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。

➢提供文件的共享和保护功能。

▪文件系统的特点：➢友好的用户接口，用户只对文件进行操作，而不管文件结构和存放的物理位置。

➢对文件按名存取，对用户透明。

➢某些文件可以被多个用户或进程共享。

➢可存储大量信息。

十二．文件的逻辑结构➢字符流式的无结构文件：管理简单➢记录式的有结构文件：方便用户对文件中的记录进行修改，查找，删除等操作十三．多道程序设计的基本概念，特点多道程序设计是一种软件技术，该技术使同时进入计算机主存的集个相互独立的程序在管理程序控制之下相互交替的运行十四．同步的概念，互斥概念，二者的关系协作完成同一任务->直接制约关系->同步共享资源->间接制约关系->互斥互斥是一种特殊的同步关系十五．必考银行家算法十六．必考会计算各种调度算法（先来先服务，短作业优先等）的平均周转时间T 和平均带权周转时间W平均周转时间=(完成时间-提交时间)/n带权周转时间=周转时间/运行时间（越小越好）十七．必考页面置换算法，常见的页面置换算法（先来先服务、最近最久未使用等），给定物理块数，会计算采用各种算法时的缺页次数十八．文件的存储结构、存储结构的优缺点（顺序结构、链接结构p229-230）十九．设备管理中常用的数据传输方式的特点（程序直接控制方式，中断控制方式，dma等p282-288）▪程序直接控制方式（programmed direct control）就是由用户进程来直接控制内存或CPU和外围设备之间的数据传送。

优点：实现简单，硬件支持少。

▪缺点：▪（1）CPU与外设只能串行工作。

CPU利用率低。

▪（2）CPU在一段时间内只能和一台外围设备交换数据信息，从而不能实现设备之间的并行工作。

▪（3）由于程序直接控制方式依靠测试设备标志触发器的状态位来控制数据传送，因此无法发现和处理由于设备或其他硬件所产生的错误。

▪程序直接控制方式只适用于那些CPU执行速度慢，而且外设较少的系统。

▪中断控制方式▪优点：▪CPU在进程上下文中执行时，也可以启动不同的设备启动指令和允许中断指令，从而做到设备与设备之间和设备与CPU之间的并行操作，提高了CPU的利用率。

▪缺点：▪ 1. 由于在I/O控制器的数据缓冲寄存器装满后将会发生中断，而且数据缓冲寄存器通常较小，在一次数据传送过程中可能发生多次中断。

▪ 2. 当较多外围设备并行操作时，由于中断次数急剧增加而造成CPU无法响应中断和出现数据丢失现象。

▪ 3. 当外围设备的速度非常高时，可能造成数据缓冲寄存器的数据由于CPU来不及取走而丢失。

▪DMA控制方式▪优点：▪大大提高了CPU利用率▪不会造成大量外设并发操作时CPU来不及处理或外设与CPU速度不匹配带来的数据丢失问题。

▪局限性：▪DMA方式对外设的管理和某些操作仍由CPU控制。

▪多个DMA控制器的同时使用会引起内存地址的冲突并使控制过程进一步复杂化。

▪多个DMA控制器同时使用不够经济。

二十．必考会使用信号量pv操作，根据要求写出伪代码完成互斥与同步二十一．设备分配中用到的数据结构（固定分区，动态分区）分区存储：给装入内存的作业划分一块存储区域，以连续存储进程相关的全部指令和数据▪固定分区方法：把内存空间分成若干个大小不等的区域，称为分区。

每个用户程序（作业、进程）调入内存后，占用其中一个分区，程序运行完成后释放该分区。

操作系统占用其中一个分区。

▪特点：适用于多道程序系统和分时系统➢支持多个程序并发执行➢难以进行内存分区的共享。

▪问题：可能存在内碎片和外碎片。

(内存利用率低)➢内碎片：占用分区之内未被利用的空间➢外碎片：占用分区之间难以利用的空闲分区（通常是小空闲分区）。

▪动态创建分区：在装入程序时按其初始要求分配，或在其执行过程中通过系统调用进行分配或改变分区大小。

▪优点：没有内碎片。

▪缺点：有外碎片；如果大小不是任意的，也可能出现内碎片。

数据结构：▪动态分区法也使用分区说明表、可用表、自由链、请求表等数据结构。

▪可用表的每个表目记录一个空闲区▪自由链是利用每个内存空闲区的头几个单元存放本空闲区的大小及下一个空闲区的起始地址，从而把所有空闲区链接起来，便于分配。

▪请求表的每个表目描述请求内存资源的作业或进程号以及所请求的内存大小。

二十二．分页管理的基本概念▪各进程的虚拟地址空间被划分成若干个长度相等的页（page）。

页长的划分和内存外存之间数据传输速度以及内存大小等有关，一般为1-4K。

▪物理内存空间也按页的大小划分为页面（page frame）。

这些页面为系统中的任一进程所共享。

▪页式管理把页式虚拟地址与内存物理地址建立一一对应的页表，并用相应的硬件地址变换机构，来解决离散地址变换。

▪页式管理采用请求调页或预调页技术实现了内外存存储器的统一管理。