北方工业大学 操作系统 操作系统期末复习

操作系统的主要功能
• 设备管理功能 • 1.缓冲管理：CPU与I/O之间甚至缓冲区，解决速度不匹配的问题
• 单缓冲机制、可双向传送的双缓冲机制、提供多个设备同时使用的公 用缓冲池机制 • 2.设备分配：根据用户的I/O请求，为其分配所需设备 • 3.设备处理：CPU与I/O之间的通信
操作系统的主要功能
r1 r2 P1拥有2个r1资源并请求1个r2
P1
P1
进程
进程请求资源
P1
进程拥有资源
P2
P2拥有1个r1资源和1个r2资源并请求1个r1
判断死锁
P1需要1个r2
P1
R1剩余0个资源
R2剩余1个资源
P2
P2需要1个r1
P2的需求无法满足，但P1可以得到满足
P1
R1剩余2个资源
R2剩余1个资源
P2
操作系统的作用
• 用户接口：OS处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过OS来使用计 算机系统 • 操作系统接口包括： • 1.命令方式 • 2.系统调用方式 • 3.图形、窗口方式 • 计算机系统资源的管理者：OS
• • • •
推动操作系统发展主要动力： 1.提高计算机资源的利用率 2.方便用户 3.器件升级
分页存储求物理地址
• 指令：Load 1,2500 • 指令的逻辑地址是100，页长1k，求指令的物理地址 • 1.求页号 逻辑地址/页长，商为页号，余数为偏移量
页号 物理 块号
0
1 248 7 Nhomakorabea2.查表 3.物理地址=物理块号*页长+偏移量
取了两次地址，第一次根据逻辑地址找到物理地址，第二次取物理地址
例题
请用信号量实现下图所示的前趋关系
调度算法
运算方法
• 完成时间：就是目前的完成时间加上下一个要运行的进程的服务时间 • 周转时间：各进程的完成时间减去其到达的时间 • 带权周转时间：周转时间/服务时间
• • • •
高响应比优先调度算法 先算出优先权再进行比较，先运行大的再运行小的 优先权=（等待时间+要求服务时间）/要求服务时间 等待时间：该进程要开始进行的时候总共经过的时间
概念题
• 本部分为课上老师在书中所划的概念
操作系统的目标
• 有效性 提高系统资源利用率 提高系统的吞吐量
吞吐量是 每秒的数据处理量 吞吐量是在给定时间段内系统完成的交换数量.即系统的吞吐量越大,说 明系统在单位时间内完成的用户或系统请求越多,系统的资源得到充分利用。
• 方便性 • 可扩充性 • 开放性
微内核系统（不含LINUX）
• • • • • • • • 优点 1.提高系统可扩展性 2.提高系统可靠性 3.可移植性 4.提供了对分布式系统的支持 5.融入了面向对象技术 缺点：运行效率低 硬中断：由与系统相连的外设(比如网卡、硬盘)自动产生的。主要是 用来通知操作系统系统外设状态的变化 • 微内核中断和陷入处理（软中断） • 将与硬件紧密相关的一小部分放在微内核中处理，微内核所做的就只 是前期处理，将消息发给服务器由服务器再进行后期处理，因此微内 核可以做的很小。
操作系统期末复习
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第一部分：大题
• 本部分为课上老师所讲的几道大题，作为 大题而言命中率应该蛮高的吧，它们包括：
• • • • • 资源分配图 硬盘调度 页面置换算法 PB操作 物理地址替换
1.资源分配图
• 会看、会画 • 会判断死锁
r1
P1
r2
P2
会看、会画
3个资源 2个资源
分时系统与实时系统的比较
• 1.多路性：分时系统的多路性与用户情况有关，时多时少。实时控制 系统的多路性则主要表现在系统周期性地对多路现场信息进行采集， 以及对多个对象或多个执行机构进行控制 • 2.独立性：都是服务请求彼此互不干扰 • 3.及时性:实时系统及时性要求更强 • 4.交互性：实时系统的人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的 专用服务程序，交互性分时系统更强 • 5.可靠性：实时系统要求更可靠
以此类推，直到全部扫描完
• 当然，如果是答题，我们直接列式子即可 • m=(100-55)+(58-55)+(58-39)+…..=结果 • 平均寻道长度=m/n n为磁道号个数
2.最短寻道时间优先算法
• • • • • • • • • • • • 为了节约时间，这次我们不再按照顺序来扫描磁盘了 18、39、55、58、90、100、150、160 还是那些磁道，不过这次我们提前排好序，起始位置依然100 接着我们看，在需要跑的磁道中，离100最近的磁道是哪个 这也是我们之所以要排序的原因，在这种情况下只有100相邻的两个 磁道可能是我们的选择 我们发现，相比150,磁道90离100更近，所以我们先去90 18、39、55、58、90、100、150、160 m+=(100-90) m=10 同样，相比于100,58距离90更近，我们选择58 18、39、55、58、90、100、150、160 m+=(90-58) m=42 以此类推，知道将所有磁道跑完当然，跑过的磁道我们不会跑第二遍
分时系统
• 定义：它能很好地将一台计算机提供给多个用户同时使用，提高计算 机的利用率。 • 用户的需求具体表现在： • 1.人-机交互 • 2.共享主机 • 3.便于用户上机 • 关键问题： • 1.用户是否能及时接收命令 • 2.用户是否能及时处理命令 • 特点： • 多路性 • 独立性 • 及时性 • 交互性
• 100、55、58、39、18、90、160、150 • 磁头移动到58，m+=(58-55),m=48 • 100、55、58、39、18、90、160、150
• 磁头移动到39，m+=(58-39),m=67
• 注意：磁头移动的是距离 • 而不是位移，所以不可能 • 为负数，因此一定是大减小
P2需要1个r1
P1顺利执行，释放占用所有资源
P2需求得到满足，顺利执行
P1
R1剩余3个资源
R2剩余2个资源
P2 在这种情况下不会死锁
那么，什么情况下会产生死锁呢
P1需要2个r2
P1
R1剩余0个资源
R2剩余1个资源
P2
P2需要1个r1
此时，P1、P2的需求都无法得到满足，死锁
2.磁盘调度
想象，从磁盘圆心处向外画一条直线作为我们下图的X轴， 把磁盘的磁道序号标在上面。
我猜你可能会问:这真的是最短的寻道时间吗？ 当然，答案肯定是不一定，计算机只能看到下一步的情况， 但它不可能像围棋高手一样总览全局，至于真正的最短， 那就是我们程序员写的算法才能够实现了，在操作系统中不会这么复杂
3.扫描算法（电梯算法）
• • • • • • • • • • • 没错，就像是电梯一样，直上直下，一条道走到黑，撞了南墙再回头 18、39、55、58、90、100、150、160 同样的，我们把磁道号排好序，初始位置100 然后，我们按照序号增加的方向依次寻道 18、39、55、58、90、100、150、160 18、39、55、58、90、100、150、160 咚！撞墙了，这时可以回头了，但注意寻过道的磁道不需要再走一遍 18、39、55、58、90、100、150、160 所以我们直接跳到90 18、39、55、58、90、100、150、160 18、39、55、58、90、100、150、160
解法
P操作，也可以是wait操作是--，只有参数大于0才可以顺利执行 V操作，也可以是signal操作是++，相当于是恢复
例题
2. 假定一个阅览室可供50个人同时阅读。读者进入和离开阅览室时都必须在阅览室入口 处的一个登记表上登记，阅览室有50个座位，规定每次只允许一个人登记或注销登记。 要求： （1）用PV操作描述读者进程的实现算法（可用流程图表示，登记、注销可用自然语言描 述）； （2）指出算法中所用信号量的名称、作用及初值。 解 S1:阅览室可供使用的空座位，其初值为50 S: 是否可通过阅览室，其初值为1 Process READ_in（i=1„50） {到达阅览室入口处; P(S1);P(S); 在入口处登记座位号; V(s); 进入座位并阅读; } Process READ_out（j=1„50） {结束阅读到达阅览室入口处; P(S); 在入口处注销座位号; V(S1);V(S) 离开入口处; }
操作系统的主要功能
• • • • • • 存储器管理功能 1.内存分配：为每道程序分配内存空间（静态、动态） 2.内存保护：使各程序执行时彼此互不干扰 3.地址映射：逻辑地址到物理地址之间的转换 4.内存扩充：借助虚拟存储 （1）：请求调入功能：在装入部分用户程序和数据的情况下就执行， 中途向OS请求从磁盘将所需调入内存 • （2）：将内存中一些暂时不用的数据调入硬盘腾出空间
操作系统的发展过程
• • • • • • • • 人工操作方式 缺点： 1.用户独占全机 2.CPU等待人工操作 脱机输入/输出方式 优点： 1.减少了CPU的空闲时间 2.提高了I/O速度
批处理系统（无交互能力）
• • • • • • • • • • • • • • 单道批处理系统 多道批处理系统(宏观并行，微观串行) 优点： 1.资源利用率高 2.系统吞吐量大 缺点： 1.平均周转时间长 2.无交互能力 面临问题： 1.处理机管理问题 2.内存管理问题 3.I/O设备管理问题 4.文件管理问题 5.作业管理问题
题目是这样出的
• • • • • 条件： 欲访问的磁道号：100、55、58、39、18、90、160、150 磁头当前位置：100 问题： 磁头移动磁道数和平均寻道长度
1.先来先服务算法
• 100、55、58、39、18、90、160、150 • 我们从起始位置开始，按顺序扫描，设磁头移动磁道数为m，初始为0 • 100、55、58、39、18、90、160、150 • 磁头移动到55，m+=(100-55),m=45
页面置换算法
• 如果给的是逻辑地址需要求出页号 • 页号=逻辑地址/页长（要的是商）
先进先出（FIFO）
将页号依次排好
方法
一开始是依次装入物理块，全都有缺页中断
方法
如果物理块满了，判断哪个页面存在时间最长就替换 方法是向左划线判断哪条最长，同时缺页中断
方法
如果下一个页面物理块已经有了，就不用写了，也没有缺页中断
操作系统的主要功能
• 处理机管理功能 • 1.进程控制：为作业创建进程，撤销已结束的进程，控制进程在运行 过程中的状态转化 • 2.进程同步：互斥与同步方式来协调多个进程（含线程） • 3.进程通信方式：采用直接通信方式，由源进程利用发送命令将信息 挂到目标进程的消息队列，之后由目标进程接收。 • 4.调度： • 作业调度（高级调度）：从后备队列中通过一定算法找出若干个作业 并为它们分配内存，建立进程，插入就绪队列。 • 进程调度（低级调度）：从就绪队列中选出一个进程，使该进程投入 执行
实时系统
• 硬实时与软实时的区别
• 硬实时系统有一个刚性的、不可改变的时间限制，它不允许任何超出 时限的错误。超时错误会带来损害甚至导致系统失败、或者导致系统 不能实现它的预期目标。软实时系统的时限是一个柔性灵活的，它可 以容忍偶然的超时错误。失败造成的后果并不严重，例如在网络中仅 仅是轻微地降低了系统的吞 吐量。
操作系统基本特性
• 并发性：并行性和并发性是既相似又有区别的两个概念，并行性是指 两个或多个事件在同一时刻发生；而并发性是指两个或多个事件在同 一时间间隔内发生。 • 共享性：是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程(线程)共 同使用
• 虚拟性：是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应 物。物理实体(前者)是实的，即实际存在的，而后者是虚的，是用户 感觉上的东西。 • 异步性：每次只允许一个进程执行，其余进程只能等待。
最近最久未使用（LRU）
方法
往前数第三个来替换（有几个物理块找几个），但不算重复的，有重复的还要往前找
要计算的东西
• 缺页次数：每一次页面替换和页面装入（画的对勾数） • 被置换的页号顺序：被替换走的页号按顺序排列 • 缺页率=缺页次数/页面总数
生产者—消费者问题
他们又是互斥关系，又是相互协作关系，也是同步关系
• • • • • 文件管理功能 1.文件存储空间的管理 2.目录管理：系统为每个文件建立一个目录项，包括： 文件名、文件属性、文件在磁盘上的物理位置 3.文件的读/写管理：根据用户给出的文件名检索文件目录，从中获得 文件在外存中的位置。 • 4.文件保护：
操作系统给应用的接口
程序接口也称为系统调用 库函数属于用户程序而非系统调用，是系统调用的上层，有些库函数与系统调用是无关的 （math.h） 所谓原语，是操作系统内核中，由若干条指令构成、用于完成一个特定的功能的一个过程， 该过程在执行时是不可中断的。