操作系統(tǒng)整理

1、操作系統(tǒng)的功能及基本類型操作系統(tǒng)是一種運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)的軟件。它對(duì)硬件和軟件資源進(jìn)行管理，是系統(tǒng)軟 件中最基本的一種軟件。操作系統(tǒng)有五大管理功能：作業(yè)管理、存儲(chǔ)管理、信息管理、設(shè)備管理和處理機(jī) 管理。操作系統(tǒng)的處理器管理根據(jù)一定的策略將處理器交替地分配給系統(tǒng)內(nèi)等待運(yùn)行 的程序。操作系統(tǒng)的設(shè)備管理負(fù)責(zé)分配和回收外部設(shè)備，以及控制外部設(shè)備按用戶程序的 要求進(jìn)行操作。操作系統(tǒng)的文件管理向用戶提供創(chuàng)建文件、撤消文件、讀寫文件、打開和關(guān)閉文 件等功能。操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)管理功能是管理內(nèi)存資源。主要實(shí)現(xiàn)內(nèi)存的分配與回收，存儲(chǔ)保 護(hù)以及內(nèi)存擴(kuò)充。操作系統(tǒng)的作業(yè)管理功能是為用戶提供一個(gè)使用系統(tǒng)的良好環(huán)境，使用戶能有效

2、 地組織自己的工作流程，并使整個(gè)系統(tǒng)高效地運(yùn)行。操作系統(tǒng)的基本類型：批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的基本特征：并發(fā)性：兩個(gè)或者多個(gè)事件在同一時(shí)間的間隔內(nèi)發(fā)生。并行性：兩個(gè)或者多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生。進(jìn)程，又稱任務(wù)，簡(jiǎn)單來說，是指在系統(tǒng)中能獨(dú)立運(yùn)行并作為資源分配的基 本單位，它是一個(gè)活動(dòng)的實(shí)體。在操作系統(tǒng)中引入進(jìn)程的目的是使程序能并 發(fā)執(zhí)行。共享：系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程共同使用。分為：互斥 共享方式和同時(shí)共享方式。虛擬：通過技術(shù)把一個(gè)物理實(shí)體變成若干個(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物。操作系統(tǒng)中主 要通過分時(shí)的使用方法實(shí)現(xiàn)虛擬。異步：進(jìn)程是以異步方式運(yùn)行，只要運(yùn)行環(huán)境相同，

3、作業(yè)經(jīng)過多次運(yùn)行，都 會(huì)獲得完全相同的結(jié)果。進(jìn)程的特征：動(dòng)態(tài)性：進(jìn)程的實(shí)質(zhì)是程序的一次執(zhí)行過程，因此，動(dòng)態(tài)執(zhí)行是進(jìn)程最主要 的特征。并發(fā)性獨(dú)立性：進(jìn)程是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，同時(shí)也是系統(tǒng)分配資源和調(diào)度 的獨(dú)立單位。異步性：進(jìn)程具有執(zhí)行的間斷性，進(jìn)程按照各自獨(dú)立的補(bǔ)課預(yù)知的速度向前 推進(jìn)。結(jié)構(gòu)特征：每個(gè)進(jìn)程有一個(gè)進(jìn)程控制塊（PCB）PCB的結(jié)構(gòu)及作用：結(jié)構(gòu)：描述信息：進(jìn)程名或進(jìn)程標(biāo)識(shí)號(hào)一識(shí)別進(jìn)程；用戶名和用戶標(biāo)識(shí)名一進(jìn)程隸 屬的用戶；家族關(guān)系一進(jìn)程樹控制信息：當(dāng)前狀態(tài)；優(yōu)先級(jí)別；程序開始地址；計(jì)時(shí)信息；通信信息資源管理信息：占用內(nèi)存大小及管理用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指針；對(duì)換或覆蓋信息；共 享程序段大小及

4、起始地址；I/O設(shè)備及相關(guān)信息；指向文件系統(tǒng)的指針及有關(guān)標(biāo)識(shí)CPU現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)區(qū)作用：PCB中記錄了系統(tǒng)所需的、用于描述進(jìn)程的當(dāng)前情況以及控制進(jìn)程運(yùn)行的全 部信息。使一個(gè)不能在多道程序環(huán)境下運(yùn)行的程序成為一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位。進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志。三級(jí)調(diào)度概念及進(jìn)程狀態(tài)的變遷概念：高級(jí)、中級(jí)和低級(jí)調(diào)度作業(yè)從提交開始直到完成，經(jīng)歷三級(jí)調(diào)度：高級(jí)調(diào)度：作業(yè)調(diào)度，決定把后備作業(yè)調(diào)到內(nèi)存運(yùn)行低級(jí)調(diào)度：進(jìn)程調(diào)度，決定讓就緒隊(duì)列的某進(jìn)程獲得CPU中級(jí)調(diào)度：在虛擬存儲(chǔ)器中引入，在內(nèi)、外存對(duì)換區(qū)進(jìn)行進(jìn)程對(duì)換。進(jìn)程狀態(tài)的變遷：運(yùn)行態(tài)（該時(shí)刻進(jìn)程實(shí)際占用CPU）就緒態(tài)（可運(yùn)行，但由于其他進(jìn)程在運(yùn)行，所以被迫停止）阻

5、塞態(tài)（除非某種外部事件發(fā)生，否則進(jìn)程不能運(yùn)行）運(yùn)行態(tài)的進(jìn)程可以被阻塞或者就緒，就緒態(tài)的只能運(yùn)行，阻塞態(tài)的可能到達(dá)（一 些輸入到達(dá)）就緒態(tài)，然后立刻進(jìn)入運(yùn)行態(tài)。線程的特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)：線程是輕量級(jí)的進(jìn)程，容易撤銷或創(chuàng)建。負(fù)責(zé)執(zhí)行多任務(wù)，由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)線程的調(diào)度和執(zhí)行。線程可以把占據(jù)長(zhǎng)時(shí)間的程序中的任務(wù)放到后臺(tái)去處理。應(yīng)用：？進(jìn)程（線程）的同步和互斥問題？常用的“進(jìn)程”調(diào)度算法？批處理系統(tǒng)：先來先服務(wù)（FCFS）；最短作業(yè)優(yōu)先（SJF）（非搶占式）最短剩余時(shí)間優(yōu)先（SRTN）（搶占式）交互式系統(tǒng)：輪轉(zhuǎn)調(diào)度（RR）（時(shí)間片結(jié)束時(shí)剝奪CPU并分配給其他進(jìn)程）優(yōu)先級(jí)調(diào)度死鎖死鎖的基本概念如果一個(gè)進(jìn)程集合中

6、的每個(gè)進(jìn)程都在等待只能由該進(jìn)程集合中的其他進(jìn)程才能 引發(fā)的事件，那么該進(jìn)程集合就是死鎖的。（兩個(gè)或者兩個(gè)以上的進(jìn)程在執(zhí)行過程中，因爭(zhēng)資源而造成的一種互相等待的現(xiàn) 象）發(fā)生（資源）死鎖的必要條件（任何一條不成立，死鎖就不發(fā)生,但是必要條件 存在不一定發(fā)生死鎖）互斥條件：每個(gè)資源要么已經(jīng)分配給了一個(gè)進(jìn)程，要么就是可用的。占有和等待條件：已經(jīng)得到某個(gè)資源的進(jìn)程可以再請(qǐng)求新的資源。不可搶占條件：已經(jīng)分配給一個(gè)進(jìn)程的資源不能強(qiáng)制性的被搶占，它只能被 占有它的進(jìn)程顯式的釋放。環(huán)路等待條件：死鎖發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)中一定有兩個(gè)或兩個(gè)以上的進(jìn)程組成的一 條環(huán)路，該環(huán)路中的每個(gè)進(jìn)程都在等待同一個(gè)資源。解決死鎖的基本方法

7、預(yù)防死鎖：通過設(shè)置某些限制條件去破壞產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件中的一個(gè) 或幾個(gè)，可能會(huì)導(dǎo)致資源利用率低或系統(tǒng)吞吐量降低。避免死鎖：在資源的動(dòng)態(tài)分配中，用某種方法去防止系統(tǒng)進(jìn)入不安全狀態(tài)。檢測(cè)死鎖：通過系統(tǒng)設(shè)置的檢測(cè)機(jī)構(gòu)確定與死鎖有關(guān)的進(jìn)程和資源，采取措 施將發(fā)生的死鎖除掉。解除死鎖：撤銷或掛起一些未發(fā)生死鎖的進(jìn)程，以便收回一些資源，再將這 些資源分配給已處于阻塞狀態(tài)的進(jìn)程，使之轉(zhuǎn)為就緒狀態(tài)以運(yùn)行。死鎖避免銀行家算法算法描述：Rei=Needi? NO-出錯(cuò)Rei=Av? NO-Pi 必須等待試探性分配，并修改資源分配表AV=AV-ReiAli=Ali+ReiNeedi=Needi-Rei執(zhí)行安全算

8、法得出結(jié)論P(yáng)i必須等待真正實(shí)施資源分配Al:現(xiàn)在已擁有資源Av：空閑資源Need:最大需求資源可變式分配一分配和回收算法/地址變換分配算法：最佳適應(yīng)算法:搜索整個(gè)鏈表，試圖找出最接近實(shí)際需要的空閑區(qū)。最壞適應(yīng)算法:總是分配最大的可用空閑區(qū)，使新的空閑區(qū)比較大從而可以繼續(xù) 使用。首次適應(yīng)算法（最自然）：搜索段鏈表，找到足夠大的一個(gè)空閑區(qū)，除非這個(gè)空 閑區(qū)和需要的空間一樣大，否則，將空閑區(qū)分成兩部分，一部分分配，一部分做 新的空閑區(qū)。虛擬存儲(chǔ)頁管理（局部性原理）時(shí)間局部性：某個(gè)指令或存儲(chǔ)單元被訪問到后，往往馬上會(huì)再次被訪問空間局部性原理：某個(gè)指令或存儲(chǔ)單元被訪問后，與它相鄰的指令或存儲(chǔ)單元將 會(huì)被

9、訪問。虛擬存儲(chǔ)頁的概念：請(qǐng)求分頁系統(tǒng)：頁號(hào)p頁內(nèi)地址w3112 110塊號(hào)塊內(nèi)地址2812 110頁面置換算法：最佳置換算法：看執(zhí)行序列的后面，那個(gè)最晚執(zhí)行，就替換那個(gè)。缺頁次數(shù)全都 是，置換次數(shù)是發(fā)生頁替換的次數(shù)。先入先出頁面置換算法：后進(jìn)來的放上面，將先進(jìn)來的擠出去。最近最久未使用置換算法:看前面那個(gè)離現(xiàn)在最遠(yuǎn)就代替那個(gè)。位置換的標(biāo)出來。頁表項(xiàng)的結(jié)構(gòu)：頁號(hào)塊號(hào)存取控制修改位應(yīng)用位中斷位地址分段系統(tǒng)：頁號(hào)p頁內(nèi)地址w3112 110高級(jí)主題設(shè)備管理設(shè)備管理的基本概念操作系統(tǒng)向設(shè)備發(fā)送命令，捕捉中斷，并處理設(shè)備的各種錯(cuò)誤，還有在設(shè)備和系 統(tǒng)的其他部分之間提供簡(jiǎn)單易于使用的接口。I/O控制方式程

10、序I/O控制方式:適用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需少量硬件的電路；中斷驅(qū)動(dòng)I/O控制方式：適用于高效場(chǎng)合；直接存儲(chǔ)訪問DMA I/O控制方式：適用于無須CPU介入的控制器來控制內(nèi)存與 外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交流的場(chǎng)合；I/O通道控制方式：適用于以字節(jié)為單位的干預(yù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)CPU，通道和I/O 設(shè)備三者并行操作的場(chǎng)合。Spooling 技術(shù)SPOOLing 是 Simultaneous Peripheral Operation On-Line (即外部設(shè)備 聯(lián)機(jī)并行操作)的縮寫，它是關(guān)于慢速字符設(shè)備如何與計(jì)算機(jī)主機(jī)交換信 息的一種技術(shù)，通常稱為“假脫機(jī)技術(shù)”。它是一種在多道程序系統(tǒng)中處 理I/O設(shè)備的方式。它包括一

11、個(gè)守護(hù)進(jìn)程和假脫機(jī)目錄。SPOOLing技術(shù)的特點(diǎn)：提高了 I/O速度.從對(duì)低速I/O設(shè)備進(jìn)行的I/O操作變?yōu)閷?duì)輸入井 或輸出井的操作，如同脫機(jī)操作一樣，提高了 I/O速度，緩和了 CPU與低速 I/O設(shè)備速度不匹配的矛盾.設(shè)備并沒有分配給任何進(jìn)程.在輸入井或輸出井中，分配給進(jìn)程的 是一存儲(chǔ)區(qū)和建立一張I/O請(qǐng)求表.實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能.多個(gè)進(jìn)程同時(shí)使用一獨(dú)享設(shè)備，而對(duì)每一進(jìn) 程而言，都認(rèn)為自己獨(dú)占這一設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的虛擬分配.不過，該設(shè) 備是邏輯上的設(shè)備.SPOOLing，即外圍設(shè)備聯(lián)機(jī)并行操作，它除了是一種速度匹配技術(shù)外、 也是一種虛擬設(shè)備技術(shù) 磁盤的基本結(jié)構(gòu)磁盤被組織成柱面，每一個(gè)柱

12、面包含若干磁道，磁道數(shù)與垂直堆疊的磁頭數(shù)相同。 磁道又被分為若干扇區(qū)。軟盤上大約每條磁道有812個(gè)扇區(qū)，硬盤上每條磁道 上扇區(qū)的數(shù)目可以多達(dá)幾百個(gè)。磁頭數(shù)大約是116個(gè)。磁盤的驅(qū)動(dòng)調(diào)度先來先服務(wù)(FCFS):按給定序列訪問。最短尋道優(yōu)先（SSTF）掃描算法（SCAN）：看好方向，掃描開端和結(jié)尾是序列里的開端和結(jié)尾。循環(huán)掃描算法（CSCAN）：看好方向，有虛線。（0199）電源管理技術(shù)當(dāng)計(jì)算機(jī)的某些部件不用的時(shí)候由操作系統(tǒng)關(guān)閉它們，關(guān)閉的設(shè)備使用很少 的能量或者不使用能量。使應(yīng)用程序使用較少的能量，可能會(huì)降低用戶體驗(yàn)的質(zhì)量。大多數(shù)商家是將CPU、內(nèi)存以及I/O設(shè)備設(shè)計(jì)成具有多種狀態(tài)：工作、睡眠、

13、 休眠、關(guān)閉等。（使一個(gè)設(shè)備脫離休眠狀態(tài)比使一個(gè)設(shè)備脫離睡眠狀態(tài)更耗時(shí)耗 能）。顯示器為了獲得明亮而清晰的圖像，屏幕是背光照明的，可以使它暫時(shí)關(guān)閉 或者部分照亮。硬盤高速旋轉(zhuǎn)或者重新啟動(dòng)都耗能，做出良好的關(guān)閉預(yù)測(cè)。在RAM中擁有一個(gè)大容量的磁盤高速緩存。E-操作系統(tǒng)通過發(fā)送消息或者信號(hào)保持將磁盤的狀態(tài)通知給正在運(yùn)行的程序。 這樣程序可以在磁盤開啟時(shí)進(jìn)行讀寫操作。CPU可以在沒有工作時(shí)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。關(guān)閉高速緩存；將主存的內(nèi)容寫到磁盤上，然后關(guān)閉主存本身。無線通信J.電池管理文件的邏輯組織文件的邏輯組織：用戶對(duì)文件的觀察和使用是從自身處理文件中數(shù)據(jù)是采用 的組織方式來看待文件組織形式。這種從用戶觀

14、點(diǎn)出發(fā)所見到的文件組織形式稱 為文件的邏輯組織。1）有結(jié)構(gòu)文件（記錄式文件）：邏輯上可被看成一組連續(xù)順序的記錄的集合。2）無結(jié)構(gòu)文件：指文件內(nèi)部不再劃分記錄，它是由一組相關(guān)信息組成的有序字 符流，即流式文件。文件的物理組織文件的物理組織：文件在存儲(chǔ)設(shè)備上的存儲(chǔ)組織形式稱為文件的物理組織。文件的物理組織形式主要有：1.連續(xù)文件定義：將一個(gè)文件中邏輯上連續(xù)的信息存放到存儲(chǔ)介質(zhì)的依次相鄰的塊上便 形成順序結(jié)構(gòu)，這類文件叫連續(xù)文件，又稱順序文件。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單；支持順序存取和隨機(jī)存??；順序存取速度快；所需的磁盤尋道次數(shù)和尋道時(shí)間最少。缺點(diǎn)：建立文件前需要能預(yù)先確定文件長(zhǎng)度，以便分配存儲(chǔ)空間；修改、插入和增

15、生文件記錄有困難；對(duì)直接存儲(chǔ)器作連續(xù)分配，會(huì)造成少量空閑塊的浪費(fèi)。鏈接文件定義：一個(gè)文件的信息存放在若干不連續(xù)的物理塊中，各塊之間通過指針連 接，前一個(gè)物理塊指向下一個(gè)物理塊.優(yōu)點(diǎn)：提高了磁盤空間利用率,不存在外部碎片問題.有利于文件插入和刪除.有利于文件動(dòng)態(tài)擴(kuò)充.缺點(diǎn)：存取速度慢，不適于隨機(jī)存取.可靠性問題，如指針出錯(cuò).更多的尋道次數(shù)和尋道時(shí)間.鏈接指針占用一定的空間.索引文件定義：一個(gè)文件的信息存放在若干不連續(xù)物理塊中，系統(tǒng)為每個(gè)文件建立一 個(gè)專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-索引表，表中每一欄目指出文件信息所在的邏輯塊號(hào)和與之 對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)。索引表的物理地址則由文件說明信息項(xiàng)給出。索引項(xiàng)的組織：稠密索引:

16、每個(gè)邏輯紀(jì)錄設(shè)置一個(gè)索引項(xiàng)。稀疏索引:一組邏輯紀(jì)錄設(shè)置一個(gè)索引項(xiàng)。索引表的結(jié)構(gòu)的組織一級(jí)索引：磁盤塊地址數(shù)組,其中第i個(gè)條目指向文件的 第i塊。二級(jí)索引：索引的索引，叫二級(jí)索引。二級(jí)索引表的表項(xiàng)列出一級(jí)索引 表每一塊最后一個(gè)索引項(xiàng)的鍵值及該索引.表區(qū)的地址，也就是說，若十個(gè)記錄的索引本身也是一種記錄。多級(jí)索引： 索引的索引的索引，叫三級(jí)索引，此外還有更多層次的索引，即多級(jí)索引。優(yōu)點(diǎn)：保持了鏈接結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，又解決了其缺點(diǎn)：即能順序存取又能隨機(jī)存取.滿足 了文件動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)、插入刪除的要求.也能充分利用外存空間.缺點(diǎn)：較多的尋道次數(shù)和尋道時(shí)間.索引表本身帶來了系統(tǒng)開銷如：內(nèi)外存空間，存取時(shí)間.文件的目

17、錄管理及文件搜索計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的文件種類繁多，數(shù)量龐大，為了有效地管理這些文件，方便用戶 查找所需的文件，應(yīng)對(duì)它們加以適當(dāng)?shù)慕M織。文件的組織可以通過目錄來實(shí)現(xiàn)。目錄：文件控制塊的集合。即文件控制塊是一個(gè)目錄項(xiàng)。目錄文件：文件的內(nèi)容為目錄信息。目錄的功能：實(shí)現(xiàn)“按名存取”：用戶只需提供文件名就可以對(duì)文件進(jìn)行操作。這是目錄 管理的最基本功能。提高檢索速度允許文件同名：不同目錄下的文件可以使用相同名字。允許文件共享常用的文件目錄結(jié)構(gòu)有：?jiǎn)渭?jí)目錄結(jié)構(gòu)：?jiǎn)渭?jí)目錄結(jié)構(gòu)又稱一級(jí)目錄結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，整個(gè)文件系統(tǒng) 只建立一張目錄表，每個(gè)文件占據(jù)其中的一個(gè)表目。建立新文件時(shí)，首先應(yīng)確定 該文件名在目錄中是否惟一

18、，若惟一則找出一個(gè)空表目，將新文件的相關(guān)信息填 入其中。刪除文件時(shí)，先從目錄表中找到文件的目錄項(xiàng)，從中找到該文件的物理 地址，對(duì)其占用空間進(jìn)行回收，然后再清除其所占用的目錄項(xiàng)。二級(jí)目錄結(jié)構(gòu)：主文件目錄：記錄用戶名及相應(yīng)用戶文件目錄所在的存儲(chǔ)位置。 用戶文件目錄：記錄該用戶文件的有關(guān)信息。當(dāng)用戶想建立文件時(shí)，如果是新用戶，則系統(tǒng)為其在主目錄中分配一個(gè)表目，并 為其分配存放用戶文件目錄的存儲(chǔ)空間。同時(shí)在用戶文件目錄中為新文件分配一 個(gè)表目，并在表目中填入有關(guān)信息。文件刪除時(shí)，只須在用戶文件目錄中刪除該 文件的目錄項(xiàng)。如果刪除后該用戶目錄表為空，則表明該用戶已脫離了系統(tǒng)，從 而可以將主文件目錄表中該用戶的對(duì)應(yīng)項(xiàng)刪除。多級(jí)目錄結(jié)構(gòu)：路徑名：是一個(gè)字符串，