《操作系统》期末考试复习基本知识点

《操作系统》基本知识点第1章1.操作系统的概念*操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合——它们管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源，合理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，从而在计算机与其用户之间起到接口的作用。

2.操作系统的历史*操作系统的发展分为四个阶段：1946年～50年代末：第一代，电子管时代，无操作系统；50年代末～60年代中期：第二代，晶体管时代，批处理系统；60年中期～70年代中期：第三代，集成电路时代，多道程序设计；70年代末至今：第四代，大规模和超大规模时代，分时系统；3.操作系统的基本类型*操作系统的基本类型有批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、通用操作系统、个人计算机操作系统、网络操作系统、分布式操作系统、嵌入式系统。

其中批处理操作系统的特征是：⑴用户脱机使用计算机，⑵成批处理，⑶多道程序运行。

其优点是：系统资源共享，系统资源使用效率高，作业吞吐量大。

其缺点是：无交互性，作业周转时间长，用户使用不方便。

分时操作系统的特点是：⑴交互怍，⑵多用户的同时性，⑶独立性。

实时操作系统的主要特点是：⑴及时性，⑵高可靠性。

通用操作系统的主要特点是：具有批处理系统、分时操作系统、实时操作系统和多重处理中两种以上的功能。

个人计算机操作系统的主要特点是：联机的交互性、单用户、多媒体化。

网络操作系统的主要特点是：信息交换、资源共享、可互操作、协作处理、作业迁移。

分时操作系统的主要特点是：信息交换、资源共享、可互操作、协作处理、作业迁移、系统的透明性等。

4.操作系统的功能*操作系统的功能包括处理机管理、存储管理、设备管理、信息管理（文件系统管理）、提供用户接口等。

5.研究操作系统的观点*研究操作系统的观点有多种：第一种是资源管理的观点，第二种观点是用户界面观点，第三种观点是进程管理的观点。

其中资源管理的观点把操作系统看着对计算机系统软、硬资源的管理，从而提供了处理机管理、存储管理、设备管理、信息管理（文件系统管理）等功能。

对于每一种资源的管理都可以从资源情况记录、资源分配策略、资源分配和资源回收等几个方面来加以讨论。

第2章操作系统用户界面6.操作系统的用户界面有哪些*操作系统的用户界面有两个，一个是系统为用户提供的各种命令接口界面，用户利用这些操作命令来组织和控制作业的执行，或来管理计算机系统。

另一种接口是系统调用，编程人员使用系统调用来请求操作系统提供服务，例如申请和释放外设等类资源、控制程序的执行速度等。

7.操作系统命令接口的主要控制方式使用操作命令进行作业控制的主要方式有两种，即脱机方式和联机方式。

所谓脱机方式是用户将作业的执行顺序和出错处理方法一并以作业控制说明书的方式或命令文件方式提交给系统，由系统按照作业说明书或命令文件中规定的顺序控制作业执行。

在执行中用户无法干预，只能等待作业正常执行结束或出错停止之后查看执行结果或出错信息，以便修改作业内容或控制过程。

所谓联机方式是，系统只为用户提供一组键盘或其他操作方式的命令，用户使用系统提供的操作命令和系统会话，交互地控制程序和管理计算机系统。

其工作过程是：用户在系统给出的提示符下敲入特定的命令，系统在执行该命令后向用户报告执行结果；然后，用户决定下一步操作。

如此反复，直到作业执行结束。

8.作业的的概念、作业状态及作业控制从用户角度上讲，作业就是用户一次上机活动中提交给计算机系统的任务的总称；从系统角度上讲，作业由程序、数据和作业说明书构成。

作业状态包括作业提交、作业后备、作业运行及作业完成等四种状态，每种状态的变迁都由操作系统相应的模块进行控制与管理，如下图所示。

可见作业控制包括作业建立、作业调度、作业结束等。

9.作业建立的方法（SPOOLING系统*）用户提交作业的过程就是系统建立作业的过程。

用户输入作业的方式有5种，即联机输入方式、脱机输入方式、直接耦合方式、SPOOLING系统以及网络输入方式等。

在SPOOLING系统中，多台外围设备通过通道或DMA器件和主机与外存连接起来，作业的输入输出过程由主机中的操作系统控制。

操作系统中的输入程序包念两个独立的过程，一个过程负责从外部设备把把信息读入缓冲区，另一个过程是写过程，负责把缓冲区中的信息送入到外存输入井中。

在系统输入模块收到作业输入请求后，输入管理模块中的读过程负责将信息从输入装置读入缓冲区。

当缓冲区满时，由写过程将信息从缓冲区写到外存输入井中。

读过程和写过程反复循环，直到一个作业输入完毕。

当读过程读到一个硬件结束标志后，系统再次驱动写过程把最后一批信息写入外存并调用中断处理程序结束该次输入。

然后，系统为该作业建立作业控制块JCB，从而使输入井中的作业进入作业等待队列（此时该作业处于后备状态），等待作业调度程序选中后进入内存。

第3章进程管理10.在单道程序系统中和在多道程序系统中，程序执行的特点各有哪些？*单道程序系统中程序执行的特点有：⑴顺序性，⑵独占性，⑶封闭性，⑷再现性。

多道程序系统中程序执行的特点有：⑴制约性，⑵失去封闭性，⑶失去再现性，⑷失去对应性。

11.进程的概念*进程是并发程序（段）的执行，是多道程序系统中程序（段）的执行过程。

12.进程的特征*进程的特征包括⑴动态性，⑵并发性，⑶独立性，⑷异步性，⑸结构性（即进程由程序（段）、数据（段）和进程控制块组成）。

13.进程、程序和作业的联系与区别*进程和程序是两个既有联系又有区别的概念，它们的区别与关系可简述如下：⑴进程是一个动态概念，而程序是一个静态概念；⑵进程具有并行性，而程序没有；⑶进程是竞争资源的基本单位，从而其并行性受到系统自己的制约；⑷不同的进程可以包含同一程序，只要该程序所对应的数据集不同。

进程和作业的关系：⑴作业是用户向计算机提交提交任务的任务实体，而进程是完成用户任务的执行实体，是向系统申请分配资源的基本单位。

⑵一个作业可以由多个进程组成，并且至少由一个进程组成。

⑶作业的概念主要用在批处理系统中，而进程的概念几乎可以用在所有多道程序系统中。

14.进程的描述*一个进程的静态描述由三个部分构成：进程控制块PCB、有关程序段和该程序段对其进行操作的数据结构集。

其中进程控制块PCB包含四类信息，即描述信息、控制信息、资源管理信息和CPU现场保护结构。

15.进程状态及其转换*进程的基本状态包含执行、就绪和等待等三种状态。

处于就绪状态的进程被进程调度程序调度时即进入运行状态；处于运行状态的进程因等待某些事件（如完成输入输出）的产生而进入等待状态，也会因为时间片用完或被剥夺而进入就绪状态；处于等待状态的进程因等待某些事件（如完成输入输出）已经发生而进入就绪状态。

进程的基本状态及其状态变迁如下图所示d下，导致进程调度程序从就绪状态的进程中选取一个进程。

变迁2：正在执行的进程所分配的时间片用完，导致进程从处理机上退到就绪状态；或者在可抢占优先级的进程调度中，有更高优先级的进程进入就绪状态，导致正在执行的进程从执行状态退到就绪状态。

变迁3：进程需要等待事件发生。

变迁4：进程所等待的某事件发生（如I/O完成）。

状态变迁之间可能发生的因果变迁：3—1：由于处于运行状态的进程转入阻塞状态，进程调度程序根据调度算法，又从就绪队列中选择一个进程投入运行；2—1：由于处于运行状态的进程时间片用完，重新转入就绪状态，从而使进程调度程序又从就绪队列中选择一个进程投入运行；3—2：此种变化不存在；4—1：4的发生与1的发生没有必然关系；3—4：3的发生与4的发生没有必然关系；无关变迁有：变迁1、2、3与处理机有关，必须引起其他变迁，变迁4不涉及处理机，不直接引起其他变迁。

16.进程互斥与同步*一组并发进程中的一个或多个程序段，因共享某一公有资源而导致它们必须以一个不允许交叉执行的单位执行，这种情形称为互斥。

互斥也可定义为不允许两个或两个以上的共享该资源的并发进程同时进入临界区。

把异步环境下的一组并发进程，因直接制约而互相发送消息而进行互相合作、互相等待，使得各进程按一定的速度执行的过程称为进程间的同步。

要能做作业2、4、6、8、9、10、11、14等题目。

下面再举一例设某一家有一个果盘，最多可装三个水果。

爸爸负责把苹果放入果盘，妈妈负责把香蕉放入果盘，儿子负责从果盘中取出香蕉，女儿负责从果盘中取出苹果，并且每次只能有一人放一个水果到果盘中或只能有一人从果盘中取走一个水果。

问每一个人要如何来做才能顺利进行？分析：爸爸、妈妈、儿子和女儿之间都是互斥关系，爸爸与女儿在萍果上形成同步关系，妈妈与儿子在香蕉上形成同步关系。

爸爸和妈妈与儿子和女儿之间在盘子上形成同步关系。

解答：设爸爸、妈妈、儿子和女儿之间都是互斥信号量为mutex，初始值为1；果盘上萍果的数量为apple_count，初始值为0；果盘上香蕉的数量为banana_count，初始值为0；盘子上可装水果的位置数量为empty，初始值为3。

爸爸的动作：Loop:P(empty)P(mutex)把一个萍果放入果盘中；V(mutex)V(apple_count)endloop妈妈Loop:P(empty)P(mutex)把一个香蕉放入果盘中；V(mutex)V(banana_count)endloop儿子Loop:P(banana_count)P(mutex)从果盘中取出一个香蕉；V(mutex)V(empty)endloop女儿Loop:P(apple_count)P(mutex)从果盘中取出一个萍果；V(mutex)V(empty)Endloop最后，请完成下列题目：（1）已知信箱通信如下图所示其中信箱中有n个箱格（即最多同时存放n封信件），并且发送进程Send（信件，接收者）功能为：如果信箱中有空箱格，则把信件存放于其中，否则，发送进程进入等待状态；接收进程Receive（信件）的功能为：如果信箱中有信件，则把信件从中取出，否则，接收进程进入等待状态；再设发送进程Send和接收进程Receive使用信箱时是互斥进行的。

请给分别给出发送进程Send和接收进程Receive的程序结构。

（2）设有三个进程A、B、C，其中A与B构成一对生产者与消费者，共享一个由N个缓冲块组成的缓冲池；B与C也构成一对生产者与消费者，共享另一个由M个缓冲块组成的缓冲池。

编写利用信号量机制实现的三者之间的同步算法。

（3）设系统有四个缓冲池M0、M1、M2、M3，其容量分别为3、2、3、2，现各缓冲区分别存在0、1、0、2个数据。

现同时有四个进程P0、P1、P2、P3分别在缓冲区间不断地移动数据（见下图所示）。

例如，P0进程从M0向M1移动数据。

试用信号量及其P、V操作及类C 语言描述各进程之间的同步关系，并给出各信号量的含义和初值。