操作系統(tǒng)原理獨(dú)家期末考試復(fù)習(xí)(共16頁)

1、操作系統(tǒng)原理(yunl)考試大綱操作系統(tǒng)(co zu x tn)概論理解(lji)操作系統(tǒng)的定義及目標(biāo)； _1掌握操作系統(tǒng)的特征； _61、操作系統(tǒng)的定義P1操作系統(tǒng)是控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件和軟件資源、合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程以及方便用戶使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的程序的集合2、操作系統(tǒng)的作用 P21.操作系統(tǒng)是用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口/用戶接口2.操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者/合理管理3.操作系統(tǒng)擴(kuò)充了機(jī)器功能/性能4.操作系統(tǒng)合理組織工作流程3、操作系統(tǒng)的功能 P3處理機(jī)管理，內(nèi)存管理，設(shè)備管理，文件管理，用戶接口和命令接口4、多道批處理操作系統(tǒng) P10指內(nèi)存中可同時(shí)存在多任務(wù)，且可實(shí)現(xiàn)處

2、理器與I/O設(shè)備的并發(fā)執(zhí)行，進(jìn)一步提高系統(tǒng)資源利用率。5、多道指的什么？批處理指的什么？P10多道是指在內(nèi)存中裝入多道作業(yè)，使它們6、操作系統(tǒng)的特征 P171）并發(fā)2）共享3）虛擬(xn)4）異步性7、并發(fā)(bngf)性與并行性的區(qū)別P17并發(fā)是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一(tngy)時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生，并行是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生。并行性具有并發(fā)的含義，但并發(fā)事件不一定具有并行性。處理機(jī)管理理解進(jìn)程與程序的區(qū)別。 _3了解CPU的工作狀態(tài)； _4掌握進(jìn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換？ _5掌握進(jìn)程的主要控制功能進(jìn)程的創(chuàng)建、進(jìn)程的撤銷、進(jìn)程的阻塞與喚醒、進(jìn)程的掛起與激活進(jìn)程高級(jí)通信的三大類型 _12掌握線程提出的

3、意義 _13具有直接前驅(qū)關(guān)系的進(jìn)程必須是順序執(zhí)行的。1、進(jìn)程的定義 P261）進(jìn)程是程序在處理機(jī)上的一次執(zhí)行過程。2）進(jìn)程是可以和別的計(jì)算機(jī)并行執(zhí)行的計(jì)算。3）進(jìn)程可定義為一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及能在其上進(jìn)行操作的一個(gè)程序。4）進(jìn)程是一個(gè)程序及其數(shù)據(jù)在處理機(jī)上順序執(zhí)行時(shí)所發(fā)生的活動(dòng)。5）進(jìn)程是程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上的運(yùn)行過程，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位。國內(nèi)定義：進(jìn)程是一個(gè)具有一定獨(dú)立功能的程序關(guān)于某個(gè)數(shù)據(jù)集合的一次可以并發(fā)執(zhí)行的運(yùn)行活動(dòng)。2、進(jìn)程組成的三要素，PCB的作用以及其主要包括的內(nèi)容 P26三要素：程序(chngx)，數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊 。 PCB作用(zuyng)： 為了描述和記錄進(jìn)

4、程的動(dòng)態(tài)變化過程。PCB內(nèi)容：PID、名稱(mngchng)、下一指針、優(yōu)先級(jí)、狀態(tài)。3、進(jìn)程與程序的關(guān)系（答出4點(diǎn)即可） P261）進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的，程序是靜態(tài)的2）進(jìn)程是暫時(shí)的，程序是永久的3）進(jìn)程的組成包括程序4）進(jìn)程具有并發(fā)性5）進(jìn)程具有創(chuàng)建其他進(jìn)程的功能，程序沒有6）進(jìn)程和程序是密切相關(guān)的4、進(jìn)程的類型與CPU的狀態(tài) P28進(jìn)程類型：1）系統(tǒng)進(jìn)程和用戶進(jìn)程 2）父進(jìn)程和子進(jìn)程CPU狀態(tài)：核心態(tài)與用戶態(tài)（管態(tài)和目態(tài)）5、進(jìn)程的三個(gè)基本狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換？ P29三態(tài)：就緒態(tài)，運(yùn)行態(tài)，阻塞態(tài) 轉(zhuǎn)換： 就緒運(yùn)行（進(jìn)程調(diào)度時(shí)） 運(yùn)行就緒（時(shí)間片用完時(shí)） 運(yùn)行阻塞（因等待某事件而無法繼續(xù)運(yùn)行時(shí)） 阻塞就

5、緒（等待的事件已經(jīng)發(fā)生時(shí)）6、創(chuàng)建態(tài)與結(jié)束態(tài) P30創(chuàng)建態(tài)：進(jìn)程正在被創(chuàng)建，還沒轉(zhuǎn)到就緒態(tài)之前結(jié)束態(tài)：進(jìn)程(jnchng)已結(jié)束運(yùn)行，釋放資源7、進(jìn)程創(chuàng)建(chungjin)過程 P321）先向系統(tǒng)申請(qǐng)一個(gè)(y )空閑的PCB2）為新進(jìn)程分配必要的資源3）初始化進(jìn)程控制塊4）將新進(jìn)程插入就緒隊(duì)列8、進(jìn)程引入掛起功能的目的 P35為了更好的管理和調(diào)度進(jìn)程及適應(yīng)系統(tǒng)的功能目標(biāo)，提高資源利用率9、進(jìn)程阻塞與喚醒以及進(jìn)程的掛起與激活的方式 P35阻塞：正在執(zhí)行的進(jìn)程當(dāng)出現(xiàn)某個(gè)事件無法繼續(xù)執(zhí)行時(shí)，進(jìn)程便通過調(diào)用阻塞原語把自己阻塞起來喚醒：一是由系統(tǒng)進(jìn)程喚醒；二是由事件發(fā)生進(jìn)程喚醒掛起：把發(fā)出掛起原語的進(jìn)

6、程自身掛起或者它的子孫掛起激活：激活一個(gè)具有指定標(biāo)識(shí)名的進(jìn)程或者激活某進(jìn)程及其子孫進(jìn)程阻塞和掛起是主動(dòng)的，喚醒和激活是被動(dòng)的。10、進(jìn)程從用戶態(tài)切換到核心態(tài)的原因？ P37當(dāng)機(jī)器指令發(fā)生中斷，操作系統(tǒng)馬上保護(hù)中斷點(diǎn)的處理機(jī)現(xiàn)場，將處理機(jī)模式從用戶態(tài)轉(zhuǎn)換成核心態(tài)11、進(jìn)程切換過程 P371）保存處理機(jī)的上下文2）修改當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程的進(jìn)程控制塊3）選擇另一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行4）修改被調(diào)度(diod)進(jìn)程的進(jìn)程控制塊5）將當(dāng)前進(jìn)程(jnchng)存儲(chǔ)管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)修改為新選進(jìn)程的存儲(chǔ)管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)6）恢復(fù)上次切換(qi hun)出的現(xiàn)場，運(yùn)行新選進(jìn)程 12、進(jìn)程高級(jí)通信方式 P38分為三大類：共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)，管道

7、通信系統(tǒng)以及消息傳遞系統(tǒng)13、線程引入的目的以及其與進(jìn)程的關(guān)系 P42目的：為了減少程序并發(fā)執(zhí)行時(shí)所付出的時(shí)空開銷，使操作系統(tǒng)具有更好的并發(fā)性關(guān)系：線程是進(jìn)程內(nèi)一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的可以并行執(zhí)行單元，是進(jìn)程內(nèi)的一個(gè)可調(diào)度實(shí)體進(jìn)程調(diào)度、同步、通信及死鎖理解進(jìn)程的調(diào)度模式 重點(diǎn)掌握進(jìn)程同步與互斥的機(jī)制的應(yīng)用，特別是3個(gè)信號(hào)量以上的應(yīng)用；重點(diǎn)掌握死鎖產(chǎn)生的原因及條件以及銀行家算法的應(yīng)用；重點(diǎn)掌握進(jìn)程的調(diào)度與作業(yè)調(diào)度的關(guān)系與區(qū)別。掌握各種進(jìn)程調(diào)度算法，特別是時(shí)間片輪回和優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法理解臨界區(qū)掌握互斥問題的軟件方法和硬件方法以及優(yōu)缺點(diǎn)理解管程的思想調(diào)度1、調(diào)度模式 P54調(diào)度模式一般分為三級(jí)：高級(jí)調(diào)度（作業(yè)調(diào)

8、度）、中級(jí)調(diào)度（中程調(diào)度對(duì)換調(diào)度）和低級(jí)調(diào)度（作業(yè)調(diào)度）2、選擇調(diào)度算法的依據(jù) P551）系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)（主要依據(jù)）判斷題2）資源利用率3）均衡系統(tǒng)(xtng)與用戶的要求3、進(jìn)程(jnchng)與作業(yè)的關(guān)系P55 P56進(jìn)程是作業(yè)的執(zhí)行狀態(tài)，一個(gè)(y )作業(yè)實(shí)際上是由一組相應(yīng)的進(jìn)程來完成的，當(dāng)作業(yè)所對(duì)應(yīng)的進(jìn)程完成時(shí)，作業(yè)便進(jìn)入了完成狀態(tài)，整個(gè)作業(yè)也就完成了4、作業(yè)調(diào)度與進(jìn)程調(diào)度算法P58 P60作業(yè)調(diào)度算法：先來先服務(wù)算法、最短作業(yè)優(yōu)先算法和響應(yīng)比高者優(yōu)先調(diào)度算法。進(jìn)程調(diào)度算法：1)先來先服務(wù)算法 2)短進(jìn)程優(yōu)先算法 3)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法() 4)優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法() 5)多隊(duì)列調(diào)度算法 6）多級(jí)

9、反饋隊(duì)列調(diào)度算法5、高響應(yīng)比優(yōu)先、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)、優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法P61-63時(shí)間片輪轉(zhuǎn)優(yōu)點(diǎn)：1）提高進(jìn)程的并發(fā)性 2）縮短每一作業(yè)的相應(yīng)時(shí)間 3）提高系統(tǒng)的資源利用率。 缺點(diǎn)：開銷大優(yōu)先權(quán)的類型：A、靜態(tài)優(yōu)先權(quán)（優(yōu)缺：簡單易行、系統(tǒng)開銷小，但不夠精確，容易出現(xiàn)故障）B 、動(dòng)態(tài)優(yōu)先權(quán)（1.隨其等待時(shí)間的增長，其優(yōu)先權(quán)以速率增加； 2.隨著進(jìn)程運(yùn)行時(shí)間增加，其優(yōu)先權(quán)以速率下降）6、衡量調(diào)度算法優(yōu)劣的性能指標(biāo) P651）周轉(zhuǎn)時(shí)間2）吞吐(tnt)率3）相應(yīng)(xingyng)時(shí)間4）設(shè)備(shbi)利用率進(jìn)程互斥與同步1、互斥與同步P73互斥關(guān)系：共享資源、獨(dú)占資源同步關(guān)系：進(jìn)入?yún)^(qū)、退出區(qū)、臨界區(qū)2、臨界

10、資源定義，主要包含哪些？ P75臨界資源是指一次僅允許一個(gè)進(jìn)程使用的硬件或軟件資源。一般包括慢速輸入/輸出與存儲(chǔ)設(shè)備（如打印機(jī)、磁帶機(jī)等），共享代碼段、共享變量、共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、緩沖區(qū)等。3、競態(tài)條件 P75兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程并發(fā)地讀寫一個(gè)共享數(shù)據(jù)，共享數(shù)據(jù)的值取決于最后訪問它的進(jìn)程的執(zhí)行結(jié)果的情況稱為競態(tài)條件。4、同步機(jī)構(gòu) P76同步機(jī)構(gòu)是指能實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步的機(jī)制，該機(jī)制能把其它進(jìn)程需要的信息發(fā)送出去，也能測試自己需要的信息是否到達(dá)。同步機(jī)構(gòu)應(yīng)遵循的4個(gè)準(zhǔn)則：1）空閑讓進(jìn) 2）忙則等待 3）有限等待 4）讓權(quán)等待5、解決互斥問題的軟件方法與硬件方法的優(yōu)缺點(diǎn)？ P76軟件方法：1.單標(biāo)志法（缺：強(qiáng)制各

11、進(jìn)程輪流進(jìn)入臨界區(qū)，沒有考慮進(jìn)程的實(shí)際需要，容易造成資源利用不充分） 2.雙標(biāo)志法（優(yōu)：各進(jìn)程不用交替進(jìn)入臨界區(qū)，進(jìn)程可連續(xù)多次使用臨界資源 缺：Pi和Pj可能同時(shí)進(jìn)入臨界區(qū)）硬件方法：1.檢測(jin c)和設(shè)置指令TS 2.用Swap指令實(shí)現(xiàn)互斥硬件方法的優(yōu)點(diǎn)：適用于任意數(shù)目的進(jìn)程；在單處理器或多處理器上實(shí)現(xiàn)簡單，容易驗(yàn)證其正確性；可以支持進(jìn)程內(nèi)存在多個(gè)臨界區(qū)，只需為每個(gè)臨界區(qū)設(shè)立一把鎖(一個(gè)(y )共享變量)缺點(diǎn)(qudin)：存在忙等現(xiàn)象，未能實(shí)現(xiàn)“讓權(quán)等待”，還可能產(chǎn)生“饑餓”現(xiàn)象，永遠(yuǎn)在判斷等6、信號(hào)量機(jī)制以及其種類 P80種類：整形信號(hào)量、紀(jì)錄型信號(hào)量、信號(hào)量集7、記錄型信號(hào)量解

12、決忙等待現(xiàn)象的原理 P80（1）原句wait（S）： wait（semaphore S） S.value -; if (S.value0) block(S,L); 8、信號(hào)量集機(jī)制P861)AND型信號(hào)量 2）一般信號(hào)量集9、經(jīng)典同步模型？P881）生產(chǎn)者消費(fèi)者問題2）讀者寫者問題3）哲學(xué)家進(jìn)餐(jn cn)問題10、進(jìn)程同步與互斥的經(jīng)典模型實(shí)際(shj)應(yīng)用舉例P88-9311、管程機(jī)制(jzh)P95管程是管理進(jìn)程間同步的另一種機(jī)制，它基于抽象數(shù)據(jù)類型，通過將系統(tǒng)中硬件與軟件資源用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)加以抽象地描述，是一種實(shí)現(xiàn)方便、安全有效的同步機(jī)制。管程由三部分組成：（1）局部于管理的共享變量說明；

13、（2）對(duì)該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作的一組過程。死鎖1、死鎖定義P104當(dāng)某一進(jìn)程提出資源的使用要求后，使得系統(tǒng)中一些進(jìn)程處于無休止的阻塞狀態(tài)，在無外力的作用下，這些進(jìn)程永遠(yuǎn)也不能繼續(xù)前進(jìn)，這種現(xiàn)象稱為死鎖。2、產(chǎn)生死鎖的條件P1091）互斥2）占有等待3）非剝奪4）等待循環(huán)3、解決死鎖的途徑 P111死鎖預(yù)防、死鎖避免、死鎖檢測及死鎖恢復(fù)4、死鎖避免，安全狀態(tài)和銀行家算法P113-115安全狀態(tài)：指系統(tǒng)處于(chy)一定無死鎖狀態(tài)。5、安全狀態(tài)檢查(jinch)算法的原理P1156、銀行家算法(sun f)舉例P114存儲(chǔ)管理掌握內(nèi)存分配的各種算法；掌握不同存儲(chǔ)分配的保護(hù)機(jī)制；理解虛擬內(nèi)存的定義和作用

14、；重點(diǎn)掌握動(dòng)態(tài)可變分區(qū)；理解分頁式管理與分段式管理？掌握虛擬內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)方法重點(diǎn)掌握請(qǐng)求分頁式管理的一般過程存儲(chǔ)管理1、存儲(chǔ)管理的主要功能 P123主要功能包括主存空間空間分配和管理、地址轉(zhuǎn)換和重定位、存儲(chǔ)保護(hù)和共享及存儲(chǔ)擴(kuò)充等四方面。2、主存分配與管理實(shí)現(xiàn)的方法P123連續(xù)分配、離散分配3、分區(qū)存儲(chǔ)管理，特別是動(dòng)態(tài)分區(qū)管理原理以及其優(yōu)缺點(diǎn) P127動(dòng)態(tài)分區(qū)是指分區(qū)的大小、數(shù)量和位置隨著內(nèi)存中進(jìn)程的大小和數(shù)量動(dòng)態(tài)變化。優(yōu)缺點(diǎn)：動(dòng)態(tài)分區(qū)管理分配與回收P1305、覆蓋(fgi)技術(shù)與交換技術(shù)P132交換技術(shù)是指把內(nèi)存中暫時(shí)不能運(yùn)行的進(jìn)程或暫時(shí)不用的程序和數(shù)據(jù)，換出到外存，已騰出足夠(zgu)的內(nèi)存空

15、間，把已具備運(yùn)行條件的進(jìn)程，或進(jìn)程所需要的程序和數(shù)據(jù)，換入內(nèi)存運(yùn)行。6、分頁管理(gunl)的原理以及其目的 P134原理：將進(jìn)程連續(xù)邏輯地址空間轉(zhuǎn)換成主存中不連續(xù)物理地址空間的一種方式。目的：為了解決內(nèi)存連續(xù)分配所產(chǎn)生的過多碎片，及由于采用緊湊處理碎片而造成的過大的系統(tǒng)開銷。7、地址轉(zhuǎn)換的原理P138 8、分段存儲(chǔ)管理原理以及地址轉(zhuǎn)換原理P139虛存管理程序訪問的局部性原理 P145時(shí)間局部性空間局部性順序局部性虛存實(shí)現(xiàn)的方法 P147請(qǐng)求分頁管理請(qǐng)求(qngqi)分段管理實(shí)現(xiàn)(shxin)虛存原理的硬件與軟件有哪些？ 請(qǐng)求分頁管理(gunl) P147硬件：缺頁中斷機(jī)構(gòu)、地址變換機(jī)構(gòu)軟件：

16、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要是頁表，實(shí)現(xiàn)用戶地址空間到物理地址空間的映射。 頁表的內(nèi)容包括：頁號(hào)、頁框號(hào)、狀態(tài)位、訪問字段、修改位、外存地址請(qǐng)求分段管理 P156硬件：缺段中斷機(jī)構(gòu)、地址變換機(jī)制軟件：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要是段表，實(shí)現(xiàn)用戶地址空間到物理地址空間的映射。 段表的內(nèi)容包括：段號(hào)、段長、段起始地址、存取方式、訪問字段、修改位、存在位、增補(bǔ)位、外存始址請(qǐng)求分頁式管理的地址轉(zhuǎn)換過程 P149獲得訪問要求，即邏輯地址；判斷頁號(hào)是否大于頁表長度，若大于則進(jìn)行越界處理；否則繼續(xù)；CPU檢索快表，判斷頁表項(xiàng)是否在快表中，若頁表項(xiàng)不在快表中，訪問頁表，否則繼續(xù)；判斷頁是否在內(nèi)存，若不在內(nèi)存，則產(chǎn)生缺頁中斷，請(qǐng)求調(diào)頁，保留C

17、PU現(xiàn)場，從外存中找到缺頁，否則修改快表；判斷內(nèi)存是否已滿，是就選擇一頁被修改過的寫到外存去，否就直接從外存中讀取缺頁，啟動(dòng)I/O硬件將一頁從外存讀入內(nèi)存，修改頁表，修改快表；修改(xigi)訪問字段和修改位；形成訪問的物理地址，結(jié)束(jish)地址變換過程。置換(zhhun)算法、缺頁率、有效訪問時(shí)間、工作集和抖動(dòng)現(xiàn)象 P151置換算法： P151最佳置換算法先進(jìn)先出置換算法最近很久未使用置換算法時(shí)鐘置換算法最少使用置換算法頁面緩沖置換算法缺頁率是指出現(xiàn)缺頁的概率，或是缺頁時(shí)間間隔的概率。 P152有效訪問時(shí)間是指訪問程序代碼或數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間。 P153抖動(dòng)現(xiàn)象是虛存請(qǐng)求分頁管理機(jī)制下的產(chǎn)

18、物，缺頁率上升，程序的大部分時(shí)間都進(jìn)行換入換出，CPU的利用率下降。請(qǐng)求分段式管理的地址轉(zhuǎn)換過程 P157獲得訪問要求，即邏輯地址；判斷段內(nèi)偏移地址量w是否小于段長，若不小于則進(jìn)行分段越界處理；否則繼續(xù)；判斷該請(qǐng)求是否符合存取方式，若不符合則進(jìn)行分段保護(hù)處理；否則繼續(xù)：判斷段S是否已經(jīng)調(diào)入主存，若沒有，則進(jìn)行分段保護(hù)處理；否則繼續(xù)；修改訪問字段，根據(jù)存取方式設(shè)置改位的值；形成訪問的物理地址，結(jié)束(jish)地址變換過程。設(shè)備(shbi)管理理解外設(shè)的數(shù)據(jù)(shj)傳送方式；理解中斷過程掌握設(shè)備的分配機(jī)制；掌握磁盤調(diào)度算法； 1、系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu) P167計(jì)算機(jī)的I/O系統(tǒng)是主機(jī)和外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)，主要有總線型和通道型兩種結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)傳送方式 P169程序直接控制方式、程序中斷控制方式、DMA控制方式、I/O通道控制方式向量型中斷 P171向量中斷即中斷源的識(shí)別標(biāo)志，有中斷向量表，可用來存放中斷服務(wù)程序的入口地址或跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序的入口地址。中斷處理過程：中斷請(qǐng)求、中斷響應(yīng)、中斷處理、中斷返回設(shè)備分配的虛擬方式 P177SPOOLng系統(tǒng)，是操作系統(tǒng)中采用的一項(xiàng)將獨(dú)占設(shè)備改造成共享設(shè)備的技術(shù)。磁盤調(diào)度策略 P183先來先服務(wù)最短尋道時(shí)間優(yōu)先SCAN算法（掃描算法）C-SCAN算法(sun f)文