操作系統(tǒng)知識點介紹

1、操作系統(tǒng)是一組控制和管理計算機硬件和軟件資源，合理地對各類作業(yè)進行 調(diào)度，以及方便用戶使用的程序的集合。 虛擬機：在裸機的基礎(chǔ)上，每增加一層新的操作系統(tǒng)的軟件，就變成了功能 更為強大的虛擬機或虛機器。 操作系統(tǒng)的目標：1 方便性2.有效性3可擴充性4開放性 操作系統(tǒng)的作 用：OS作為用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的接口 ；OS 作為計算機系統(tǒng)資源的管理者；OS實現(xiàn)了對計算機資源的抽象（作擴充機 器）。 操作系統(tǒng)的特征：并發(fā)性；共享性；虛擬性；異步性 推動操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力：不斷提高計算機資源利用率；方便用戶；器 件的不斷更新?lián)Q代；計算機體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展。 人工操作方式的特點：用戶獨占全機；CP

2、U等待人工操作；獨占性； 串行性。缺點:計算機的有效機時嚴重浪費；效率低脫機I/O方式的主要優(yōu) 點：減少了 CPU的空閑時間提高I/O速度。 單道批處理系統(tǒng)的特征：自動性；順序性；單道性 多道批處理系統(tǒng)原理：用戶所提交的作業(yè)都先存放在外存上并排成一個隊 列，稱為“后備隊列”；然后，由作業(yè)調(diào)度程序按一定的算法從后備隊列中 選擇若干個作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，使它們共享CPU和系統(tǒng)中的 各種資源。 多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點資源利用率高；系統(tǒng)吞吐量大；可提高內(nèi)存和I/O 設(shè)備利用率；平均周轉(zhuǎn)時間長；無交互能力 多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題（1）處理機管理問題（2）內(nèi)存管理 問題（3） I/O設(shè)備管理問題4）文件管

3、理問題（5）作業(yè)管理問題 分時系統(tǒng)：在一臺主機上連接了多個帶有顯示器和鍵盤的終端，同時 允許多個用戶通過自己的終端，以交互方式使用計算機，共享主機中的資 源。 時間片：將CPU的時間劃分成若干個片段，稱為時間片，操作系統(tǒng)以 時間片為單位，輪流為每個終端用戶服務 實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)特征的比較：多路性；獨立性；及時性；交互性； 可靠性 操作系統(tǒng)的特征： 并發(fā)性；共享性；虛擬性；異步性 操作系統(tǒng)的主要功能：處理機管理；存儲器管理；設(shè)備管理；文件管 理；作 業(yè)管理 對處理機管理，可歸結(jié)為對進程的管理：進程控制（創(chuàng)建，撤消，狀 態(tài)轉(zhuǎn) 換）；進程同步（互斥，同步）；進程通信；進程調(diào)度（作業(yè)調(diào)度，進程調(diào) 度

4、）。 存儲器管理功能： 內(nèi)存分配（最基本）；內(nèi)存保護；地址映射；內(nèi)存 擴充 設(shè)備管理功能：設(shè)備分配；設(shè)備處理（相當于啟動）；緩沖管理；虛 擬設(shè)備 文件管理功能：文件存儲空間管理；目錄管理；文件讀寫管理；文件 保護。 用戶接口：命令接口；程序接口；圖形接口 傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：無結(jié)構(gòu)OS；模塊化OS結(jié)構(gòu)；分層式OS結(jié)模塊化 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：操作系統(tǒng)是由按其功能劃分為若干個具有一定獨立性和大小 的模塊。每個模塊具有某個方面的管理功能，規(guī)定好模 塊之間的接口。 微內(nèi)核的基本功能：進程管理-存儲器管理-進程通信管理-I/O設(shè)備管 理 進程的特征：動態(tài)性(最基本)；并發(fā)性；異步性；獨立性；結(jié)構(gòu)特 征(程序

5、 段，數(shù)據(jù)段，進程控制塊PCB) 進程的基本屬性：可擁有資源的獨立單位；可獨立調(diào)度和分配的基本單位。 進程控制塊的基本組成：進程標識符；處理機的狀態(tài)；進程調(diào)度所需信息； 進程控制信息。 進程控制一般是由操作系統(tǒng)的內(nèi)核中的原語來實現(xiàn) 臨界資源：如打印機、磁帶機等一段時間內(nèi)只允許一個進程進行使用的資 源。 信號量：整型，記錄型，and型，信號量集。實現(xiàn)進程互斥，前趨尖 系，進 程同步。 semaphore 同步P操作在互斥P操作前 Swait(S, d, d)表示每次申請d個資源，當少于d個時，便不分配 Swait(S, 1,1)表示互斥信號量 Swait(S, 1,0)可作為一個可控幵矢(S 1

6、時，允許多個進程進入臨界區(qū)； S=o時，禁止任何進程進入臨界區(qū)) 同步機制應遵循的規(guī)則：空閑讓進；忙則等待；有限等待；讓權(quán)等待 生產(chǎn)者 進程i: Repeat 生產(chǎn)數(shù)據(jù)nextp； wait(empty); wait(mutex); bufferi n:二 nextp; in=(i n+1)% n ; sig nal(full); un til false; 消費者進程i: Repeat wait(full); wait(mutex); Nextc 二 buffer(out); out=(out+1)% n ; sig nal(empty); un til false; 哲學家i： Repea

7、t wait(SM); wait(chopsticki); wait(chopstick(i+1 )%5); 就餐； sig nal(chopstick(i+1 )%5); sig nal(sm); 繼續(xù)思考； un til false; Chopstick0.4=1 ;sm=4 讀者進程i : REPAET wait(rmutex); if readcout=0 wait(wmutex); Readco un t+; sig nal(rmutex); 訪問數(shù)據(jù)文件； wait(rmutex); Readco un t-; If readcout=0 wait(wmutex); sig nal

8、(rmutex); un til false; 寫者進程i : REPAET wait(wmutex); 修改文件； sig nal(wmutex); un til false; 司機與售票員的合作問題 VARS1 = 1;S2=0; 司機： Wait(s1); 啟動車輛； 正常行車； 到站停車 Sig nal(s2); 售票員： Wait(s2); 幵車門； 上下乘客； 矢車門 Sig nal(s1); 售票 讀者進程i : Var s=100;mutex=1; Wait(s); Wait(mutex); 查登記表，并置某座位為占用態(tài) 在座位上坐下閱讀; Wait(mutex); 查登記表，

9、并置某座為空閑狀態(tài) Sig nal(mutex); Sign al(s); 接收原語 Procedure receive(b) Begi n J=internal n ame; Wait(j.sm); Wait(j.mutex); Remove(j.mqJ); Sig nal(j.mutex); b.se nder 二 i.sizer; b.size 二 i.size; b.text 二 i.size; End; 進程通信的類型：共享存儲器系統(tǒng)；消息傳遞系統(tǒng)；管道通信管道通信：用 于連接一個讀進程和一個寫進程以實現(xiàn)他們通信的一個 共享文件，又名Pipe文件，本身提供了互斥和同步進程的能力。ne

10、xt:指向 下一個消息緩沖區(qū)的指針 線程的屬性：輕型實體；獨立調(diào)度和分派的基本單位；可并發(fā)執(zhí)行; 共享進程資源 作業(yè)的狀態(tài)進入”或提交”后備”運行”完成” 決定作業(yè)調(diào)度的兩個因素： 多道程序度；調(diào)度算法 周轉(zhuǎn)時間：完成時間-到達時間 帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間：周轉(zhuǎn)時間/執(zhí)行時間 先來先服務（FCFS） 短作業(yè)（進程）優(yōu)先SJ （P） F 高響應比優(yōu)先調(diào)度算法HRRN :響應比R =（到達時間）/服務 時間 時間片輪轉(zhuǎn)法RR 準則：面向用戶的準則（周轉(zhuǎn)時間短；反應時間快；截止時間的保證；優(yōu)先 權(quán)準則 ）；面向系統(tǒng)的準則（系統(tǒng)吞吐量高；處理機利用率好；各類資源的平衡利 用） 程序的裝入：絕對裝入方式；可重定位

11、裝入方式；動態(tài)運行時裝入方式。 程序的鏈接：1、靜態(tài)鏈接：程序運行前先鏈接，再裝入內(nèi)存：1）對相對地 址的改變2）變換外部調(diào)用符號 2、裝入時動態(tài)鏈接：裝入內(nèi)存時，邊裝入邊鏈接。 3、運行時動態(tài)鏈接：某些模塊的鏈接推遲到執(zhí)行時才執(zhí)行，用不到的模塊 可以不調(diào)入內(nèi)存。 產(chǎn)生死鎖的原因競爭資源：可剝奪和非剝奪性資源/臨時性資源；進程間推 進順序非法 死鎖是指多個進程在運行過程中因爭奪資源而造成的一種僵局，若無 外力作用，它們都將無法再向前推進。 處理死鎖的基本方法：預防死鎖；避免死鎖；檢測死鎖；解除死鎖產(chǎn)生死鎖 的必要條件互斥條件：資源本身的特性；請求和保持條件：在請求不到新資 源的時候進程不釋放原

12、來的資源；不剝奪條件：進 程獲得的資源，為使用完前不可被剝奪；環(huán)路等待條件：逬程對資源的請 求形成一個請求環(huán)形鏈 預防死鎖 1、 打破請求和保持條件：要求進程一次性申請到全部資源后再運行，不會 產(chǎn)生死鎖，但效率降低 2、打破不剝奪條件：要求進程提出新資源要求不被滿足后，必須釋放原來 的保持的資源，損失代價嚴重； 3、 打破環(huán)路等待條件：對資源進行線性排序編號，要求每個進程必須從低 號到高號申請資源，而不考慮進程實際申請資源的先后順序。死鎖的解除剝 奪資源；撤消進程拼接或緊湊：通過移動內(nèi)存中作業(yè)的位置，以把原來多個 分散的小分區(qū)拼接成一個大分區(qū)的方法。 虛擬存儲器的特征：多次性；對換性；虛擬性

13、銀行家算法：主要用來判斷在當前狀態(tài)下如果有進程提出資源請求 request,看是否能滿足該請求： a :判斷請求的合法性，是否滿足小于NEED矩陣中的向量； b :請求的可滿足性判斷，是否小于available向量； c :試探分配，修改相應的參數(shù) availableallocatio nn eed; d:進行安全性檢查，若分配后安全，則進行分配，若判斷從此進入了不安 全狀態(tài)，則恢復原來數(shù)據(jù)，對進程請求不予滿足。 安全性算法檢查： (1) 設(shè)定兩個向量work二available;finishi=true (2)從進程集合中找 到一個能滿足下述條件的進程:finishi=false;needi

14、O work。;若找到， 執(zhí)行步驟3,否則執(zhí)行步驟4 (3)當進程pi獲得資源后，可順利執(zhí)行，直到執(zhí)行，并釋放出分配給它的 資源 workj= workj+allocationij； finishi=true; Go to step2 (4)如果所有進程finishi=true都滿足，則系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，否則處于不 安全狀態(tài)。 Work need allocation work+allocation 虛擬存儲器是指具有請求調(diào)入功能和置換功能，能從邏輯上對內(nèi)存容量加以 擴充的一種存儲器系統(tǒng)。其邏輯容量由內(nèi)存容量和外存容量之和所決定的。 動態(tài)分區(qū)分配算法：首次適應算法：按地址遞增的順序；循環(huán)首次適

15、應算 法：從上次找到的空閑分區(qū)的下一個開始；最佳適應算法：按大小遞增的順 序；最壞適應算法：按地址遞減的順序 地址為A，頁面大小L頁號P,頁內(nèi)地址d : p=int （A/L） d=AmodL 分段系統(tǒng)的基本原理：分段：將作業(yè)的邏輯地址空間分為若干個 段，每個段內(nèi)定義一組邏輯信息。作業(yè)的地址空間分為段號（名）+段內(nèi)地 址兩部分。 段表：將不同的段分配到內(nèi)存不連續(xù)的存儲空間，當然，具體每個段，因為 長度可能不同，但是需連續(xù)的存儲空間，因此，段表內(nèi)需確定段號、段的長 度、段在內(nèi)存的起始地址0 分頁與分段區(qū)別：（1）頁是信息的物理單位，為了提高內(nèi)存利用率引入 的；段是信息的邏輯單位，是考慮用戶編程需

16、要分成的段。（2）頁 的大小固定，段的大小不確定（3）頁的邏輯地址是1維的，段的邏輯地址 是2維的。 段頁式存儲管理方式 基本原理：首先用戶程序分成若干個段，每個段內(nèi)再實施分頁，為每個段賦 予一個段名。在段頁式系統(tǒng)中，其地址結(jié)構(gòu)由段號、段內(nèi)頁號及頁內(nèi)地址三 頁號、物理塊號、狀態(tài)位p、訪問字段A、修改位M、外存地址 頁表機制：頁號和物理塊號，狀態(tài)位P （0表示在外存，沒有調(diào)入1表示 在內(nèi)存）；訪問字段A （段時間內(nèi)訪問次數(shù)或是否被訪問過，供頁面置換 出去時參考）；修改位M （段時間內(nèi)是否被修改過，置換時需要回寫到 外存對換區(qū)）；外存地址（將來調(diào)入內(nèi)存時使用）；物理塊的分配策略 固定分配局部置換

17、可變分配全局置換 可變分配局部置換 （1） （2） （3）物理塊分配算法 （1 ） 平均分配算法 （2）按比例分配算法（3）考慮優(yōu)先權(quán)的分配算法 最佳置換算法（Optimal） 先進先出置換算法（FIFO） 最近最久未使用（LRU） Clock置換算法 設(shè)備控制器是在CPU和I/O設(shè)備之間的接口，一個設(shè)備控制器控制幾個設(shè) 備。 設(shè)備控制器的功能接收和識別命令；數(shù)據(jù)交換；標識和報告設(shè)備的狀態(tài)； 地址識別；數(shù)據(jù)緩沖；差錯控制 通道是通過執(zhí)行通道程序，并與設(shè)備控制器共同實現(xiàn)對I/O設(shè)備的控 制的。 通道程序是由一系列通道指令所構(gòu)成的。 通道程序每條指令：（1）操作碼（2）內(nèi)存地址（3）計數(shù)（4）通

18、道程序結(jié)束位（5 ）記錄結(jié)束標志。 設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 1、設(shè)備控制表DCT 2、控制器控制表COCT、通道控制表CHCT 3、系統(tǒng)設(shè)備表 聯(lián)機命令的類型 系統(tǒng)訪問類（login）；磁盤操作類format、diskcopy ;文件操作類type ; 目錄操作類mkdir ；其它命令 spooling系統(tǒng)組成 （1）輸入井和輸出井 （2 ） 輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)（3 ）輸入進程spi和輸出進程spo SPOOLING系統(tǒng)的特點 提高了 I/O的速度；將獨占設(shè)備改造為共享設(shè)備；實現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能 設(shè)備處理程序通常又稱為設(shè)備驅(qū)動程序。是I/O進程與設(shè)備控制器之間的通 信程序，以進程的形式存在，故

19、稱為設(shè)備驅(qū)動進程。 連續(xù)分配的優(yōu)缺點： （1 ）順序訪問容易（2）順序訪問速度快（3）要求有連續(xù)的存儲空間 （4）必須事先知道文件的長度。 顯示鏈接是把鏈接文件個物理塊的指針顯式的存放在內(nèi)存的一張鏈接表中， 整個磁盤僅設(shè)置一張 混合索引分配方式：UNIX系統(tǒng)V的索引結(jié)點中： 直接尋址 iaddr(0)-iaddr(9)； 一次間接尋址iaddr(10)； 多次間接尋址iaddr(11) iaddr(12) 對目錄管理的要求如下： (1) 實現(xiàn)按名存取” (2) 提高對目錄的檢索速度 (3) 文件共享 (4) 允許文件重名 文件與文件控制塊-對應，人們把文件控制塊的有序集合稱為文件 目錄 多級目

20、錄結(jié)構(gòu) (1)提高了檢索目錄的速度(2)在不同的用戶目錄中，可以使用相 同的文件名 (3) 不同用戶還可以使用不同的文件名來訪問同一個共享文件。 輸入下列命令:cp filel file2時將文件filel拷貝成file2 #in clude #in elude vfen tl.h 琴 cude AsysZfypcshv s n c - udecsys、ss-f h Vs-f main(inf argcbhar * ag 八 elseli ceaf(a g2LSIWRTE sREAD 二 a A o ) prinffcoreaf %s faHedHa g2D A e-se n*ead( fch

21、bufszeof(buf)八 if(neo) 7SC cose(fd)八 fdl Hopen(a g2L0IRDWR)八 if(fd-AO) pinmopen ese fTFWl(D(fdbufs A if(mAO) pmfvwme %s f a 一一 e d 一一 ag v 2 2 ese cose 回溢沖2哺K s pipe()邑* 丹潔申 程間的通信。父進程 if(k=fork()=0) 分。 創(chuàng)建兩個子進程， 兩 lockf(fd1,150); Hash函數(shù)，可將記 個子進程分別向管 write(fd1,nlam 錄鍵值轉(zhuǎn)換為相應 道中寫一條消息： chlid2nM,13); 記錄的地

22、址。 “1 am 盤塊的分配： childl. ” 和 else (1)順序掃描位示 “I am child2. lockf(fd0,150); 圖，找出值為0的二 m=read(fdO,li ne,26) 進制位進行分配。 #in clude 5 (2)將所找到的每 #i ncludevu ni std.h write(STDOUT_FIL 一個位，轉(zhuǎn)換為相應 int mai n() ENOJi ne,m); 的盤塊號b=n (i-1)+j int j,k,m; (n為每行位數(shù)) int fd2; (3)修改位示圖，令 char lin e40; mapi,j=1 pipe(fd); 系統(tǒng)調(diào)

23、用的類型 盤塊的回收： if(j=fork()=0) (1)進程控制類 1、將回收的盤 lockf(fd1,1s0); (2 )文件操縱類 塊號轉(zhuǎn)換為仃號 write(fd1,Hi am (3 )進程通信類 和列號 chlid1nn,13); i=(b-1)/n+1 lockf(fd150,0); 對對象操縱和管理 j=(b-1)% n+1 的軟件集合是文件 2、修改位示圖。令 else 管理系統(tǒng)的核心部 mapiJ=0 系統(tǒng)調(diào)用在本質(zhì)上 int retpid = 0; 父進程創(chuàng)建一個子 是應用程序請求操 in tstatus=0; 進程，在子進程運行 作系統(tǒng)內(nèi)核完成某 childpid 二 fork: 時顯示當前目錄下 功能時的一種過程 if(childpid 0) 的所有文件和目錄5 調(diào)用，屬于特殊的過 printf( 父進程輸出子進程 程調(diào)用 HfailnH); 和自己進程的ID。在 系統(tǒng)調(diào)用的類型 else if(childpid =0) 程序運行時控制進 (1)進程控制類 pri ntf(ns