【OS】期末总结复习

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操作系统复习

1. 知识点概念梳理：

  1. 在单处理机系统中，多道程序运行的特点：多道程序运行，宏观上并行，微观上串行。

  2. 信号量大小表示可用资源数，如果为负数表示当前等待的进程数；

  3. OS为用户提供两个接口界面：命令接口，程序接口。

  4. 多道程序设计出现是由于硬件上有：中断，管道的支持。

  5. 提高内存使用效率，解决小内存运行大作用的问题：覆盖技术，交换技术，虚拟存储技术。

  6. 文件的物理结构：

    1. 连续文件 2.串联文件，3.索引文件。

  7. Spooling技术：

    主要思想是在联机的条件下，进行两个方向的操作，在数据输入时，将数据从输入设备传送到磁盘或磁带（块设备），然后把这些块设备与主机相连；反过来，在数据输出时，将输出数据传送到磁盘或磁带上，再从磁盘或磁带传送到输出设备。
    输出井，输入井；最常见的是共享打印机； 一项是由输出进程SPO在输出井中为之申请一个空闲的存储空间，并将要打印的数据传送其中存放；另一项工作就是由输出进程SPO再为用户进程申请一张空白的用户请求打印表，并将用户的打印请求填入其中，然后将该表挂到打印机的请求队列上。这时，如果还有另一个进程请求打印机时，则系统仍同意为该进程执行打印输出，当然，系统所做的工作仍是以上两项内容。

  8. CPU执行操作系统代码时，处理机处于：

    管态;管态又叫特权态，系统态或核心态，是操作系统管理的程序执行时，机器所处的状态。大多数计算机系统都将CPU执行状态分为目态与管态;根据PSW程序状态字来控制，0表示系统态，1表示目态：用户态；

  9. 分时系统的特性：

    多路性，交互性，独占性；

  10. 死锁出现：

    若干进程因竞争资源而无限等待其他进程释放已占有的资源;

  11. 仅一条指令只能在管态下运行，这条指令:

    屏蔽中断指令；

  12. 虚存=min（内存+辅存，逻辑地址）

  13. 判断作业是否对主存空间的要求：

    1. 最先适应算法 2. 最佳适应算法 3. 最坏适应算法 4. 循环最先适应算法

  14. 系统“抖动”现象：

    在请求分页存储管理中，从主存（DRAM）中刚刚换出（Swap Out）某一页面后（换出到Disk），根据请求马上又换入（Swap In）该页，这种反复换出换入的现象，称为系统颠簸，也叫系统抖动。
    危害：系统时间消耗在低速的I/O上，大大降低系统效率。进程对当前换出页的每一次访问，与对RAM中页的访问相比，要慢几个数量级。
    原因：调度算法不科学，交换算法不科学
    解决：好的页替换算法减少运行的进程数

  15. 请求分页管理，页面增大一倍，缺页中断次数不一定减小一半：

    不一定是一半，这还得取决于操作系统内核的相关结构以及实际运行情况。因为系统中，缺页中断次数和页面大小有些关系，但并不只取决于页面大小，还跟系统总内存总量等很多因素有关，当系统内存不足时，会发生页面交换，此时也会产生很多次缺页中断，但与页面大小就没有太大关系了
    ’

  16. 请求分页存储管理：

    不同于基本分页存储管理
    (1) 查到页表项时需要进行判断，判断页面是否在内存中。
    (2) 当需要调入页面时，但有没有空闲内存时，需要进行页面置换。
    (3) 当页面需要调入或调出，需要修改请求页表中新增的表项。

    (1) 根据逻辑地址得到页号和页内偏移量。
    (2) 对页号进行越界判断。
    (3) 访问页表判断页是否在内存中，如果在继续执行程序。
    (4) 如果访问的页不在内存中，产生缺页中断请求，当前进程阻塞，缺页中断程序从根据页表从外存找到缺失的页。
    (5) 判断内存空间是否已满，未满，将缺页调入内存，修改页表。如果已满，从内存中选择一个页面置换，如果页面发生修改，需要将修改写回外存，然后再将缺页调入内存，并修改页表。
    (6) 页面调入后，阻塞的进程会处于就绪态等待处理机调度。

期末总复习

第一章 操作系统引论

  1. 操作系统的概念：

    提供用户与硬件系统之间 的软件接口，使用户能通过操作系统方便的使用计算机。

    1. 控制和管理计算机系统软，硬件资源，使之得到有效的利用。
    2. 合理组织计算机系统的工作流程，增强系统的处理能力。

  2. 操作系统的功能

    1. 进程管理
    1. 存储管理
    2. 设备管理 ： 为进程分配外设，启动外设进行数据传输，弥补CPU和外设之间的并行能力，采用中断，通道，缓冲，虚拟设备技术；为用户提供功能强大，界面友好的设备使用手段。
    3. 用户管理
    4. 文件管理

  3. 操作系统的分类：

    批处理，分时系统，实时系统。网络操作系统，分布式操作系统，并行操作系统

  4. 操作系统的特征： 并发，共享，不确定，虚拟性。

  5. 作业调度：先来先服务，最短作业调度，时间片轮转，优先级，高响应比

  6. 程序顺序执行时的特征： 顺序性，封闭性，可再现性；

  7. 程序并发执行的特征：间断性，失去封闭性，不可再现性

  8. 进程：程序及其数据在计算机上的一次运行，是系统进行调度和资源分配的基本单位；

  9. 为什么引入进程

    为了使程序在多道程序环境下能并发执行，并能对并发执行的程序加以控制和描述，从而在操作系统中引入了进程概念。引入进程的目的在于清晰地刻画动态系统的内在规律，有效管理和调度进入计算机系统主存储器运行的程序

  10. 进程的特征：动态性，并发性，独立性，异步性，交互性，结构性；

  • 什么是单道系统

    内存总是只保留一道作业，只有该作业完成之后才能进行下一个作业；

  • 什么是多道系统

    在内存存放多道作业，在管理出现的控制下交替执行；这些作业共享CPU和其他系统资源；

  • 区别

    多道程序的系统资源利用率提高，吞吐量也增加了；

  • 实时系统：计算机能够及时响应外部事件的请求；有三种典型的应用：过程控制系统，信息查询系统，事物处理系统；

    基本特点：交互性，实时性。可靠性；

  • 分时系统：

    一台主机连接多个终端，用户交互式向系统进行命令请求，系统接受请求，采用时间片轮转方式处理服务；
    基本特征：同时性，交互性，独立性，及时性；

  • 区别：

第二章 进程和线程

  • 进程：一个具有独立功能的出现关于某个数据集合的一次运行活动；进程就是并发环境中的执行过程；

    1. 动态性
    2. 并发性
    3. 非对应性

  • 进程的基本特征：

    1. 动态性
    2. 并发性
    3. 调度性
    4. 异步性
    5. 结构性

  • 进程的基本状态

    1. 运行状态
    2. 就绪状态
    3. 阻塞状态

  • 状态转换表

  • 进程控制块（PCB）

    进程描述表，是进程组成最关键的部分，含有进程的描述信息和控制信息，是进程动态特性的集中反映，是系统对进程施行识别和控制的依据

  • 组成

    1. 进程名
    2. 特征信息
    3. 进程状态信息
    4. 调度优先级
    5. 通信信息
    6. 现场保护区
    7. 资源需求，分配和控制方面的学习
    8. 进程实体信息
    9. 族系关系 10.其他信息

  • 进程的创建

    1. 申请一个空闲的PCB
    2. 为新进程分配资源
    3. 将新进程的PCB初始化，若是处于正常的运行状态，则立即
    4. 将新进程加到就绪队列中

  • 进程的终止

    终止原因：正常终止，异常终止，外部干扰

    1. 从系统的PCB表中找到指定进程的PCB ，若处于正常运行，则终止该进程的执行
    2. 回收该进程所占有的的全部资源
    3. 若该进程有子进程，还要终止其所有子孙进程，回收他们所占有的全部资源
    4. 将被终止的PCB从原来的对列中摘走，以后有父进程从中获取数据，并释放他

  • 什么是线程：线程是进程中实施调度和分派的基本单位

  • 线程的状态

    1. 运行状态
      2. 阻塞状态
      3. 就绪状态
      4. 终止状态

  • 线程和进程的基本关系

    1. 一个进程可以有多个线程，但至少要有一个线程，一个线程只能在一个进程的地址空间内活动
      2. 资源分配个进程，同一个进程的所有线程共享该进程的所有资源；
      3. 处理机分配给线程，真正在处理机上运行的是线程
      4. 线程在执行过程中需要协作同步，不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步；

  • 引入现成的好处

    1. 易于调度
      ·2. 提高并发性
      3.开销少，创建线程比创建进程要快，所以开销少
      4.利于充分发挥多处理器的功能

  • 进程间的相互关系

    互斥：各个进程彼此不知道对方的存在，逻辑上没有关系，由于竞争同一资源而发生相互制约；
    同步：各个进程不知道对方的名字，单通过某些对象（IO缓冲区）的共同存取来协同完成某一项任务
    通信：进程间可以通过名字彼此间进行通信，交换信息，合作完成一项任务；

  • 进入临界区的调度原则：

    1单个进入

    1. 独自占用
    2. 尽快退出
    3. 落败让权

    进程的状态

  • 进程是程序的一次执行。在这个执行过程中，有时进程正在被CPU处理，有时又需要等待CPU服务，可见，进程的状态是会有各种变化。为了方便对各个进程的管理，操作系统需要将进程合理地划分为几种状态；进程的状态—三种基本状态

  1. 运行态：占有CPU，在CPU上运行；

  2. 就绪态: 已经具备运行条件，由于没有空闲的CPU，暂时不能运行；

  3. 阻塞态：因等待某一事件而暂时不能运行；例如等待系统分配打印机，等待磁盘操作等等；

注意：单核处理机环境，每个时刻最多只有一个进程处于运行态，（多核另外说）。

另外两种状态：

  1. 创建态：进程正在被创建，操作系统为进程分配资源，初始化PCB
  2. 终止态：进程正在被系统撤销，操作系统回收进程拥有的资源，撤销PCB；

  • PV操作

    1. 原语：扩充的机器语言，不允许中断；

    2. P操作

    3. V操作

  • 生成者和消费者

  • 读者和写者

  • 管程

  • 高级进程通信

  • 作业调度和进程调度

  • 调度的时间

  • 调度算法

  1. FCFS
  2. SJF
  3. 优先级
  4. RR时间片轮转
  5. SRTF
  6. 高响应比优先
  • 中断
  • 中断的处理过程

第三章 死锁

  • 死锁
  • 条件
  • 策略
  • 银行家算法
  • 饥饿

第四章 调度

第五章 存储管理

  • 重定位：逻辑地址转变为内存物理地址

    逻辑地址空间:由逻辑地址组成的地址范围
    物理空间：内存中一系列存储单元所限定的地址范围；

  • 静态重地位：有目标程序装入内存时，有装入程序对目标程序中的指令和数据的地址进行修改，即把程序的逻辑地址改成物理地址；

  • 动态重定位：程序执行期间，每次访问内存之前进行重定位；

静态重定位动态重定位
地址变换在装入时一次完成将程序原本装入内存调度时候才进行地址转换
优点：无需增加硬件地址转换机构 便于实现静态连接，优点：程序占用内存空间动态可变，不必连续存放，比较容易实现几个进程对同一个程序的共享使用
缺点：程序的存储空间只能是连续的一片地址空间，重定位之后就不能再继续移动，不利于内存空间的有效利用缺点：附加硬件支持，增加机器成本，存储管理的软件比较复杂；
  • 对换技术:除操作系统占用的内存，其余的全部内存只供一个进程用户使用，其余进程都存放于外存上，每次只调入一个进程，时间片用完调出到外存上
  • 内存管理技术
分区分页分段
内存空间进行分区程序大小进行分页，内存大小相等分块
页面大小是有硬件决定
  • 分段分页的区别：
分页分段
目的分页是为了实现离散分配，削减内存的外外部碎片，提高内存的利用率，出于系统管理需要，非用户需要更好满足用户需要
长度大小有系统决定，系统把逻辑地址划分成页号和页内地址
地址空间一维二维，标识地址时需要给出段名和段内地址
碎片有内部碎片，无外部碎片有外部碎片无内部碎片
绝对地址页号和偏移量段号和偏移量
管理方式对于分页，操作系统必须为每个进程维护一个页表，以说明每个页对应的的页框。当进程运行时，它的所有页都必须在内存中，除非使用覆盖技术或虚拟技术，另外操作系统需要维护一个空闲页框列表。对于分段，操作系统必须为每个进程维护一个段表，以说明每个段的加载地址和长度。当进程运行时，它的所有短都必须在内存中，除非使用覆盖技术或虚拟技术，另外操作系统需要维护一个内存中的空闲的空洞列表。
共享和动态链接不容易实现容易实现
页是物理信息的物理单位段是信息的逻辑单位

  • 页表：实现从页号到物理块号的地址映射；

  • 快表：高速小容量的联想寄存器；

    由键号和值两部分(项：64~1024)
    键号：当前正在使用的某个页号
    值：页号对应的物理号
    不在快表内就要访问页表，访问页表需要两次访问内存，先访问一次页表再访问物理块号；

  • 分页产生碎片
    紧缩方案

方案1方案2
释放进程时候，如果不与空闲区相连，立即进行紧缩，空闲区保持连续分配进程空间时候，各个空闲区都不能满足才进行紧缩，也就是说回收空间的时候和有足够大的空闲区的时候不进行紧缩
管理容易，紧缩画时间紧缩的次数减少，管理比较复杂

  • 虚拟存储器：用户能作为可编址内存对待的虚拟存储空间，使得用户啰存储器与物理存储器分离，是操作系统给用户提供的一个比真实的空间还要打的地址空间，

    特征：
    虚拟扩充，部分装入，离散分配，多次对换

  • 请求分页技术

  • 置换过程

  1. 找出所需页面在磁盘的位置
  2. 找出一个内存空闲块，有则用，没有需置换；把给该置换的也写到磁盘上，修改相应的表项
  3. 把所需的页面读入内存
  4. 重新启动该进程

第五章 文件系统

  • 文件系统的功能：

    1. 文件管理
    2. 目录管理
    3. 文件存储空间管理
    4. 文件共享和保护
    5. 提供方便的接口实现“按名存取”

  • 文件的逻辑形式

    1. 无结构文件：文件内部不在划分记录，由一组相关信息组成的有序字节流，流式文件；
    2. 有结构文件：记录式文件；
    3. 树形文件：也是有结构文件

  • 文件的存储分配

连续分配链接分配索引分配多重索引
一组连续盘块分给一个文件逻辑上连续的分配在离散的物理块非连续分配，为每个文件建立一个索引表
优点：顺序存储使速度快，可以存取多个盘符，改进IO性能常用于存放系统文件优点：不会产生碎片，可以动态扩充，不用紧缩内存优点：多了随机存取
缺点：建立文件时就要确定长度，不便文件的动态扩充，出现外部碎片缺点：只适合顺序访问，不适合随机存取，增加链接字信息管理添加麻烦，指针丢失会产生不可靠缺点：开销增加，降低存储文件的速度

  • 目录的存储

  • FCB :

  • 文件存储空间管理的方法

    1. 空闲空间表法
    2. 空闲块链接法
    3. 位示图法：
    4. 空闲块成组链接法：

第七章 IO输入输出管理

  • 设备分类：

    1. 存储设备：块设备
    2. 输入输出设备：字符设备

  • 设备标识：设备类型号为主设备号；同类设备的相对序号为次设备号；

  • 通道：使得CPU摆脱繁忙的IO事务，减少中断次数，设置专门处理IO操作的机构

  • 总线：组成计算机各部件间进行信息传送的一组公共通路；

  • IO系统的控制方式：

    1. 程序控制直接传递
    2. 程序查询方式
    3. 中断控制方式
    4. 直接存储器访问方式

  • DMA特点：

    1. 数据是在内存与设备之间直接传送，传送过程不需CPU
    2. 仅在一个数据块传送结束后，DMA控制器才向CPU发中断请求
    3. 数据的传输控制完全由DMA控制
    4. 数据传输过程中，CPU与外设并行工作，提高系统效率

  • 缓冲：缓冲区又称为缓存，它是内存空间的一部分。也就是说，在内存空间中预留了一定的存储空间，这些存储空间用来缓冲输入或输出的数据，这部分预留的空间就叫做缓冲区；

  • 解决的问题：解决到达速率和离去速率不同

  • 引入缓冲技术的主要目的：

    1. 缓解CPU和IO设备之间速度不匹配的矛盾
    2. 提高并行性
    3. 减少CPU中断次数，放宽CPU对中断响应时间的要求

  • SPOOling 技术

    四个部分：存输入，取输入，存输出，取输出
    在这里插入图片描述

  • IO 软件的组成层次

    1. 中断处理程序
    2. 设备驱动程序
    3. 与设备无关的操作系统IO软件
    4. 用户级IO软件
    5. 在这里插入图片描述

进程状态的转换

运行态到阻塞态是一个主动过程

阻塞态到就绪态是一个被动过程

6RIPQs.png

王道考研图

注意：不能由阻塞态直接转换为运行态，也不能由就绪态直接转换为阻塞态（因为进入阻塞态是进程主动请求的，必然需要进程在运行时才能发出这种请求）

进程和程序的区别：

1、进程是动态的，而程序是静态的；
2、进程有一定的生命期，而程序是指令的集合，程序本身没有生命期。
联系：进程是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动

临界资源：操作系统中一次只允许一个进程使用的资源
临界区：进程互斥执行的程序段
临界区的调用原则：用空让进，忙则等待，有限等待，让权等待

题目

置换算法

FIFO 算法
在这里插入图片描述

LRU 算法
最近最久未使用算法
在这里插入图片描述

posted @ 2022-05-02 19:41  jucw  阅读(367)  评论(0)  编辑  收藏  举报