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1、计算机操作系统复习资料1. 操作系统的定义操作系统(Operating System，简称OS)是管理计算机系统的全部硬件资源包括软件资源及数据资源；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，为用户提供方便的、有效的、友善的服务界面。操作系统通常是最靠近硬件的一层系统软件，它把硬件裸机改造成为功能完善的一台虚拟机，使得计算机系统的使用和管理更加方便，计算机资源的利用效率更高，上层的应用程序可以获得比硬件提供的功能更多的支持。操作系统是一个庞大的管理控制程序，大致包括5个方面的管理功能:进程与处理机管理、作业管理、存储管理、设备管理、文件管理。
2、2. 操作系统的作用1） OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口2） OS作为计算机系统资源的管理者3） OS实现了对计算机资源的抽象3. 操作系统的基本特征1） 并发2） 共享3） 虚拟4） 异步4. 分时系统的概念把计算机的系统资源（尤其是CPU时间）进行时间上的分割，每个时间段称为一个时间片，每个用户依次轮流使用时间片，实现多个用户分享同一台主机的操作系统。5. 分时系统要解决的关键问题（2个）1） 及时接收2） 及时处理6. 并发性的概念并发性是指两个或多个事件在同一事件间隔内发生。在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理机系统中，每一时刻却仅能有
3、一道程序执行，故微观上这些程序只能是分时的交替执行。7. 程序顺序执行的特征和并发执行的特征顺序执行的特点: 顺序性 封闭性 可再现性程序并发执行的特点：1）、间断性（失去程序的封闭性）2）、不可再现性 任何并发执行都是不可再现3）、进程互斥（程序并发执行可以相互制约）8. 进程的定义进程是指在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位。为了使参与并发执行的每个程序（含数据）都能独立的运行，在操作系统中必须为之配置一个专门的数据结构，称为进程控制块（PCB）。系统利用PCB来描述进程的基本情况和活动过程，进而控制和管理进程。9. 进程的组成部分进程是由一组机器指令，数据和堆栈组成的，是一个能独立
4、运行的活动实体。由程序段，相关的数据段和PCB三部分便构成了进程实体（又称进程映像）。10. 进程的状态（状态之间的变化）就绪状态、执行状态、阻塞状态。处于就绪状态的进程，在调度程序为之分配了处理机之后，该进程便可以执行，相应的，他就由就绪状态转变为执行状态。正在执行的进程，如果因为分配给它的时间片已经用完而被暂停执行时，该进程便由执行状态又回到就绪状态；如果因为发生某事件而使进程的执行受阻（如进程请求访问临界资源，而该资源正在被其它进程访问），使之无法继续执行，该进程将有执行状态转变为阻塞状态。处于阻塞状态的进程，在获得了资源后，转变为就绪状态。11. 进程同步的概念进程同步是是并发执行的诸
5、进程之间能有效地相互合作，从而使程序的执行具有可再现性，简单的说来就是：多个相关进程在执行次序上的协调。12. PV原语的作用PV原语通过操作信号量来处理进程间的同步与互斥的问题。其核心就是一段不可分割不可中断的程序。13. 处理死锁的四种方法（有何不同）1） 预防死锁。这是一种简单和直观的事先预防方法。该方法是通过设置某些限制条件，去破坏产生死锁的四个必要条件（互斥条件，请求和保持条件，不可抢占条件，循环等待条件）中的一个或几个来预防产生死锁。预防死锁是一种较易实现的方法，已被广泛使用、2） 避免死锁。同样是属于事先预防策略，但它并不是事先采取各种限制措施，去破坏产生死锁的四个必要条件，而是
6、在资源的动态分配过程中，用某种方法防止系统进入不安全状态，从而可以避免发生死锁。3） 检测死锁。这种方法无须事先采取任何限制性措施，允许进程在运行过程中发生死锁。但可通过检测机构及时地检测出死锁的发生，然后采取适当的措施，把进程从死锁中解脱出来。4） 解除死锁。当检测到系统中已发生死锁时，就采取相应措施，将进程从死锁状态中解脱出来。常用的方法是撤销一些进程，回收它们的资源，将它们分配给已处于阻塞状态的进程，使其能继续运行。上述的四种方法，从1）到4）对死锁的防范程度逐渐减弱，但对应的是资源利用率的提高，以及进程因资源因素而阻塞的频度下降（即并发程度提高）。14. 解除死锁的方法常采用解除死锁的
7、两种方法是：1） 抢占资源。从一个或多个进程中抢占足够数量的资源，分配给死锁进程，以解除死锁状态。2） 终止（或撤销）进程。终止（或撤销）系统中的一个或多个死锁进程，直至打破循环环路，使系统从死锁状态解脱出来。15. 死锁产生的必要条件1） 互斥条件2） 请求和保持条件3） 不可抢占条件4） 循环等待条件16. 死锁的概念如果一组进程中的每一个进程都在等待仅由该组进程中的其它进程才能引发的事件，那么该组进程是死锁的。17. 银行家算法银行家算法是一种最有代表性的避免死锁的算法。要解释银行家算法，必须先解释操作系统安全状态和不安全状态。安全状态：如果存在一个由系统中所有进程构成的安全序列P1，P
8、n，则系统处于安全状态。安全状态一定是没有死锁发生。不安全状态:不存在一个安全序列。不安全状态不一定导致死锁。安全序列一个进程序列P1，Pn是安全的，如果对于每一个进程Pi(1in），它以后尚需要的资源量不超过系统当前剩余资源量与所有进程Pj (j i )当前占有资源量之和。18. 进程调度的功能1) 记录系统中所有进程的执行情况作为进程调度的准备，进程管理模块必须将系统中各进程的执行情况和状态特征记录在各进程的PCB表中。并且，根据各进程的状态特征和资源需求等、进程管理模块还将各进程的PCB表排成相应的队列并进行动态队列转接。进程调度模块通过PCB变化来掌握系统中存在的所有进程的执行情况和状
9、态特征，并在适当的时机从就绪队列中选择出一个进程占据处理机。2) 选择占有处理机的进程进程调度的主要功能是按照一定的策略选择个处于就绪状态的进程，使其获得处理机执行。根据不同的系统设计目的，有各种各样的选择策略，例如系统开销较少的静态优先数调度法，适合于分时系统的轮转法(Round RoLin)和多级互馈轮转法(Round Robin with Multip1e feedback)等。这些选择策略决定了调度算法的性能。3) 进行进程上下文切换个进程的上下文(context)包括进程的状态、有关变量和数据结构的值、机器寄存器的值和PCB以及有关程序、数据等。一个进程的执行是在进程的上下文中执行。
10、当正在执行的进程由于某种原因要让出处理机时，系统要做进程上下文切换，以使另一个进程得以执行。当进行上下文切换时点统要首先检查是否允许做上下文切换(在有些情况下，上下文切换是不允许的，例如系统正在执行某个不允许中断的原语时)。然后，系统要保留有关被切换进程的足够信息，以便以后切换回该进程时，顺利恢复该进程的执行。在系统保留了CPU现场之后，调度程序选择一个新的处于就绪状态的进程、并装配该进程的上下文，使CPU的控制权掌握在被选中进程手中。19. 作业调度算法（FCFS和短作业优先）先来先服务（FCFS）调度算法FCFS是最简单的调度算法，该算法既可用于作业调度，也可用于进程调度。当在作业调度中采
11、用该算法时，系统将按照作业到达的先后次序来进行调度，或者说它是优先考虑在系统中等待时间最长的作业，而不管该作业所需执行时间的长短从后备作业队列中选择几个最先进入该队列的作业，将它们调入内存，为它们分配资源和创建进程。然后把它们放入就绪队列。当在进程调度中采用FCFS算法时，每次调度是从就绪的进程队列中选择一个最先进入该队列的进程，为之分配处理机，使之投入运行。该进程一直运行到完成或发生某事件而阻塞后，进程调度程序才将处理机分配给其它进程。优点：1） 简单可靠2） 容易理解，实现方便3） 非抢占式的缺点：1） 有利于长的作业和进程，不利于短的2） 有利于CPU繁忙型的作业或进程，不利于I/O繁忙
12、型的短作业优先（SJF）的调度算法SJF算法是以作业的长短来计算优先级，作业越短，其优先级越高。作业的长短是以作业所要求的运行时间来衡量的。SJF算法可以分别用于作业调度和进程调度。班在短作业优先调度算法用于作业调度时，它将从外存的作业后备队列中选择若干个估计运行时间最短的作业，优先将它们调入内存运行。缺点：1） 必须预知作业的运行时间2） 对长作业非常不利，长作业的周转时间会明显地增长3） 在采用SJF算法时，人-机无法实现交互4） 该调度算法完全未考虑作业的紧迫程度，故不能保证紧迫性作业能得到及时处理20. 存储管理的对象存储管理的对象是主存储器(简称内存或主存)。分区管理的分配算法基于顺
13、序搜索的的动态分配算法：1首次适应算法 2循环首次适应算法 3最佳适应算法 4最坏适应算法基于索引搜索的动态分配算法1快速适应算法 2伙伴系统 3哈希算法21. 分页存储管理的基本思想和页表的作用将用户程序的地址空间分为若干个固定大小的区域，称为“页”或“页面”。典型的页面大小为1KB。相应的，也将内存空间分为若干个物理块或页框，页和块的大小相同。这样可将用户的程序的任一页放入任一物理块中，实现了离散分配。页表的作用：能在内存中找到每一个页面所对应的物理块。22. 段式存储的基本思想把用户程序的地址空间分为若干个大小不同的段，每段可定义一组相对完整的信息。在存储器分配时，以段为单位，这些段在内
14、存中可以不相邻接，所以也同样实现了离散分配。23. 分页与分段的区别分页和分段系统有许多相似之处，但在概念上两者完全不同，主要表现在： 1、页是信息的物理单位，分页是为实现离散分配方式，以消减内存的外零头，提高内存的利用率；或者说，分页仅仅是由于系统管理的需要，而不是用户的需要。 段是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息。分段的目的是为了能更好的满足用户的需要。 2、页的大小固定且由系统确定，把逻辑地址划分为页号和页内地址两部分，是由机器硬件实现的，因而一个系统只能有一种大小的页面。 段的长度却不固定，决定于用户所编写的程序，通常由编辑程序在对源程序进行编辑时，根据信息的性质来划分。
15、 3、分页的作业地址空间是维一的，即单一的线性空间，程序员只须利用一个记忆符，即可表示一地址。 分段的作业地址空间是二维的，程序员在标识一个地址时，既需给出段名，又需给出段内地址。24. 页面置换的算法，FIFO,LRUFIFO：LRU：25. 输入输出四种控制方式1） 程序直接控制方式2） 中断驱动方式3） DMA（直接存储器存取）方式4） 通道控制方式26. 输入输出I/O重定向的概念I/O重定向是一个过程，这个过程捕捉一个文件、或命令、或程序、或脚本、甚至代码块（code block）的输出，然后把捕捉到的输出，作为输入发送给另外一个文件、或命令、或程序、或脚本。I/O重定向最常用的方法是管道（管道符|）。27. 设备独立性设备独立性，即应用程序独立于具体使用的物理设备。为了实现设备独立性而引入了逻辑设备和物理设备这两个概念。在应用程序中， 使用逻辑设备名称来请求使用某类设备;而系统在实际执行时， 还必须使用物理设备名称。因此，系统须具有将逻辑设备名称转换为某物理设备名称的功能，这非常类似于存储器管理中所介绍的逻辑地址和物理
