华南理工大学操作系统期末考试卷考点整理

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第一章

1.操作系统

扩展的机器

资源管理

操作系统是由程序模块组成的系统软件，它能够以尽量有效、合理的方式管理计算机底层硬件资源、规划计算机工作流程、控制程序的执行、提供各种服务功能，为用户提供计算机抽象接口，使得用户能够方便、灵活的使用计算机，计算机系统得以高效运行。

2.操作系统的特征

并发

共享

虚拟

异步性

3.操作系统的功能

处理机管理

存储管理

设备管理

信息管理

用户接口

4. 操作系统的设计原则

可维护性：改错性维护、适应性维护、完善性维护。

可靠性：正确性、稳健性。

可理解性：易于理解，以方便测试、维护和交流。

性能：有效地使用系统资源，尽可能快地响应用户请求。

5.操作系统结构

1）单体系统：主过程，服务过程，实用过程

•特点：模块由众多服务过程（模块接口）组成，可以随意调用其他模块中的服务过程。

•优点：具有一定灵活性，在运行中的高效率。

•缺点：功能划分和模块接口难保正确和合理，模块之间的依赖关系（功能调用关系）复杂，降低了模块之间的相对独立性，不利于修改。

2）层次式系统：(5)操作员(4)用户程序(3)I/O管理(2)操作员-IPC(1)存储器和磁鼓管理(0)处理器的分配和多道程序设计

·优点：功能明确，调用关系清晰（高层对低层单向依赖，调用有序性），有利于保证设计和实现的正确性；低层和高层可分别实现（便于扩充）；高层错误不会影响到低层；

避免递归调用。

·缺点：降低了运行效率。

3）客户/服务器模型：把操作系统分成若干分别完成一组特定功能的服务进程，等待客户提出请求；而系统内核只实现操作系统的基本功能(如：虚拟存储、消息传递)。

优点：

•良好的扩充性：只需添加支持新功能的服务进程即可。

•可靠性好：调用关系明确，执行转移不易混乱。

•便于网络服务，实现分布式处理：以同样的调用形式，在下层可通过核心中的网络传送到远方服务器上。

缺点：

•消息传递比直接调用效率要低一些(但可以通过提高硬件性能来补偿)。

4）微内核(micro-kernel)：将更多操作系统功能放在核心之外，作为独立的服务进程运行。第二章

进程的特征

•动态性：进程具有动态的地址空间（数量和内容），地址空间上包括：

–代码（指令执行和CPU状态的改变）

–数据（变量的生成和赋值）

–系统控制信息（进程控制块的生成和删除）

•独立性：各进程的地址空间相互独立，除非采用进程间通信手段；

•并发性、异步性："虚拟"

•结构化：代码段、数据段和核心段（在地址空间中）；程序文件中通常也划分了代码段和数据段，而核心段通常就是OS核心（由各个进程共享，包括各进程的PCB）进程与程序的区别

•进程是动态的，程序是静态的：程序是有序代码的集合；进程是程序的执行。通常进程不可在计算机之间迁移；而程序通常对应着文件、静态和可以复制。

•进程是暂时的，程序的永久的：进程是一个状态变化的过程，程序可长久保存。

•进程与程序的组成不同：进程的组成包括程序、数据和进程控制块（即进程状态信息）。

•进程与程序的对应关系：通过多次执行，一个程序可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可包括多个程序。

PCB：进程控制块

引入线程的目的是简化线程间的通信，以小的开销来提高进程内的并发程度。

•线程的优点：减小并发执行的时间和空间开销（线程的创建、退出和调度），因此容许在系统中建立更多的线程来提高并发程度。

–线程的创建时间比进程短；

–线程的终止时间比进程短；

–同进程内的线程切换时间比进程短；

–由于同进程内线程间共享内存和文件资源，可直接进行不通过内核的通信进程和线程的比较

•地址空间和其他资源（如打开文件）：进程间相互独立，同一进程的各线程间共享－－某进程内的线程在其他进程不可见

•通信：进程间通信IPC，线程间可以直接读写进程数据段（如全局变量）来进行通信

－－需要进程同步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性

•调度：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多；

进程间的关系

•完全无关（异步）：不同进程间无任何关联

•使用共享数据（互斥）：有效保护各个进程的正确运行

•存在先后顺序（同步）：保证进程运行顺序的正确

1.导致进程创建的事件

1)系统初始化

2)执行进程创建系统调用

3)用户请求创建一个新进程

4)初始化一个批处理作业

2. 中断发生后操作系统最底层的工作步骤

1)硬件压入堆栈程序计数器等。

2)硬件从中断向量装入新的程序计数器。

3)汇编语言过程保存寄存器值

4)汇编语言过程设置新的堆栈

5)C中断服务例程运行（典型地读和缓冲输入）

6)调度程序决定下一个将运行的进程。

7)C过程返回至汇编代码。

8)汇编语言过程开始运行新的当前进程

3. 避免竞争条件的关键是不允许多于一个进程同时读写共享数据。

竞争条件：两个或多个进程读写某些共享数据，而最后的结果取决于进程运行的精确时序，称为竞争条件。

临界区：对共享内存进行访问的程序片段称作临界区

4.避免竞争条件解决方案的四个条件

1)互斥原则：不允许两个进程同时在临界区

2)通用原则：对处理的速度和cpu的数量不应当有任何假设

3)有效性原则：运行于临界区外的进程不能阻塞其他进程

4)合理性原则：进程不应当无休止地等待临界区，无法进入应放弃CPU资源

4．互斥解决

1)屏蔽中断：则上下文切换不会发生。因此，允许用户禁止中断是不明智的。但是，但

有时禁止中断是很方便的(甚至是必需的)（写、读之间可能会有）

2)锁变量：设共享（锁）变量，当要进入，测得锁为0方可，并设置为1，否则等到变为

0。（当退出没有置为0，会出现违背原则1）

3)严格轮换法：进程分别为0或者1，turn的值也为0或1，相同时进入（违背了条件3。

因为进程必须严格按顺序进入临界区）

4)Peterson解法：要进入置为自己的turn，同则进入，不同等待。（满足4个）

5)TSL指令：使用TSL指令，进入置1，不允许其他，直到退出置0。

5.IPC机制三种模型

•忙等待模型（只解决互斥问题）

–进程进入临界区时进行严格的检查

•睡眠和唤醒模型（互斥与同步）

–通过改变进程的状态来实现互斥和同步

•消息传递模型（复杂的IPC机制）