計算機操作系統(tǒng)內(nèi)容詳解

多道程序設計的概念：若干作業(yè)同時駐留主存。各作業(yè)輪流使用CPU。為什么文件系統(tǒng)具有文件分配存儲空間的能力：要把文件保存到存儲介質(zhì)上時，必須要記住那些存貯空間已經(jīng)被占用，那些存儲空間是空閑的，文件要被保存在空閑的空間去，否則會被破壞已經(jīng)保存的信息。分時操作系統(tǒng)中，每個用戶都感覺有一臺獨占的與自己交互的計算機。每個進程都有一個生命周期，：這個周期從進程被創(chuàng)建開始，到進程被撤銷。早期個人計算機的存儲管理一般采用單用戶連續(xù)存儲管理方式。按照組織方式分類文件，可以將文件分為邏輯文件和物理文件。。對資源采用搶奪式分配可以防止死鎖，能對處理器進行搶奪式分配的算法有：時間片輪轉，可搶占的最高優(yōu)先級算法。在批處理減分使得系統(tǒng)中，往往由分時系統(tǒng)控制的作業(yè)被稱為前臺作業(yè)，由批處理系統(tǒng)控制的作業(yè)被稱為后臺作業(yè)。操作系統(tǒng)為用戶提供兩種類型的使用接口。他們是操作員或用戶接口，和程序員或程序接口。操作系統(tǒng)為用戶程序完成與硬件相關和應用無關的工作。進程控制塊中的現(xiàn)場信息由中斷處理程序中斷處理前保存。文件系統(tǒng)中文件被按照名字存取是為了：方便用戶的使用。文件存儲與存儲管理密切相關，他們共同為用戶使用文件提供方便。文件系統(tǒng)的功能：方便用戶使用信息。提供用戶共享信息的手段。分配磁盤的存儲空間。操作系統(tǒng)的目標：方便性：是計算機系統(tǒng)更容易使用。有效性：是計算機資源的使用更加有夏普，資源的利用率提高?？蓴U充性：能方便的開發(fā)，測試和引進新的系統(tǒng)功能，以適應計算機硬件和體系結構的飛速發(fā)展以及用用的不斷擴大的要求。開放性。提供統(tǒng)一開發(fā)的環(huán)境。操作系統(tǒng)的作用：操作系統(tǒng)是用戶與計算機之間的接口。操作系統(tǒng)是計算機資源的管理者。操作系統(tǒng)是擴充裸機功能的軟件。操作系統(tǒng)是計算機工作流程的管理者。分時系統(tǒng)：為解決批處理系統(tǒng)的無法人機交互問題，為使多個用戶能夠同時使用主機資源。單刀批處理系統(tǒng)的特征；自動性，順序性，單道性（內(nèi)存中僅能存放一道作業(yè)）多道批處理系統(tǒng)的特征：調(diào)度性，無序性，多道性。在分時系統(tǒng)中，用戶可以通過終端，分時系統(tǒng)的特征：多路性；獨立性；及時性；交互性。實時系統(tǒng)的特征：多路性；獨立性，及時性；交互性；可靠性；分時系統(tǒng)與實時系統(tǒng)的比較：交互性：與系統(tǒng)進行廣泛的人機交互，如文件編譯，數(shù)據(jù)處理，資源共享，實時系統(tǒng)也具有交互性，但僅限于訪問系統(tǒng)中某些特定的專用服務程序，交互性具有很大的限制，。及時性：分時系統(tǒng)在很短的時間內(nèi)獲得系統(tǒng)的響應，此時間由人們所能接受的時間為準。但實時系統(tǒng)的及時性由被控對象所要求的開始截止時間和完成截止時間決定的，可靠性：實時系統(tǒng)要求非常高，分時系統(tǒng)要求較低。批處理系統(tǒng)，分時系統(tǒng)，實時系統(tǒng)是三種基本的操作系統(tǒng)類型。如果一個操作系統(tǒng)中兼有其中兩個及以上，則稱為通用處理及系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的基本特征：并發(fā)性（兩個或多個事件在同一時間間隔內(nèi)完成。）共享性：止系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個并發(fā)執(zhí)行的作業(yè)同時使用。（資源共享分為：互斥共享，同時訪問）虛擬：通過眸中技術，講一個物理試題變?yōu)槿舾蓚€邏輯上的對應物。用來實現(xiàn)虛擬的技術，稱為虛擬技術。異步性：不確定性，程序執(zhí)行結果反而不確定性，程序不可再現(xiàn)性。多道程序環(huán)境下異步執(zhí)行。操作系統(tǒng)四個特征之間的關系：并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)的最基本的特征。為了提高計算機資源的利用率，采用多道程序設計技術，是多個程序共享系統(tǒng)的資源并發(fā)的執(zhí)行。并發(fā)和共享互為存在的條件。虛擬以并發(fā)和資源共享為前提。（為解決這個問題產(chǎn)生的）異步性是并發(fā)和共享的必然結果。（進程之間相互影響。）操作系統(tǒng)的功能：處理機功能，存儲器功能，設備功能，文件管理和提供友好的用戶接口。處理及功能：主要是對處理機的分配和運行進行管理。包括進程管理，有的還包括線程管理。進程管理的主要功能包括：進程控制：創(chuàng)建進程等。進程同步：對進程的執(zhí)行順序進行調(diào)度，使進程更有效的執(zhí)行。進程調(diào)度：分配到處理機的進程。進程通信：實現(xiàn)進程之間的信息交換。存儲器管理的功能：內(nèi)存分配，內(nèi)存保護，地址映射，內(nèi)存擴充。虛存。設備管理的的功能：緩沖管理（緩和CPU和I/O設備速度的不匹配性矛盾。提高利用率和效率）設備分配（設備和設備控制器的分配）設備處理（響應并處理設備控制器發(fā)來的中斷請求。文件管理的功能：文件存儲空間的管理。目錄管理（實現(xiàn)文件的按名存取，提高文件的檢索速度）。文件的讀寫管理和保護。提供有好的用戶接口：命令接口，程序接口：圖形用戶接口。也可以說是命令接口和系統(tǒng)接口。操作系統(tǒng)的四代變革：整體式系統(tǒng)。模塊化結構。分層式結構。微內(nèi)核是結構。進程與線程：進程包括可執(zhí)行的程序，程序所需要的數(shù)據(jù)，程序連續(xù)執(zhí)行所需要的狀態(tài)信息。線程是進程的細化。使進程執(zhí)行的步驟。線程是系統(tǒng)調(diào)用的最小單位，進程是系統(tǒng)資源分配的最小單位。任務是系統(tǒng)的最小工作單位。作業(yè)：是指用戶要求計算機系統(tǒng)所做的工作的集合，如：一次用算過程，一次數(shù)據(jù)處理，一次信息查詢。作業(yè)時高級的宏觀的管理，進程管理是低級的管理。任務是從系統(tǒng)的資源分配的角度來說的，進程是從處理機利用和工作流程的角度來說的。操作系統(tǒng)的相關硬件的：時鐘：系統(tǒng)周期性取值。分為系統(tǒng)時鐘日歷時鐘，實時時鐘。中斷：正在執(zhí)行的工作被臨時打斷，這個工作被保存下來，轉去執(zhí)行別的程序，待中斷執(zhí)行結束后，返回繼續(xù)執(zhí)行。計算機分類：從計算機體系結構上來說：單機操作系統(tǒng)，并行操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡操作系統(tǒng)，分布式操作系統(tǒng)。從操作系統(tǒng)的工作角度上來說：單用戶，批處理，分時，實時操作系統(tǒng)。進程的順序執(zhí)行的：指的是若干個程序或程序段之間必須嚴格按照某種順序，來執(zhí)行。僅當前一段程序或程序段執(zhí)行完畢后，才能執(zhí)行后面的程序或程序段。程序的順序執(zhí)行的特征:順序性，（順序完成）；封閉性：程序執(zhí)行時獨占系統(tǒng)資源?？稍佻F(xiàn)性：初始條件相同，一個程序多次執(zhí)行，執(zhí)行結果是相同的。前趨圖：一個有向無限循環(huán)圖。（可能出現(xiàn)大題）程序的并發(fā)執(zhí)行的特征：間斷性，失去封閉性（程序本身的執(zhí)行受到外界程序的影響），不可再現(xiàn)性。進程的特征：結構特征，進程控制快。動態(tài)性，并發(fā)性，獨立性（進程實體是一個能夠獨立運行，獨立分享資源和獨立接受調(diào)度的基本單位。）異步性：進程可獨自的不可預知的速度向前推進。進程的三種狀態(tài)：已獲得CPU以外的所有資源，得到CPU后就可自行，執(zhí)行狀態(tài)：正在CPU上執(zhí)行，阻塞狀態(tài)，正在執(zhí)行的進程因某種事件的發(fā)生而暫時無法執(zhí)行。進程控制快所包含的內(nèi)容：進程標識符：用于唯一的標志系統(tǒng)中的某個進程。進程之間的家族關系。處理及狀態(tài)：用于CPU轉換時保存現(xiàn)場和恢復現(xiàn)場。主要用于處理機中各種寄存器內(nèi)容的組成。進程調(diào)度和狀態(tài)信息：用于進程的調(diào)度和狀態(tài)信息。進程狀態(tài)，優(yōu)先級，等待時間的綜合，數(shù)據(jù)和程序的地址。進程同步和通信信息。資源清單和進程隊列指針等。5.系統(tǒng)狀態(tài)：管tai和核心態(tài)，具有較高的特權，能夠執(zhí)行一切程序，訪問所有存儲器和寄存器。操作系統(tǒng)內(nèi)核在該狀態(tài)下。46.用戶狀態(tài)：也叫目態(tài)。只能執(zhí)行規(guī)定的指令，訪問規(guī)定的寄存器和存儲區(qū)。47.導致進程創(chuàng)建的原因：分時系統(tǒng)的用戶登錄，批處理系統(tǒng)中的作業(yè)調(diào)度。48.進程創(chuàng)建的具體過程：先從PCB集合中申請一個空閑的PCB，在為新進程分配內(nèi)存等資源，并根據(jù)父進程提供的參數(shù)和分配到的資源情況來對PCB進行初始化，最后將新進程插入就緒隊列。9.進程的終止具體過程：找到要終止的進程的PCB，若該進程正在執(zhí)行，則終止他的執(zhí)行，并置重新調(diào)度標志，終止屬于該進程的所有子孫進程，釋放進程擁有的全部資源，將終止進程移除他所在的隊列并回收PCB。0.進程阻塞的具體過程：停止進程的執(zhí)行，將其狀態(tài)改為阻塞狀態(tài)，并把他的PCB插入阻塞隊列，轉調(diào)度程序重新調(diào)度。51.喚醒進程的具體過程;等待隊列中移出該進程，調(diào)用喚醒原語將該進程的額狀態(tài)從阻塞抬轉換成就緒狀態(tài)。插入就緒隊列。52.進程掛起的具體操作：若進程為活動阻塞，否則將他轉換成就緒隊列，將PCB復制到指定的內(nèi)存區(qū)域進行考察，若掛起錢進程正在執(zhí)行，則需要重新調(diào)度。53.臨界資源：一次只能允許一個進程使用，如果多個進程同時使用這些資源，則有可能造成系統(tǒng)的混亂。這些資源。54.臨界區(qū)：訪問進程的那段代碼被稱為臨界區(qū)。55.進程同步遵循的規(guī)律：空閑等待，忙則等待，有限等待。讓權等待。56.管程：一組局部的變量，對局部變量進行操作的一組過程，以及對局部變量初始化的語句系列構成的一個軟件模塊。57.管程的特點：管程的局部變量只能被局部與管程內(nèi)部的過程訪問；進入管程需要調(diào)用管程提供的管程入口。58.任意時刻最多只能允許一個進程在管程中執(zhí)行。9.進程通信類型：共享存儲系統(tǒng)，消息傳遞系統(tǒng)，管道通信。0.線程的類型：用戶級線程和內(nèi)核級線程。用戶級線程：用戶控制，調(diào)度靈活，獨立于系統(tǒng)內(nèi)核，可運行在不同的操作系統(tǒng)之下。缺點：易引起阻塞，消弱了進程的并發(fā)性。進程切換時，強行中斷某個執(zhí)行的線程，很難實現(xiàn)不同線程的并發(fā)。內(nèi)核級線程：有系統(tǒng)內(nèi)核完成：系統(tǒng)以線程為調(diào)度單位，進行線程切換時，要同時保存整個進程的上下文以及線程的上下文信息。在某一線程阻塞時，可調(diào)度別的線程，但是切換線程是，需要進行模式切換。調(diào)度目標防止進程不能長期獲得調(diào)度，盡量提高處理器的吞吐率，提高系統(tǒng)的額吞吐量，減少進程的額響應時間。進程調(diào)度面向用戶的原則：響應時間（用戶通過鍵盤提交一個請求后，直到系統(tǒng)首次響應為止的時間）周轉時間：作業(yè)提交給系統(tǒng)，到完成為止的而這段時間的間隔。截止時間：某任務必須開始執(zhí)行的最后時間。面向系統(tǒng)的原則：系統(tǒng)吞吐量：單位時間內(nèi)系統(tǒng)完成的作業(yè)數(shù)。中央處理器利用率，各類資源的平很實用，公平性，優(yōu)先級、。進程調(diào)度的類型：長城調(diào)度（調(diào)度作業(yè)或用戶創(chuàng)建進程），短程調(diào)度（決定就緒隊列中那個進程獲得系統(tǒng)資源），中程調(diào)度（對換）。進程調(diào)度算法：先來先服務（FCFS），短進程優(yōu)先（SPN）時間片輪轉算法，基于優(yōu)先級的調(diào)度算法。剩余時間最短優(yōu)先。響應比高者優(yōu)先。反饋調(diào)度算法。實時調(diào)度算法：基于時間片的輪轉算法，基于優(yōu)先級的菲薄度算法，基于優(yōu)先級的剝奪點剝奪算法，以及立即剝奪調(diào)度算法。互斥與同步的解決方法：軟件方法，硬件方法，信號量方法，管程。引起死鎖的原因：互斥，占有且等待，非剝奪，循環(huán)等待。解決思索的方法：預防死鎖，避免死鎖，解除死鎖。預防死鎖：限制四種原因。1、 離散分配和連續(xù)分配的異同點：連續(xù)存儲方式是指為用戶程序分配一個連續(xù)的內(nèi)存空間；連續(xù)分配會形成碎片，雖然緊湊可拼接成大塊空間，但開銷較大，離散分配將進程分散的裝入許多不聯(lián)結的分區(qū)中。以下是自己的分析和總結出來的，僅供參考：相同點：都是對存儲器管理的一種方法，離散分配在每一段或頁也是連續(xù)分配的；不同點：（1）連續(xù)分配不需要地址變換機構，所以說實現(xiàn)相對簡單，而離散分配需要，所以現(xiàn)實相對復雜；（2） 連續(xù)分配容易產(chǎn)生內(nèi)存碎片，對存儲器利用率不是很高，離散分配相對來說內(nèi)存碎片較少；（3） 連續(xù)分配對存儲器沒有保護功能，而離散分配可以通過設置相應的訪問權限位來達到保護的目的；（4） 連續(xù)分配不利于存儲器的共享，而離散分配可以很好的實現(xiàn)存儲器共享；（5） 連續(xù)分配對于虛擬存儲器的現(xiàn)實不是很好，因為不能從邏輯上擴大內(nèi)存，所以虛擬存儲器基本上都是采用離散分配現(xiàn)實的。2、 重定位的概念：答：通常是把在裝入時對目標程序中指令和數(shù)據(jù)的修改過程稱為重定位。由于一個作業(yè)裝入到與其地址空間不一致的存儲空間所引起的，對有關地址部分的調(diào)整過程稱為地址的重定位。這個調(diào)整過程就是把作業(yè)地址空間中使用的邏輯地址變換成主存中物理地址的過程。這種地址變換也稱為地址映射.（下面幫助理解）重定位類型：1靜態(tài)重定位（1） 含義：靜態(tài)重定位是在程序運行之前由裝配程序完成的。（2） 優(yōu)點：它的主要優(yōu)點是，無需增加硬件地址變換機構，因而可在一般計算機上實現(xiàn)。（3） 缺點主要缺點有：要求給每個作業(yè)分配一個連續(xù)的存儲空間，且在作業(yè)的整個執(zhí)行期間不能再移動，因而也就不能實現(xiàn)重新分配主存。用戶必須事先確定所需的存儲量，若所需的存儲量超過可用存儲空間時，用戶必須考慮覆蓋結構。用戶之間難以共享主存中的同一程序副本。2動態(tài)重定位（1） 含義：動態(tài)重定位是在程序執(zhí)行過程中由硬件地址變換機構實現(xiàn)的。（2） 例子：最簡單的辦法是利用一個重定位寄存器。該寄存器的值由調(diào)度程序根據(jù)作業(yè)分配到的存儲空間的起始地址來設定。在具有這種地址變換機構的計算機系統(tǒng)中，當作業(yè)執(zhí)行時，不是根據(jù)CPU給出的邏輯地址去訪問主存，而是將邏輯地址與重定位寄存器中的內(nèi)容相加后得到的地址作為訪問主存的地址。（3） 動態(tài)重定位的主要優(yōu)點有：用戶作業(yè)不要求分配連續(xù)的存儲空間。用戶作業(yè)在執(zhí)行過程中，可以動態(tài)申請存儲空間和在主存中移動。有利于程序段的共享。（4） 動態(tài)重定位的主要缺點有：需要附加的硬件支持。實現(xiàn)存儲管理的軟件算法比較復雜。3、 分段、分頁異同點：（P138）相同點：兩者都采用離散分配方式，且都要通過地址映射機構來實現(xiàn)地址變換。不同點：（1）頁是信息的物理單位，用離散方式消減內(nèi)存外零頭，提高內(nèi)存利用率，出于系統(tǒng)管理需要。段是信息的邏輯單位，更好滿足用戶需要。（2） 頁的大小由系統(tǒng)固定，邏輯地址分頁號和頁內(nèi)地址，有機器硬件實現(xiàn)， 頁面大小只有一種。段長根據(jù)信息性質(zhì)劃分，不固定。（3） 分頁地址空間是一維的，程序員只需利用一個記憶符，即可表示一個地址。分段的作業(yè)地址空間是二維的，既需給出段名，也要給出段內(nèi)地址。4、 為什么說分段比分頁易于實現(xiàn)共享：答：分段可以直接以段位單位實現(xiàn)共享；通常一個完整的程序都存在一個段中，所以以段的形式共享就能完整共享一個程序（不論這個程序有多大，因為一個程序通常是不能跨段運行的），而分頁的話，一個程序可能需要多個頁，這樣就需要共享多個頁，所以沒有段共享來的方便。5、 什么是虛擬存儲器：答：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)。局部性原理虛擬存儲器是由操作系統(tǒng)提供的一個假想的特大存儲器，是操作系統(tǒng)采用內(nèi)外存的交換技術邏輯上提供對物理內(nèi)存的擴充。采用虛擬存儲器技術時，操作系統(tǒng)根據(jù)程序執(zhí)行的情況，隨機對每個程序進行換入、換出，用戶卻沒有察覺，得到了一個比真實內(nèi)存空間大得多的地址空間。所以從邏輯上說采用虛擬存儲器能擴大內(nèi)存存儲空間。6、 什么是邏輯地址與物理地址以及二者之間的轉換答：在有地址變換功能的計算機中，訪內(nèi)指令給出的地址（操作數(shù)）叫邏輯地址，也叫相對地址。物理地址也叫實際地址或絕對地址。邏輯地址加上偏移地址就是物理地址。當對源程序進行編譯時，編譯后一個目標程序所限定的地址范圍稱為該作業(yè)的邏輯地址空間。所謂物理空間（也稱存儲空間）是指主存中物理單元的集合。這些單元的編號稱為物理地址或絕對地址。因此，物理空間的大小，是由主存的實際容量決定的。把作業(yè)地址空間中使用的邏輯地址變換成主存中物理地址的過程。這種地址變換也稱為地址映射.7、 四種請求分頁的置換算法（OPT、FIFO、LRU、CLOCK）原理特點，會計算缺頁次數(shù)：答：（1）最佳置換算法（OPT）:最好的性能，難于實現(xiàn)。置換的頁是最晚被使用的（2） 先進先出頁面置換算法（FIFO）:置換駐留內(nèi)存最久的頁面，性能較差，實際有用較少。（3） 最近最久未使用（LRU）置換算法：該算法賦予每個頁面一個訪問字段，記錄自上次被訪問以來所經(jīng)歷的時間，每次淘汰時間最久的。需要的硬件支持：為進程的每個頁面配置一個移位寄存器，值最小的頁面將被置換，或者設置一個棧，訪問頁面時，將該頁壓棧，棧低即為淘汰頁。（4） Clock算法：LRU算法較好，但須硬件支持，實際多采用近似算法如Clock1） 、簡單Clock算法（NotRecentlyUsed）：為每頁設置一訪問位，所要頁鏈接成循環(huán)隊列，某頁被訪問，置為1，按FIFO依次檢查，如為0換出，如為1，置0，向后繼續(xù)查找，到最后仍為1，再返回隊首。2） 、改進型Clock算法：考慮頁面使用情況和是否重寫磁盤，未使用過的頁和未被修改過的頁即為最佳淘汰頁。1，說明I/O控制發(fā)展的主要推動因素：（也是映入緩沖去的原因）（1） 力圖減少cpu對I/O設備的干預，把cpu從繁雜的i/o控制中解脫出來。以充分發(fā)揮cpu對設備的處理能力。（2） （2）緩和cpu的高速型和輸入輸出設備的低俗性之間的矛盾。（3） 提高并行性。什么事中斷？中斷是計算機正在執(zhí)行期間，系統(tǒng)內(nèi)部或外部設備發(fā)生了某一件緊要解決的時間，使得CPU暫停執(zhí)行當前指令，轉而執(zhí)行別的指令。待處理完成某一指令后返回繼續(xù)執(zhí)行。Cpu響應中斷的一般過程：（1）保存現(xiàn)場。（2）轉中斷處理程序進行中斷處理。（3）中斷返回。中斷驅(qū)動I/o方式和DMA方式之間的異同：i/o中斷頻率，（輸入輸出較為頻繁），數(shù)據(jù)的傳送方式。為什么要實現(xiàn)設備的獨立性，為什么要實現(xiàn)設備的獨立性？可是應用程序獨立與具體的物理設備，顯著的改善資源的利用率以及適應性。獨立與設備的類型，更方便得進行輸入輸出重定向。為了實現(xiàn)設備的獨立性：在應用程序中應使用邏輯設備名稱來請求使用某種設備，而系統(tǒng)中必須具有一張邏輯設備表來實現(xiàn)邏輯設備到物理設備的映射，其中每一項應包括邏輯設備名，物理設備名，設備驅(qū)動程序入口地址三項，什么事虛擬設備？實現(xiàn)虛擬設備等關鍵年技術是什么？通過某種虛擬技術，將一臺物理設備轉換成若干邏輯設備，從而實現(xiàn)多個用戶對物理設備的同時共享。由于多態(tài)邏輯設備實際上并不存在，而只是給用戶的一種錯覺，因此稱為虛擬設備。虛擬設備通過可共享的告訴的磁盤上開辟的兩個大的存儲空間以及預輸入緩輸出技術來實現(xiàn)、spopling系統(tǒng)有哪些部分組成？由磁盤上的輸入輸出井，內(nèi)存中的輸入緩存區(qū)，輸出緩沖區(qū)以及輸入進程和輸出進程來實現(xiàn)。設備處理程序具有哪些功能？（1）接受由i/o進程發(fā)來的i/o命令和參數(shù)，并將命令中的抽象要求轉化成具體要求，（2）檢查用戶i/o請求的合法性（3）了解I/o設備的狀態(tài)。文件的定義：具有文件名的一組相關信息的集合，文件名有文件創(chuàng)建者在創(chuàng)建文件時給出，文件系統(tǒng)：操作系統(tǒng)中與文件管理有關的恩啊部分軟件以及他們管理的文件和文件屬性的集合。文件系統(tǒng)的對象和屬性：文件目錄和文件存儲器，對對箱操作和管理的軟件集合。文件系統(tǒng)的接口（11，，1,2,13是文件系統(tǒng)的層次結構文件系統(tǒng)的操作：創(chuàng)建，刪除，讀寫，設置文件的指針，打開關閉文件。文件的分類：從邏輯角度上來說：文件分為有結構穩(wěn)健和無結構