操作系统原理期末复习

1、操作系统的目标和作用

方便性，有效性，可扩充性，开放性

OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口

OS作为计算机系统资源的管理者

OS实现了对计算机资源的抽象

2、多道程序设计的目的

为了进一步提高资源的利用率和系统吞吐量

3、操作系统的定义、功能、类型、特征

OS是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充。

a.处理机管理功能

进程控制

进程同步

进程通信

调度

b.存储器管理功能

内存分配

内存保护

地址映射

内存扩充

c.设备管理功能

缓冲管理

设备分配

设备处理

d.文件管理功能

文件存储空间的管理

目录管理

文件的读/写管理和保护

类型：

1)未配置操作系统的计算机系统

人工操作方式

脱机输入输出方式

2)单道批处理系统

3)多道批处理系统

4)分时系统

5)实时系统

6)微操作系统

单用户单任务操作系统(CP/M，MS-DOS)

单用户多任务(win95，win Vista，win7)

多用户多任务(UNIX ，solaris，Linux)

特征：

a.并发

并行与并发

引入进程

b.共享

互斥共享方式

同时访问方式

c.虚拟

时分复用技术

空分复用技术

d.异步

4、进程的定义、特征

定义：由程序段、相关的数据段和PCB三部分便构成了进程实体。

特征：

a.结构特征：PCB控制块，FCB文件控制块

b.动态性，并发性，独立性，异步性

5、进程控制块（概念、作用、内容）

概念：为了描述系统描述和管理进程的运行，在OS的核心为每个进程专门定义了一个数据结构——进程控制块。PCB作为进程实体的一部分，记录了操作系统所需的，用于描述进程的当前情况以及管理进程运行的全部信息，是操作系统中最重要的纪录型数据结构。

作用：PCB使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序（含数据）成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其他进程并发执行进程。

a.作为独立运行的基本单位的标志。

b.能实现间断性运行方式。

c.提供进程管理所需要的信息。

d.提供进程调度所需要的信息。

e.实现与其它进程的同步和通信。

内容：进程标识符：外部标识符，内部标识符。

处理机状态：处理机上下文，通用寄存器，

进程调度信息：进程状态，进程优先级，进程调度所的其他信息，事件进程控制信息：程序和数据的地址，进程同步和通信机制，资源清单，链接指针。

6、进程基本状态及其转换原因

（1）就绪状态：指进程已处于准备好运行的状态，即进程已分配到除了CPU以外的所有必要资源。

（2）执行状态：进程已获得CPU，程序正在执行的状态。

（3）阻塞状态：指正在执行的进程由于发生某事件暂时无法继续执行时的状态。（4）创建状态：申请PCB—>填写信息->分配资源->就绪队列

（5）终止状态：等待操作系统进行善后处理->PCB清零，空间返回系统

7、临界资源、临界区、进程两种制约关系

两种形式的制约关系：间接制约关系（互斥），直接制约关系（合作共赢）临界资源：许多硬件资源，打印机，磁带机等

临界区：在每个进程中访问临界资源的那段代码成为临界区。

8、进程同步机制

进程同步机制的主要任务，是对多个相关进程在执行次序上进行协调，使并发执行的诸进程之间能按照一定的规则共享系统资源，并相互合作。

1）空闲让进：临界区无进程，允许请求进入临界区。

2）忙则等待：正在被访问，请求应该等待。

3）有限等待：对每个请求都给它们一些承诺，避免死等。

4）让权等待：进程进不去时，释放掉处理机，不能占着茅坑不拉屎。

硬件同步机制：关中断，利用Test-and-Set指令实现互斥，利用Swap指令实现进程互斥

信号量机制：整型信号量，记录型信号量，AND信号量，信号量集

管程机制：数据结构和对数据结构实施的一组操作。

9、进程高级通信机制的分类

10、用信号量和p、v操作机制实现进程的同步和互斥

11、线程与进程的比较

A.作为调度的基本单位：线程的切换代价远低于进程

B.并发性：不同进程中的线程课并发执行，有效的提高系统资源利用率和系统吞吐量，例如文字处理器。

C.拥有资源：进程是系统中拥有资源的一个基本单位，线程没有系统资源，而是仅有一点能保证独立运行的资源。多个线程可以共享进程拥有的资源（地址空间）

D.独立性：线程不如进程。每个进程之间有独立的地址空间和其他资源，而同一进程中的线程可以共享该进程的地址空间，独立性较差。

E.系统开销：进程开销大

F.支持多处理机系统：多线程进程可以将一个进程中的多个线程分配到多个处理机上，使并行执行。

12、处理机调度的三级调度主要任务是什么（作业调度）

（1）高级调度：调度对象是作业，根据某种算法，决定将外存上处于后备队列的哪几个作业调入内存，创建进程，分配资源。高级调度主要用于多道批处理系统中。

（2）低级调度：调度对象是进程（或内核级线程），根据某种算法，决定就绪队列中的哪个进程应获得处理机，最基本调度，三种类型OS都配置。

（3）中级调度：内存调度，控制暂时不能运行的进程调入调出内存外存。13、常用的调度算法（先来先服务、短进程优先、高优先权优先、高响应比、时间片轮转等）

（1）先来先服务调度算法

（2）短作业优先调度算法

（3）优先级调度算法（动态和静态）

a.非抢占式优先权算法

在这种方式下，系统一旦把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程后，该进程便一直执行下去，直至完成,不会被中断

b. 抢占式优先权调度算法

在这种方式下，系统同样是把处理机分配给优先权最高的进程，使之执行。但在其执行期间，只要又出现了另一个其优先权更高的进程，进程调度程序就立即停止当前进程(原优先权最高的进程)的执行，重新将处理机分配给新到的优先权最高的进程。显然，这种抢占式的优先权调度算法能更好地满足紧迫作业的要求，故而常用于要求比较严格的实时系统中，以及对性能要求较高的批处理和分时系统中。

（4）高响应比优先调度算法

增加动态优先级

由于等待时间与服务时间之和就是系统对该作业的响应时间，故该优先权又相当于响应比RP。据此，又可表

示为：