文章目录

  • 操作系统复习
    • 1. 知识点概念梳理：
    • 期末总复习
      • 第一章 操作系统引论
      • 第二章 进程和线程
      • 进程的状态
      • 第三章 死锁
      • 第四章 调度
      • 第五章 存储管理
      • 第五章 文件系统
      • 第七章 IO输入输出管理
      • 进程状态的转换
    • 题目
      • 置换算法

操作系统复习

1. 知识点概念梳理：

  1. 在单处理机系统中，多道程序运行的特点：多道程序运行，宏观上并行，微观上串行。

  2. 信号量大小表示可用资源数，如果为负数表示当前等待的进程数；

  3. OS为用户提供两个接口界面：命令接口，程序接口。

  4. 多道程序设计出现是由于硬件上有：中断，管道的支持。

  5. 提高内存使用效率，解决小内存运行大作用的问题：覆盖技术，交换技术，虚拟存储技术。

  6. 文件的物理结构：

    1. 连续文件 2.串联文件，3.索引文件。

  7. Spooling技术：

    主要思想是在联机的条件下，进行两个方向的操作，在数据输入时，将数据从输入设备传送到磁盘或磁带（块设备），然后把这些块设备与主机相连；反过来，在数据输出时，将输出数据传送到磁盘或磁带上，再从磁盘或磁带传送到输出设备。
    输出井，输入井；最常见的是共享打印机； 一项是由输出进程SPO在输出井中为之申请一个空闲的存储空间，并将要打印的数据传送其中存放；另一项工作就是由输出进程SPO再为用户进程申请一张空白的用户请求打印表，并将用户的打印请求填入其中，然后将该表挂到打印机的请求队列上。这时，如果还有另一个进程请求打印机时，则系统仍同意为该进程执行打印输出，当然，系统所做的工作仍是以上两项内容。

  8. CPU执行操作系统代码时，处理机处于：

    管态;管态又叫特权态，系统态或核心态，是操作系统管理的程序执行时，机器所处的状态。大多数计算机系统都将CPU执行状态分为目态与管态;根据PSW程序状态字来控制，0表示系统态，1表示目态：用户态；

  9. 分时系统的特性：

    多路性，交互性，独占性；

  10. 死锁出现：

    若干进程因竞争资源而无限等待其他进程释放已占有的资源;

  11. 仅一条指令只能在管态下运行，这条指令:

    屏蔽中断指令；

  12. 虚存=min（内存+辅存，逻辑地址）

  13. 判断作业是否对主存空间的要求：

    1. 最先适应算法 2. 最佳适应算法 3. 最坏适应算法 4. 循环最先适应算法

  14. 系统“抖动”现象：

    在请求分页存储管理中，从主存（DRAM）中刚刚换出（Swap Out）某一页面后（换出到Disk），根据请求马上又换入（Swap In）该页，这种反复换出换入的现象，称为系统颠簸，也叫系统抖动。
    危害：系统时间消耗在低速的I/O上，大大降低系统效率。进程对当前换出页的每一次访问，与对RAM中页的访问相比，要慢几个数量级。
    原因：调度算法不科学，交换算法不科学
    解决：好的页替换算法减少运行的进程数

  15. 请求分页管理，页面增大一倍，缺页中断次数不一定减小一半：

    不一定是一半，这还得取决于操作系统内核的相关结构以及实际运行情况。因为系统中，缺页中断次数和页面大小有些关系，但并不只取决于页面大小，还跟系统总内存总量等很多因素有关，当系统内存不足时，会发生页面交换，此时也会产生很多次缺页中断，但与页面大小就没有太大关系了
    ’

  16. 请求分页存储管理：

    不同于基本分页存储管理
    (1) 查到页表项时需要进行判断，判断页面是否在内存中。
    (2) 当需要调入页面时，但有没有空闲内存时，需要进行页面置换。
    (3) 当页面需要调入或调出，需要修改请求页表中新增的表项。

    (1) 根据逻辑地址得到页号和页内偏移量。
    (2) 对页号进行越界判断。
    (3) 访问页表判断页是否在内存中，如果在继续执行程序。
    (4) 如果访问的页不在内存中，产生缺页中断请求，当前进程阻塞，缺页中断程序从根据页表从外存找到缺失的页。
    (5) 判断内存空间是否已满，未满，将缺页调入内存，修改页表。如果已满，从内存中选择一个页面置换，如果页面发生修改，需要将修改写回外存，然后再将缺页调入内存，并修改页表。
    (6) 页面调入后，阻塞的进程会处于就绪态等待处理机调度。

期末总复习

第一章 操作系统引论

  1. 操作系统的概念：

    提供用户与硬件系统之间 的软件接口，使用户能通过操作系统方便的使用计算机。

    1. 控制和管理计算机系统软，硬件资源，使之得到有效的利用。
    2. 合理组织计算机系统的工作流程，增强系统的处理能力。

  2. 操作系统的功能

    1. 进程管理
    1. 存储管理
    2. 设备管理 ： 为进程分配外设，启动外设进行数据传输，弥补CPU和外设之间的并行能力，采用中断，通道，缓冲，虚拟设备技术；为用户提供功能强大，界面友好的设备使用手段。
    3. 用户管理
    4. 文件管理

  3. 操作系统的分类：

    批处理，分时系统，实时系统。网络操作系统，分布式操作系统，并行操作系统

  4. 操作系统的特征： 并发，共享，不确定，虚拟性。

  5. 作业调度：先来先服务，最短作业调度，时间片轮转，优先级，高响应比

  6. 程序顺序执行时的特征： 顺序性，封闭性，可再现性；

  7. 程序并发执行的特征：间断性，失去封闭性，不可再现性

  8. 进程：程序及其数据在计算机上的一次运行，是系统进行调度和资源分配的基本单位；

  9. 为什么引入进程

    为了使程序在多道程序环境下能并发执行，并能对并发执行的程序加以控制和描述，从而在操作系统中引入了进程概念。引入进程的目的在于清晰地刻画动态系统的内在规律，有效管理和调度进入计算机系统主存储器运行的程序

  10. 进程的特征：动态性，并发性，独立性，异步性，交互性，结构性；

  • 什么是单道系统

    内存总是只保留一道作业，只有该作业完成之后才能进行下一个作业；

  • 什么是多道系统

    在内存存放多道作业，在管理出现的控制下交替执行；这些作业共享CPU和其他系统资源；

  • 区别

    多道程序的系统资源利用率提高，吞吐量也增加了；

  • 实时系统：计算机能够及时响应外部事件的请求；有三种典型的应用：过程控制系统，信息查询系统，事物处理系统；

    基本特点：交互性，实时性。可靠性；

  • 分时系统：

    一台主机连接多个终端，用户交互式向系统进行命令请求，系统接受请求，采用时间片轮转方式处理服务；
    基本特征：同时性，交互性，独立性，及时性；

  • 区别：

第二章 进程和线程

  • 进程：一个具有独立功能的出现关于某个数据集合的一次运行活动；进程就是并发环境中的执行过程；

    1. 动态性
    2. 并发性
    3. 非对应性

  • 进程的基本特征：

    1. 动态性
    2. 并发性
    3. 调度性
    4. 异步性
    5. 结构性

  • 进程的基本状态

    1. 运行状态
    2. 就绪状态
    3. 阻塞状态

  • 状态转换表

  • 进程控制块（PCB）

    进程描述表，是进程组成最关键的部分，含有进程的描述信息和控制信息，是进程动态特性的集中反映，是系统对进程施行识别和控制的依据

  • 组成

    1. 进程名
    2. 特征信息
    3. 进程状态信息
    4. 调度优先级
    5. 通信信息
    6. 现场保护区
    7. 资源需求，分配和控制方面的学习
    8. 进程实体信息
    9. 族系关系 10.其他信息

  • 进程的创建

    1. 申请一个空闲的PCB
    2. 为新进程分配资源
    3. 将新进程的PCB初始化，若是处于正常的运行状态，则立即
    4. 将新进程加到就绪队列中

  • 进程的终止

    终止原因：正常终止，异常终止，外部干扰

    1. 从系统的PCB表中找到指定进程的PCB ，若处于正常运行，则终止该进程的执行
    2. 回收该进程所占有的的全部资源
    3. 若该进程有子进程，还要终止其所有子孙进程，回收他们所占有的全部资源
    4. 将被终止的PCB从原来的对列中摘走，以后有父进程从中获取数据，并释放他

  • 什么是线程：线程是进程中实施调度和分派的基本单位

  • 线程的状态

    1. 运行状态
      2. 阻塞状态
      3. 就绪状态
      4. 终止状态

  • 线程和进程的基本关系

    1. 一个进程可以有多个线程，但至少要有一个线程，一个线程只能在一个进程的地址空间内活动
      2. 资源分配个进程，同一个进程的所有线程共享该进程的所有资源；
      3. 处理机分配给线程，真正在处理机上运行的是线程
      4. 线程在执行过程中需要协作同步，不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步；

  • 引入现成的好处

    1. 易于调度
      ·2. 提高并发性
      3.开销少，创建线程比创建进程要快，所以开销少
      4.利于充分发挥多处理器的功能

  • 进程间的相互关系

    互斥：各个进程彼此不知道对方的存在，逻辑上没有关系，由于竞争同一资源而发生相互制约；
    同步：各个进程不知道对方的名字，单通过某些对象（IO缓冲区）的共同存取来协同完成某一项任务
    通信：进程间可以通过名字彼此间进行通信，交换信息，合作完成一项任务；

  • 进入临界区的调度原则：

    1单个进入

    1. 独自占用
    2. 尽快退出
    3. 落败让权

    进程的状态

  • 进程是程序的一次执行。在这个执行过程中，有时进程正在被CPU处理，有时又需要等待CPU服务，可见，进程的状态是会有各种变化。为了方便对各个进程的管理，操作系统需要将进程合理地划分为几种状态；进程的状态—三种基本状态

  1. 运行态：占有CPU，在CPU上运行；

  2. 就绪态: 已经具备运行条件，由于没有空闲的CPU，暂时不能运行；

  3. 阻塞态：因等待某一事件而暂时不能运行；例如等待系统分配打印机，等待磁盘操作等等；

注意：单核处理机环境，每个时刻最多只有一个进程处于运行态，（多核另外说）。

另外两种状态：

  1. 创建态：进程正在被创建，操作系统为进程分配资源，初始化PCB
  2. 终止态：进程正在被系统撤销，操作系统回收进程拥有的资源，撤销PCB；

  • PV操作

    1. 原语：扩充的机器语言，不允许中断；

    2. P操作

    3. V操作

  • 生成者和消费者

  • 读者和写者

  • 管程

  • 高级进程通信

  • 作业调度和进程调度

  • 调度的时间

  • 调度算法

  1. FCFS
  2. SJF
  3. 优先级
  4. RR时间片轮转
  5. SRTF
  6. 高响应比优先
  • 中断
  • 中断的处理过程

第三章 死锁

  • 死锁
  • 条件
  • 策略
  • 银行家算法
  • 饥饿

第四章 调度

第五章 存储管理

  • 重定位：逻辑地址转变为内存物理地址

    逻辑地址空间:由逻辑地址组成的地址范围
    物理空间：内存中一系列存储单元所限定的地址范围；

  • 静态重地位：有目标程序装入内存时，有装入程序对目标程序中的指令和数据的地址进行修改，即把程序的逻辑地址改成物理地址；

  • 动态重定位：程序执行期间，每次访问内存之前进行重定位；

静态重定位 动态重定位
地址变换在装入时一次完成 将程序原本装入内存调度时候才进行地址转换
优点：无需增加硬件地址转换机构 便于实现静态连接， 优点：程序占用内存空间动态可变，不必连续存放，比较容易实现几个进程对同一个程序的共享使用
缺点：程序的存储空间只能是连续的一片地址空间，重定位之后就不能再继续移动，不利于内存空间的有效利用 缺点：附加硬件支持，增加机器成本，存储管理的软件比较复杂；
  • 对换技术:除操作系统占用的内存，其余的全部内存只供一个进程用户使用，其余进程都存放于外存上，每次只调入一个进程，时间片用完调出到外存上
  • 内存管理技术
分区 分页 分段
内存空间进行分区 程序大小进行分页，内存大小相等分块
页面大小是有硬件决定
  • 分段分页的区别：
分页 分段
目的 分页是为了实现离散分配，削减内存的外外部碎片，提高内存的利用率，出于系统管理需要，非用户需要 更好满足用户需要
长度 大小有系统决定，系统把逻辑地址划分成页号和页内地址
地址空间 一维 二维，标识地址时需要给出段名和段内地址
碎片 有内部碎片，无外部碎片 有外部碎片无内部碎片
绝对地址 页号和偏移量 段号和偏移量
管理方式 对于分页，操作系统必须为每个进程维护一个页表，以说明每个页对应的的页框。当进程运行时，它的所有页都必须在内存中，除非使用覆盖技术或虚拟技术，另外操作系统需要维护一个空闲页框列表。 对于分段，操作系统必须为每个进程维护一个段表，以说明每个段的加载地址和长度。当进程运行时，它的所有短都必须在内存中，除非使用覆盖技术或虚拟技术，另外操作系统需要维护一个内存中的空闲的空洞列表。
共享和动态链接 不容易实现 容易实现
页是物理信息的物理单位 段是信息的逻辑单位

  • 页表：实现从页号到物理块号的地址映射；

  • 快表：高速小容量的联想寄存器；

    由键号和值两部分(项：64~1024)
    键号：当前正在使用的某个页号
    值：页号对应的物理号
    不在快表内就要访问页表，访问页表需要两次访问内存，先访问一次页表再访问物理块号；

  • 分页产生碎片
    紧缩方案

方案1 方案2
释放进程时候，如果不与空闲区相连，立即进行紧缩，空闲区保持连续 分配进程空间时候，各个空闲区都不能满足才进行紧缩，也就是说回收空间的时候和有足够大的空闲区的时候不进行紧缩
管理容易，紧缩画时间 紧缩的次数减少，管理比较复杂

  • 虚拟存储器：用户能作为可编址内存对待的虚拟存储空间，使得用户啰存储器与物理存储器分离，是操作系统给用户提供的一个比真实的空间还要打的地址空间，

    特征：
    虚拟扩充，部分装入，离散分配，多次对换

  • 请求分页技术

  • 置换过程

  1. 找出所需页面在磁盘的位置
  2. 找出一个内存空闲块，有则用，没有需置换；把给该置换的也写到磁盘上，修改相应的表项
  3. 把所需的页面读入内存
  4. 重新启动该进程

第五章 文件系统

  • 文件系统的功能：

    1. 文件管理
    2. 目录管理
    3. 文件存储空间管理
    4. 文件共享和保护
    5. 提供方便的接口实现“按名存取”

  • 文件的逻辑形式

    1. 无结构文件：文件内部不在划分记录，由一组相关信息组成的有序字节流，流式文件；
    2. 有结构文件：记录式文件；
    3. 树形文件：也是有结构文件

  • 文件的存储分配

连续分配 链接分配 索引分配 多重索引
一组连续盘块分给一个文件 逻辑上连续的分配在离散的物理块 非连续分配，为每个文件建立一个索引表
优点：顺序存储使速度快，可以存取多个盘符，改进IO性能常用于存放系统文件 优点：不会产生碎片，可以动态扩充，不用紧缩内存 优点：多了随机存取
缺点：建立文件时就要确定长度，不便文件的动态扩充，出现外部碎片 缺点：只适合顺序访问，不适合随机存取，增加链接字信息管理添加麻烦，指针丢失会产生不可靠 缺点：开销增加，降低存储文件的速度

  • 目录的存储

  • FCB :

  • 文件存储空间管理的方法

    1. 空闲空间表法
    2. 空闲块链接法
    3. 位示图法：
    4. 空闲块成组链接法：

第七章 IO输入输出管理

  • 设备分类：

    1. 存储设备：块设备
    2. 输入输出设备：字符设备

  • 设备标识：设备类型号为主设备号；同类设备的相对序号为次设备号；

  • 通道：使得CPU摆脱繁忙的IO事务，减少中断次数，设置专门处理IO操作的机构

  • 总线：组成计算机各部件间进行信息传送的一组公共通路；

  • IO系统的控制方式：

    1. 程序控制直接传递
    2. 程序查询方式
    3. 中断控制方式
    4. 直接存储器访问方式

  • DMA特点：

    1. 数据是在内存与设备之间直接传送，传送过程不需CPU
    2. 仅在一个数据块传送结束后，DMA控制器才向CPU发中断请求
    3. 数据的传输控制完全由DMA控制
    4. 数据传输过程中，CPU与外设并行工作，提高系统效率

  • 缓冲：缓冲区又称为缓存，它是内存空间的一部分。也就是说，在内存空间中预留了一定的存储空间，这些存储空间用来缓冲输入或输出的数据，这部分预留的空间就叫做缓冲区；

  • 解决的问题：解决到达速率和离去速率不同

  • 引入缓冲技术的主要目的：

    1. 缓解CPU和IO设备之间速度不匹配的矛盾
    2. 提高并行性
    3. 减少CPU中断次数，放宽CPU对中断响应时间的要求

  • SPOOling 技术

    四个部分：存输入，取输入，存输出，取输出

  • IO 软件的组成层次

    1. 中断处理程序
    2. 设备驱动程序
    3. 与设备无关的操作系统IO软件
    4. 用户级IO软件

进程状态的转换

运行态到阻塞态是一个主动过程

阻塞态到就绪态是一个被动过程

王道考研图

注意：不能由阻塞态直接转换为运行态，也不能由就绪态直接转换为阻塞态（因为进入阻塞态是进程主动请求的，必然需要进程在运行时才能发出这种请求）

进程和程序的区别：

1、进程是动态的，而程序是静态的；
2、进程有一定的生命期，而程序是指令的集合，程序本身没有生命期。
联系：进程是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动

临界资源：操作系统中一次只允许一个进程使用的资源
临界区：进程互斥执行的程序段
临界区的调用原则：用空让进，忙则等待，有限等待，让权等待

题目

置换算法

FIFO 算法

LRU 算法
最近最久未使用算法

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