教师2011级《操作系统》期末复习

《操作系统》期末复习指导操作系统是计算机系统的基本组成部分，是整个计算机系统的基础和核心。

《操作系统》课程是理论性和实践性都较强的课程，具有概念多、较抽象、涉及面广、其整体实现思想和技术又往往难于理解等特点。

为帮助大家复习《操作系统》课程，下面按照教学大纲要求，对各章的重点、难点进行归纳、总结，给出解答问题的指导，对于操作系统的基本概念应掌握其实质是什么，是针对什么事物的，记住其表述要点。

对于基本功能应掌握其是解决什么问题的，性能如何。

对于基本方法和技术应理解其如何解决问题。

第一章操作系统引论1. 学习重点：(1) 什么是操作系统；(2) 操作系统的主要功能；(3) 操作系统的基本特征；(4) 操作系统的主要类型；2．教学要求：(1) 牢固掌握操作系统的定义：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--是核心系统软件；● 操作系统管什么--控制和管理系统内各种资源；● 操作系统有何用--扩充硬件功能，方便用户使用。

(2) 牢固掌握操作系统的五大主要功能：✧存储器管理✧处理机管理✧设备管理✧文件管理✧用户接口管理。

(3) 清楚地了解操作系统所处的地位：是裸机之上的第一层软件，是建立其他所有软件的基础。

计算机系统的组成：硬件、操作系统、实用程序和应用程序。

(4) 记住操作系统的基本特征：✧并发✧共享：内存中的多个进程共享资源。

◆互斥共享（打印机），◆同时访问（磁盘）✧异步性：进程以人们不可预知的速度向前推进。

✧虚拟性：◆多道程序设计技术；◆虚拟存储器技术；◆虚拟设备理解模拟：●并发--"大家都前进了"；●共享--"一件东西大家用"；●异步性--"你走我停"。

(5) 记住并理解操作系统的主要类型、特点：操作系统的发展过程：管理程序，原始操作系统，操作系统⏹多道批处理系统：有效地提高系统资源的利用率；提高系统的吞吐量；用户和作业之间无法交互，作业平均周转时间较长。

引入多道程序的目的是减少处理机空闲时间。

适用：计算量大的成熟作业。

⏹分时系统：同时性；独立性；交互性；及时性。

交互性的衡量指标是响应时间。

影响响应时间的几个因素：用户数目、时间片、程序切换时内、外存需对换的信息量。

适用：计算量小的不成熟的作业。

⏹实时系统：实时性、可靠性。

实时控制和实时信息处理。

如，生产过程，军事⏹个人机系统⏹网络系统和分布式系统。

UNIX系统是著名的分时系统。

（多用户系统）Windows：单用户系统（多任务）(6) 理解分时概念：主要是指若干并发程序对CPU时间的共享。

第二章进程管理1．学习重点：（1）什么是进程，进程与程序的区别和关系；（2）进程的基本状态及其变化；（3）进程由哪些部分组成，进程控制块的作用；（4）什么是进程的同步与互斥；（5）多道程序设计概念；（6）什么是临界资源、临界区；（7）什么是信号量，PV操作的动作，进程间简单同步与互斥的实现。

2．教学要求：(1) 牢固掌握进程的概念程序在并发环境中的执行过程。

(2) 理解进程最基本的属性是动态性和并发性。

动态性：进程是程序得一次执行过程，它是临时的、有生命周期得。

当进程运行结束，释放资源，回收进程控制块。

◆并发性：多个进程可以在处理器上交替执行。

◆独立性：进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

◆异步性：由于进程的并发执行，每个进程的相对执行速度不可预知，各进程彼此相互影响。

◆结构性：为了记录进程的运行变化过程，以便系统对进程进行管理和控制，每个进程需要一个PCB对其进行描述。

(3)掌握进程与程序的主要区别。

P371) 进程是动态的；程序是静态的。

2) 进程有独立性，能并发执行；程序不能并发执行。

3) 二者无一一对应关系。

4) 进程异步运行，会相互制约；程序不具备此特征。

(4) 掌握进程的基本状态：◆运行态：◆就绪态：已获得除CPU之外的全部资源，等待系统分配CPU。

◆阻塞态：正在运行的进程因等待某个条件的发生而不能运行时。

在什么条件下发生状态转换？ P38运行态→就绪态：时间片用完；剥夺式调度中，有更高的优先级的进程变为就绪。

等待态→就绪态：等待的事件发生，如打印结束一般按队列管理：就绪队列，等待队列。

(5) 理解进程的一般组成，应深入理解进程控制块的作用。

每个进程有惟一的进程控制块。

（系统通过进程控制块管理进程）组成：程序、数据和进程控制块作用：它是进程存在的惟一标志，包含有进程的描述信息和管理控制信息，是进程动态特性的集中表现。

(6) 掌握进程同步与互斥的概念。

简单理解：同步是伙伴，互斥是竞争。

互斥：并发进程在竞争共享资源时的相互制约关系。

同步：一个进程是否能使用共享资源依赖于其他进程的执行情况，一个进程在没有收到其他进程的消息时必须等待，直到另一个进程送来消息后才可继续执行下去。

主要区别：互斥是只要资源空闲，即可使用；同步是消息未到达之前，即使资源空闲，也不能使用它。

(7) 掌握进程临界资源和临界区的概念P48，掌握进入临界区的原则。

⏹临界资源：一次仅允许一个进程使用。

⏹临界区：每个进程访问临界资源的那一段必须互斥执行的程序。

同步机制应遵循的原则（进入临界区的原则：p50）◆空闲让进◆忙则等待（互斥使用）◆让权等待：要求进入临界区但不能进入，必须释放CPU而等待◆有限等待(9) 理解信号量概念，P、V操作执行的动作。

信号量表示资源的物理实体，它用一个数据结构描述，记录型信号量。

Type sem is recordValue:integer;整型变量，初始化时赋值，其值大小表示该资源的可用数量；Pointer:list of queue；等待该资源的进程排成队列的队列头指针。

End recordP、V操作执行：对信号量的操作只允许执行P、V 操作。

P、V操作由原语组成，在执行过程中不可被分割。

从物理意义上理解，P操作相当于申请资源，V操作相当于释放资源。

(9) 能用信号量和PV操作实现简单的进程互斥或同步。

解决此类问题的一般方式：.根据问题给出的条件，确定进程有几个；.确定进程间的制约关系--是互斥，还是同步；.各相关进程间通过什么信号量实现彼此的制约，标明信号量的含义和初值。

.用P、V操作写出相应的代码段。

.验证代码的正确性：设以不同的次序运行各进程，是否能保证问题的圆满解决。

切忌按固定顺序执行各进程。

利用信号量解决临界区互斥问题时：设置一个公有信号量S，初始化为1，表示该临界资源空闲。

进程使用共享资源前调用P（S）测试是否可用临界资源，S-1；S≥0，可用；否则等待。

进程使用完共享资源后调用V（S）归还对临界资源的使用权，S+1；S≤0，唤醒等待的进程，插入就绪队列；信号量的物理含义：P51S>0，S=0,S<0(10) 理解进程通信进程通信根据交换信息量的多少分为高级通信和低级通信。

低级通信一般只传送一个或几个字节的信息，以达到控制进程执行速度的作用（如PV操作）；高级通信则要传送大量数据，目的不是为了控制进程的执行速度，而是为了交换信息。

共享存储器消息：直接通信（消息）；间接通信（信箱）管道多个生产者和多个消费者，mutex，empty，full的初始值分别为1，n，0；生产者－消费者问题是有界缓冲区问题分析：get和copy通过buffer1合作，copy和put通过buffer2合作，是一种生产者和消费者问题（缓冲区只能放一个卡片，可把互斥信号去掉）Semptybuffer1,Sfullbuffer1,Semptybuffer2,Sfullbuffer2:semaphore:=1,0,1 ,0；Process getBeginL1:<从读卡机读入一张卡片信息>p(S empty buffer1,);<将信息放入buffer1>v(S full buffer1);goto L1;End;Process copyBeginL2:p(S full buffer1,);<从buffer1复制信息>v(S empty buffer1);2. 已知三个并发进程P1，P2，P3共享一位（1bit）缓冲B，P1不断向写0或1，P2对0计数，P3对1计数。

仅当B中数字被P2或P3读出计数后，P1才能再写。

请用P操作和V操作实现三个进程的同步。

设置信号量，给出信号量的初值；画出各进程的实现流程。

课堂练习答：1）设置信号量的初值为：S=1 用于P1进程与P2和P3进程互斥S2=S3=0 用于表示进程存放0或1（实现同步）2）各进程的实现流程如下：P1进程L1：P（S）写入二进制数If（写入二进制数是0）V（S2）else V（S3）goto L1P2进程L2：P（S2）对0计数V（S）Goto L2P3进程L3：P（S3）对1计数V（S）Goto L3线程与进程的主要区别：线程是调度的单位，进程是资源分配的单位。

第三章处理机管理1．学习重点：(1) 作业调度和进程调度的功能；(2) 简单的调度算法：先来先服务法、短作业优先，时间片轮转法、优先级法，响应比高者优先；(3) 评价调度算法的指标：吞吐量、周转时间、平均周转时间、带权周转时间和平均带权周转时间；2.学习重点：(1) 什么是死锁；(2) 产生死锁的必要条件；(3) 死锁预防的基本思想和可行的解决办法；(4) 什么是进程的安全序列，死锁与安全序列的关系；(5) 死锁的避免与银行家算法。

2．教学要求：(1) 掌握作业调度和进程调度的功能.在一般操作系统中，进程调度是必须具备的。

处理机调度：按一定的策略，动态地把处理机分配给处于就绪队列中的某一个进程，以使之执行。

(2) 理解调度方式：不可剥夺方式（非抢占）和可剥夺方式（抢占式）剥夺的原则：p87⏹时间片原则：当进程时间片用完后，CPU被剥夺。

⏹优先权原则：优先权高的进程可以抢占正在执行的低优先权进程。

⏹短进程优先原则：当新到达的进程比正在执行的进程短，抢占CPU。

(3) 掌握常用调度算法的评价指标：面向系统：吞吐量高、处理机利用率高、各类资源的平衡利用。

面向用户：周转时间短、（平均周转时间、带权周转时间和平均带权周转时间），响应时间快，截止时间的保证，优先权准则。

(4) 掌握三种基本调度算法的实现思想，并能进行评价指标的计算。

可以利用图表形式列出各作业或进程的有关时间值，如到达时间、运行时间、结束时间等，利用评价公式计算出各指标的值。

先来先服务法：是一种最普遍、最简单的方法。

平均周转时间、带权周转时间都不理想。

短作业优先：平均周转时间、带权周转时间有较明显改善。

对长作业不利；不能保证紧迫性作业被及时处理；用户可能会有意或无意地缩短其作业的估计运行时间。