软件设计师考点2 操作系统基本原理

操作系统作用

①管理系统硬件，软件，数据资源

②控制程序运行

③人机之间的接口

④应用软件与硬件之间的接口

操作系统分为：批处理操作系统，实时操作系统，分时操作系统，个人操作系统，网络操作系统。

进程管理：

①进程状态：运行、就绪、等待。

②前驱图：用来表达完成一个事件的先后关系。

进程的互斥：某一时刻只允许一个进程占用资源，如千军万马过独木桥

同步：速度有差异，在一定情况下停止等待。

③PV操作

临界资源：诸进程之间需要互斥方式对其进行共享的资源，如打印机，磁带机等。

临界区：进程中访问临界资源的那段代码。

信号量：一种特殊的变量。
P操作通过V操作来唤醒。

可以先表明信号量，在进行分析，信号量标识遵从从上到下，从左到右的原则

④死锁问题：一个进程在等待一件不可能发生的事情就会发生死锁。一个或多个进程死锁会造成系统死锁。

死锁的四大条件：互斥，保持和等待，不剥夺，环路等待。

死锁的预防：打破四大条件

死锁的避免：有序的资源分配，银行家算法

银行家算法：分配资源的原则。系统会给所需资源小于等于系统资源的进程分配资源。

存储管理：

分区存储：

 

 

①页式存储：用户程序等分为大小相同的页，内存也分为大小相同的页，用页表记录程序和内存的对应关系。

优点：利用率高，碎片小，分配及管理简单。

缺点：增加了系统开销，可能发生抖动。

逻辑地址和物理地址的页内地址相同。

 

 

解题思路：页面大小位4K=2¹²，则页内地址为12位，则16进制的5A29后三位为页内地址，5为页号，通过查表得知页号位5时页帧号为6，则其物理地址为：6A29H

淘汰的页号必须为在内存中的，所以可选为0，1，2，5，又因访问过的不能进行淘汰，查表可得只有1号位没有访问，所以淘汰一号位。

②段式存储：段号+段长+基址，段内存大小可以不同

优点：多道程序共享内存，程序修改互不影响

缺点：内存利用率低，内存碎片浪费大。

③段页式存储

优点：空间浪费小，存储共享容易，存储保护容易，能动态链接

缺点：复杂度和开销增加，执行速度降低

④块表：小容量的相联存储器，由高速缓存器组成，速度快，可以从硬件上保证按内容并行查找，一般用来存放当前活动最频繁的少数页面的页号。

⑤页面置换算法

最优算法

随机算法

先进先出算法：最先进入内存的最先淘汰。有可能产生抖动

最近最少使用算法：最近被访问过的页面不会被淘汰。

解题思路：由于没有使用块表，所以访问页式存储时需要先访问页号，根据页号中的页内地址去访问物理地址，总共需要访问两次内存，有6个页面则访问12次，

默认指令无论占用几个页都会一次性调入，只产生一次缺页中断，而数据类型产生两次缺页中断，总共产生5次缺页中断。

文件管理

①索引文件：一般索引文件有13个块，0-9对应直接索引，10为一级间接索引，对应存储物理盘的地址，11为二级间接索引，间接越多，访问效率越低。

②文件和树形目录结构

绝对路径：从盘符开始的路径

相对路径：从当前路径开始的路径。

③空闲存储空间的管理

空闲区表法：操作系统为磁盘外存上所有空闲区建立一张空闲表，每个表项对应一个空闲区，空闲表包含“序号，第一空闲盘块号，空闲盘块数”等信息。它适用于连续文件结构。

空闲链表法：将所有的空闲盘区拉成一条空闲链。根据构成链的基本元素的不同，可有两种链表方式：空闲盘块，空闲盘区链

位视图法

注意：第n个字是从0开始算，位数是从0开始算。

成组链表法

④数据传输控制方式：内存和外设之间的数据传输

程序控制方式：程序查询方式，CPU介入最多的方式，最低级。外设不会主动反馈传输结果。

程序中断方式：主动性强，若外设完成数据传输，会发一个中断，系统会做处理

DMA方式：直接存取控制方式，有专门的DMA控制器监管。

通道：

1. 在用户程序中使用访管指令进入管理程序，由CPU通过管理程序组织一个通道程序，并启动通道。
2. 通道处理机执行CPU为它组织的通道程序，完成指定的数据输入输出工作。通道被启动后，CPU就可以退出操作系统的管理程序，返回到用户程序中继续执行原来的程序，而通道开始与设备之间的数据传送。当通道处理机执行完通道程序的最后一条通道指令"断开通道指令"时，通道的数据传输工作就全部结束了。
3. 通道程序结束后向CPU发中断请求。CPU响应这个中断请求后，第二次进入操作系统，调用管理程序对输入输出中断请求进行处理。 如果是正常结束，管理程序进行必要的登记等工作，如果是故障、错误等异常情况，则进行例外情况处理。然后，CPU返回到用户程序继续执行。

输入输出处理机：输入输出处理机通常是一台独立的处理机，具有一定的运算功能，可以承担一般的外围处理机的输入输出、控制操作和运算处理等任务。另外，由于输入输出处理机具有自己的存储器，因此，不必通过主存储器就能完成与外围设备的数据交换。

②位示图：利用二进制中的一位来表示磁盘中一个盘块的使用情况。

作业管理：一个批处理型作业，从进入系统并驻留在外存的后备队列上开始，直至作业运行完毕，要经历提交、后备、执行和完成4个状态。

设备管理：设备管理程序提供下述功能
1、提供和进程管理系统的接口
2、进行设备分配
3、实现设备和设备之间、设备和CPU之间的并行操作
4、进行缓冲区管理。

①虚设备与SPOOLING技术

SPOOLING技术：将需要输出的内容放入缓存区，挨个打印缓冲区的内容。

微内核操作系统：将关键部分放入核心中。可靠性，稳定性，安全性高。要求了解哪些部分是核心块以及其优缺点。