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河南大学操作系统期末复习指导.doc

发布时间：2022-06-10 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.29M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    考试题型说明
    教材范围
    系统调用
    unix系统调用重点掌握进程的控制和文件操作：
    创建进程 fork 这个必须懂
    终止进程 exit
    等待子进程结束 wait
    获得进程ID getpid和getppid
    进程暂停 pause
    获得用户ID getuid获得真正的用户ID，geteuid获得有效用户ID，
    文件操作： 创建文件：creat
    打开文件：open
    关闭文件：close
    读写文件：read，write
    连接和去连接：link和unlink
    认真研究以下大题，考试大题不是问题！！！！除此之外应当注意老师课后习题答案中补充的例题！！！！！！
    答题示例
    考试题型说明 单项选择题： 判断对错题： 简答题： 应用题： 教材范围 第一章 操作系统引论 10 题，20 分 10 空，20 分 5 题，20 分 4 题，40 分 1.1 操作系统的目标和作用 重点：作用 操作系统的作用： 1)操作系统作为用户与计算机硬件系统之间的接口 2）操作系统是计算机系统资源的管理者 3）操作系统实现了对计算机资源的抽象 1.2 操作系统的发展过程 重点：发展的不同阶段，微机 OS 归类 操作系统的发展过程： 无操作系统，单道批处理系统，多道批处理系统，分时系统，实时系统， 微机操作系统 微机操作系统的运行方式： 单用户单任务处理 单用户多任务处理 多用户多任务处理 1.3 操作系统的基本特性 只要掌握特性的名字 并发性，共享性，虚拟性，异步性 最基本的特征是并发和共享 1.4 操作系统的主要功能 四大管理功能+用户接口 处理机管理功能 存储器管理功能 设备管理功能 文件管理功能 1.5 OS 结构设计 第二章 进程管理 2.1 进程的基本概念 进程实体包含了三部分：程序段，PCB 和相关数据段 基本状态：就绪状态，阻塞状态，执行状态 变迁途径： 进程实体，基本状态及变迁途径 就绪状态转换为执行状态的条件是：进程获取了 CPU 的调度 执行状态转换为阻塞状态的条件是：I/O 请求 阻塞状态转换为就绪状态的条件是：I/O 请求完毕
    执行状态转换为就绪状态的条件是：进程分配的时间片用完了 原语和原子操作，进程创建过程 2.2 进程控制 原语：若干条指令组成，用于完成一定功能的一个过程 原子操作：它是一个不可分割的基本单位 wait（S）称为 P 原语 将资源减一 signal（S）称为 V 原语 将资源加一 原子操作不可中断 进程创建过程： 1）使用进程创建原语 Creat（），创建一个进程 2）申请空白 PCB 3）为新进程分配资源 4）初始化 PCB 5）将新进程插入就绪队列 2.3 进程同步 同步互斥概念，同步准则，临界资源/临界区，信号量机制及简单应用 同步互斥是指：对于临界资源，多个进程不能同时访问，要进行的互斥 的访问。 同步准则：空闲让进，忙则等待，有限等待，让权等待。 信号量机制包含有如下：整型信号量机制，记录型信号量，AND 型信号量， 信号量集 信号量应用：实现线程互斥和前趋关系 2.4 经典进程同步问题 2.5 进程通信 高级通信机制包含以下：共享存储器系统，消息传递机制，管道通信系统 共享存储器系统可分为： 基于共享数据结构的通信方式，例如：生产者-消费者问题，是通过建立缓 高级通信机制 存区来实现的，这种通信方式适合传递较少数据 基于共享存储区的通信方式，属于高级通信，适合大量数据传递，它是在 存储器划出一块共享存储区，进程对这个共享存储区进行读写操作。 消息传递系统可分为直接通信和间接通信 消息传递属于高级通信，能传递大量数据，它采用的是以格式化的消息为 基本单位，使通信过程对用户是透明的。 消息传递实现的方法： 直接通信方式： 操作系统使用 Send 和 Receive 直接发送消息或者接受消息 通信命令：Send（Receiver，message）发送一个消息给接受进程 Receive（Sender，message）接受 Sender 发来的消息 间接通信方式： 在进程之间通信时需要建立一个共享数据结构实体，使用实体暂存发送进 程的消息，然后接受进程从实体中接受消息。这个实体通常称为信箱。 信箱可由系统进程创建和用户进程创建 系统进程创建的称为公用信箱 用户进程创建的称为私用信箱 共享信箱由某进程创建并指明是共享的
    消息传递系统的若干问题： 通信链路，消息格式，进程同步 2.6 线程 引入进程的目的：为了使多个程序能够并发执行 引入线程目的：为了减少程序并发执行时所付出的的时空开销 ULT 和 KST KST 内核支持线程 ULT 用户级线程 内核支持线程与用户级线程的比较： KST 是在内核中完成的，在内核中可以调度同一进程多个线程执行。 而用户级线程仅存在用户空间，无需利用系统调用 内核支持线程具有很小的数据结构和堆栈，线程间切换块，开销小。如果 一个线程被阻塞了，内核可以调度该进程的其他线程占有处理机运行。 用户级线程 线程间的切换不需要转换到内核空间，并且它的实现与操作系 统平台无关。 考试可能简答题：进程与线程的区别， 综合题：用信号量机制描述前趋图 第三章 处理机调度和死锁 3.1 处理机调度层次 高级调度：又称为作业调度或者长程调度，其主要任务是：依据某种算法， 三级调度的概念 将把外存上处于后备队列中的那些作业调入内存，调度对象是作业。 低级调度：又称为进程调度或者短程调度，其主要任务是：保存处理机现 场信息，按照某种算法选取进程，把处理器分配给进程，其调用对象是进程。 中级调度：又称中程调度，其主要目的是：为了提高内存的利用率和吞吐 量，使那些暂时不能运行的进程不再占用内存资源，将他们调至外存等待。 抢占调度方式基本原则：优先权原则，时间片原则，短作业优先原则。 3.2 调度队列模型和调度准则 调度方式和调度算法的若干准则： 1）面向用户准则 周转时间短，响应时间块，截止时间的保证，优先权准则 周转时间等概念 周转时间短是批处理系统性能的重要准则。 响应时间块是分时系统性能的重要准则。 截止时间的保证是实时系统的重要标准。 在批处理系统、分时系统和实时系统中都可以使用优先权准则。 2）面向系统准则 系统吞吐量高，处理机利用率好，各类资源平衡利用 系统吞吐量是批处理系统的另一个性能指标。 概念性问题：
    周转时间（T）：指作业提交到完成时间，常用于批处理系统。 平均周转时间（T）= n T  [1 n  i 1  iT ] 带权周转时间： TW  ST 平均带权周转时间： W  1 n n  i 1  W i  1 n n  i 1  T i T Si 周转时间（T）=完成时间-到达时间； 带权周转时间（W）=周转时间/服务时间。 3.3 调度算法 概念性问题： 调度：其实质是对资源的进行分配； 调度算法：根据系统的资源分配策略所规定的的资源分配算法； FCFS、SJF、RR、HRF、多级反馈队列 先来先服务调度算法（FCFS） 先来先服务调度算法（FCFS）是一种最简单的调度算法，它既可以适用于 作业调度（即高级调度）也适用于进程调度（即低级调度）。 算法思想：每次调度都是从就绪队列中选择最先进入该队列的进程，为之 分配处理机，使投入运行，直到运行完成或者发生某事件而阻塞才放弃处理机。 该算法有利于长作业（即 CPU 繁忙时），不利于短作业（I/O 繁忙）； CPU 繁忙型作业：占用处理时间多，服务时间长，对 I/O 请求处理少。 I/O 繁忙型作业：占用处理机时间短，服务时间短，对 I/O 请求处理多。 FCFS 算法的平均周转时间与作业的调度顺序有关。（判断题） 短作业优先调度算法（SJF） 短作业优先调度算法（SJF）：是对短作业或者短进程优先调度的算法。适 用于作业调度和进程调度。 算法思想：该算法是从后备队列中选择一个或若干个估计运行时间最短的 作业，将其调入内存。 该算法的优点（与 FCFS 相比）：减少了作业平均等待时间，提高了系统的 吞吐量。 该算法的缺点：不利于长作业，完全未考虑作业的紧迫程度，作业的长短 是根据用户估计得出的不一定能真正做到短作业优先处理。 时间片轮转调度算法（RR） 时间片轮转调度算法适用于分时系统 算法思想：时间片轮转算法中，系统将所有的就绪进程按照先来先服务的 原则排成一个队列，每次调度时，把 CPU 分配给队首进程，并分配一个时间片， 当时间片用完后，有一个计时器发出时钟中断请求，那么系统停止该进程的执 行，并将其送往就绪队列尾部，然后处理机分配给就绪队列中新的队首进程， 依次类推执行。 时间片的大小确定是非常重要的，时间片比较小有利于短作业的处理，但 会发生频繁中断；时间比较大，则退化到了 FCFS 算法。 时间片的大小定位：时间片略大于一次典型的交互所需的时间。 优先权调度算法（HPF）
    优先权调度算法的类型： 静态优先权和动态优先权 优先权算法的关键在于：它是使用静态优先权还是动态优先权以及如何确 定进程的优先权。 静态优先权：是在创建进程时确定的，在进程整个运行过程中保持不变。 动态优先权：是在创建进程时赋予的，可以随进程的推进或随等待时间的 增加而改变的。 静态优先级的确定原则： 进程类型，进程对资源的需求，用户需求 系统进程的优先权高于用户进程优先权 动态优先权的确定原则： 进程等待时间，进程运行时间，进程对资源的需求类型 静态优先级优点：简单、开销小 静态优先级缺点：公平性差 动态优先级优点：资源利用率高，公平性高 动态优先权缺点：开销大，实现复杂。 高响应比优先调度算法采用的是：动态优先级 优先权调度算法可分为：抢占式和非抢占式 多级反馈队列算法（MFQ） 短优先 ，输入/输出进程优先，运算型进程有较长的时间片，采用了动态 优先级 ，采用了可变时间片 3.4 实时调度 3.5 死锁的原因和必要条件 重点：死锁、必要条件 4 概念性问题： 死锁：是指在多个进程在运行过程中因资源争夺而造成的僵局。 注意：（1）参与死锁的进程数至少为 2 （2）参与死锁的所有进程均等待资源 （3）参与死锁的进程至少有两个占有资源 （4）参与死锁的进程是系统中当前正在运行进程的一部分。 产生死锁的原因：竞争资源和进程间推进顺序非法。 产生死锁的必要条件：互斥条件（资源独占条件） 请求和保持条件（部分分配条件） 不剥夺条件（不能被抢占） 循环等待条件（环路条件） 只要破坏其中任何一个条件，就可以防止死锁的发生。 处理死锁的基本方法：预防死锁，避免死锁，检测死锁，解除死锁
    破坏必要条件预防死锁，银行家算法 3.6 死锁的预防 预防死锁的方法是：使四个必要条件中的第 2、3、4 之一不成立。 1）摒弃请求和保持条件 优点：简单、易于实现和安全 缺点：资源严重浪费和进程延迟运行 2）摒弃不剥夺条件 实现复杂、增加了系统开销和降低了系统吞吐量 3）摒弃环路等待条件 与前 2 种相比，提高了资源利用率和系统吞吐量 避免死锁的实质：系统进行分配资源时，如何使系统不进入不安全状态 银行家算法是一种避免死锁算法。 3.7 死锁的检测与解除 资源分配图是用来描述死锁的， 它主要是由结点（N）和边（E）组成。 其中结点 N 可以分为 2 个子集，每个子集具有不同含义即进程结点子集和 资源分配图的概念 资源结点子集 进程用圆圈表示，资源用方框表示 进程指向资源表示请求。 资源指向进程表示分配。 考试必考大题：几种进程或作业调度算法以及银行家算法 可能会出死锁的简答题 第四章 存储器管理 4.1 存储器的层次结构 4.2 程序的装入和链接 程序三种链接方式：静态链接方式，装入时动态链接方式和运行时动态链 重点：三种链接方式 接方式。 4.3 连续分配方式 4.4 基本分页存储管理 所谓地址映射：是指页面存储的逻辑地址转换成物理地址，这就属于映射。 不同几个概念： 页或页面：将一个进程的地址空间（逻辑地址）或分配为若干个相等的区 地址映射 域。从 0 开始编码 页框或者物理块：内存空间分成若干个与与页大小相等的区域。从 0 开始。 页面大小一般为 512B~8KB。 地址结构： 页号：表示页的数量，地址空间最多允许有 222 =4M 页。
    偏移量：表示页的大小，每页的大小为 210=1KB 如何将逻辑地址映射到物理地址？ 结论：块内地址表每块的大小与页大小相等。 方法：1、根据逻辑地址，计算出页号和页内偏移量； 2、用页号检索页表，查找指定页面对应的页框号； 3、根据页框号和页内偏移量，计算出物理地址 物理地址＝页块(框)号×页块(框)长度＋页内位移量 例题：设有一页式存储管理系统，向用户提供的逻辑地址空间最大为 16 页， 每页 2048B，内存总共有 8 个存储块，试问逻辑地址至少应为多少位？物理地址 呢？ 解：（1）页内地址表每页的大小即 2048B=2*1024B=211B，所以页内地址为 11 位。其中页号表最多允许的页数即 16 页=24 页，所以页号为 4 位。故逻辑地 址至少应为 15 位。 （2）块内地址表每块的大小与页大小相等，所以块内地址也为 11 位。其 中块号表内存空间最多允许的块数即 8 块=23 块，所以块号为 3 位。 故内存空间至少应为 14 位。 例题 2：一分页存储管理系统中，某作业的页表如表所示，页面大小为 1024B， 将逻辑地址 1011，2148，5012 转化为相应的物理地址？ 页号 0 1 2 3 块号 2 3 1 6 解：1011 逻辑地址 页号：INT[1011/1024]=0 页内偏移：1011 MOD 1024=1011 物理地址是：1011 物理地址 2*1024+1011=3059 4.5 基本分段存储管理 段的逻辑地址表示方法： 地址映射 4.6 虚拟存储器的基本概念 定义、特征 定义：是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量加以扩 充的一种存储管理系统。 特征：多次性，对换性，虚拟性。 其最重要特征是虚拟性。 4.7 请求分页式存储管理 页表中不同字段
    请求分页式存储管理中最基本的数据结构是页表 页号 物理块号 状态位 P 访问字段 A 修改位 M 外存地址 字段含义： 状态位 P：用于指示该页是否已经调入内存，供程序访问时参考 访问字段 A：用于记录本页在一段时间内被访问的次数，或者记录本页最近 有多长时间未被访问，供选择换出页面时参考。 修改位 M：表示该页在调入内存后是否被修改过。 外存地址：用于指出该页在外存上的地址，通常是物理块号，供调入该页 时参考。 4.8 页面置换算法 最佳置换算法（OPT） 算法特点：“向后看”，即所选择的被淘汰的页面是以后不再使用或者最 OPT、FIFO、LRU 长时间不用。它是相对于调入内存中页面而言的。 先进先出（FIFO） 算法特点：总是淘汰最先调入内存的页面，即选择留在内存中时间最长的。 最近最久未使用算法（LRU） 算法特点：“向前看”，即根据调入页面的使用情况决定的。在每个页面 上设置一个访问字段 t，用来记录一个页面自上次被访问以来所经历的时间，需 要淘汰时选择现有页面中 t 最大的。 4.9 请求分段式存储管理 请求分段管理中主要的数据结构是段表。 段表中不同字段 段名 段长 基址 存取方 式 访问字 段 A 修改位 M 存在位 P 增补位 外存地 址 各字段的含义： 存取方式：用于表明该段是存取属性是只执行、只读还是允许读、写 访问字段 A：表示该段被访问的次数 修改位 M：该页在进入内存后是否被修改，供置换页面时参考 存在位 P：该段是否已经调入内存，供程序访问时参考 增补位：特有字段，表示该段在运行过程中是否做过动态增长。 外存地址：指示本段在外存中的起始地址，即起始盘块号。 不同控制方式的名字 4 第五章 设备管理 5.1 I/O 系统 5.2 I/O 控制方式 I/O 控制方式：程序 I/O 方式，中断驱动 I/O 方式 直接存储器访问（DMA）I/O 方式，I/O 通道控制方式 5.3 缓冲管理 引入缓冲的原因： 1）缓和 CPU 与 I/O 设备间速度不匹配矛盾 2）减少 CPU 的中断频率，放宽对 CPU 中断响应的控制 3）提高 CPU 和 I/O 设备间的并行性。 缓冲池 缓冲池是包含了多个可供若干进程共享的缓冲区的集合。 缓冲池包含了三种类型缓冲区： 空缓冲区，装满输入数据的缓冲区，装满输出数据的缓冲区
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