云南大学操作系统重点

一．分角度（用户，资源）说明os的主要功能与目的

功能：

用户：1.用户和计算机硬件之间的接口

2.屏蔽了硬件细节

3.使用户和应用程序更容易访问与使用计算机

系统：1.操作系统用来管理计算机资源

目标：方便性：更易使用

有效性：以有效方式管理计算机系统资源，合理组织计算机工作可扩展性：搭建平台，允许修改并引进新的功能

二．进程的状态及转换过程

进程的3个基本状态为：就绪态，执行态，等待态

三．存储管理的方式及概念

虚拟存储器的实现基础：实验证明，在一个进程的执行过程中，其大部分程序和数据并不经常被访问。

实现原理：把进程中那些不经常被访问的程序段和数据放入外存中，待需要访问它们时再将它们调入内存。

▪大程序：可在较小的可用内存中执行较大的用户程序；

▪大的用户空间：提供给用户可用的虚拟内存空间通常大于物理内存(real memory)▪并发：可在内存中容纳更多程序并发执行；

▪易于开发：不会影响编程时的程序结构

▪将进程中的目标代码、数据等的虚拟地址（又称逻辑地址，相对地址）组成的虚拟空间称为虚拟存储器（Virtual memory）。

▪虚拟存储器不考虑物理存储器的大小和信息存放的实际位置，只规定每个进程中互相关联的信息的相对位置。

▪每个进程都有自己的虚拟存储器，通常是一个以0地址为始地址的一维（或多维）虚拟地址空间。

▪从虚拟地址空间到物理地址空间需要进行地址变换。

四．什么是进程的切换

▪进程上下文由正文段、数据段、硬件寄存器的内容和有关数据结构等组成。

▪进程上下文切换包括4个步骤：

▪ 1. 决定是否作上下文切换以及是否允许做上下文切换。包括对进程调度原因的检查分析，以及当前执行进程的资格和CPU执行方式的检查等；

▪ 2. 保存当前执行进程的上下文。

▪ 3. 按照某个进程调度算法，选择一个处于就绪状态的进程。

▪ 4. 恢复或装配所选进程的上下文，将CPU控制权交给所选进程。

五．几种常见的动态分区管理的分配算法（p159-161）的特点

▪最先适应法（first fit algorithm）起始地址顺序递增

1.时间性能好

2.随着小分区产生越多，查找时间越来越大

▪最佳适应法（best fit algorithm）从小到大顺序排列

1.外碎片小，多

2.较大的空闲区可以被保留

▪最坏适应法（worst fit algorithm）从大到小顺序排列

1.较大的空闲分区不被保留。

2.分配和回收时有很大查找负担。

3.基本不留下小空闲分区。

六．管道、管程、通道、DMA

管程：由于对临界区的执行分散在各进程中，这样不便于系统对临界资源的控制和管理，也很难发现和纠正分散在用户程序中的对同步原语的错误使用等问题。把分散的各同类临界区集中起来。并为每个可共享资源设立一个专门的管程来统一管理各进程对该资源的访问。这样既便于系统管理共享资源，又能保证互斥访问

管道：管道指能够连接一个写进程和一个读进程、专门用于进程之间数据通信的共享文件。管道按先进先出的方式传送消息，先被写入的管道一定先被读出

通道：通道是一个专门负责IO控制的处理机，他独立于cpu，它控制io设备与内存直接进行数据交换。它有cpu通过发送相应的通道指令来启动，并在操作结束时向cpu 发送中断信号。通道方式比DMA进一步减少CPU对IO操作的干预。减少为IO设备与内存的直接数据交换。

DMA: DMA（直接访问内存控制器）控制数据在内存中与I/O设备间成块传送。（从传送字节扩大到传送数据块）。传送过程：cpu启动DMA模块，结束传送时DMA模块给CPU发送一个中断信号。因此只有数据开始传送和结束时才会用到cpu，极大提高了系统的IO性能

七．信号量，及对其的up down pv操作

信号量：进程同步和互斥的工具。信号量是一种功能十分强大的原语，既可以用于解决进程的互斥问题，也可以用于解决进程的同步问题。信号量是一种特殊的整型变量，用于描述资源的个数。S为一个记录型信号量S.value：可用资源个数，初值非负S.queue：进程队列，记录等待该资源的进程，初值为空。信号量sem大于等于零时，代表可供并发进程使用的资源数，小于零时表示等待使用临界区的进程数。

Up(S),Down(S):执行时不可分割

Up(S): 1.S.value+=1(释放一个资源) 2.若S.value>0,继续执行否则S.value≤0，唤醒等待队列的的第一个进程

Down(S): 1.S.value-=1(请求一个资源) 2.若S.value≥0,继续执行否则S.value<0，将该进程插入等待队列的队尾。

P原语(申请资源) V原语(释放资源)

八．信号量>0 =0 <0的含义

▪临界资源设置一个互斥信号量sem，其初值为1；在每个进程中将临界区代码置于P(sem)和V(sem)原语之间

▪必须成对使用P和V原语：遗漏P原语则不能保证互斥访问，遗漏V原语则不能在使用临界资源之后将其释放（给其他等待的进程）；P、V原语不能次序错误、

重复或遗漏

用信号量实现两个Pa,Pb进程的互斥：

▪设sem为互斥信号量，其取值范围为（1，0，-1）；其中sem=1表示进程Pa和Pb都未进入临界区，sem=0表示进程Pa或Pb已进入临界区，sem=-1表示进程Pa和Pb中一个已进入临界区，而另一个等待进入临界区。

九．采用覆盖与交换技术

十．各章节主要概念和定义

十一．文件系统最主要的功能

操作系统中与管理文件有关的软件和数据称为文件系统。

从系统的角度看：文件系统是一个负责文件存储空间管理的机构。

从用户的角度看：文件系统是用户在计算机上存储信息和使用信息的接口。

▪文件系统的功能：

➢对磁盘空间进行统一的管理：在用户创建文件时为其分配空闲区，在用户删除或修改某个文件时，回收和调整存储区。

➢对文件实现按名存取：建立一个用户可见的逻辑结构，让用户按文件逻辑结构进行信息存取和加工。

➢建立文件的物理结构，便于存放和加工信息。

➢完成对存放在存储设备上的文件信息的查找。