操作系統(tǒng)原理知識點總結(jié)

/第一章緒論1.操作系統(tǒng)是一組控制和管理計算機硬件和軟件資源、合理的對各類作業(yè)進行調(diào)度以方便用戶的程序集合※2.操作系統(tǒng)的目標:方便性、有效性、可擴展性、開發(fā)性※3.操作系統(tǒng)的作用:作為計算機硬件和用戶間的接口、作為計算機系統(tǒng)資源的管理者、作為擴充機器4.單批道處理系統(tǒng):作業(yè)處理成批進行,內(nèi)存中始終保持一道作業(yè)（自動性、順序性、單道性）5.多批道處理系統(tǒng):系統(tǒng)中同時駐留多個作業(yè),優(yōu)點:提高CPU利用率、提高I/O設備和內(nèi)存利用率、提高系統(tǒng)吞吐量（多道性、無序性、調(diào)度性）6、分時技術(shù)特性:多路性、交互性、獨立性、及時性,目標:對用戶響應的及時性7、實時系統(tǒng)：及時響應外部請求,在規(guī)定時間內(nèi)完成事件處理,任務類型：周期性、非周期性或硬實時任務、軟實時任務※8、操作系統(tǒng)基本特性:并發(fā)、共享、虛擬、異步性并行是指兩或多個事件在同一時刻發(fā)生。并發(fā)是兩或多個事件在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生?；コ夤蚕?一段時間只允許一個進程訪問該資源同時訪問:微觀上仍是互斥的虛擬是指通過某種技術(shù)把一個物理實體變?yōu)槿舾蓚€邏輯上的對應物。異步是指運行進度不可預知。共享性和并發(fā)性是操作系統(tǒng)兩個最基本的特征※9、操作系統(tǒng)主要功能:處理機管理、存儲器管理、設備管理、文件管理、用戶管理第二章進程的描述和控制※1.程序順序執(zhí)行特征:順序性、封閉性、可再現(xiàn)性※2.程序并發(fā)執(zhí)行特征:間斷性、失去封閉性、不可再現(xiàn)性3.前趨圖：有向無循環(huán)圖,用于描述進程之間執(zhí)行的前后關(guān)系表示方式: （1）p1>p2（2）>={(p1,p2)|p1必須在p2開始前完成}節(jié)點表示:一條語句,一個程序段,一進程。（詳見書P32）※4.進程的定義:(1)是程序的一次執(zhí)行過程,由程序段、數(shù)據(jù)段、程序控制塊（PBC）三部分構(gòu)成,總稱“進程映像”(2)是一個程序及其數(shù)據(jù)在處理機上順序執(zhí)行時所發(fā)生的活動(3)是程序在一個數(shù)據(jù)集合上的運行過程(4)進程是進程實體的運行過程,是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位進程特征:動態(tài)性、并發(fā)性、獨立性、異步性由“創(chuàng)建”而產(chǎn)生,由“調(diào)度”而執(zhí)行；由得不到資源而“阻塞”,由“撤消”而消亡5.進程及程序關(guān)系進程程序概念動態(tài)實體,強調(diào)執(zhí)行過程靜態(tài)實體,是指令的有序集合特征并發(fā)性、獨立性、異步性,是競爭計算機系統(tǒng)資源的基本單位無并行特性,是靜止的二者聯(lián)系不同進程可以共享同一程序,只要對應數(shù)據(jù)集不同※6.進程的三種狀態(tài):就緒、阻塞、執(zhí)行轉(zhuǎn)換:增加掛起:進程控制塊（PCB）的作用:進程存在的唯一標志。進程創(chuàng)建:（1）申請空白PCB（一個系統(tǒng)的PCB是有限的）（2）為新進程分配資源（3）初始化PCB（4）將新進程插入就緒隊列。進程終止:（1）檢查進程狀態(tài)；（2）執(zhí)行態(tài)――>中止,且置調(diào)度標志為真。（3）有無子孫需終止。（4）歸還資源給其父進程或系統(tǒng)。（5）從PCB隊列中移出PCB.※9、原語:是由若干條指令組成的,用于完成一定功能的一個過程,原語在執(zhí)行中不允許被中斷,原語的作用是實現(xiàn)進程的通信和控制?！?0、進程同步：并發(fā)進程在執(zhí)行次序上的協(xié)調(diào),以達到有效的資源共享和相互合作,使程序執(zhí)行有可再現(xiàn)性。11.兩種制約關(guān)系:資源共享關(guān)系:（進程間接制約）需互斥地訪問臨界資源。相互合作關(guān)系:（進程直接制約）※12、臨界資源:一次僅允許一個進程訪問的資源引起不可再現(xiàn)性是因為臨界資源沒有互斥訪問。臨界區(qū):進程訪問臨界資源的那段代碼。※13、同步資源應遵循的準則:空閑讓進、忙則等待、有限等待、讓權(quán)等待14.整形信號量、記錄型信號量、AND型信號量（書P532.4.3和2.4.4）生產(chǎn)者消費者問題（書P60）操作系統(tǒng)中引入進程的目的是為了使多個程序能并發(fā)執(zhí)行,以提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量,在操作系統(tǒng)中再次引入縣城,則是為了減少程序在并發(fā)執(zhí)行時所付出的時空開銷。管程的定義:定義了一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和能為并發(fā)進程在該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上執(zhí)行的一組操作,這祖操作能同步進程和個i變管程中的數(shù)據(jù)。線程的概念：線程是金成中的一個實體,是被系統(tǒng)獨立調(diào)度和分派的基本單位。一個線程可以創(chuàng)建和撤銷另一個線程；同一個進程中的多個線程之間可以并發(fā)執(zhí)行。進程及線程比較進程線程引入目的能并發(fā)執(zhí)行,提高資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量提高并發(fā)執(zhí)行的程度,減小開銷,進一步提高資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量并發(fā)性較低較高基本屬性（調(diào)度）資源擁有的基本單位獨立調(diào)度/分派的基本單位基本狀態(tài)就緒；執(zhí)行；等待就緒；執(zhí)行；等待擁有資源資源擁有的基本單位無資源分配系統(tǒng)開銷創(chuàng)建/撤銷/切換時空開銷大創(chuàng)建/撤銷/切換時空開銷較小系統(tǒng)操作創(chuàng)建,撤銷,切換創(chuàng)建,撤銷,切換存在標志進程控制塊（PCB）線程控制塊（TCB）關(guān)系單進程單線程；單進程多線程；多進程單線程；多進程多線程第三章處理機調(diào)度及死鎖※1.處理機調(diào)度:高級調(diào)度（作業(yè)調(diào)度、長程調(diào)度）:將外存上的作業(yè)插入就緒隊列。中級調(diào)度（中程調(diào)度）:為提高系統(tǒng)吞吐量和內(nèi)存利用率而引入的一內(nèi)外存對換功能。低級調(diào)度（進程調(diào)度、短程調(diào)度）：把處理器分配給程序,對象是進程。高級調(diào)度及低級調(diào)度的區(qū)別高級調(diào)度又稱為作業(yè)調(diào)度或長程調(diào)度,調(diào)度對象是作業(yè),作業(yè)調(diào)度往往發(fā)生于一個（批）作業(yè)運行完畢,退出系統(tǒng),而需要重新調(diào)入一個（批）作業(yè)進入內(nèi)存時,故作業(yè)調(diào)度的周期長；低級調(diào)度又稱為進程調(diào)度和短程調(diào)度,調(diào)度物件為進程（或內(nèi)核級線程）,進程調(diào)度的運行頻率最高,是最基本的一種調(diào)度,多道批處理、分時、實時三類OS中必須配置這種調(diào)度。引入中級調(diào)度的主要目的:是為了提高系統(tǒng)資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量2.選擇調(diào)度方式和調(diào)度算法的準則:面向用戶準則:（1）周轉(zhuǎn)時間短平均周轉(zhuǎn)時間:帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間:響應時間快（對交互性作業(yè)）截止時間保證（特別對于實時系統(tǒng)）優(yōu)先權(quán)準則（需要搶占調(diào)度）3.面向系統(tǒng)準則系統(tǒng)吞吐量高處理機利用率好各類資源平衡利用※※4.調(diào)度算法:在ＯＳ中調(diào)度實質(zhì)是一種資源的分配。先來先服務（FIFO）和短作業(yè)（進程）優(yōu)先調(diào)度算法（SJF/SPF）、高優(yōu)先權(quán)優(yōu)先調(diào)度算法、基于時間片的輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法。實時調(diào)度算法:最早截止時間優(yōu)先（EDF）:根據(jù)任務的截止時間來確定任務的優(yōu)先級截止時間越早,優(yōu)先級越高可以是搶占式或非搶占式最低松弛度優(yōu)先（LLF）:主要用于可搶占的調(diào)度方式中松弛度=必須完成時間-本身運行時間-當前時間※6.何謂死鎖？產(chǎn)生死鎖的原因和必要條件是什么？a.死鎖是指多個進程因競爭資源而造成的一種僵局,若無外力作用,這些進程都將永遠不能再向前推進；b.產(chǎn)生死鎖的原因有二,一是競爭資源,二是進程推進順序非法；c.必要條件是:互斥條件,請求和保持條件,不剝奪條件和環(huán)路等待條件※8、處理死鎖的基本方法:(1)預防死鎖—破壞產(chǎn)生死鎖的四個必要條件中的一個或幾個條件(2)避免死鎖—破壞產(chǎn)生死鎖的四個必要條件(3)檢測死鎖—通過系統(tǒng)設置的檢測機構(gòu),及時檢測出死鎖的發(fā)生(4)解除死鎖—撤銷或掛起一些進程預防死鎖的方法:a.摒棄"請求和保持"條b.摒棄"不剝奪"條件c.摒棄"環(huán)路等待"條件※※9、（大題）銀行家算法、安全性算法如果Request<=Need,去（2）,否則錯誤如果Request<=Available,去（3）,否則等待系統(tǒng)嘗試分配資源給進程Pi,并修改值Available=Available–RequestAllocation=Allocations+RequestNeed=Need–Request(4)安全檢查,即所有進程都順利完成第四章存儲器管理程序的裝入:絕對裝入：編譯后,裝入前已產(chǎn)生了絕對地址（內(nèi)存地址）,裝入時不再作地址重定位?？芍囟ㄎ谎b入:靜態(tài)重定位:裝入時完成,主要工作是對相對地址中的指令和數(shù)據(jù)地址的調(diào)整過程。動態(tài)運行時裝入（動態(tài)重定位）：程序執(zhí)行過程中,當訪問指令或數(shù)據(jù)時,才進行的地址變換方法程序的鏈接:靜態(tài)鏈接、裝入時動態(tài)鏈接、運行時動態(tài)鏈接。連續(xù)分配方式:單一連續(xù)分配:用于單用戶單任務分區(qū)式分配:固定分區(qū)分配:分區(qū)大小不相等的利用率更高；動態(tài)分區(qū)分配；可重定位分區(qū)分配。分配算法:首次適應算法要求:分區(qū)按低址――高址鏈接特點：找到第一個大小滿足的分區(qū),劃分。有外零頭,低址內(nèi)存使用頻繁。循環(huán)首次適應算法從上次查找的位置的下一個空閑空閑分區(qū)開始查找。特點:空閑分區(qū)分布均勻,提高了查找速度；缺乏大的空閑分區(qū)。最佳適應算法分區(qū)按大小遞增排序分區(qū)釋放時需插入到適當位置。對換:概念：將阻塞的進程,暫時不用的程序、數(shù)據(jù)換出,將具備運行條件的數(shù)據(jù)換入。類型:整體對換、部分對換（頁面對換、分段對換）空間管理:分為對換區(qū)和文件區(qū)對換區(qū)比文件區(qū)側(cè)重于對換速度因此,對換區(qū)一般采用連續(xù)分配。采用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和分配回收類似于可變化分區(qū)分配。頁面及頁表分頁存儲管理是將一個進程的邏輯地址空間分成若干個大小相等的片,稱為頁面或頁。由于進程的最后一頁經(jīng)常裝不滿一塊而形成不可利用的碎片,稱為“頁內(nèi)碎片”。系統(tǒng)為每個進程建立一張頁面映像表,簡稱頁表。頁表的作用是實現(xiàn)從頁號到物理塊號的地址映射?；痉猪摯鎯芾矸绞?連續(xù)分配引起碎片碎片問題的解決:緊湊方式消耗系統(tǒng)開銷解決方式用離散分配:分頁、分段、段頁頁面和物理塊：由機器的地址結(jié)構(gòu)決定,將一個進程的邏輯地址空間分成若干個大小相等的片,稱為頁面或頁,并為各頁加以編號,從0開始。相應的把內(nèi)存空間分成及頁面相同大小的若干個存儲塊,稱為物理塊或頁框。頁面大小:通常在512B~8KB頁太大,頁內(nèi)碎片大。頁太小：頁表可能很長,換入/出效率低※地址結(jié)構(gòu)（邏輯地址換物理地址基礎）（參照ppt第四章和書P139）※地址變換機構(gòu):頁表完成邏輯頁號到物理塊號的映射有快表訪問內(nèi)存速度會提高,但是快表不能太多※※題型:已知一次存取時間和快表命中率求訪問時間已知邏輯地址求物理地址（第四章PPT有詳解）基本分段儲存管理:即多重定位分區(qū)管理原因：引入分段存儲管理方式,主要是為了滿足用戶和程序員的下述一系列需要：（1）方便編程（2）分段共享（3）分段保護（4）動態(tài)鏈接（5）動態(tài)增長對用戶而言分段是二維的:段號+段內(nèi)地址分段基本原理：每個段定義了一組邏輯信息,主程序段、子程序段、數(shù)據(jù)段等分頁及分段的區(qū)別:（1）頁是信息的物理單位,段是邏輯單位（2）頁長度固定,段長度不固定（由用戶指定）（3）一維及二維段式系統(tǒng)易于共享9、虛擬存儲器常規(guī)存儲器特征:一次性、駐留性局部性原理:時間局部性（循環(huán)執(zhí)行）、空間局部性（順序執(zhí)行）虛擬存儲器定義:具有請求調(diào)入功能和置換功能,能從邏輯上對內(nèi)存容量進行擴充的一種存儲系統(tǒng)虛擬存儲器實質(zhì)：以時間換空間,但時間犧牲不大虛擬存儲器特征:離散性（部分裝入）、多次性（局部多次裝入）、對換性、虛擬性※※（大題必考）9、頁面置換算法:FIFO、LRU、CLOCK（第四章ppt、書）第五章設備管理設備分類:按速度分:低（鍵盤）、中（打印機）、高（磁盤）按信息交換單位分:塊（磁盤）、字符（打印機）按設備的共享屬性分:獨占（臨界資源）、共享（磁盤）、虛擬設備控制器:接收CPU命令,控制I/O設備工作,解放CPUI/O通道：一種特殊的執(zhí)行I/O指令的處理機,及CPU共享內(nèi)存,可以有自己的總線。CPU只需發(fā)送I/O命令給通道,通道通過調(diào)用內(nèi)存中的相應通道程序完成任務類型:字節(jié)多路通道:各子通道以時間片輪轉(zhuǎn)方式共享通道,適用于低、中速設備數(shù)組選擇通道:無子通道,僅一主通道,某時間由某設備獨占,適于高速設備。但通道未共享,利用率低數(shù)組多路通道:多子通道不是以時間片方式,而是“按需分配”,綜合了前面2種通道類型的優(yōu)點※4、I/O控制的四個階段:程序I/O、中斷I/O、DMA控制、通道控制5.ＤＭＡ控制器的組成DMA控制器由三部分組成:主機及ＤＭＡ控制器的接口、DMA控制器及塊設備的接口、I/O控制邏輯。為了實現(xiàn)主機及控制器之間成塊數(shù)據(jù)的直接交換,需設置ＤＭＡ控制器中四類寄存器DR：數(shù)據(jù)寄存器,暫存從設備到內(nèi)存或從內(nèi)存到設備的數(shù)據(jù)MAR:內(nèi)存地址寄存器DC:數(shù)據(jù)計數(shù)器,存放本次CPU要讀或?qū)懙淖郑ü?jié)）數(shù)CR：命令＼狀態(tài)寄存器,接收從CPU發(fā)來的I/O命令,或相關(guān)控制信息,或設備狀態(tài)6.緩沖的引入原因操作系統(tǒng)引入緩沖機制的主要原因可歸結(jié)為以下幾點：（1）緩和CPU及I/O設備間速度不匹配的矛盾；（2）減少對CPU的中斷頻率,放寬對中斷響應時間的限制；（3）提高CPU及I/O設備之間的并行性。7、緩沖池的組成、工作方式三個隊列:空緩沖隊列、輸入隊列、輸出隊列四種工作緩沖區(qū):（1）用于收容輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)；（2）用于提取輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)；（3）用于收容輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)；（2）用于提取輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)；※8、SPOOLING技術(shù):定義:假脫機技術(shù),在聯(lián)機狀態(tài)下同時出現(xiàn)外圍操作作用：通過緩沖方式,將獨占設備改造為共享設備特點: 提高I/O速度。將獨占設備改造為共享設備實現(xiàn)了虛擬設備功能磁盤:類型:固定頭磁盤（快）、移動頭磁盤（慢）訪問時間:※※（大題）尋道方式:FCFS、SSTF、SCAN、CSCAN（PPT第五章）第六章文件系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)以文件的形式保留在外存中文件的定義屬性:文件是指由創(chuàng)建者所定義的、具有文件名的一組相關(guān)信息的集合,可分為有機構(gòu)文件和無結(jié)構(gòu)文件。文件的屬性包括:文件類型、文件長度、文件的物理位置、文件的建立時間。文件、記錄和數(shù)據(jù)項:數(shù)據(jù)項基本數(shù)據(jù)項:可命名的最小邏輯單位/字段組合數(shù)據(jù)項:由若干基本數(shù)據(jù)項組成記錄一組相關(guān)數(shù)據(jù)項的集合關(guān)鍵字:能唯一地標識出記錄的基本/組合數(shù)據(jù)項文件具有文件名的一組相關(guān)信息的集合,可分為有結(jié)構(gòu)文件和無結(jié)構(gòu)文件（流式文件）文件類型:用途:系統(tǒng)文件、用戶文件、庫文件文件中的數(shù)據(jù)形式:源文件、目標文件、可執(zhí)行文件存取控制:只執(zhí)行文件、只讀文件、讀寫文件物理安排:順序文件、鏈接文件、索引文件文件系統(tǒng)模型概念:文件和對文件進行操縱和管理的軟件集合三個層:文件(對象及屬性)(文件操作(文件訪問對象及屬性:文件、目錄、磁盤存儲空間文件系統(tǒng)接口:命令接口、程序接口文件操作基本操作:創(chuàng)建、刪除、讀、寫、截斷、設置文件的讀寫位置、打開關(guān)閉操作文件邏輯結(jié)構(gòu):概念:用戶所能觀察和訪問到的文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織,獨立于物理特性,容易檢索和修改。無論是邏輯還是物理結(jié)構(gòu),都會影響到文件的檢索速度邏輯結(jié)構(gòu)類型:有結(jié)構(gòu)文件:定長記錄、變長記錄※記錄的組織形式:順序文件、索引文件、順序索引文件無結(jié)構(gòu)文件：流式文件,以字節(jié)為單位,利用讀/寫指針進行訪問記錄式文件、流式文件順序文件邏輯記錄排序:按記錄時間排:串結(jié)構(gòu) 按關(guān)鍵字排:順序結(jié)構(gòu)后一種情況更有利于提高查詢速度。如可用