计算机四级网络工程师（操作系统单选）- 知识点

计算机四级网络工程师（操作系统单选）
计算机四级网络工程师（操作系统多选）
计算机四级网络工程师（计算机网络单选）
计算机四级网络工程师（计算机网络多选）
一、操作系统

操作系统是用户和计算机的接口，同时也是计算机硬件和其他软件的接口。操作系统的功能包括管理计算机系统的硬件、软件及数据资源，控制程序运行，改善人机界面，为其它应用软件提供支持等，使计算机系统所有资源最大限度地发挥作用，提供了各种形式的用户界面，使用户有一个好的工作环境，为其它软件的开发提供必要的服务和相应的接口。
1、操作系统划分为两个部分：微内核和多个服务器
（1）微内核系统操作优点：①提高了系统的可扩展性；②增强了系统的可靠性；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。
2、操作系统体系结构的三个类型：整体式结构、层次式结构和微内核结构。
3、为了提高操作系统的“正确性、灵活性、易维护性和可扩充性”，在进行现代操作系统结构设计时，即使在单处理机环境下，大多采用基于客户/服务器模式（C/S模式）的微内核结构。
4、批处理就是将作业按照它们的性质分组，然后再成组地提交给计算机系统，由计算机自动完成后再输出结果，从而减少作业建立和结束过程中的时间浪费。
批处理缺点是无交互性，用户一旦提交作业就失去了对其运动的控制能力，而且是批处理的，作业周转时间长，用户使用不方便。
5、在处理器的存储保护中，主要有两种权限状态，一种是核心态（管态或特权态），另一种是用户态（目态）。核心态是操作系统内核所运行的模式，运行在该模式的代码，可以无限制地对系统存储、外部设备进行访问。屏蔽中断属于特权指令，只能在内核态下运行，不然将导致问题。关中断指令属于内核指令。
（1）程序计数器、指令寄存器操作的指令都是特权指令，只能在内核态下运行。对于PSW程序状态字寄存器操作的指令,部分属于特权指令，部分是非特权指令，如设置移位方向标志位（DF位）则是非特权指令。
6、中断优先级，为使系统能及时响应并处理发生的所有中断，系统根据引起中断事件的重要性和紧迫性，硬件将中断源分为若干个级别。为使系统能及时的响应和处理所发生的紧迫中断，同时又不至于发生中断信号丢失，计算机发展早期在设计中断系统硬件时根据各种中断的轻重在线路上作出安排，从而使中断响应能有一个优先次序。
7、操作系统主要功能，为管理硬件资源和为应用程序开发人员提供良好的环境来使应用程序具有更好的兼容性，内核提供一系列具备预定功能的多内核函数，通过系统调用接口呈现给用户。系统调用把应用程序的请求传给内核，调用相应的内核函数完成所需的处理，将处理结果返回给应用程序。即操作系统提供给用户用于应用程序编程的唯一接口是系统调用。
8、磁盘设备在工作时，以恒定的速率旋转，为了读和写，磁盘必须能移动到所要求的磁道上，并等待所要求的扇区的开始位置旋转到磁头下，然后再开始读和写。磁盘的访问时间分为三部分：寻道时间Ts、旋转延时时间Tr和传输时间Tt。其中寻道时间Ts最能影响磁盘读写的性能。其中寻道时间和旋转延时时间属于机械操作，占大头，花费时间最短的是数据传输时间。
9、操作系统是管理和控制计算机硬件和软件资源的计算机程序。而高级语言编写的程序由翻译程序翻译成机器语言，这个过程称为编译，不是由操作系统完成的。
10、现代操作系统基本的特征是并发、共享、虚拟和异步，其中并发性是最基本的特性。
11、组成操作系统的主要部分是进程线程管理、内存管理、设备管理和文件管理。内存属于可重用资源或共享资源或临界资源。
（1）设置设备管理功能的主要目的是方便用户使用。
12、磁臂调度算法、旋转调度算法、加磁盘缓存能改善磁盘读写速率，而优化设备分配方案不能。
12、内核”指的是一个提供硬件抽象层、磁盘及文件系统控制、多任务等功能的系统软件。一个内核不是一套完整的操作系统。它负责管理系统的进程、中断、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。
（1）操作系统内核程序包括进程调度程序、中断服务程序、设备驱动程序。
13、硬盘是共享设备，可以被共享。磁带机、投影仪和扫描仪都是独占设备，无法被共享。
14、只有共享设别才能被抢占，打印机是独享设备，不能被抢占，CPU、硬盘、内存属于共享设备，可以被抢占。
15、操作系统中，重定位就是把程序的逻辑地址空间变换成内存中的实际物理地址空间的过程。重定位有两种，分别是动态重定位与静态重定位。
16、操作系统中，文件的逻辑块号到磁盘块号的转换由物理结构决定。
17、内核态和用户态是用于操作系统运行安全而设置的一种状态标志，其含义是指CPU在运行时所处的状态。
18、计算机操作系统中，所谓进程的唯一"标志"是指进程控制块。进程控制块，是用来在内存中唯一标识和管理进程活动的控制结构。
19、从软件设计和开发角度来看，操作系统是软件开发基础平台，屏蔽了管理和控制计算机硬件与软件资源的底层操作，并提供了高层次软件调用的接口。
20、可重入代码(Reentry code)是一种允许多个进程同时访问的代码，可以被多个进程共享。
21、操作系统需要处理器从内核态转为用户态时，采用的是修改程序状态字。
22、从计算机系统发展角度来看，操作系统的主要作用是提供虚拟机和扩展机。
23、共享性是操作系统的特征之一，可重入代码、SPOOLing系统、 log()函数子程序可以同时共享，而内存分配模块不可以同时共享。
24、按照信息交换方式，一个系统中可以设置三种类型的通道：选择通道、字节多路通道、数组多路通道。
25、中断
（1）中断是指由CPU以外的事件引起的中断，如I/O中断，时钟中断，控制台中断等。如网卡上数据缓冲区满。用户按鼠标左键。
（2）时钟中断属于临时性资源（不可重用资源），是指某个进程所产生、只为另一个进程使用一次或经过短暂时间后不再使用的资源，如I/O和时钟中断、同步信号、消息等。
（3）中断是指 CPU 对系统中或系统外发生的异步事件的响应，中断源是指
引起中断的那些事件。
（4）中断是指CPU对系统中或系统外发生的异步事件的响应，中断请求是指中断控制器向处理器发出的信号。中断响应是指处理器暂停当前程序，转而进入中断处理程序。
（5）中断处理的入口地址一般存放在中断向量表。
26、异常
1、异常是指来自CPU的内部事件或程序执行中的事件引起的过程，如硬件故障中断等。典型异常包括：程序性中断、访管指令异常。程序性中断如：算术溢出、被零除、虚拟存储中缺页等。执行访管指令、进程打开文件时出错、程序对只读内存执行写指令都是由正在执行的指令引发的，属于异常。
2 7、操作系统作为系统软件，位于软件系统的硬件之上，支撑软件之下。
28、处理器中对用户可见的寄存器一般包括：数据寄存器、地址寄存器以及条件码寄存器。而不可见的寄存器多是用于控制处理的操作，如程序计数器、指令寄存器、程序状态字等。
29、系统调用与一般过程调用是不同的，下列对它们的调用程序和被调用程序的描述中，系统调用时需要通过陷入机制，系统调用时调用程序位于用户态，被调用程序位于核心态。
（1）过程调用和系统调用均可以嵌套使用。
30、共享性是操作系统的特征之一，所谓“共享性”是指在一定的策略控制下，按不同资源类型共同占有使用。
31、操作系统能够“合理”地组织计算机工作流程、控制程序的执行，其中“合理”是指公平对待不同用户程序，不发生死锁和饥饿。
32、在操作系统控制下可以“互斥共享“的资源有：中央处理器、存储器、打印机、扫描仪。而“同时共享”的资源有：内存储器，可重入的操作系统代码和硬盘驱动器等。
33、系统调用扩充了机器指令，增强了系统功能，方便了用户使用。则属于系统调用的有：用户程序中止一个进程；关闭一个打开的文件；对临界区加互斥锁。
34、并发性是操作系统的特征之一。并发性是指单CPU系统交替运行积分计算和磁盘读写的进程。
35、并发性是操作系统的特征之一。并发性是指：在单处理器环境下，两个程序交替在CPU上运行。

二、进程
1、运行中的进程可以具有以下三种基本状态
（1）就绪状态（Ready）：进程已获得除处理器外的所需资源，等待分配处理器资源；只要分配了处理器进程就可执行。
（2）运行状态（Running）：进程占用处理器资源；处于此状态的进程的数目小于等于处理器的数目。
（3）阻塞状态（Blocked）：由于进程等待某种条件（如I/O操作或进程同步），在条件满足之前无法继续执行。
2、进程控制块，系统为了管理进程设置的一个专门的数据结构，用它来记录进程的外部特征，描述进程的运动变化过程。系统利用PCB来控制和管理进程，即PCB是系统感知进程存在的唯一标志。进程与PCB是一一对应的。
（1）进程控制块的基本内容有：进程标识符、进程当前状态、进程相应的程序和数据地址、进程优先级、CPU现场保护区、进程同步与通信机制、进程所在队列PCB的链接字、与进程有关的其他信息。还有进程打开的文件句柄。
（2）进程控制块可分为调度信息和现场信息，调度信息包括优先级。
3、在UNIX操作系统中，fork（）系统调用用于创建进程。若成功调用一次则返回两个值，子进程返回0，父进程返回子进程标记；否则，出错返回-1。
4、函数
（1）pthread_join（）函数，以阻塞的方式等待thread指定的线程结束。当函数返回时，被等待线程的资源被收回。如果线程已经结束，那么函数会立即返回。并且thread指定的线程必须是joinable的。
（2）线程操作pthread_yield表示线程让出CPU。
（3）pthread_create是类Unix操作系统（Unix、Linux、Mac OS X等）的创建线程的函数。
（4）pthread_mutex_init()表示创建一个互斥量。
（5）函数fork()的作用是通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程。所以fork()函数是进程控制类函数。
5、引起进程调度的原因：
（1）正在执行的进程执行完毕。
（2）执行中线程自己调用阻塞原语将自己阻塞起来进入睡眠等状态。
（3）执行中进程调用了阻塞原语操作，并且因为资源不足而被阻塞；或调用了唤醒原语操作激活了等待资源的进程。
（4）在分时系统中时间片已经用完。
（5）就绪队列中的某个进程的优先级高于当前运行进程的优先级。
（6）正在运行的程序出错。
（7）正在运行的进程等待I/O事件。
进程调度的主要原因，是否有CPU资源让出来；有CPU资源让出来不一定能发生调度，但没有CPU资源让出，则一定不会发生进程调度。
6、进程间的同步，异步环境下的一组并发的进程因直接制约而相互发消息、进行相互合作、相互等待，使得各进程按一定的速度执行的过程。如汽车装配流水线上的各道工序。如在篮球比赛中，每个队员是一个进程，篮球是资源。同队队员之间的关系为同步。
（1）同步机制应该遵循的准则有如下四条：空闲让进。忙则等待。有限等待。让权等待。
7、Linux上进程有5种状态，运行（正在运行或在运行队列中等待）、中断（休眠中，受阻，在等待某个条件的形成或接收到信号）、不可中断（收到信号不唤醒或不可运行，进程必须等待直到有中断发生）、僵死（进程已终止，但进程描述存在，知道父进程调用wait（）系统调用后释放）、停止（进程收到sigstop,sigstp,sigtin,sigtou信号后停止运行）。
8、同步关系，是指一个进程等待另一个进程向它发送消息。
9、进程饥饿，是指等待时间给进程推进和响应带来明显影响的称为进程饥饿。如进程的优先级较低而长时间得不到调度。而相关进程没有阻塞，但是调度被无限推后。当饥饿到一定程度的进程在等待到即使完成也无实际意义的时候称为饥饿死亡。而进程的优先级决定了进程进入运行状态的先后。
10、进程由运行状态转变为阻塞状态的原因有：请求系统服务、启动某种操作、新数据尚未到达、无新工作可做。
11、进程控制块中的进程资源清单，列出所拥有的除CPU外的资源记录，如拥有的I/O设备，打开的文件列表等。
12、进程间通信时，已满的邮件槽，发送进程不能再申请互斥锁。
13、调度算法是可抢占的是：时间片轮转、最短作业时间优先、最高优先级优先。
14、并发运行是指在计算机系统中同时存在若干个运行着的程序，各进程均处于已开始运行与结束之间，宏观上各进程并行运行，但其实单处理器环境下某一时刻只有一个进程在运行。
（1）进程并发执行时，若两个并发进程包含同一共享变量而直接地相互约束为同步关系。
（2）当多个进程并发执行且需要相互通信时，共享内存最适合传送大量的信息。
15、中断服务程序，处理器处理“急件”，是通过执行事先编好的某个特定的程序来完成的。中断服务程序是固定在某个地址的代码段，没有进程的概念。而内存换页程序、打印程序、用户应用程序均能作为进程管理。
16、被阻塞的进程所期待的事件出现时，如I/O完成或者其所期待的数据已经到达，则由有关进程调用唤醒原语wakeup（），将等待该事件的进程唤醒。唤醒原语执行的过程是：首先把被阻塞的进程从等待该事件的阻塞队列中移出，将其PCB中的现行状态由阻塞改为就绪，然后再将该PCB插入到就绪队列中。该过程将进程由等待状态转换为就绪状态被称为唤醒。
17、操作系统创建一个新进程的过程如下：1）申请空白PCB。2）为新进程分配资源。3）初始化进程控制块。4）将新进程插入就绪队列，如果进程就绪队列能够接纳新进程，便将新进程插入到就绪队列中。
18、进程正在运行时，设备忙将导致进程终止。
19、当进程从运行态转换到就绪态时，处理机的现场信息必须保存在进程控制块中。
（1）正在运行的进程由于规定的运行时间片用完而使系统发出超时中断请求，超时中断处理程序把该进程的状态修改为就绪状态，根据其自身的特征而插入就绪队列的适当位置，保留进程现场信息，收回处理机并转入进程调度程序。即时间片到将导致进程从运行状态转变为就绪状态。
20、在进程同步中，对信号量有4种操作：初始化、等信号/挂起（P操作）、给/发信号（V操作）、清理。
21、在进程通信方法中，共享内存（share memory）不会在系统中产生多份相同的备份。
22、进程挂起的方式有三类：
（1）把挂起原语调用者本身挂起，即自己挂起自己。
（2）挂起某个标识符的进程。
（3）将某个指定的标志符及其全部或部分子孙挂起用的保存n进程的pcb副本的内存区。为使进程从阻塞态转换为挂起态，使用的原语是suspend()。
23、当一个进程调用一个send原语时，在消息开始发送后，发送进程便处于阻塞状态，直至消息完全发送完毕，send原语的后继语句才能继续执行。系统提供的发送原语是send（receiver，message）。
24、在采用交换和覆盖技术的存储管理系统中，进程交换是指将暂时不用的进程代码、数据和部分进程控制块交换至磁盘。在分时系统中，用户的进程比内存能容纳的数量要多，这就需要在磁盘上保存那些内存放不下的进程。在需要运行这些进程时，再将它们装入内存。进程从内存移到磁盘，并再移回内存称为交换。
25、操作系统调用进程创建原语创建进程，操作系统创建一个新进程的过程如下：（1）申请空白PCB。（2）为新进程分配资源。（3）初始化进程控制块。（4）将新进程插入就绪队列，如果进程就绪队列能够接纳新进程，便将新进程插入到就绪队列中。
26、解决进程同步与互斥问题时，对信号量进行P原语操作在进入区完成。
（1）解决进程同步与互斥问题时，信号量机制中所谓的“临界区”是指程序中访问临界资源的那段代码。
27、管道通信即发送进程以字符流形式将大量数据送入管道，接收进程可从管道接收数据，二者利用管道进行通信。即通过连接两个进程的一个打开的共享文件，可以实现进程间的数据通信。
28、挂起是指，把一个进程从内存转到外存。机器的资源是有限的，在资源不足的情况下，操作系统对内存中的程序进行合理的安排，其中有的进程被暂时调离出内存，当条件允许的时候，会被操作系统再次调回内存，重新进入等待被执行的状态即就绪态。
（1）若一个进程由于申请的内存资源长期不能得到满足，那么，操作系统处理该进程的最佳方法是挂起该进程。
29、共享内存即共享缓冲区方式进行通信，缓冲区数目不为1时可同步或异步；消息机制是指进程间通过相互发送消息进行通信，可同步或异步；套接字是一组进程间交换数据的协议，可以是异步或同步；管道通信，是一方进程发送另一方只能接收，此方式只为同步。
30、内存分配回收以后可以重复使用所以是可重用资源。
31、程序性中断与当前运行的进程有关。
32、用户进程在实现系统调用时，可通过寄存器、堆栈、指令自带传递等方法传递参数。
33、在引入线程的操作系统中每一个进程里有都一个主线程，由主线程再创建其他线程。
34、进程控制块（PCB）的内容一般可以分成调度信息和现场信息两大部分，现场信息包括：程序状态字、时钟、界地址寄存器等；调度信息包括：进程名、进程号、存储信息、优先级、当前状态、资源清单、“家族”关系、消息队列指针等。
35、两个相互不感知（完全不了解其他进程是否存在）的进程，其潜在的控制问题是：两个进程相互竞争，可能造成互斥、死锁或饥饿。
36、采用消息缓冲方式可以完成进程间通信，该通信机制包含：消息缓冲区、消息队列首地址、同步互斥信号量、发送接收消息原语。
37、由于进程P1、P2 因使用临时性资源产生死锁；如P1 等待接收 P2 发来的信件 Q 后向 P2 发送信件 R，P2 等待接收 P1 发来的信件 R 后向 P1 发送信件 Q。
38、两个相互直接感知的进程，交互关系为通过通信进行协作，这种交互关系潜在的控制问题是存在互斥、死锁或饥饿。
（1）两个相互不感知的进程，他们在运行时的相互关系可能是一个进程的结果对另一个进程的结果无影响。
39、在进程间通信的各种方法中，“消息缓冲”通信方式是指：在内存中开辟若干区域，发送进程申请一个区域，并将信息送入，然后把它插入到接收进程的相应队列中，之后通知接收进程。
40、应对“请求和保持”条件是指，进程P1拥有打印机并申请扫描仪。
41、“共享内存”通信方式，指在相互通信的进程之间设一公共区域，一组进程向该公共区域写，另一组进程从公共区域读，通过这种方式实现两组进程间的信息交换。
42、进程具有并发性、动态性、独立性、交往性和异步性。进程的“异步性”是指每个进程按照各自独立的、不可预知的速度向前推进。
43、用于进程控制的原语一般有：创建进程、撤销进程、挂起进程、激活进程、阻塞进程、唤醒进程以及改变进程优先级等。
44、“管道”通信方式是指：发送进程创建好连接两个进程的一个打开的共享文件，然后写入数据流；接收进程在需要时可以从该共享文件读出数据，写入和读出数据的长度是可变的。
45、进程在删除一个文件的过程中，操作顺序为：查找文件 → 检查删除合法性 → 收回FCB资源 → 收回文件存储空间。
46、为了实现对进程的管理，系统将所有进程的PCB排成若干个队列，进程队列分为三类：就绪队列、等待队列和运行队列。
47、不同的用户在同一台游戏机上玩踢足球的电子游戏，该进程间既有同步关系又有互斥关系。
48、在进程通信方式中，信号量属于低级通信方式。
49、进程间通信的各种方法中，“信箱”通信方式是指：发送进程首先创建一个链接两个进程的通信机制，然后把信息送入该机制；发送进程和接收进程不直接建立联系，而接收进程可以在任何时刻从该机制中取走信息。

三、管程
1、管程，定义了一个数据结构和能为并发进程所执行的一组操作，该组操作能同步进程和改变管理中的数据。局部于管理的数据结构，只能被局部于管理的过程所访问，任何管程之外的过程都不能访问它；反之，局部于管程的过程也只能访问管程内的数据结构。因此，所有进程要访问临界资源时，都必须经过管程才能进入，而管程每次只允许一个进程进入管程，从而实现进程的互斥。即管程中不能同时有两个活跃进程。但是管程无法保证本身互斥。
2、为解决进程间的同步问题，进入了条件变量。在条件变量上实施P、V操作。
3、Hoare提出了管程的一种实现方案。
4、线程自己基本上不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源（如程序计数器、一组寄存器和栈）。

四、存储管理
1、虚拟页式存储管理：在进程开始运行之前，不是装入全部页面，而是装入一个或零个页面，之后根据进程运行的需要，动态装入其他页面；当内存空间已满，而又需要装入新的页面时，则根据某种算法置换出某个页面，以便装入新的页面。即虚拟页式允许动态扩充内存容量。
2、在采用虚拟页式存储管理方案的系统中，页面置换算法不合理会引起“抖动”现象。“抖动”现象，是指在请求分页式存储管理中，对刚被替换出去的页，立即又要被访问。需要将它调入，因无空闲内存又要替换另一页，而后者又是即将被访问的页，于是造成了系统需花费大量的时间忙于进行这种频繁的页面交换，致使系统的实际效率很低，严重导致系统瘫痪。
3、在采用虚拟页式存储管路方案的系统中，每趟内层循环遍历了100个整型变量，相当于两个页面，会导致两次缺页中断。
4、系统在设置一张空闲分区表，用于记录每个空闲分区的情况。每个空闲分区占一个表目，表目中包括分区序号、分区地址以及分区大小等数据项。在可变分区存储管理方案中，在对一个分区进行回收时，若该分区的起始地址加长度等于空闲区表中某个登记项所表示空闲区的起始地址，表明回收分区的下邻分区是空闲的。
5、页式存储管理方案中，一个进程的虚拟地址空间为2GB，页面大小为4KB，则共有2 * 1024 * 1024/4个页表项；每个页面用4个字节表示物理页号，则需要2 * 1024 * 1024/4 * 4大小的页表，由于每个页表为4kb，即2 * 1024 * 1024/4 * 4/（4 * 1024）=512个页面。

6、Belady现象，是指在分页式虚拟存储器管理中，发生缺页时的置换算法采用FIFO （先进先出）算法时，如果对一个进程未分配它所要求的全部页面，有时就会出现分配的页面数增多但缺页率反而提高的异常现象。
7、最佳适应算法，是指从全部空闲区中找出能满足作业要求的、且大小最小的空闲分区，这种方法能使碎片尽量小。为适应此算法，空闲分区表中的空闲分区要按从小到大进行排序（增序），自表头开始查找到第一个满足要求的自由分区分配。该算法保留大的空闲区，但造成许多小的空闲区。
8、在采用页式存储管理方案中，逻辑地址用32位，内存分块大小为210，则用户程序最多可划分成232/210=222页（2的32次方/2的12次方=2的20次方）。
9、在虚拟页式存储管理系统中，LRU（最少使用页面置换）算法，置换近期最长时间以来没被访问的页面，是为虚拟页式存储管理服务的。
（1）采用工作集算法可预防内存换页时出现抖动现象。
10、解决碎片问题的办法是在适当时刻进行碎片整理，通过移动内存中的程序，把所有空闲碎片合并成一个连续的大空闲区并且放在内存的一端，而把所有程序放在另一端，这技术称为“移动技术”或“紧缩技术”。即可变分区、段式、动态分区可用移动技术解决碎片问题。页式不能采用移动技术解决碎片问题。
11、页式分配的优点有：（1）由于它不要求作业或进程的程序段和数据在内存中连续存放，从而有效地解决了碎片问题。（2）动态页式管理提供了内存和外存统一管理的虚存实现方式，使用户可以利用的存储空间大大增加。这既提高了主存的利用率，又有利于组织多道程序执行。总之，页式分配使内存的利用率较高且管理简单。
12、在虚拟页式存储管理系统中，若采用请求调页方式，当用户需要装入一个新的页面时，其调入的页面来自磁盘文件区。
13、在采用页式存储管理方案的系统中，为了提高内存利用率并减少内碎片，页面的划分与页表数量相关，可以找到平衡点。
14、首次适应算法，从空闲分区表的第一个表目起查找该表，把最先能够满足要求的空闲区分配给作业，这种方法目的在于减少查找时间。为适应这种算法，空闲分区表（空闲区链）中的空闲分区要按地址由低到高进行排序。该算法优先使用低址部分空闲区，在低址空间造成许多小的空闲区，在高地址空间保留大的空闲区。即首次适应算法倾向于优先使用低地址空间区的算法。
15、在虚拟页式存储管理中，某一时刻CPU的利用率为50%，磁盘的繁忙率为3%；则CPU利用率还可以通过增加进程数目，来提高CPU使用率。
16、实现虚拟页式存储管理的硬件基础是缺页中断机制。
17、页式存储管理中的页面和页框大小可以采用不同的尺寸，为了提高内存利用率，根据需要采用多种不同大小的页面，用户进程在运行过程中不可以改变页面尺寸，只能由操作系统设置页面的大小。
18、在页式存储管理方案中，页表起始地址属于进程的现场信息，存放在该进程的进程控制块中。
（1）物理地址的计算公式 = 内存块号 × 块长+ 页内地址。
（2）地址转换由硬件完成。
（3）逻辑地址从零开始编址。
19、页式存储管理方案中，系统将程序的逻辑空间按照同样大小也划分成若干页面，称为逻辑页面也称为页。程序的各个逻辑页面从0开始依次编号，称作逻辑页号或相对页号。每个页面内从0开始编址，称为页内地址。页号是地址的高位部分，页内地址是地址的低位部分。
（1）页表长度寄存器保存了正在运行进程的页表长度；
（2）大多数32位的操作系统采用了二级页表；
（3）页表在内存中可以不连续存放。
20、置换算法
（1）最近最不常用页面置换算法，在虚拟页式系统中进行页面置换时，根据在一段时间里页面被使用的次数多少选择可以调出的页。
（2）最近最少使用算法（LRU）总是选择距离现在最长时间内没有被访问过的页面调出。
21、快表
（1）64位UltraSPARC系统通常采用的是反置页表。
（2）快表中记录了页号与内存块号的对应关系。
（3) 进行地址转换时，如果快表不命中则继续查页表。
（4）快表存放在缓存（cache）中。
22、页式分配，使内存的利用率较高且管理简单。
23、在虚拟页式系统中进行页面置换时，置换以后不再需要的、或者在最长时间以后才会用到的页面，称为理想页面置换算法。
24、常用的页面调入策略有请求调页和预调页；页面置换有全局置换和局部置换两种策略；守护进程总是活跃的，一般是后台运行，守护进程一般是由系统在开机时通过脚本自动激活启动或超级管理用户来启动。选中的置换出内存的页面如果被修改过，需要写回磁盘。
25、第二次机会页面置换算法的基本思想是：在FIFO算法的基础上为每个页面增加一个R位，每次选择页面进行置换时，检查进入内存时间最久页面的R位，如果是0，那么这个页面既老又没有被使用，可以立即置换掉；如果是1，则将R位清0，并把该页面放到当前内存中页面链表的尾部，修改其进入时间，然后继续搜索；在下一次置换之前，如果R位为0的页面再次被访问，则置R位为1。
26、在虚拟页式存储管理系统中，逻辑地址连续，而物理页面可以不相邻。
27、某虚拟页式存储管理系统采用二级页表进行地址转换，若不考虑高速缓存和快表，则进程每执行一条指令至少需要访问内存3次。一次访问一级索引，二次访问二级索引，三次访问该指令。
28、在虚拟页式存储管理系统中，进行页面置换时，需要用到页表表项的修改位和访问位。

五、文件
1、文件的存储方式依赖于文件的物理结构和存放文件的设备的物理特性。
2、文件系统实现文件的按名存取，可通过文件目录查找实现。
3、文件描述符，在形式上是一个非负整数；实际是一个索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。
4、打开文件必须先提出“打开”文件的请求。必须向系统提供参数：用户名、文件名、存取方式、存储设备类型、口令等，并不需要填写文件读写方式。文件系统在接到用户的“打开”文件要求后，应完成的主要工作为：根据文件名查找文件目录，检查相关控制块是否读入内存，并检查文件操作是否合法。最后将文件描述符返回给用户。
5、若采用成组操作时，每12个记录占用一个块，块使用率：每个逻辑记录长度 * 块因子/块大小；若没有采用成组操作时，每个记录占用一个块，块使用率：每个逻辑记录长度/块大小。
6、将一个文件中逻辑上连续的信息存放到存储介质的依次相邻的块上，便形成顺序结构，这类文件叫顺序文件（连续文件）。这是一种逻辑记录顺序和物理记录顺序完全一致的文件。
7、可以提高文件系统的性能有：块高速存储、磁盘驱动调度、目录项分解法、引入当前目录和采用相对路径文件名。
8、假设某文件系统的物理结构采用类UNIX的二级索引结构。主索引表有12项，前10项给出文件前10块的磁盘地址，第11项给出一级索引表的地址，第12项给出二级索引表的地址。一级索引表和二级索引表的大小均为一个磁盘块，可存放100个磁盘地址。
（1）针对以上描述的文件系统，一个文件最大为多少块？
直接索引磁盘块有10个，采用一级索引的磁盘块有100个，采用二级索引的磁盘块有100*100个，合计为10110个。
（2）在找到主索引表后，要访问文件的第1000块，还需要启动多少次磁盘？
第1-10块采用的是直接索引，需要启动磁盘1次；第11-110块采用的是一级索引，需要启动磁盘2次；111-10110块采用的是二级索引，需要启动磁盘3次。访问第1000块时，找到主索引后，需要启动磁盘2次。
9、一个运行着的进程打开一个新的文件，则指向该文件数据结构的关键指针存放在进程控制块中。
10、在文件系统中，文件存储空间的分配单位通常是数据块。
11、文件控制块（FCB）, 能对一个文件进行正确的存取，必须为文件设置用于描述和控制文件的数据结构。即必须为每个文件建立一个至少包含文件名和文件物理存储地址的数据结构。具体包括：文件名、文件号、用户名、文件长度、文件类型、文件属性、共享计数、文件的建立日期、保存期限、最后修改日期、最后访问日期、口令等。
（1）FCB一般包括的文件属性信息有：文件标志和控制信息、文件逻辑结构信息、文件物理结构信息、文件使用信息、文件管理信息。不包括文件分配表。
（2）从用户角度看，FCB中最重要的字段是文件名。
（3）打开文件，是使用文件的第一步，任何一个文件使用前都要先打开，即把文件控制块FCB送到内存。使用文件系统时，通常要显式地进行open()操作，这样做的目的是将文件控制块读入内存。
12、UNIX操作系统中，对文件系统中空闲区的管理通常采用成组链接法。例如每100 个空闲块为一组，每一组的第一个空闲块中登记本组空闲总数和下一组空闲块的磁盘物理块号，最后不足100 块的那部分磁盘物理块及块数记入专用块中。
13、Fat32文件系统，采用的文件物理结构为链接结构。
14、文件的逻辑结构有流式结构和记录结构。文件的物理结构为顺序结构、链接结构、索引结构。
（1）文件的逻辑结构是指：操作系统提供给用户使用的文件组织形式。即用户所看到的文件的组织形式。
15、在多级目录的文件系统中，用户对文件的首次访问通常都给出文件的路径名，之后对文件的访问通常使用文件描述符。
16、执行“关闭”（close）操作时，文件系统主要完成如下工作：①将活动文件表中该文件的“当前使用用户数”减1 ；若此值为0，则撤销此表目，并保存文件控制块写入磁盘或者缓存；②若活动文件表目内容已被改过，则表目信息应复制到文件存储器上相应表目中，以使文件目录保持最新状态；③卷定位工作。一个关闭后的文件不能再使用，若要再使用，则必须再次执行“打开”操作。
17、树形多级目录优点：（1）简化了目录管理；（2）通过引入当前目录，加快目录的检索速度；（3）解决了文件重名问题。
18、磁带是最早使用的磁记录存储介质。磁带是一种顺序存取设备，因为在磁带上，只有在前面的物理快被访问之后才能存取后续的物理快。
19、根目录，用户无法创建，只能在操作系统格式化的时候创建。
20、用户对文件的存取方式与文件的物理结构有关。
21、顺序结构文件的分配方式是：创建文件时，分配一组连续的块；FAT中每个文件只要一项，说明起始块和文件的长度。缺点是不利于文件的插入和删除，反复增删之后会出现碎片问题。如随着不断创建和删除文件，从而导致产生磁盘碎片的文件物理结构是顺序结构。
22、链接结构的存储方式是一个文件的信息存放在若干不连续的物理块中，各块之间通过指针连接，前一个物理块指向下一个物理块。主要缺点之一就是：检索速度慢，不适于随机存取。
23、在文件系统的文件中，构成文件内容的基本单位称为信息项。
24、实现创建文件操作过程是：
（1）检查文件名是否合法，如合法则继续，否则报错，返回。
（2）检查在同一目录下是否有重名文件，如没有则继续，否则报错，返回。
（3）在目录中是否有空闲位置，有则申请空间，没有则报错，返回。
（4）填写目录项内容，包括：文件名、用户名、存取权限、长度置零、首地址等。创建文件时不需要检查文件的存取权限，读写文件时需要。
（5）创建文件时，可以设置缺省值的是：文件的保存期限。
25、特殊文件通常与设备驱动程序紧密关联。
26、目录文件属于系统文件。
27、UNIX类系统中，输入输出设备被看作是特殊文件，操作系统会把对特殊文件的操作转成为对应设备的操作。
28、结构
（1）文件的逻辑结构就是从用户使用角度看文件，研究文件的组织形式。如从查找文件角度关注文件的组织方式是文件的逻辑结构。
（2）文件的物理结构是从研究文件管理、设计文件管理系统的角度来看的。如文件的物理结构是磁盘上文件的组织方式。或操作系统管理的文件组织形式。
①用户对文件的存取方式与物理结构相关。
29、档案文件就是保存在作为“档案”用的磁带或光盘等永久性介质上以备查证和恢复时使用的文件。
30、系统打开文件表时，该表中必须记录是否有多个进程打开了同一个文件。
31、进程在打开一个文件过程中，其操作顺序为：查找FCB主部 → 检查打开方式 → 检查用户身份 → 填写进程打开文件表。
32、进程在创建文件的过程中，操作顺序为：检查参数合法性 → 检查重名 → 查找FCB空闲位置 → 填写FCB。
33、二进制可执行文件采用的逻辑结构为：流式结构。
34、构成文件目录的信息为：文件存取控制信息、文件结构信息、文件管理信息。
35、在用户打开文件表的叙述中，该表中记录了打开文件时系统返回的文件描述符；该表中应包含指向系统打开文件表的指针；该表中记录了本次文件被打开的方式。

六、用户
1、用户程序不能直接使用特权命令，如果用户程序在用户态下执行了特权命令，则引起防管中断，这也是CPU由用户态向核心态转换的方式。
2、用户在编写程序时，若在屏幕画圈，需要系统调用显示屏的驱动程序。
3、计算机指令系统中部分指令只能由操作系统使用，这是特权指令，非特权指令可以由用户程序执行或者由操作系统执行。设置控制寄存器指令、关中断指令和切换栈指针指令均是特权指令，而算术运算指令属于用户指令。
4、建立树型目录结构主要有三个目的：（1）层次清楚；（2）解决文件重名问题；（3）查找搜索速度快。从用户角度来看，主要是解决文件重名问题。

七、程序设计
1、多道程序设计，是指允许多个程序同时进入到一个计算机系统的主存储器并启动进行计算的方法。从微观上看部分程序使用CPU，部分程序使用外部设备。从宏观上看，CPU外部设备始终可以并行工作，提高设备利用率，这样使CPU的运行速率达到最大化，不至于空闲。
（1）多道程序设计运行的特征：多道、宏观上并行、微观上串行。如独立性、随机性和共享性。
（2）多道程序并发执行的结果与其执行时的进程的推进速度有关，是不确定的，会导致结果不在具有可再现性。
2、程序局部性原理分为空间局部性和时间局部性，空间局部性是指程序代码的顺序性。时间局部性是指程序中存在大量的循环。
2、动态重定位，是指装入程序时，不进行地址转换，而是直接把程序装入内存中，程序在执行过程中，每当执行一条指令时都由硬件的地址转换机构将指令中的逻辑地址转换为绝对地址。即采用动态地址映射方式向内存中装入程序时，其地址转换是在每一条指令执行时刻完成的。
3、链接是指把所有编译后得到的目标模块连接装配起来，再与函数库相连接成一个整体的过程。即将多个目标程序装配成可运行的程序。
4、动态重定位是指在装入程序时，不进行地址转换，而是直接把程序装入内存中，程序在执行过程中，每当执行一条指令时都由硬件的地址转换机构将指令中的逻辑地址转换成绝对地址。
5、可再入程序是由可重入代码组成的程序，可以被安全的并行执行，当该程序正在运行时，可以再次载入内存并执行它。具有如下特点：它是纯代码的，即在执行过程中不可修改；调用它的进程应该提供属于它自己的数据区。
6、静态重定位是在目标程序装入内存时，由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都改成实际的地址。对每个程序来说，这种地址变换只是在装入时一次完成，在程序运行期间不再进行重定位。

八、P、V操作
1、PV操作由P操作和V操作原语组成（原语指不可中断的过程），对信号量进行操作。
（1）P（S）：将信号量S的值减1；如果S>=0,则进程继续执行，否则该进程置为等待状态，排入等待队列。
（2）V（S）：将信号量S的值加1；如果S>0,则进程继续执行，否则释放队列中第一个等待信号量的进程。
2、用P、V操作管理临界区时，若mutex的初值为1，说明同一时刻只允许一个进程进入临界区，又有k个进程在mutex的等待队列中，所有当前需要访问临界区的进程有k+1个，每个进程访问mutex时，都将mutex的值减1。
3、P、V操作可以实现进程同步、进程互斥、进程的前趋关系，进程共享是属于进程间大量信息的交换，P、V操作是一类低级通信原语不能承担大量信息交换的任务。

九、虚拟存储空间
1、虚拟存储空间，是指通过硬件和软件的综合来扩大用户可存储空间，它在内存储器和外存储器之间增加一定的硬件和软件支持，使两者形成一个有机整体，支持运行比实际配置的内存容量大的多的大任务程序。程序预想放在外存储器中，在操作系统的统一调度和管理下，按照某种置换算法依次调入内存储器由CPU执行。虚拟存储空间主要跟计算机地址位宽有关。

十、I/O管理
1、在操作系统的I/O管理中，缓冲池管理中着重考虑的是：实现进程访问缓冲区的同步。
2、数据传送完毕、设备出错和键盘输入均产生I/O中断。
3、缓冲技术是为了协调吞吐速度相差很大的设备之间数据传送的工作。在操作系统中，引入缓冲的主要原因有以下几点：
（1）改善CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。
（2）可以减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制。
（3）提高CPU与I/O设备之间的并行性，缓冲的引入可提高CPU和设备的并行操作程度，提高系统的吞吐量和设备的利用率。
4、在I/O设备管理中，引入缓冲技术的主要原因是改善中央处理器与外围设备之间速度不匹配的矛盾，以及协调逻辑记录大小和物理记录大小不一致的问题。
5、当用户使用外部设备时，其控制设备的命令传递途径依次为:用户应用层→设备独立层→设备驱动层→设备硬件。
6、在I/O设备管理中，设备分配的主要数据结构及分配顺序是：系统设备表→设备控制表→控制器控制表。
7、在计算机系统中，通常为匹配不同速度的外设，采用了缓冲技术，缓冲区类型有：单缓冲区、双缓冲区和缓冲池。
8、外部I/O设备向处理器发出的中断信号又称为中断请求。“紧急事件”须向处理器提出申请（发一个电脉冲信号），要求“中断”，即要求处理器先停下“自己手头的工作”先去处理“我的急件”，这一“申请”过程，称中断请求。
9、在DMA控制器的控制下，它采用“偷窃”总线控制权的方法，让设备和内存之间可成批地进行数据交换，而不用CPU干预。这样既大大减轻了CPU的负担，也使I/O的数据传送速度大大提高。

十一、死锁
1、死锁定理的描述是：当且仅当当前状态的资源分配图是不可完全化简的。
如果一个图可完全简化，则不会产生死锁，如果一个图不可完全简化，则会产生死锁。
2、集合中的每一个进程都在等待只能由本集合中的其他进程才能引发的事件，那么该组进程是死锁的。死锁产生的原因有：
（1）竞争资源（进程资源分配不当）
（2）进程推进顺序不当
3、安全状态，如果系统能按某个顺序为每个进程分配资源并能避免死锁，那么系统状态是安全的。死锁状态是不安全状态。
4、银行家算法，是一种最有代表性的避免死锁的算法。又被称为“资源分配拒绝”法。在避免死锁方法中允许进程动态地申请资源，但系统在进行资源分配之前，应先计算此次分配资源的安全性，若分配不会导致系统进入不安全状态，则分配，否则等待。
5、资源有序分配法、银行家算法属于一种死锁预防方法。
6、对于系统中的独占设备，为预防出现死锁，需要避免动态分配锁。锁应该采用静态分配。死锁预防的一种措施，就是定时重试和定时放弃锁。为了避免多个进程同时获取锁，因此锁的分配必须采用加锁的互斥方式。即静态分配，分配时加锁。
7、死锁也就是，相关进程进入阻塞状态，且无法唤醒。
8、活锁指的是任务或者执行者没有被阻塞，由于某些条件没有满足，导致一直重复尝试，失败，尝试，失败。活锁和死锁的区别在于，处于活锁的实体是在不断的改变状态，所谓的“活”；而处于死锁的实体表现为等待；活锁有可能自行解开，死锁则不能。即活锁相关进程没有阻塞，可被调度，但没有进程。
9、产生死锁有四个条件：互斥条件、不可剥夺条件、请求和保持条件、循环等条件（指发生死锁时，必然存在一个进程等待环路）。
10、经典的哲学家进餐场景有可能出现死锁，能预防死锁的方法是：仅当某哲学家左右两边的筷子都可用时，才允许他取筷子。
11、交叉路口有关死锁的几种情况：
（1)红绿灯->请求和保持
（2）交叉路由建立桥->互斥
（3）设置黄色网格缓冲区->不可掠夺
（4）将路某一方向设置实施单向行驶->循环

十二、设备管理
1、在设备管理中，为了管理和分配设备建立了一个数据结构，称为设备表。作用是建立逻辑设备与物理设备之间的对应关系。
2、设备按交换信息的单位来划分，可分为：字符设备和块设备。其中磁盘属于块设备。
3、设备独立层：用于实现用户程序与设备驱动器的统一接口、设备命令、设备保护、以及设备分配与释放等，同时为设备管理和数据传送提供必要的存储空间。如某程序员编写了一段通过串口发送数据的程序，使用了设备名com1，将com1映射到实际物理设备的工作是在I/O管理的设备独立层完成。
（1）在I/O设备管理中，设立设备独立层的主要目的是屏蔽了I/O设备驱动的多样性，便于用户使用。
4、不同的I/O设备可以并行工作。
5、磁盘读写是以块为单位的，通常磁盘的I/O控制主要采用的是 DMA方式；
DMA方式（成组数据传送方式），一般用于高速传输成组的数据。与磁盘交换数据单位的数据块相同；而程序控制方式与中断控制方式的数据传输中，传输数据的单位是字节。SPOOLing方式不是数据传输的方式，只是为提高设备工作效率的外围设备同时联机操作技术。
6、键盘的读写是以字符为单位的，键盘的I/O控制主要采用中断方式。
7、设备管理的主要任务有：缓冲区管理、设备分配、设备处理、虚拟设备以及实现设备独立性。如向用户提供易于使用的接口。
（1）缓冲管理功能就是通过缓冲技术匹配高、低速设备交换数据的。
（2）通过协调技术避免设备冲突属于设备分配功能。
（3）通过接口技术为用户提供一致的系统调用。
8、设备管理通过虚拟技术将一台独占设备虚拟成多台逻辑设备，供多个用户进程同时使用，提高设备并发度。
9、外存储设备存取的过程大致是：读状态→置数据→置地址→置控制→读状态…，如此重复。
10、操作系统中的I/O软件可划分为四层，其中“与设备无关的系统软件”层完成的功能为：提供一致的系统调用。
11、系统引入一个有自己的指令集和程序的I/O设备，用它实现对其他I/O设备进行统一管理。该I/O设备控制方式称为通道控制方式。
12、在设备管理的任务中，可匹配不同速度的外围设备。
13、设备无关软件层实现的功能有：设备驱动程序的同一接口、设备命名、设备保护、提供一个与设备无关的逻辑快、缓冲、存储设备的块分配、独占设备的分配和释放、出错处理等。如用户报告出错处理情况；提供一致的系统调用。主要功能是对不同速度的设备使用缓冲区来匹配。
14、设备管理的任务是向操作系统其他部分提供易于使用的接口，匹配不同速度的外部设备，保证系统安全正确地使用设备，以及对独立设备的分配和回收。
15、设备管理模块完成的工作有：进程申请使用绘图仪；将串行输入数据转换为并行数据；将键盘输入信息送入内存。而处理缺页中断不属于设备管理模式需完成的工作。

十三、算法
（一）扫描调度算法
1、扫描调度算法（又称电梯调度法）是计算机磁盘驱动调度的一种方法。扫描算法（SCAN）不仅考虑到欲访问的磁道与当前磁道的距离，更优先考虑的是磁头的当前移动方向。当磁头正在由里向外移动时，SCAN算法所选择的下一个访问对象应是其欲访问的磁道，既在当前磁道之外，又是距离最近的。
（二）磁盘调度算法
1、最短寻道时间优先算法SSTF容易引起饥饿现象。
（三）SCAN调度算法
1、SCAN调度算法是一种寻道优化的算法，它不止考虑磁道的距离，还考虑方向，且以方向优先。

十四、缓冲区
1、利用内存中若干公共缓冲区组织成队列，以实现进程之间信息交换的通信方式称为消息机制（消息传递）。
2、读数据进程将数据放入缓冲区后供处理数据进程使用；处理数据进程将处理结果放入缓冲区供打印结果进程使用。那么，某系统在打印数据时，读数据进程、处理数据进程和打印结果进程是通过缓冲区相关联。

十五、程序
1、程序状态字（PSW）通常包括以下状态代码：
①CPU的工作状态码（S）——指明管态还是目态，用来说明当前在CPU上执行的是操作系统还是一般用户，从而决定其是否可以使用特权指令或拥有其它的特殊权力。
②条件码©——反映指令执行后的结果特征。
③中断屏蔽码(IF)——指出是否允许中断。
状态标志位：结果为零标志（ZF）、符号标志位（SF）
虚拟中断标志位（VIF）。

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