操作系統(tǒng)復(fù)習

1、用戶與操作系統(tǒng)的接口有命令接旦，系統(tǒng)調(diào)用兩種。用戶程序調(diào)用操作系統(tǒng)有關(guān)功能的途徑是利用系統(tǒng)調(diào)用命令。UNIX系統(tǒng)是分時操作系統(tǒng)，DOS系統(tǒng)是單用戶操作系統(tǒng)?，F(xiàn)代計算機中，CPU工作方式有目態(tài)和管態(tài)兩種。目態(tài)是指運行用戶程序，管態(tài)是指運 行操作系統(tǒng)程序。執(zhí)行編譯程序時，CPU處于目態(tài)。從資源分配的角度講，計算機系統(tǒng)中的資源分為處理機、存儲器、輸入/輸出設(shè)備和文 件資源。操作系統(tǒng)相應(yīng)的組成部分是處理機管理、存儲器管理、設(shè)備管理和文件系統(tǒng)。根據(jù)服務(wù)對象不同，常用的單處理機OS可以分為如下三種類型：允許多個用戶在其終端上同時交互地使用計算機的OS稱為分時OS，它通常采用時間片 輪轉(zhuǎn)策略為用戶服務(wù)；允許

2、用戶把若干個作業(yè)提交計算機系統(tǒng)集中處理的OS，稱為批處陞S，衡量這種系統(tǒng) 性能的一個主要指標是系統(tǒng)的吞吐率；在實時OS的控制下，計算機系統(tǒng)能及時處理由過程控制反饋的數(shù)據(jù)并作出響應(yīng)。設(shè)計 這種系統(tǒng)時，應(yīng)首先考慮系統(tǒng)的實時性和可靠性。實時系統(tǒng)通常采用雙工體制方法來提高可靠性。進程的“同步”和“互斥”反映了進程間直接制約和間接制約 的關(guān)系。死鎖產(chǎn)生的原因是系統(tǒng)資源不足和進程推進路徑非法。產(chǎn)生死鎖的四個必要條件互斥條件、非搶占條件、占有且等待資源條件、循環(huán)等待條 件。在操作系統(tǒng)中，信號量是表示資源的物理實體，它是一個與隊列有關(guān)的整型變量，其值 僅能由P-V原語來改變。每執(zhí)行一次P原語，信號量的數(shù)值S減

3、1。如果S=0，該進程繼續(xù)執(zhí)行；若S0,貝阻 塞該進程，并把它插入該信號量對應(yīng)的阻塞隊列中。每執(zhí)行一次V原語，信號量的數(shù)值S加1。如果 g，Q進程繼續(xù)執(zhí)行；如果S=0， 則從對應(yīng)的等待隊列中移出一個進程R，該進程狀態(tài)變?yōu)榫途w。利用信號量實現(xiàn)進程的互斥，應(yīng)為臨界區(qū)設(shè)置一個信號量mutex。其初值為1，表示該 資源尚未使用，臨界區(qū)應(yīng)詈于？(mutex)和V (mutex)原語之間。在多道環(huán)境下，由于進程的并發(fā)執(zhí)行，一段程序為多個進程共享時，要求在執(zhí)行的過程 中，該段程序的指令和數(shù)據(jù)不能被修改，這樣的程序段稱為純過程。主存儲器可被處理器直接訪問，但處理器不能直接訪問輔助存儲器。二級存儲方法是利用輔助

4、存儲器存放準備運行的程序和數(shù)據(jù)，當需要時或主存空間允許 時，隨時將它們讀入主存儲器。主存儲器分成系統(tǒng)區(qū)，用戶區(qū)兩部分。用戶區(qū)來存放用戶的程序和數(shù)據(jù)。存儲管理是對主存空間的用戶區(qū)進行管理。存儲管理的目的是盡可能地方便用戶和提高主存空間利用率。存儲管理時，系統(tǒng)必須建立一張主存空間分配表，記錄主存空間的分配情況。用戶程序中使用的是邏輯地址，而處理器執(zhí)行程序時要按絕對地址訪問主存。為了防止各作業(yè)相互干擾和保護各區(qū)域內(nèi)的信息不被破壞，必須實現(xiàn)存儲保護.存儲保護工作由硬件，軟件配合實現(xiàn)。程序執(zhí)行時訪問屬于自己主存區(qū)域內(nèi)的信息時既可讀，可寫。若主存儲器的容量為n個字節(jié)，則以絕對地址編址時，其地址編號為。到n

5、zLJ3.每個用戶都可認為自己的作業(yè)和數(shù)據(jù)可放在一組從0地址開始的連續(xù)空間中，這種地址 稱為邏輯地址.把邏輯地址轉(zhuǎn)換成絕對地址的工作稱為重定位或地址轉(zhuǎn)換。重定位的方式有兩種，靜態(tài)重定位把作業(yè)的指令和數(shù)據(jù)地址在作業(yè)裝入時全部轉(zhuǎn)換成絕 對地址；動態(tài)重定位，則在每條指令執(zhí)行時才做地址轉(zhuǎn)換工作。采用動態(tài)重定位的系統(tǒng)支持“程序浮動”。一個分區(qū)的存儲管理把用戶作為一個連續(xù)的分區(qū)分配給一個作業(yè)使用。采用覆蓋技術(shù)，使主段常駐主存，其他段輪流裝入主存的覆蓋區(qū)。在分時系統(tǒng)中，分區(qū)存儲管理采用對換技術(shù)，讓多個用戶作業(yè)輪流進入主存儲器執(zhí)行多分區(qū)的存儲管理可采用固定分區(qū)方式或可變分區(qū)方式進行管理。主存分配表中登記了各分

6、區(qū)的起始地址和長度，并有一位占用標志位。固定分區(qū)存儲管理以判別地址W絕對地址上限地址”，實現(xiàn)存儲保護?？勺兎謪^(qū)管理時，根據(jù)作業(yè)需要的主存量和當時主存空間的使用情況決定是否可以裝入 該作業(yè)。可變分區(qū)管理方式下，主存的分區(qū)長度不是預(yù)先固定的，且分區(qū)的個數(shù)也隨作業(yè)的隨機 性而不確定。采用可變分區(qū)方式管理主存時，主存分配表可用兩張表格組成，一張是已分配區(qū)表，另 一張是空閑區(qū)表?？勺兎謪^(qū)方式常用的主存分配算法有：最先適應(yīng)、最優(yōu)適應(yīng)和最壞適應(yīng)等分配算法。最先適應(yīng)分配算法簡單，但可能把大的主存空間分割成許多小的分區(qū)，形成許多不連續(xù) 的空閑區(qū)，即碎片。最優(yōu)適應(yīng)分配算法把空閑區(qū)按長度以遞增順序登記在空閑表中，使

7、找到的第一個滿足作 業(yè)要求的分區(qū)最小。固定分區(qū)方式管理采用靜態(tài)重定位方式裝入作業(yè)，可變分區(qū)方式管理時采用動態(tài)重定位 方式裝入作業(yè)。45 .硬件中設(shè)置了基址寄存器和限長寄存器配合完成地址轉(zhuǎn)換和存儲保護。用可變分區(qū)方式管理主存儲器時，可采用移動技術(shù)使分散的空閑區(qū)集中起來，提高主存 空間的利用率。某個作業(yè)在執(zhí)行過程中正在等待外圍設(shè)備傳輸信息，則該作業(yè)不能移動。采用移動技術(shù)時應(yīng)盡可能減少移動的作業(yè)數(shù)和信息量。在頁式存儲管理時，要求程序中的邏輯地址進行分頁，頁的大小與塊大小一致。作業(yè)的頁表中包含邏輯地址中的頁號與主存中塊號的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)頁表等可用公式“塊號X塊長+頁內(nèi)地址”求出絕對地址。頁式的主存分配

8、表可用位示圖構(gòu)成，某位取值為“0”表示對應(yīng)塊為空閑。頁式存儲管理作地址重定位時，實際上是把塊號作為絕對地址的高位地址，而頁內(nèi)地址 作為它的低地址部分。頁式存儲管理按給定的邏輯地址讀寫時，要訪問兩次主存，第一次按頁號讀出頁表中對 應(yīng)的塊號，第二次按計算出來的絕對地址進行讀寫。把一段時間內(nèi)總是經(jīng)常訪問的某些頁登記在快表中，可實現(xiàn)快速查找，并提高指令執(zhí)行 速度。頁式存儲管理提供連續(xù)的邏輯地址，而段式存儲管理中段間的邏輯地址是不連續(xù)的.分頁是由系統(tǒng)自動地完成的，而分段是由用戶決定的。段式存儲管理要有硬件地址轉(zhuǎn)換機構(gòu)做支撐，段表的表目起到了基址的作用。段頁式存儲管理兼顧了段式在邏輯上清晰和頁式在管理上方

9、便的優(yōu)點。虛擬存儲器實際上是為擴大主存容量而采用的一種設(shè)計技巧，從用戶角度看，好像計算 機系統(tǒng)提供了容量很大的主存儲器。在頁式虛擬存儲管理中，若欲訪問的頁面不在主存中，則產(chǎn)生一個缺頁中斷，由操作系 統(tǒng)把當前所需的頁面裝入主存儲器中。常用的頁面調(diào)度算法有1國算法，覷算法和 皿算法。在頁面調(diào)度時，如果剛被調(diào)出頁面又要立即裝入，而裝入不久的頁面又被選中調(diào)出，這 種頻繁的裝入/調(diào)出現(xiàn)象稱為抖動。缺頁中斷率與分配給作業(yè)的主存塊數(shù)有關(guān)，分配給作業(yè)的主存塊數(shù)多，能降低缺頁中斷 率；反之，缺頁中斷率就高。文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中的重要組成部分，它對信息進行管理。文件管理的主要工作是管理用戶信息的存儲、檢索、更新、

10、共享和保護。文件管理為用戶提供按文件名存取文件的功能。文件是邏輯上具有完整意義的信息集合.文件存取有多種方式，采用哪一種方式與用戶的使用要求和存儲介質(zhì)的特征有關(guān).存儲介質(zhì)上連續(xù)信息所組成的一個區(qū)域稱為塊，它是存儲設(shè)備與主存之間信息交換的物 理單位。從對文件信息的存取次序考慮，存取方法可分為順序存取，隨機存取和隨機存取兩類磁帶機是適合于順序存取的存儲設(shè)備，而磁盤上的文件既能順序存取又能隨機存取.文件系統(tǒng)對文件統(tǒng)一管理的目的是方便用戶且保證文件的安全可靠。用戶按信息的使用和處理方式組成文件，稱為邏輯結(jié)構(gòu)。當用戶要求讀寫文件時，文件系統(tǒng)實現(xiàn)邏輯文件和物理文件之間的轉(zhuǎn)換。文件目錄是用于搜索文件的，它是

11、文件系統(tǒng)實現(xiàn)按名存取的重要手段。一級目錄結(jié)構(gòu)在文件目錄中登記的各個文件都有丕同文件名。14 .在二級目錄結(jié)構(gòu)中，第一級為主文件目錄，第二級為用戶文件目錄。在樹形目錄結(jié)構(gòu)中，路徑名是從根目錄出發(fā)到某文件的通路上所有各級子目錄名和該文 件名的順序組合。相對路徑名指出了從當前日錄出發(fā)到指定文件的路徑。邏輯文件可分為的流式文件和記錄式文件兩類。流式文件是指用戶對文件內(nèi)的信息不再劃分可獨立的單位，整個文件由依次的一串信息 組成。記錄式文件中，邏輯記錄是文件內(nèi)可以獨立存取的最小信息單位.磁帶上的每個文件都有文件頭標、文件信息，文件尾標三部分組成。在磁盤上常用的組織方式有順序結(jié)構(gòu)、鏈接結(jié)構(gòu)、索引結(jié)構(gòu)。順序文

12、件是具有邏輯記錄順序與磁盤塊順序相一致的文件結(jié)構(gòu)的文件。順序文件把邏輯上連續(xù)的信息存放在磁盤相鄰的塊上，所以它不適于文件的隨機存取.用指針把不連續(xù)的磁盤塊按所存放的邏輯記錄的順序鏈接起來，形成文件的鏈接結(jié)構(gòu)鏈接文件采用順序存取方式是高效的，而采用隨機存取方式是低效的。索引結(jié)構(gòu)為每個文件建立一張索魅，把指示每個邏輯記錄存放位置的指針集中在這張 表中。對索引文件，既可采用順序存取方式，又可采用隨機存取方式。在索引文件中隨機存取某一記錄時，根據(jù)索引表在主存中的起始地址找到該記錄的登記 項，再按其中的指針找到該邏輯記錄。把若干邏輯記錄合成一組存入一塊的工作稱記錄的成組，每塊中的邏輯記錄個數(shù)稱塊因王。進

13、行成組操作時必須使用主存緩沖區(qū)，緩沖區(qū)的長度等于最大邏輯記錄長度乘以成組的 塊因子.記錄的成組不僅提高了存儲空間的利用率，而且還提高了系統(tǒng)的工作效率。從一組邏輯記錄中把一個邏輯記錄分離出來的操作稱為記錄的分解。當用戶要求存儲文件時，文件管理要為他分配磁盤存儲空間:當刪除文件時又要收回文 件占用的存儲空間。用位示圖指示磁盤空間使用情況時，其中的每一位與一個磁盤塊對應(yīng)?？臻e塊表中每個登記項記錄一組連續(xù)空閑塊的首塊號和塊數(shù)。36 .空閑塊的連接方式有單塊連接和成組連接。采用空閑塊成組連接方式時，把空閑塊分成若干組，把指向一組空閑塊的指針集中在一 起。用戶可以用訪管指令調(diào)用建立文件、打開文件、讀文件、

14、寫文件、關(guān)閉文件和刪除文 件等文件操作功能模塊。文件被打開后要在系統(tǒng)設(shè)置的已開文件表中登記該文件的有關(guān)信息。只有文件的建立者或打開者才有權(quán)關(guān)閉文件。刪除文件操作要把用戶指定的文件在文件目錄中除名，收回文件所占用的存儲空間。用戶在讀、寫文件操作以后要調(diào)用關(guān)閉文件操作模塊。用戶在請求刪除文件操作時必須先調(diào)用關(guān)閉文件操作模塊。44.允許多個用戶同時 使用同一個共享文件時，系統(tǒng)必須實現(xiàn)對共享文件的同步控制多用戶同時使用某個共享文件時，不允許多個寫者同時對該文件執(zhí)行寫操作。為防止系統(tǒng)故障造成文件被破壞，常采用建立副本和定時轉(zhuǎn)儲的方法來保護文件。為了防止用戶共享文件可能造成的破壞，一般要規(guī)定各用戶對文件的

15、使用權(quán)限.在uNIx系統(tǒng)中，若文件A的存取權(quán)限被規(guī)定為751則文件主的伙伴對此文件的存取權(quán) 限為可讀和可執(zhí)行.文件的保護是防止文件被破壞，而文件的保密是防止不經(jīng)文件擁有者授權(quán)而竊取文件。常用的文件保密措施有隱蔽文件目錄，設(shè)置口令，使用密碼。操作系統(tǒng)中對外圍設(shè)備的啟動和控制工作由設(shè)備管理部分完成。計算機的外圍設(shè)備可分存儲型設(shè)備和輸入輸出型設(shè)備兩大類。存儲型設(shè)備能使大量的信息存放到相應(yīng)的存儲介質(zhì)上，能作為主存儲器的擴充。輸入輸出型設(shè)備能把外界的信息輸入到計算機系統(tǒng)，或把計算結(jié)果輸出。主存儲器與外圍設(shè)備之間的信息傳送操作稱為輸入輸出操作。對存儲型設(shè)備，輸入輸出的信息傳輸單位為塊；對輸入輸出型設(shè)備，輸

16、入輸出操作的 信息傳輸單位為字符。只能讓一個作業(yè)獨占使用的設(shè)備稱為獨占設(shè)備?？梢宰寧讉€作業(yè)同時使用的設(shè)備稱為共享設(shè)備。用共享設(shè)備來模擬獨占設(shè)備的工作.把獨占設(shè)備改造成可共享的，這種模擬的獨占設(shè) 備稱為虛擬設(shè)備。計算機系統(tǒng)為每臺設(shè)備確定一個編號，以便區(qū)分和識別，這個確定的編號成為設(shè)備的 絕對號。設(shè)備的相對號是用戶在程序中定義的設(shè)備編號。對磁帶機、輸入機以及打印機等只適合獨占使用的設(shè)備，總是采用靜態(tài)分配策略。作業(yè)申請獨占設(shè)備時，指定設(shè)備的方式有兩種，指定設(shè)備的絕對號，另指定設(shè)備的設(shè) 備類、相對號。設(shè)備的獨立性是指用戶編制程序時使用的設(shè)備與實際使用哪臺設(shè)備無關(guān)的特性。操作系統(tǒng)用設(shè)備分配表記錄計算機系

17、統(tǒng)所配置的獨占設(shè)備類型、臺數(shù)和分配情況等。設(shè)備分配表由設(shè)備類表和設(shè)備表兩部分組成。要確定磁盤上一個塊所在的位置必須給出三個參數(shù)：柱面號、磁頭號和扇區(qū)號磁盤輸入輸出時，尋找時間是磁頭在移動臂帶動下移動到指定柱面所花的時間;延遲 時間是指定扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下所需的時間。它們與信息在磁盤上的位置有關(guān)。執(zhí)行一次磁頭輸入輸出時，傳送時間是由磁頭進行讀寫完成信息傳送的時間，它是硬 件設(shè)計時就固定的。為了減少移動臂進行移動所花費的時間，每個文件的信息不是按盤面上的磁道順序存 放滿一個盤面后，再放到另一個盤面上，而是按柱面存放。132 .磁盤驅(qū)動調(diào)度由移臂調(diào)度和旋轉(zhuǎn)調(diào)度兩部分組成。常用的移臂調(diào)度算法有先來先服務(wù)

18、調(diào)度算法、最短尋找時間優(yōu)先算法、電梯調(diào)度算 法和單向掃描調(diào)度算法移臂調(diào)度的目的是盡可能地減少輸入輸出操作中的尋找時間。最短尋找時間優(yōu)先調(diào)度算法總是從等待訪問者中挑選尋找時間最短的那個請求先執(zhí)行， 而不管訪問者到來的先后次序。136 .移臂調(diào)度算法中除了先來先服務(wù)調(diào)度算法外，其余三種調(diào)度算法都是根據(jù)欲訪問者的 柱面位置來進行調(diào)度的。當移動臂定位后，根據(jù)延遲時間來決定執(zhí)行次序的調(diào)度稱為旋轉(zhuǎn)調(diào)度。如果若干磁盤的等待訪問者請求同一磁道上的不同的扇區(qū)，旋轉(zhuǎn)調(diào)度總是讓首先到達 讀寫磁頭位置下的扇區(qū)先進行傳送操作。28 .對于一個能預(yù)知處理要求的信息采用優(yōu) 化分布可以提高系統(tǒng)的效率。由設(shè)備管理復(fù)雜的啟動外設(shè)

19、工作既能減輕用戶負擔，又能防止用戶錯誤地使用外設(shè)而 影響系統(tǒng)的可靠性。主存儲器與外圍設(shè)備之間傳送信息的輸入輸出操作由通道完成。31.由于通道能獨立 完成輸入輸出操作，它也可稱為輸入輸出處理機。操作系統(tǒng)用由計算機硬件提供的一組通道命令來規(guī)定通道執(zhí)行一次輸入輸出應(yīng)做的工 作。每一條通道命令規(guī)定了設(shè)備的一種操作，一般都由命令碼、數(shù)據(jù)主存地址、傳送字節(jié) 數(shù)及標志碼等四部分組成。通道命令中的命令碼有三類：數(shù)據(jù)傳輸類、通道命令轉(zhuǎn)移類和設(shè)備控制類。通道地址字是用來存放通道程序首地址的主存固定單元。通道地址字中匯集了通道在執(zhí)行通道程序時通道和設(shè)備執(zhí)行操作的情況。146 .操作系統(tǒng)啟動和控制外圍設(shè)備完成輸入輸出操作的過程可分成三個階段：準備階段、 啟動I/O階段和結(jié)束處理階段。不考慮設(shè)備具體特征的處理方法稱設(shè)備處理的獨立性、采用這種技術(shù)使I / O操作的處 理既簡單又不易出錯。I/O中斷是使cPu和通道協(xié)調(diào)工作的一種手段，通道借助I / O中斷請求cPu進行王 預(yù)，CPU根據(jù)I/O中斷事件了解輸入輸