1、精選優質文檔-傾情為你奉上 操作系統復習提綱第1章 引論1. 計算機系統組成硬件：中央處理器，存儲器（主存和輔存），輸入輸出控制系統和各種輸入輸出設備構成軟件：系統軟件，支撐軟件和應用軟件。2. 操作系統的功能/本質從資源管理的觀點出發，操作系統功能可分為：處理器管理、存儲管理、文件管理、設備管理。此外，操作系統還為用戶提供了兩類使用接口：程序員接口-“系統功能調用”和操作員接口-“操作控制命令”。 3. 按照操作系統提供的服務，大致可以把操作系統分為以下幾類：批處理操作系統、分時操作系統、實時操作系統、微機操作系統、嵌入式操作系統、網絡操作系統和分布式操作系統。其中批處理操作系統、分時操作系

2、統、實時操作系統是基本的操作系統。批處理操作系統按照用戶預先規定好的步驟控制作業的執行，實現計算機操作的自動化。又可分為批處理單道系統和批處理多道系統。單道系統每次只有一個作業裝入計算機系統的主存儲器運行，多個作業可自動、順序地被裝入運行。批處理多道系統則允許多個作業同時裝入主存儲器，中央處理器輪流地執行各個作業，各個作業可以同時使用各自所需的外圍設備，這樣可以充分利用計算機系統的資源，縮短作業時間，提高系統的吞吐率。 分時操作系統，這種系統中，一個計算機系統與許多終端設備連接，分時系統支持多個終端用戶，同時以交互方式使用計算機系統，為用戶在測試、修改和控制程序執行方面提供了靈活性。分時系統的

3、主要特點是同時性、獨立性、及時性和交互性。實時操作系統能使計算機系統接收到外部信號后及時進行處理，并在嚴格的規定時間內完成處理，且給出反饋信號。它是較少有人為干預的監督和控制系統。實時系統對可靠性和安全性要求極高，不強求系統資源的利用率。4. Unix，Linux特點Unix：通用的交互式分時操作系統。特點：短小精悍。具有可裝卸的多層次文件系統。可移植性好。網絡通信功能強。Unix是目前惟一可以安裝和運行在從微機、工作站、大型機到巨型機上的操作系統。Linux：網絡時代的產品。繼承了Unix的特點，多任務多用戶的通用操作系統。特點：支持TCP/IP協議，并能與其他網絡集成，使異地機能方便的入網

4、；支持并行和實時處理，能充分發揮硬件性能；支持多種文件系統，方便用戶使用。5. 特權指令：不允許用戶程序中直接使用的指令。6. 目態，管態中央處理器的兩種工作方式：管態和目態。在管態下，中央處理器可執行包含特權指令在內的一切指令；目態次于管態，在目態下，中央處理器不準執行特權指令。操作系統在管態下工作，用戶程序在目態下工作。作用：防止用戶程序破壞操作系統及其關鍵數據。7. 程序狀態字：用來控制指令執行順序并且保留和指示與程序有關的系統狀態。（圖見課本）8. 操作系統為什么要提供系統調用？（簡答）為了使用戶能方便使用計算機系統，操作系統提供了兩類使用接口。分別是：程序員接口和操作員接口。程序員接

5、口就是指一組系統功能調用。操作系統編制了許多不同功能的子程序，供用戶程序執行中調用。這些由操作系統提供的子程序稱為系統功能調用程序，簡稱系統調用。系統調用是操作系統為用戶程序提供的一種服務界面，或者說，是操作系統保證程序設計語言能正常工作的一種支持。在源程序一級，用戶用程序設計語言描述算題任務的邏輯要求，這些要求的實現只有通過操作系統的系統調用才能完成，其中有些要求還必須執行硬件的特權指令才能達到目的。第2章 處理器管理1.多道程序設計：讓多個計算題同時進入一個計算機系統的主存儲器并行執行。宏觀上并發執行（并行），微觀上順序執行（串行）。2.進程：把一個程序在一個數據集合上的一次執行稱作一個進

6、程。進程的屬性：進程是動態的，它包含了數據和運行在數據集上的程序多個進程可以含有相同的程序多個進程可以并發執行進程有三種基本狀態：就緒態，等待態，運行態。進程是由程序，數據集，進程控制塊三部分構成的。3.進程和程序的區別：（簡答）進程是動態的，程序是靜態的。進程是暫時的，程序是永久的。進程與程序的組成不同：進程包括程序、數據和進程控制塊。進程與程序是密切相關的。通過多次執行，一個程序可對應多個進程；通過調用關系，一個進程可包括多個程序。4.進程的基本狀態及狀態轉化（選擇，填空，簡答）就緒狀態（ready）：進程等待分配CPU。 系統中同時處于就緒狀態的進程會排成一個或多個就緒隊列。 執行狀態（

7、running）：進程正占用CPU執行其程序中的指令。 在單處理機系統中，任何時刻至多只有一個進程處于執行狀態。阻塞狀態（blocked）：進程在等待某個事件的發生，故也稱為等待狀態（waiting）。 系統按等待原因的不同將阻塞狀態的進程排成多個阻塞隊列。新狀態（new）：進程正被創建。終止狀態（terminated）：進程已經結束執行。執行狀態就緒狀態阻塞狀態新狀態終止狀態接收進程調度退出中斷等待I/O或事件I/O或事件發生5.進程控制塊的作用和基本內容。在計算機系統中，進程控制塊就是對進程進行管理和調度的信息集合。它包含四類信息：（1）標示信息。用于表示一個進程。（2）說明信息。用于說明

8、進程情況。（3）現場信息。用于保留當前運行進程暫時讓出處理器時存放在處理器中的各種信息，以便能在繼續運行時得以恢復。（4）管理信息。用于管理進程。6.中斷定義，類型，過程。（簡答）由于某些事件的出現，中止現行進程的運行，而由操作系統去處理出現的事件，待適當的時候讓被中止的進程繼續運行，這個過程稱為中斷。引起中斷的事件稱為中斷源。對出現的事件進行處理的程序稱為中斷處理程序。（1）硬件故障中斷。（2）程序中斷。（3）外部中斷。（4）輸入/輸出中斷。（5）訪管中斷。前面四類中斷不是正在運行的進程所期待的，而是由于外界的原因迫使正在運行的進程被打斷，因此稱為強迫性中斷事件。第五類中斷是正在運行的進程所

9、期待的，它表示正在運行的進程對操作系統有某種需求，故稱為自愿性中斷事件，在小型和微型計算機中稱為系統調用。中斷處理過程，涉及到三類PSW（1）存放在程序狀態字寄存器中的PSW是當前正在占用處理器進程的PSW稱作當前PSW。（2）出現中斷事件后把中斷處理程序的PSW稱為新PSW。（3）中斷處理程序在占用處理器前必須保存中斷進程的PSW，把保護好的被中斷進程的PSW稱作舊PSW。當發現中斷事件后，中斷裝置應首先把出現的中斷事件保存到psw寄存器中的中斷碼位置，然后把psw寄存器中的當前psw作為舊psw存放到預先約定好的主存固定單元中保護起來，再把已經確定好的操作系統處理程序的新psw送到程序狀態

10、字寄存器中，成為當前psw。這一過程稱為交換psw。中斷裝置通過交換psw完成中斷響應，使被中斷進程讓出處理器，且使處理器按照中斷處理程序的新psw控制執行。保護被中斷進程的現場信息；分析中斷原因；處理發生的中斷事件（硬件故障中斷事件的處理、程序性中斷事件的處理、外部中斷事件的處理、輸入輸出中斷事件的處理、自愿中斷事件的處理）7.處理器調度（計算）處理器調度分為兩級調度：進程調度和作業調度。（P27圖2-11）作業調度：先來先服務算法，計算時間短作業優先算法，響應比高者優先算法；優先級調度算法；均衡調度算法。進程調度：先來先服務算法，最高優先級調度算法，時間片輪轉調度算法。8.線程概念在現代操

11、作系統中把用戶的一個計算問題或一個應用問題稱作一個進程，把該進程可以并發執行的各部分分別稱作線程。線程是進程中可獨立進行的子任務，線程描述表用來記錄線程執行時的現場信息及狀態等。第3章 存儲器管理1. 計算機系統的三級存儲寄存器；主存儲器和高速緩沖存儲器；輔助存儲器。2. 邏輯地址、物理地址、重定位用戶程序中使用的地址稱為邏輯地址；主存空間中的地址編號稱作主存儲器的絕對地址（物理地址）。把邏輯地址轉換為絕對地址的工作稱為重定位或地址轉換。3. 重定位的方式：靜態重定位、動態重定位靜態重定位： 當用戶程序被裝入內存時，一次性實現邏輯地址到物理地址的轉換，以后不再轉換（一般在裝入內存時由軟件完成）

12、。不允許程序運行時在內存中移動。動態重定位： 地址變換過程是在程序執行期間，隨著對每條指令和數據的訪問而自動進行的。須獲得硬件地址變換機構的支持。允許程序在運行期間在內存中移動。4. 單用戶連續存儲管理最簡單的存儲管理方式在這種方式下操作系統占了一部分主存空間，其他剩余的主存空間都分配給一個作業使用，即在任何時刻主存儲器中最多只有一個作業適用于單道計算機系統。存儲保護：界限寄存器，寄存器的內容為當前可供用戶使用的主存區域的起始地址。地址轉換：靜態重定位。5. 固定分區存儲管理是把主存儲器中的可分配的用戶區域預先劃分成若干個連續區，每個連續區稱為一個分區，分區個數是固定的，分區大小可同，可不同，

13、分區大小固定不變。每個分區可裝入一個作業，所以有多個分區時可裝入多個作業，但不允許多個作業同時存放在一個分區中。適用于多道程序設計系統。主存空間的分配與回收：分區分配表（分區號，起始地址，長度，占用標志）存儲保護：下界寄存器、上界寄存器 下限地址<=絕對地址<上限地址地址轉換：靜態重定位。6. 可變分區存儲管理可變分區存儲管理不是預先把主存儲器中的用戶區域劃分成分區，而是在作業要求裝入主存儲器時，根據作業需要的主存空間大小和當時主存空間使用情況來決定是否作為分配一個分區。因此分區的長度不是預先固定的，而是按作業的實際需求來劃分的；分區的個數也不是預先確定的，而是由裝入的作業數決定的

14、。主存空間的分配與回收：空閑區表（始址，長度，狀態）存儲保護：基址寄存器、限長寄存器 基址寄存器內容<=絕對地址<=限長寄存器內容地址轉換：動態重定位。（簡答）可變分區管理常用主存分配方法：最先適應算法（找第一個能滿足作業長度要求的空閑區）、最優適應算法（找一個能滿足作業要求的最小空閑區，空閑區表按長度遞增次序組織）、最壞適應算法（找一個最大的空閑區分割一部分給作業用，空閑區表按長度遞減次序組織）。移動技術：把作業從一個存儲區域移到另一個存儲區域的工作叫做移動。目的：集中分散的空閑區；便于作業動態擴充。注意問題：移動會增加系統開銷；移動是有條件的，例如，某個作業在執行過程中正在等待

15、外圍設備傳送信息，不能移動該作業。采用兩頭裝入作業的方式可以減少移動的作業數和信息量。7. 頁式虛擬存儲管理以上單用戶連續、固定分區、可變分區存儲管理都屬于連續分配算法，以下頁式虛擬存儲管理屬于分散分配算法。基本原理：主存分塊，程序分頁，頁的大小與塊的大小相等邏輯地址：頁號P，頁內地址（頁內位移量）W 頁號頁內地址（位移量） P W在進行存儲器分配時，總是以塊為單位進行分配。一個作業的信息有多少頁，把它裝入主存時，就給它分配多少塊。分配給作業的主存塊可以是不連續的，即作業信息可以按頁分散存放在主存的空閑塊中。頁式主存空間的分配與回收：“位示圖”。例主存有256塊，可用字長為32位的8個字的位示

16、圖來構成主存分配表。塊號=字號*字長+位號字號=i/字長，位號=i mod字長頁表（邏輯頁號，主存塊號） 頁表一般是存放在主存中的，因此當按給定的邏輯地址進行讀寫時，必須訪問兩次主存。第一次按頁號讀出頁表中對應的塊號，第二次按計算出來的絕對地址進行讀寫。 延長了指令的執行周期，降低了執行速度。解決方案：快表利用高速緩沖存儲器存放頁表的一部分。（程序執行局部性原則）地址轉換：動態重定位 絕對地址=塊號*塊長+頁內地址P54圖3-198.快表：快表中登記了頁表中的一部分頁號和主存塊號的對應關系。P55圖3-208.虛擬存儲器定義：所謂虛擬存儲器， 是指具有請求調入功能和置換功能， 能從邏輯上對內存

17、容量加以擴充的一種存儲器系統。其邏輯容量由內存容量和外存容量之和所決定，其運行速度接近于內存速度，而每位的成本卻又接近于外存。可見，虛擬存儲技術是一種性能非常優越的存儲器管理技術，故被廣泛地應用于大、 中、 小型機器和微型機中。頁式虛擬存儲器是在頁式存儲管理的基礎上實現虛擬存儲器的。 首先把作業信息當作副本存放到磁盤上，作業執行時，把作業信息的部分頁面裝入主存，作業執行時若所訪問的頁面已經在主存中，則參照頁式存儲管理；若欲訪問的頁面不在主存中，則產生“缺頁中斷”，由操作系統把當前所需的頁面裝入主存。設置一個標志位指示對應頁是否在主存中，0：不在；1：在。缺頁中斷：1) 根據當前執行指令中的邏輯

18、地址查頁表，判斷該頁是否在主存中。2) 該頁標志為“0”，形成缺頁中斷。3) 操作系統處理缺頁中斷，處理過程：查主存分配表找一個空閑的主存塊，查頁表找出該頁在磁盤上的位置，啟動磁盤讀出該信息。4) 把讀出的信息裝入找到的主存塊中。5) 修改頁表。6) 完成中斷響應，繼續執行指令。頁面調度策略：先進先出調度算法最近最少用調度算法最近最不常用調度算法（注意思想）第4章 文件管理1. 文件的定義我們把邏輯上具有完整意義的信息的集合稱為文件2. 文件系統的功能從用戶角度看，文件系統主要是實現“按名存取”。（1） 實現從邏輯文件到物理文件之間的轉換。（2） 有效地分配文件的存儲空間。（3） 建立文件目錄

19、。（4） 提供何時的存取方式以適應各種不同的應用。（5） 確保文件的安全性。（6） 提供一組文件操作。3. 文件分類對文件可按各種方式進行分類。按用途可分成：系統文件、庫文件和用戶文件。按保護級別可分成：只讀文件、讀寫文件、執行文件和不保護文件。按信息流向可分成：輸入文件、輸出文件和輸入輸出文件。按存放時限可分成：臨時文件、永久文件和檔案文件。按設備類型可分成：磁帶文件、磁盤文件等。按組織方式可分成：邏輯文件、物理文件。此外，還有其他分類方法。4. 存儲介質、存儲設備可用來記錄信息的磁帶、硬磁盤組、軟磁盤片、光盤、卡片等稱為存儲介質。把磁帶機、磁盤驅動器、卡片機等稱為存儲設備。存儲介質的物理單

20、位定義為卷。例一個磁盤組稱為一個卷。存儲介質上可連續存儲信息的一個區域稱為塊，或稱為物理記錄。目前常用的存儲設備是磁帶機和磁盤機，磁帶機是一種順序存取的存儲設備，磁盤機是一種按地址直接存取的存儲設備，磁盤存儲空間的位置由柱面號、磁頭號、扇區號（均從0開始編號）決定。5. 文件的組織用戶從使用的角度來組織文件，稱作文件的邏輯結構，文件系統從文件的存儲和檢索的角度來組織文件稱作文件的存儲結構。邏輯結構：流式文件和記錄式文件。流式文件基本單位是字符；記錄式文件基本單位是邏輯記錄，其中能用來唯一標示某個記錄的數據項稱為記錄的主鍵。存儲結構：順序結構、連接結構和索引結構。6. 存儲空間的分配位示圖法、空

21、閑塊鏈接法（單塊鏈接、成組鏈接）位示圖法：其中的每一位與一塊對應，“1”表示相應塊已占用，“0”表示該塊空閑。例一個磁盤組有100個柱面，每個柱面有8個磁道，每個盤面有4個扇區。因此整個磁盤空間共有4*8*100=3200個存儲塊。用字長為32位的字來構造位示圖，共需要100個字。假定M=塊號/32，N=塊號 mod32,那么，由塊號可計算出：柱面號=M 磁頭號=N/4 扇區號=N mod4根據柱面號、磁頭號和扇區號，計算對應位示圖中的字號和位號：塊號=柱面號*32+磁頭號*4+扇區號 字號=塊號/32 位號=塊號 mod32成組鏈接：UNIX系統中的空閑塊重組鏈接（見課本，選擇/填空）7.

22、文件目錄一級目錄結構、二級目錄結構、樹形目錄結構（多級目錄結構）絕對路徑、相對路徑：每個用戶都可把某級目錄設置為當前工作目錄，當要訪問文件時，就可從當前目錄開始設置路徑，稱為相對路徑。用相對路徑可搜索路徑，提高搜索速度。8. 文件的安全性：體現在文件的保護和文件的保密兩方面文件的保護指防止文件被破壞。造成文件被破壞的原因有：（1）天災人禍（如地震、洪水、存儲介質損壞、磁帶或磁盤安裝錯誤等）；-建立多個副本（2）硬件故障或軟件失誤；-建立副本；定時轉儲（3）共享文件時引起的錯誤；-可對每個文件規定存取權限（4）計算機病毒的侵害。-解決病毒侵害的理想辦法是預防。文件的保密是指防止他人竊取文件。為文

23、件設置口令是實現文件保密的一種可行辦法，對極少數重要保密文件，可把文件信息翻譯成密碼形式保存，使用時再把它解密。9. 基本文件操作有：建立、打開、讀、寫、關閉和刪除等。用戶請求使用文件的操作步驟：（1）讀一個文件信息時，依次調用：“打開”文件；“讀”文件（可多次調用）；“關閉”文件。（2）寫一個文件信息時，依次調用：“建立”文件；“寫”文件（可多次調用）；“關閉”文件。第5章 設備管理1.獨占設備、共享設備把在作業執行期間只允許一個作業獨占使用的設備成為獨占設備；可讓若干個作業同時使用的設備稱為共享設備。2.設備管理的功能（1）實現對外圍設備的分配與回收。 （2）實現外圍設備的啟動。（3）實現

24、對磁盤的驅動調度。 （4）處理外圍設備的中斷事件。 （5）實現虛擬設備。3.設備的絕對號和相對號計算機系統中對每一臺設備都要進行登記，且為每臺設備確定一個編號，以便區分和識別，這個確定的編號稱為設備的絕對號。由用戶對自己需要使用的若干臺同類設備給出的編號稱為設備的相對號。 用戶申請分配設備時不能使用設備的絕對號，是使用設備類相對號來提出使用設備的要求的。系統在為用戶分配具體設備時建立絕對號與設備類相對號的對應關系。4設備獨立性用戶編制程序時使用的設備與實際能占用的設備無關。設備的這種特性稱為設備的獨立性。 設備分配：設備類表和設備表。5.移臂調度（計算，簡答）先來先服務；最短尋找時間優先；電梯

25、調度算法。（會畫圖，會讀圖）一、先來先服務：按訪問請求到達的先后次序服務。優點：簡單，公平；缺點：效率不高，相臨兩次請求可能會造成最內到最外的柱面尋道，使磁頭反復移動，增加了服務時間，對機械也不利。例：假設磁盤訪問序列：98，183，37，122，14，124，65，67讀寫頭起始位置：5353：98，183，37，122，14，124，65，67 總=640二、最短尋道時間優先： 優先選擇距當前磁頭最近的訪問請求進行服務，主要考慮尋道優先。優點：改善了磁盤平均服務時間；缺點：造成某些訪問請求長期等待得不到服務。53：98，183，37，122，14，124，65，67 總=236三、電梯算法

26、（掃描（SCAN）算法） 克服了最短尋道優先的缺點，既考慮了距離，同時又考慮了方向具體做法： 當設備無訪問請求時，磁頭不動；當有訪問請求時，磁頭按一個方向移動，在移動過程中對遇到的訪問請求進行服務，然后判斷該方向上是否還有訪問請求，如果有則繼續掃描；否則改變移動方向，并為經過的訪問請求服務，如此反復。53：98，183，37，122，14，124，65，67 總=2086.旋轉調度（1）若干請求者要訪問同一磁頭下的不同扇區；(2)若干請求者要訪問不同磁頭下的不同編號的扇區；(3)若干請求者要訪問不同磁頭下具有相同編號的扇區。（1）(2)旋轉調度總是對先到達讀寫磁頭位置下的扇區進行信息傳送； (

27、3)從中任選一個磁頭進行讀寫，其余請求等下次扇區旋轉到磁頭位置再被選中。7.通道（了解概念：通道，通道程序，通道狀態字，外圍設備的啟動過程） 圖（課件）通道是獨立于CPU的專門負責數據輸入/輸出傳輸工作的處理機，對外部設備實現統一管理，代替CPU對輸入/輸出操作進行控制，從而使輸入，輸出操作可與CPU并行操作。通道執行通道程序來控制I/O操作。通道也稱作輸入輸出處理機。通道特點：通道程序指令類型單一；通道沒有自己的內存，通道程序在主機的內存中，即通道與CPU共享內存。8.緩沖（領會概念，防備出簡答）單緩沖；雙緩沖；緩沖池（略，見課本）9SPOOLING系統（簡答）第6章 并發進程1. 進程的并

28、發執行會破壞封閉性和可再現性。2. 臨界區、相關臨界區臨界區的定義：并發進程中與共享變量有關的程序段稱為“臨界區”。 相關臨界區是指并發進程中涉及到相同變量的那些程序段。 對相關臨界區的管理要求。 1）一次最多讓一個進程在臨界區執行，當有進程在臨界區時其他想進入臨界區執行的進程必須等待。 2）任何一個進入臨界區執行的進程必須在有限的時間內退出臨界區，即任何一個進程都不應該無限地逗留在自己的臨界區。 3）不能強迫一個進程無限地等待進入它的臨界區，即有進程退出時應讓一個等待進入臨界區的進程進入它的臨界區。 3. p、v操作Procedue P(Var S: Semaphore); begin S:

29、=S-1; if S<0 then W(S) end; P Procedue V(Var S: Semaphore); begin S:=S+1;if S<=0 then R(S) end; V 4. 進程的同步與互斥進程的互斥是指當有若干進程都要使用某一共享資源時，任何時刻最多只允許一個進程去使用，其他要使用該資源的進程必須等待，直到占用資源者釋放了該資源。 用PV操作管理相關臨界區的一般形式 :一個信號量與一組涉及共享變量的相關臨界區聯系起來，信號量的初值定為“1”。任何一個進程要進入臨界區前先調用P操作，執行臨界區的操作后，退出臨界區時調用V操作。PV操作中間只執行相關臨界區

30、內容，不能把臨界區外的程序段放到PV操作中間，否則會降低系統并發執行能力或引起系統癱瘓。 進程的同步是指并發進程之間存在一種制約關系，一個進程的執行依賴另一個進程的消息，當一個進程沒有得到另一個進程的消息時應等待，直到消息到達才被喚醒。 使用PV操作實現進程同步： (1)用一個信號量與一個消息聯系起來，當信號量的值為0時表示期望的消息尚未產生，當信號量值為非0時表示期望的消息已經存在。 (2)在用PV操作實現同步時，一個信號量與一個消息量聯系在一起，當有多個消息時必須定義多個信號量；測試不同的消息是否到達或發送不同消息時，應對不同的信號調用P操作或V操作。 進程的互斥實際上是進程同步的一種特殊情況。也把進程的互斥與進程的同步稱為進程的同步。5. 進程通信PV操作是進程間的一種低級通信方式。我們把通過專門的通信機制實現進程間相互交換大量信息的通信方式叫做進程通信。是一種高級通信方式。目前常用的有：信箱通