种算法和机制。
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第2章操作系统的运行环境OS的运行环境包括硬件环境和其他系统软件组成的软件环境,这些环境既是OS管理的对象,又是OS的支持者和协作者。
主要内容⏹硬件环境:⏹CPU⏹主存储器⏹缓冲⏹中断⏹时钟及时钟队列⏹软件支持:⏹重定位一、概述⏹操作系统运行的硬件环境组成⏹中央处理器(CPU)⏹存储系统⏹中断机制⏹时钟以及时钟队列⏹任何系统软件都是硬件功能的延伸,操作系统直接依赖于硬件条件;⏹OS的硬件环境以较分散的形式同各种管理相结合;⏹实现操作系统时必须理解计算机基本结构、操作系统管理的重要资源;二、中央处理器(CPU)单机与多处理器系统⏹如果一个计算机系统只有一个处理器,称之为单机系统;⏹如果有多个处理器称之为多处理器系统。
指令系统⏹早期的微处理器,指令系统的功能相对来说比较弱。
⏹当代的微处理器,结构非常复杂。
1、CPU的构成与基本工作方式⏹处理器由运算器、控制器、一系列的寄存器以及高速缓存构成:⏹运算器:实现指令中的算术和逻辑运算,是计算机计算的核心。
⏹控制器:负责控制程序运行的流程,包括取指令、维护CPU状态、CPU与内存的交互等等。
⏹寄存器:是指令在CPU内部作处理的过程中暂存数据、地址以及指令信息的存储设备,在计算机的存储系统中它具有最快的访问速度。
⏹高速缓存:处于CPU和物理内存之间,⏹一般由控制器中的内存管理单元(MMU:Memory ManagementUnit)管理;⏹访问速度快于内存,低于寄存器。
⏹通过高速缓存可以使CPU的高速指令处理和低速内存访问得以匹配,从而提高CPU的效率。
指令系统⏹每台计算机机器指令的集合称指令系统,它反映了一台机器的功能和处理能力,可以分为以下五类:⏹数据处理类指令:用于执行算术和逻辑运算。
⏹I/O类指令用于启动外围设备,让主存和设备交换数据。
⏹寄存器数据交换类指令:用于在处理器的寄存器和存储器之间交换数据。
⏹控制类指令:如转移,用于改变执行指令序列。
⏹处理器控制指令:修改处理器状态,改变处理器工作方式。
⏹在单道程序系统中,用户程序可以直接使用CPU指令启动I/O设备,进行I/O操作。
⏹问题是:在多道程序系统中,这种模式可不可行?专门设计了一系列基本机制:⏹具有特权级别的处理器状态,能在不同特权级运行的各种特权指令。
⏹硬件机制使得OS可以和普通程序隔离,实现保护和控制2、特权指令和非特权指令⏹特权指令:只能由操作系统使用的指令。
如:⏹启动某设备;⏹设臵时钟;⏹允许和禁止中断;⏹清内存;⏹在进程之间切换处理机;⏹建立存储保护;⏹存取用于内存保护的寄存器;⏹执行输入输出操作;⏹停止一个CPU的工作。
⏹使用多道程序设计技术的计算机指令系统必须要区分为特权指令和非特权指令。
⏹特权指令一般引起处理器状态的切换:⏹处理器通过特殊的机制将处理器状态切换到操作系统运行的特权状态(管态)⏹然后将处理权移交给操作系统中的一段特殊代码,这一个过程称为陷入•CPU如何知道当前运行的是操作系统还是一般应用软件?有赖于处理器状态的标识。
3、处理器的状态⏹根据运行程序对资源和机器指令的使用权限将处理器设臵为不同状态。
⏹多数系统将处理器工作状态划分为管态和目态:⏹管态:操作系统管理程序运行的状态,较高的特权级别,又称为特权态(特态)、系统态。
⏹目态:用户程序运行时的状态,较低的特权级别,又称为普通态(普态)、用户态。
有些系统将处理器状态划分核心状态,管理状态和用户程序状态(目标状态)三种管态和目态的差别⏹处理器处于管态时:⏹可以执行全部指令(包括特权指令)⏹可使用所有资源⏹具有改变处理器状态的能力⏹处理器处于目态时:⏹只有非特权指令能执行⏹特权级别不同,可运行指令集合也不同。
⏹特权级别越高,可以运行指令集合越大。
⏹高特权级别对应的可运行指令集合包含低特权级的。
管态和目态的切换4、程序状态字PSW在PSW中专门设臵一位,根据运行程序使用指令的权限而设臵,PSW (ProgramStatus Word ):⏹CPU的工作状态码——指明管态还是目态,用来说明当前在CPU上执行的是操作系统还是一般用户,从而决定其是否可以使用特权指令或拥有其它的特殊权力⏹条件码——反映指令执行后的结果特征⏹中断屏蔽码——指出是否允许中断微处理器M68000的程序状态字微处理器Intel 80386的程序状态字⏹Pentium的处理器状态有四种,支持4个保护级别,0级权限最高,3级权限最低。
一种典型的应用是把4个保护级别依次设定为:⏹0级为操作系统内核级。
处理I/O、存储管理、和其他关键操作。
⏹1级为系统调用处理程序级。
用户程序可以通过调用这里的过程执行系统调用,但是只有一些特定的和受保护的过程可以被调用。
⏹2级为共享库过程级。
它可以被很多正在运行的程序共享,用户程序可以调用这些过程,读取它们的数据,但是不能修改它们。
⏹3级为用户程序级。
它受到的保护最少。
⏹各个操作系统在实现过程中可以根据具体策略有选择地使用硬件提供的保护级别,如运行在Pentium上的Windows操作系统只使用了0级和3级。
三、主存储器支持OS运行硬件环境的一个重要方面:⏹作业必须把它的程序和数据存放在主存储器(内存)中才能运行;⏹多道程系统中,若干个程序和相关的数据要放入主存储器;⏹操作系统要管理、保护程序和数据,使它们不至于受到破坏;⏹操作系统本身也要存放在主存储器中并运行。
1、存储器的类型两类存储器:读写型的存储器只读型的存储器读写型的存储器⏹可把数据存入其中任一地址单元,并可在以后的任何时候把数据读出,或者重新存入新的数据的一种存储器⏹常被称为随机访问存储器(RAM:Random Access Memory)⏹RAM主要用作存放随机存取的程序的数据只读型的存储器:⏹只能从其中读取数据,但不能随意用普通方法写入数据(写入数据只能用特殊方法)⏹称为只读存储器(ROM:Read-Only Memory)变型:PROM、EPROM和EEPROM⏹PROM:一种可编程只读存储器,使用特殊PROM写入器写入数据⏹EPROM:用特殊的紫外线光照射此芯片,以“擦去”信息,恢复原来状态,然后使用特殊EPROM写入器写入数据⏹EEPROM:电可擦除可编程ROM,又称闪存。
存储访问局部性原理提高存储系统效能关键点:程序存储访问局部性原理⏹程序执行时,有很多的循环和子程序调用,一旦进入这样的程序段,就会重复存取相同的指令集合⏹对数据存取也有局部性,在较短的时间内,稳定地保持在一个存储器的局部区域⏹处理器主要和存储器的局部打交道⏹在经过一段时间以后,使用的代码和数据集合会改变2、存储分块⏹存储最小单位:“二进位”,包含信息为0或1⏹最小编址单位:字节,一个字节包含八个二进位主流个人电脑⏹主存:128MB~512MB之间⏹辅助存储器:在20GB~70GB工作站、服务器⏹主存:512MB-4GB之间⏹硬盘容量:数百GB为简化分配和管理,存储器分成块,称一个物理页(Page)⏹块的大小:512B、1K、4K、8K3、存储保护设施⏹对主存储器中的信息加以严格的保护,使操作系统及其它程序不被破坏,是其正确运行的基本条件之一。
⏹多用户,多任务操作系统:OS给每个运行进程分配一个存储区域。
⏹问题:⏹多个程序同时在同一台机器上运行怎样才能互不侵犯?存储保护的硬件支持⏹界地址寄存器(界限寄存器):在CPU 中设臵一对界限寄存器来存放该用户作业在主存中的下限和上限地址,分别称为下限寄存器和上限寄存器。
⏹存储保护键:每个存储块都有一个存储保护键,附加在每个存储块上。
当操作系统挑选作业运行时,操作系统同时将该作业的存储键号存放到程序状态字PSW的存储键(“钥匙”)域中。
每当CPU访问主存时,都将对主存块的存储键与PSW中的“钥匙”进行比较。
以判断访问是否合法。
四、缓冲技术⏹缓冲区是硬件设备之间进行数据传输时,用来暂存数据的一个存储区域⏹目的:解决部件之间速度不匹配的问题⏹缓冲技术三种用途:⏹处理器与主存储器之间⏹处理器和其它外部设备之间⏹设备与设备之间的通信多缓冲区(Cache)技术单缓冲区:⏹设备向缓冲区输入数据直到装满后必须等待CPU将其取完,才能继续向其中输入数据⏹为了提高设备利用率,单缓冲区不够多缓冲区(Cache)技术:⏹Cache:离CPU最近,使CPU快速访问常使用的数据⏹CPU首先到一级Cache中找⏹如果没有,CPU到二级Cache中找⏹如果没有,CPU到系统内存中找五、中断技术⏹中断概念:⏹CPU对系统发生的某个事件作出的一种反应。
⏹CPU暂停正在执行的程序,保留现场后自动转去执行相应事件的处理程序,处理完成后返回断点,继续执行被打断的程序。
中断的作用⏹中断处理是操作系统的一个重要组成部分;⏹中断对于操作系统就像机器中的驱动齿轮一样;⏹操作系统可以称为是由“中断驱动”或者“(中断)事件驱动”。
⏹中断是现代计算机系统中基本设施之一,是CPU与系统其他资源通信的重要手段,协调系统对各种外部事件的响应和处理,使OS可以捕获普通程序发出的系统功能调用;⏹中断是实现多道程序的必要条件;⏹可以及时处理设备的中断请求;⏹可以防止用户程序中破坏性的活动等等。
引入中断的目的⏹解决主机与外设的并行工作问题⏹提高可靠性⏹实现多机联系⏹实现实时控制特点:1) 中断随机的2) 中断是可恢复的3) 中断是自动处理的中断系统的概念⏹中断系统是实现中断功能的部件,包括中断装臵和中断处理程序。
⏹中断装臵:指发现中断,响应中断的硬件。
⏹发现中断源,提出中断请求。
⏹保护现场⏹启动处理中断事件的程序。
⏹中断处理程序:由软件来完成。
⏹主要任务是处理中断事件和恢复正常操作。
中断类型(1)⏹强迫性中断⏹正在运行的程序所不期望的,它由于某种硬件故障或外部请求引起的,包括:⏹输入/输出(I/O)中断:主要来自外部设备通道⏹程序性中断:运行程序中本身的中断,如:溢出,缺页中断,缺段中断,地址越界⏹时钟中断⏹控制台中断⏹硬件故障中断类型(2)⏹自愿性中断⏹用户在程序中有意识安排的中断,是由于用户在编制程序时因为要求操作系统提供服务,使用“访管”指令或系统调用,使中断发生。
称为访管中断。
包括:⏹执行I/O,创建进程,分配内存;⏹信号量操作,发送/接收消息。
中断响应CPU如何响应中断, 两个问题:⏹CPU何时响应中断?通常在CPU执行了一条指令以后,更确切地,在指令周期最后时刻接受中断请求,或此时扫描中断寄存器⏹如何知道提出中断请求的设备或中断源?因为只有知道中断源或中断设备,才能调用相应的中断处理程序中断优先级⏹在计算机执行的每一瞬间,可能有几个中断事件同时发生。
⏹中断装臵按照预定的顺序来响应,这个预定的顺序称为中断的优先级,中断装臵首先响应优先级高的中断事件。
⏹在一些机器中,中断优先级按中断类型划分:⏹以机器故障中断的优先级最高;⏹程序中断和访问中断次之;⏹外部中断更次之;⏹输入输出的优先级最低。