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1、操作系统复习提纲第一部分 绪论1. 操作系统在计算机系统中的地位：操作系统进行资源分配，充当着计算机系统大管家的角 色。操作系统的作用：（1） 一般用户角度：OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口（2）资源管理角度： OS 作为计算机系统资源的管理者（3） OS 产生的角度： OS 实现了对计算机 资源的抽象。操作系统定义:操作系统是一组能有效地组织和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类 作业进行调度，以及方便用户使用的程序集合。2操作系统的五大功能模块basic function modules：处理机管理功能、存储器管理功能、 设备管理功能、文件管理功能、操作系统与用户之间的接口3. 现
2、代操作系统的四大特征characteristic:并发性、共享性、虚拟技术、异步性（随机 性）。（并发性：指两个或多个事件在同一时间运行；并行性：指两个或多个事件在同一时 刻发生）4. 操作系统的三个基本类型及其特点：（1）多道批处理系统：资源利用率高、系统吞吐量大、 平均周转时间长、无交互能力（2）分时系统：多路性、独立性、及时性、交互性（ 3）实 时系统：多路性、独立性、及时性、交互性、可靠性（。单道批处理系统：自动性、顺序性、 单道性）第二部分 处理机管理（进程管理+处理机调度）1.进程的定义：进程是可以并发执行的程序在一个数据集合上的运行过程，它是系统进行资 源分配和调度的一个独立单位
3、；进程是程序的一次执行过程；进程是可参与并发执行的程 序；进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动；进程是在给定初始状 态和内存区域的条件下，可以并发执行的程序的一次执行过程。传统 OS 中进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。 进程的引入的背景：在多道程序环境下，程序的执行属于并发执行，此时它们将失去封闭性， 并具有间断性，以及其运行结果不可再现性的特征。因此为了能使程序并发执行，并且可以 对并发执行的程序加以描述和控制，就引入了“进程”的概念。线程定义：线程是程序执行流的最小单元，是调度和分派的基本单位，它是进程中的一个实 体。线程的引入背景：已经
4、引入了进程，使多个程序能并发执行，提高资源利用率和系统吞吐量，再引入线程是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销，使 OS 具有更好的并发性。2. 进程控制块：（进程实体的三部分：程序代码、程序段操作的数据源、进程控制块）为描述 进程动态变化过程以及对进程进行控制与管理而设的数据结构。进程与 PCB 一一对应，操作 系统根据 PCB 了解进程的存在，是系统感知进程的唯一标识。3. 进程三状态模型：就绪状态、执行状态、阻塞状态 它的状态转换（包括状态转换原因，会用图示加以说明）以及进程五状态模型及其状态转换执行创建就绪就绪#0请求阻塞执行进程调度 /被抢占 ,一m,则信号量的取值范围为：m,m
5、-l,O,-l,-（n-m）（1）S.Value0:表示某类资源可用数（2）S.Value=0:表示其绝对值为在信号量队列中等待 释放资源的进程数。8. 设信号量用PV原语解决同步和互斥问题：在信号量基础上引入同步操作原语：P操作、V操作。（1）P操作（wait原语）：每执行一次P操作，申请分配一个单位的资源。P（S）对信号 量 S 进行 P 操作。S.value = S.Value - 1；若 S.Value三0则进程继续执行。若S.Value 0则进程继续执行。若S.Value W 0则唤醒S等 待队列中的一个进程，使之转为就绪状态。V 操作： V（s） semaphore： s；s.va
6、lue= s.Value+1；if s.value =0 wakeup （s.L）；semWait:用于申请资源，作为进入区的使用。semSigal:用于释放资源，作为退出区使用。semWait 和 semSignal 操作对应资源的申请和释放，必须成对出现。semWait和semSignal都需要修改信号量，为了保证可再现性，要求semWait和semSignal操 作执行过程中不允许中断，用原语实现。也即P原语和V原语。如果s.count初值为1,表 示只允许一个进程访问该资源，即为临界资源，此时为互斥信号量。三大经典模型（生产者-消费者问题、哲学家进餐问题、读者写者问题）及相关练习（料6
7、0） 例：有一个充分大的池子，两个人分别向池中扔球，甲扔红球，乙扔蓝球，一次扔一个，开 始时池中有红、蓝球各一个，要求池中球满足条件：1W红球数/蓝球数W2.用P、V操作描 述两个进程： 解：题目要球红球数要大于等于蓝球数，且池中已经有一红一蓝球，那么开始之后只能扔一 红球，然后再扔一蓝球；扔一蓝球又可连续扔两红球。那么：设有两个信号量Red和Blue, 描述过程如下：扔一红球严V(Red) JV(Red);ParbegintAO.BO);9进程高级通信方式：直接通信方式：指发送进程利用 OS 所提供的发送原语，直接把消息发送给目标进程。间接通信方式：指发送和接收进程，都通过共享中间实体的方式
8、进行消息的发送和接收，完 成进程间的通信。10. 死锁: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他进城才能引发的事 件，那么该组进程是死锁的。死锁产生的原因：（1）竞争不可抢占性资源引起死锁（2）竞争可消耗资源引起死锁（3）进 程推进顺序不当引起死锁产生死锁的四个必要条件：（1）互斥条件 ：进程对分配到的资源进行排它性使用（ 2）请求和保持条件 ：进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源要求，而该资源又被其他 进程占有，请求进程阻塞，但对已经获得的资源不放（ 3）不剥夺（不可抢占）条件 ：进程 已获得的资源，使用完之前不能被剥夺，只能用完自己释放（ 4）环路等待条件 ：发生死
9、锁 时，必然存在进程资源的环形链。 如何预防死锁：设置某些限制条件，破坏四个必要条件中的一个或几个（破坏“请求和保持” 条件；破坏“不可抢占”条件；破坏“循环等待”条件）。优点：容易实现。缺点:系统资源 利用率和吞吐量降低。银行家算法避免死锁（书 P111）：在银行家算袪中，若出现下述资源分配情况=ProcessAUocatioiNeedAvailablePo003200121622Pi10001750巴13542356Pj03320652P400140656试冋=该状态是否安全？y-r-bY LI 1-M- -m f n illF. 亠4.=r-*F, jC 亠J_1I3T # X HEr
10、Zj%. j j C解=l.TO时刻资源分配=尚需Need=最大需求、I刃x-已分配Allocatioii2.T0时刻安全性=可供wofk+已分配AUocatioD最大需求Need3.进程请求资源=可用Available-if Request-糸统剰余尚需Need该状态是安全的，因为存在一个安全序列龙卩/理在疋匸几下表为该时刻的安全序列表、享源情况进程WorkNeedAllocationW oiit+A llo ca tiooFiuisliPo162200 120 0321654truePa165406 520333198 7trueP斗198 706 5 60 0141 99 11trueP
11、i19 9 111750100 02 99 11true巴29 9 1123 5 613543 12 1417true若进程巳提岀请ReqUest（l, 2, 2, 2）后，糸统不能将资源分配给它，若分配给进程P2,糸统还剰的资源情况为（0, 4, 0, 0）,此时糸统中的资源将无袪满足任何一个进程 的资源请求，从而导致糸统进入不安全状态，容易引起死锁的发生。11. 处理机调度的类型及各自的任务：低级调度：进程调度、短程调度，三种类型OS都必须配置这级调度。它是最基本的调度。它的功能是：根据某种算法，决定就绪队列中的那个进程应获得处理机，并由分派程序处理机分配给被选中的程序中级调度：又称中程调度或者内存调度。它的目的是为了提高内存利用率和系统吞吐量。 高级调度：称作业调度、长程调度或接纳调度，批处理系统需要有作业调度，分时和实时系 统无需此调度。它的功能是：根据某种算法决定将外存上处于后备队列中的哪几个作业调 入内存，为它们创建进程、分配必要的资源，并将它们放入就绪队列。处理机调度算法：先来先服务算法FCFS （书P89, PPT第3章11页），短作业（进程）优先调 度算法SPN（PPT第3章15页），轮转调度算法RR （书P93, PPT第3章28页），高响应比 优先调度算法HRRN （书P90, PPT第3章21页），优先权调度；并会计算在某种调度算法下, 周转时
