操作系统总结课件

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1、操作系统总结,第一章 绪论,操作系统的概念 定义 从科普、功能、用户、管理员、软件的观点理解操作系统 操作系统的基本类型 批处理、分时、实时、个人计算机、网络、分布式、嵌入式,第一章 绪论,操作系统的功能 处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理、用户接口 操作系统的特征 并发、共享、虚拟、异步 现代操作系统特征 微内核、多线程、对称多处理、分布式、面向对象,第二章 用户接口与作业管理,程序的启动和结束 程序的启动（命令方式、批处理方式、EXEC方式、硬件装入程序、自启程序） 程序的结束（正常结束、异常结束） 作业的基本概念 作业（用户角度、系统角度） 作业组织（作业、说明书、控制语言）,第二

2、章 用户接口与作业管理,作业的建立 包括：作业的输入、作业控制块的建立 作业输入方式 联机输入、脱机输入、直接耦合、Spooling、网络 作业控制块的建立 用户接口 程序级接口、操作级接口、图形用户接口 系统调用（类、功能、实现过程）,第三章 进程管理,进程的概念 程序的顺序执行和并发执行 定义、条件、特点 进程的定义、特性、与程序的区别 进程的描述 进程的组成（程序+数据+PCB） 进程控制块PCB（作用、所包含信息） 进程上下文（用户级、寄存器级、系统级）,第三章 进程管理,进程的描述 PCB的组织方式（链表、索引表） 进程的状态及转换 核心态和用户态 内存中3种基本状态（转换、条件）

3、扩展：3状态、5状态、7状态（状态、转换、条件、数据结构等） 进程控制 功能、原语、UNIX进程管理,第三章 进程管理,线程 进程与线程的关系 线程引入的作用 线程的应用 线程的状态及转换 操作系统对线程的实现方式 进程与线程的比较 线程举例,第三章 进程管理,进程的互斥与同步 进程间的关系（同步、互斥） 互斥算法（临界资源的使用） 信号量（信号量和P、V原语） 经典进程同步问题（特别复杂的互斥与同步）,第三章 进程管理,进程间通信 进程间通信类型 消息缓冲 共享存储区 管道 消息 套接字,第三章 进程管理,死锁 死锁的定义、现象、发生原因、发生条件 死锁的预防、避免、 死锁的检测与恢复 解决

4、死锁的综合方法,第四章 处理机调度,分级调度 调度层次（与状态转换、与时间周期、操作系统类型联系） 作业与进程的关系（从调度的角度） 作业调度 作业调度功能 作页调度中状态的转换 目标与性能,第四章 处理机调度,进程调度 进程调度的功能、时机、上下文切换、性能评价 调度算法 先来先服务（FCFS） 短作业优先（SJF） 最高响应比优先（HRR） 时间片轮转（RR） 多级队列,第四章 处理机调度,调度算法 优先级 静态、动态优先级 线性优先级（SRR） 多级反馈队列 调度算法性能指标 调度算法应用举例,第四章 处理机调度,实时调度 实时调度任务分类 实时调度特点 实时调度算法 静态表驱动 静态优

5、先级驱动的可剥夺调度 动态分析调度 无保障动态调度,第四章 处理机调度,多处理机调度 与单处理机调度的区别 对称式多处理系统的调度 非对称式多处理系统的调度 成组调度 专用处理机的调度,第五章 存储管理,存储管理的功能和目标 虚拟存储器 存储管理的功能 地址变换 内外存数据传输的控制 内存的分配与回收 内存信息的共享与保护,第五章 存储管理,分区存储管理 原理 固定分区 动态分区 分配、释放 最先匹配 下次匹配 最佳匹配 最坏匹配 碎片及解决,第五章 存储管理,覆盖与交换 原理、实现、特点 页式和段式存储管理 简单页式（原理、数据结构、地址变换、特点） 简单段式（原理、数据结构、地址变换、特点

6、） 简单页式、段是管理的比较,第五章 存储管理,虚拟存储器 原理 虚拟页式 与简单页式管理的关系 缺页中断 请求调入和预调入 虚拟段式 与简单段式的关系 特点,第五章 存储管理,虚拟存储器 段页式 地址变换 高速联想寄存器 调入、分配策略 置换算法（最佳OPT、最近最久未使用LRU、先进先出FIFO、轮转、最不常用LFU）,第六章 文件系统,引言 文件管理的目的 基本概念（文件、目录、文件分类） 文件系统的结构和功能元素 文件的组织 文件的组织 逻辑结构 物理结构,第六章 文件系统,文件目录 内容 结构 别名的实现（硬链接、符号链接） 文件和目录的使用 文件的访问 文件的控制 目录管理 伪文件

7、,第六章 文件系统,文件共享和访问控制 存取控制 共享 访问权限 并发访问 安全、可靠性,第六章 文件系统,文件存储空间管理 存储设备 空间分配 磁盘空闲空间管理 文件卷 文件系统层次模型 文件系统举例（DOS、Windows、UNIX）,第七章 设备管理,引言 外设管理的重要性 外设的类型和特征 外设管理的目的和功能 外设管理结构 I/O控制技术 程序控制方式（查询、中断） DMA方式（工作原理、与中断的区别） 通道方式（定义、原理、3种通道、）,第七章 设备管理,缓冲技术 缓冲技术的作用和目的 单方向缓冲I/OCPU （单缓冲、双缓冲、环形缓冲） 缓冲池（3种队列、4种操作） 设备分配 数

8、据结构 分配原则 分配方式 假脱机,第七章 设备管理,设备控制 设备控制过程 设备控制实现方式 I/O软件的组成 磁盘设备管理 访问时间 调度策略（先进先出、优先级、后进先出、短查找时间优先、各种扫描算法） 置换算法,习题讲解,进程互斥与同步 死锁 处理机调度 存储管理 文件系统,进程互斥与同步,生产者/消费者问题 (the producer/consumer problem),问题描述：若干进程通过有限的共享缓冲区交换数据。其中，生产者进程不断写入，而消费者进程不断读出；共享缓冲区共有N个；任何时刻只能有一个进程可对共享缓冲区进行操作。,设信号量： full是“满”数目，初值为0， empt

9、y是“空”数目，初值为N。实际上，full和 empty是同一个含义：full + empty = N mutex用于访问缓冲区时的互斥，初值是1,习题,上述的生产者和消费者之间是互斥的，生产者与 生产者之间以及消费者与消费者之间也是互斥的， 是否可以实现生产者和消费者之间的并行？如何 实现？ 解：使用循环队列，并且设置队首和队尾指针 head, tail 设信号量：full = 0, avail = N, muttail = 1, muthead =1,Producer: begin 生产数据data; P(avail); P(muttail); data 放入队尾指针指向的缓冲区； 修改队

10、尾指针； V(full); V(Muttail); End;,Consumer: begin P(full); P(muthead); 从队首指针指向的缓冲区取数据data ； 修改队尾指针； V(avail); V(Muthead); 处理data数据； End;,习题,另一种解法,Producer: begin 生产数据data; P(avail); 选择一个空的单元 i P(muttaili); data 放缓冲区 i； V(full); V(Muttaili); End;,Consumer: begin P(full); 选择一个满的单元 i P(muttaili); 从缓冲区 i 取

11、数据data ； V(avail); V(Muttaili); 处理data数据； End;,死锁习题,1、某系统有同类资源m个，最多有n个进程可以并发执行， 而每个进程申请该类资源的最大值为x(1 x m),需要满 足什么关系，它们不会发生死锁？ 只要不等式n(x-1)+1 m成立，则系统一定不会发生死锁。 因为进程最多申请x个资源，最坏的情况是每个进程都已得到了(x-1)资源，现均申请最后一个资源。只要系统至少还有一个 资源就可使其中一个或几个进程 得到所需的全部资源，在它们执行结束后归还的资源可供其他进程使用。因而不可能发生死锁。,习题,解出上述不等式，可以得到： x=1,当m n时 x

12、=1+m-1/n,当m n时 因此，如果在设计系统时，能预测到进程并发执行和申请资源量的情况，只要每个进程所需资源的最大量不超过x,则可不必受任何的资源分配策略的限制，只要有空闲资源就可分配给申请者，系统不会有死锁现象。,习题,银行家算法之例之一,2、假定系统中有四个进程P1、P2、P3、P4和三种类型的资源R1，R2，R3，资源的数量分别为9、3、6，在T0时刻的资源分配情况如图:,资源情况,进程,Max R1 R2 R3,Allocation R1 R2 R3,Need R1 R2 R3,Available R1 R2 R3,P1 3 2 2 1 0 0 2 2 2 1 1 2 P2 6

13、1 3 5 1 1 1 0 2 P3 3 1 4 2 1 1 1 0 3 P4 4 2 2 0 0 2 4 2 0,T0时刻是否安全？,3、银行家算法之二实例,作业调度时间计算,有一页式存储管理系统，向用户提供的逻辑地址空间最大为16页，每页2048字节，内存共有8个存储块，问：逻辑地址至少应为多少位？内存空间多大？ 有8页的逻辑空间，每页有1024字节，它们被映射到32块的物理存储区中，则逻辑地址的有效位（ ）位，物理地址至少是（ ）位。,习题,一分页存储管理系统，逻辑地址长度 为16位，页面大小为2048字节，对应 的页表如下，逻辑地址0A5CH和2F6AH 经地址变换后的物理地址各是多少

14、？,习题,给出段号和段内地址，完成段式管理中的地址变换过程 对于段号，段内地址形式，计算0,430 1,10 2,500 3,400的内存地址 存取主存中的一条指令或数据至少要访问几次主存？,第2段页表,某进程在内存中分配三个页面，初始为空，页面走向为4，3，2，1，4，3，5，4，3，2，1，5。,堆栈,第五章 存储管理,第五章 存储管理,某os采用可变分区分配方法管理，用户区主存 512KB(0-511KB),自由区由空闲分区表管理。假 设分配时采用分配自由区的低地址部分的方案， 假设初始时全为空。对于下述申请次序： req(300KB),req(100KB),release(300KB)

15、, req(150KB),req(30KB),req(40KB),req(60KB), release(30KB) 1.采用首次适应法，用户区状态。写出空闲分区表。 2.采用最佳适应法，用户区状态。写出空闲分区表。 3.如再申请100KB，各有什么结果？,编程实现 P203-8。设索引表数组为index, 每个物理块的 块号用m个字节表示，物理块长为PBL, 文件结构为流式 文件。给定字节偏移OFF,计算其所在的物理块地址。 解：令 k = int(PBL/m) Int Off2PBN(Off) k = int(PBL/m); lbn = Off / PBL; if lbn10 then re

16、turn indexlbn; Else I = (lbn-10) div k; J = (lbn-10) mod k; 读文件的第 Index10+I 号块的内容 buf; return bufj; ,3,2,74,1,0,428,9156,75,76,0,1,331,假定盘块的大小为1KB，每个盘块号占4个字节，文件索引节点中的磁盘地址明细表如图所示，如何将下列文件的字节偏移量转换为物理地址？ 1 9000 2 14000 3 350000,解： （1） 字节偏移量为9000，此时 逻辑块号为：9000/10248 块内偏移量为：900081024808 因逻辑块号小于10，因此该块为直接块。其物理盘块 号为367，该块中的第808字节即为文件的第9000字节 （2） 字节偏移量为14000，此时 逻辑块号为：14000/102413 块内偏移量为：14000131024688 因逻辑块号1013