1、操作系統的主要功能從資源管理觀點看，操作系統具有五大功能：? 處理機管理? 存儲器管理? 設備管理? 文件管理? 作業管理1.處理機管理 主要任務：是對處理機的分配和運行實施有效管理。對處理機管理，可歸結為對進 程的管理。進程管理的主要功能? 進程控制：當用戶作業要運行時，應為之建立一個或多個進程，并為它分配除處理 機以外的所有資源， 將它放入進程就緒隊列。 當進程運行完成時， 立即撤消該進程， 以便及時釋放其所占有的資源。進程控制的基本功能就是創建和撤消進程以及控制 進程的狀態轉換。? 進程同步：所謂進程同步是指系統對并發執行的進程進行協調。最基本的進程同步 方式是使諸進程以互斥方式訪問臨界

2、資源。? 此外，對于彼此相互合作、去完成共同任務的諸進程，則應由系統對它們的運行速 度加以協調。? 進程通信： 對于相互合作的進程， 在它們運行時， 相互之間往往要交換一定的信息， 這種進程間所進行的信息交換稱為進程通信。? 進程調度：當一個正在執行的進程已經完成，或因某事件而無法繼續執行時，系統 應進行進程調度，重新分配處理機。進程調度是指按一定算法，如最高優先算法， 從進程就緒隊列中選出一進程，把處理機分配給它，為該進程設置運行現場，并使 之投入運行。2.存儲器管理 存儲器管理的主要任務? 為多道程序的并發運行提供良好環境；? 便于用戶使用存儲器；? 提高存儲器的利用率；? 為盡量多的用戶

3、提供足夠大的存儲空間。存儲器管理的功能? 內存分配：多道程序能并發執行的首要條件是，各道程序都有自己的內存空間，因 此，為每道程序分配內存是存儲器管理的最基本功能。? 內存保護：為保證各道程序都能在自己的內存空間運行而互不干擾，要求每道程序 在執行時能隨時檢查對內存的所有訪問是否合法。必須防止因一道程序的錯誤而擾 亂了其它程序，尤其應防止用戶程序侵犯操作系統的內存區。? 地址映射：在多道程序的系統中，操作系統必須提供把程序地址空間中的邏輯地址 轉換為內存空間對應的物理地址的功能。地址映射功能可使用戶不必過問物理存儲 空間的分配細節，從而為用戶編程提供了方便。內存擴充：由于物理內存的大小可能限制

4、了大型作業或多個作業的并發執行，為了 滿足用戶的要求并改善系統性能，必須對內存加以擴充。但我們無須去真正地增加 內存空間，而只須借助于虛擬存貯技術，便可獲得這樣地效果，使系統能運行內存 要求量遠比物理內存大得多得作業，或讓更多得作業并發執行。3.設備管理1）設備管理的主要任務:? 為用戶程序分配 I/O 設備；? 完成用戶程序請求的 I/O 操作；? 提高 CPU 和 I/O 設備的利用率；? 改善人機界面。2）設備管理程序應具有的功能? 緩沖管理：幾乎所有的外圍設備于處理機交換信息時，都要利用緩沖來緩和CPU和I/O設備間速度不匹配的矛盾，和提高CPU與設備、設備與設備間操作的并行程度，以提

5、高CPU和I/O設備的利用率。? 設備分配：系統根據用戶所請求的設備類型和所采用的分配算法對設備進行分配，并將未獲得所需設備的進程放進相應設備的等待隊列。I/O 操作，并對由設備發來的中? 設備處理：啟動指定的 I/O 設備，完成用戶規定的斷請求進行及時響應，根據中斷類型進行相應的處理。? 虛擬設備功能：通常，把一次僅允許一個進程使用的設備稱為獨占設備。系統可通 過某種技術使該設備成為能被多個用戶共享的設備，以提高設備利用率及加速程序 的執行過程。可使每個用戶都感覺到自己在獨占該設備。4.文件管理? 文件存儲空間的管理? 目錄管理? 文件讀、寫管理? 文件保護? 向用戶提供接口5.作業管理1）

6、作業管理的主要任務:是根據系統條件和用戶需要，對作業的運行進行合理的組織、調度及相應的控制。2）作業調度：作業調度是指根據系統的能力和當前作業的運行情況，按一定策略，從后備 作業隊列中選出一批作業，為它們分配所需的 I/O 設備和存儲空間，將它們調入內存并為 之建立相應的進程，使之成為具有獲得處理機資格的侯選進程。3）作業控制：作業控制是指作業從進入系統開始，直到運行完成的整個過程中，用戶可通 過某種形式向系統發出各種命令，以對自己的作業進行控制和管理。進程狀態轉換條件在進程運行過程中，由于自身進展情況及外界環境的變化，這三種基本狀態可以依據一定 的條件相互轉換：? 就緒 -> 運行?

7、運行->調度程序選擇一個新的進程運行就緒運行進程用完了時間片精品? 運行->? 等待->運行進程被中斷，因為一高優先級進程處于就緒狀態 等待當一進程必須等待時? OS尚未完成服務? 對一資源的訪問尚不能進行? 初始化 I/O 且必須等待結果? 等待某一進程提供輸入 就緒當所等待的事件發生時(IPC)其他狀態? 創建狀態? 終止狀態? 掛起狀態調節負載，對換，父進程，操作系統，終端用戶） 創建（新new狀態-OS已完成為創建一進程所必要的工作? 已構造了進程標識符? 已創建了管理進程所需的表格但還沒有允許執行該進程? 因為資源有限（ 尚未同意 ）終止（退出 exit） 狀態 中

8、止后進程移入該狀態- 它不再有執行資格- 表格和其它信息暫時由輔助程序保留? 例子: 為處理用戶帳單而累計資源使用情況的財務程序當數據不再需要后，進程 （和它的表格）被刪除五狀態進程模型?阻塞-> 阻塞掛起- 當所有進程都阻塞，OS會安排空間讓一就緒進程進入內存?阻塞掛起-> 就緒掛起- 當等待的事件發生時（狀態信息已在 OS中）?就緒掛起-> 就緒- 當內存中沒有就緒進程時?就緒-> 就緒掛起（較少見）- 當沒有被阻塞的進程，而為了性能上的考慮，必須釋放一些內存時七狀態進程模型m 上(livatr>、uspvdSttq>cndk went(VcttrsXf

9、iockcd Swpviidd、 vth altBlocked i1 illHOUtbACllt Occurst*cnlExil )進程控制塊（PCB? 系統為了管理進程設置的一個專門的數據結構，存放了用于描述該進程情況和控制進程運行所需的全部信息。? 系統利用 PCB來控制和管理進程，所以? 進程與PCB是PCB是系統感知進程存在的唯一標志對應的進程控制塊的內容? 進程標識符：標識一個進程的編號，也稱為進程的內部名;? 現性狀態：說明進程的當前狀態;? 現場保留區：保存進程由執行狀態變為其它狀態時的? 程序與數據地址：該進程的程序和數據所在位置信息;? 互斥與同步機構：實現進程間互斥與同步時

10、所必須的機構;? 進程通信機制：用于實現進程間的通信所需的數據結構;? 優先級：表示進程使用CPU時優先級別的一個整數;? 資源清單：列出進程擁有的資源的記錄;? 連接字：給出本進程所在隊列中的下一個進程的? 家族聯系：用于說明本進程與其它家族成員間的關系。CPU現場信息;PCB首址;進程映象 （ 進程要素 ）? 用戶程序? 用戶數據? 棧- 用于過程調用和參數傳遞? 進程控制塊 PCB 執（ 行上下文 ）- 控制進程所需的數據（進程屬性），包括:? 進程標識符信息? 處理器狀態信息? 進程控制信息進程控制塊的組織方式 為了有效地對進程控制塊進行管理，應該采用適當的方式把它們組織起來。目前常用

11、的組織方式有以下兩種： ? 按鏈接方式組織PCB 隊（ 列 ）不同狀態進程分別組成隊列 運行隊列、就緒隊列、等待隊列 ? 按索引方式組織PCB 表（ ）對具有相同狀態的進程，分別設置各自的（其他方式：線性表或鏈表）PCB索引表，表明PCB在 PCB表中的地址為什么要線程的引入? 在操作系統中，進程的引入提高了計算機資源的利用效率。但在進一步提高進程的 并發性時，人們發現進程切換開銷占的比重越來越大，同時進程間通信的效率也受 到限制? 線程的引入正是為了簡化進程間的通信，以小的開銷來提高進程內的并發程度信號量的物理含義：精品信號量S> 0時S的數表示某可用源的數目執行P操作意味著申請分配一

12、個單 位的蘇；當 SC 0時表示無資源可用，此時的對值示信號量 S的阻塞隊列中的進 程數。執t V操作意味著釋放一個位的源。S>0表示有S個源可用S=0 表示無資源 可用S<0PS |表示S等待列中的程個數P（S）: 表示申請一 個資源V（S） 表示釋放一個資源。信號量的初值應該大于等于處理機度調的基本概念 在多道程環境下，進程數目往往多于處理機數目，致使它們爭用處理機。這就要求系統能 按某種算法，動態地把處理機分配給就隊緒列中的一個進程，使之執行。分配處理機的任 務是由進程度調程序完成的。它是操作系統設計的中心問題之一。分時系統和實時統的系區別。各有什么特點？各自采用什么調度算法

13、？分時系 :統時間片轉輪度調 算法實時系:統在實中時系統 , 硬實和務任時軟實時任務都聯系著一個截止時間 1）非搶占 式調度 算法:? 非搶占式輪轉調度算法搶占式優先調度算法2）搶占式調度算法 :?基于時鐘中斷的占搶先優度調 算法?立即搶占 先優調權度算法。經歷間時的CPU周轉時 間：作業從提交到完成（得到結果 ）所經時的間歷。包括：在收容隊列 中等待， 上執行，就緒隊列和阻塞隊列中等待，結果輸出等待響應比 : （ 等待時間 +要求服務時間 ）/ 要求服務時間產生死鎖的原因1. 競爭系統資源2. 程進的推進順序不當產生死的鎖必要條件? 互斥條件（資源獨占）?請求 和保持條件（部分分配，占有申請

14、 ） ? 不剝奪條 件（不可強占） ?路環等待條件。預防死鎖的方法破壞產生死鎖的四個必要條件之一1）源資一次性分配；（ 破壞請求和保持條件）2) 可剝奪資源；即當某進程新的資源未滿足時，釋放已占有的資源( 破壞不可剝奪條件 )3) 資源有序分配法；做法：系統給每類資源賦予一個編號，每一個進程按編號遞增的順死鎖避免? 死鎖避免定義 : 在系統運行過程中序請求資源，釋放則相反(破壞環路等待條件)，對進程發出的每一個系統能夠滿足的資源申請 進行動態檢查，并根據檢查結果決定是否分配資源，若分配后系統可能發生死鎖， 則不予分配，否則予以分配。? 預防死鎖的幾種策略，會嚴重地損害了系統性能。因此要施加較弱

15、的限制，從而獲 得較滿意得系統性能來避免死鎖。? 由于在避免死鎖的策略中，允許進程動態地申請資源。因而，系統在進行資源分配 之前預先計算資源分配的安全性。若此次分配不會導致系統進入不安全狀態，則將 資源分配給進程；否則，進程等待。其中最具有代表性的避免死鎖算法是銀行家算 法。死鎖的解除1)2)重要的是以最小的代價恢復系統的運行。方法如下： 重新啟動撤消進程3)4)剝奪資源進程回退虛擬存儲器的基本思想是： 程序、數據、堆棧的大小可以超過內存的大小，操作系統把程序當前使用的部分保留在內 存，而把其它部分保存在磁盤上，并在需要時在內存和磁盤之間動態交換. 虛擬存儲器支持多道程序設計技術 虛擬存儲器?

16、 具有請求調入功能和自換功能 , 能從邏輯上對內存容量進行擴充的存儲器系統。虛 擬存儲器就是一個地址空間，且具有比實存大得多的容量。? 對用戶：指令地址部分所限定的比實存大得多的地址實間。? 對系統：借助于各種表格機構，體現虛擬實間。虛擬存儲器的容量CPU的有效地址4GB。? 一個虛擬存儲器的最大容量是由計算機的地址結構確定的。如：若 長度為32位，則程序可以尋址范圍是0(2八32)-1 ，即虛存容量為? 虛擬存儲器的容量與主存的實際大小沒有直接的關系，而是由主存與輔存的容量之 和所確定。頁面置換算法 當要放一頁面到全滿的主存塊時，系統需淘汰一頁。用來選取淘汰哪一頁的規則，叫 置換算法。? 最

17、佳置換算法? 先先出置攥法? 最近最久未用置換算法? 近似的 LRU算法（NRU算法） 最佳置換算法其所;擇的被淘汰頁最佳置換算法是由Belady于1966年提出的一種理論上的算法。面，將是以后永不使用的，或是在最長未來）1時為不再被訪。采用最佳置換算法，通常可保證獲得最氐的缺頁。先先出（FIFO面置換法置時擇在內存中留間頁淘汰之最近最久未使用（LRU置換法選撮后一次訪問時距離當前長一并淘汰之。即淘汰沒有使用的時間。現代價很高（間戳或硬件方法）LRU置算法的硬件支持1）寄存器程在內存中各頁勺使用情況，須每個在內存中的面配置一個移 位寄存器，可表示為R=Rn-lR-2R-3 ? R2RRK.R,

18、RiR：J.11111rJ010*_1C1110f3C0aP11）4C1Hr111II11c10111011c1c11齊 f00QL(11I 11*1f 11I! *012)棧改型Clock置算法由位 A和修改位 M可以合成下面四種類型的面:類 (A=0, M=0):類 (A=0, M=1) ：類 (A=1, M=0) ：類 (A=1, M=1):是最佳淘汰頁。并不是很好的淘汰頁。該頁有可能再被訪問。該頁可能再被訪問。表示該頁最近既未被訪問，又未被修改，表示該頁最近未被訪問，但已被修改，最近已被訪問， 但未被修改， 最近已被訪問且被修改，精品其執行過程可分成以下三步： 從指針所指示的當前位置開

19、始，掃描循環隊列，尋找A=0且M=0的第一類頁在第一次掃描期間不改變訪問位 則開始第二輪掃描，尋 在第二輪掃描期間，(1)面， 將所遇到的第一個頁面作為所選中的淘汰頁。(2) 如果第一步失敗，即查找一周后未遇到第一類頁面，找A=0且M=1的第二類頁面，將所遇到的第一個這類頁面作為淘汰頁。將所有掃描過的頁面的訪問位都置0。(3) 如果第二步也失敗，亦即未找到第二類頁面，則將指針返回到開始的位置，并將所有的訪問位復0。 然后重復第一步，如果仍失敗，必要時再重復第二步，此時就一定能找到被淘汰的頁。A。其它置換算法1. 最少使用 (LFU： Least Frequently Used) 置換算法2.

20、頁面緩沖算法 (PBA： Page Buffering Algorithm)與設備無關性(設備獨立性)? 用戶在編制程序時，使用邏輯設備名，由系統實現從邏輯設備到物理設備的轉換? 用戶能獨立于具體物理設備而方便的使用設備? 用戶申請使用設備時，只需要指定設備類型，而無須指定具體物理設備，系統根據 當前的請求，及設備分配的情況，在相同類別設備中，選擇一個空閑設備，并將其 分配給一個申請進程引入緩沖技術1. 緩和CPU與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CPU中斷響應時間的限制3. 提高CPU和I/O設備之間并行性 .磁盤查找算法1. (First-Come, First Served)2. 最短尋道時間優先SSTF(Shortest Seek Time First)3. 掃描(SCAN)法優先考慮磁頭當前的移動方向 臂的移動方向4. 循環掃描(CSCA算法磁頭單向移動 , 當磁頭到最外的磁首并訪問後5. N-SteP-SCA和 FSCAN調