操作系统考研王道知识点整理.pdf

发布时间：2022-06-23 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.16M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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文本预览

计算机系统的分层硬件、操作系统、应⽤用程序、⽤用户操作系统的特征并发、共享、虚拟、异步操作系统的功能处理理机管理理：进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理理、处理理机调度存储器器管理理：内存分配、地址映射、内存保护与共享、内存扩充⽂文件管理理：⽂文件存储空间的管理理、⽬目录管理理、⽂文件读写管理理和保护设备管理理：缓冲管理理、设备分配、设备处理理、虚拟设备⽤用户接⼝口：命令接⼝口、程序接⼝口（即系统调⽤用、⼴广义指令，其中包括图形⽤用户界⾯面GUI）操作系统的发展和分类 1、⼿手⼯工操作系统 2、单道批处理理系统：⾃自动性、顺序性、单道性 3、多道批处理理系统：多道性、⽆无序性、调度性。其优点：资源利利⽤用率⾼高；缺点：⽤用户响应时间较⻓长且不不具有⼈人机交互能⼒力力。 4、分时操作系统：同时性、交互性、独⽴立性、及时性。实现了了⼈人机交互。 5、实时操作系统：分时的基础上增加可靠性。能及时响应外部等待事件请求，但资源利利⽤用率相对较低 6、⽹网络操作系统 7、分布式操作系统：分布性、并⾏行行性进程的定义 1、进程是程序的⼀一次执⾏行行过程 2、进程是⼀一个程序及其数据在处理理机上顺序执⾏行行时所发⽣生的活动 3、进程是具有独⽴立功能的程序在⼀一个数据集合上运⾏行行的过程进程的特征动态性（最基本特征）、并发性、独⽴立性、异步性、结构性进程映像包含程序段、数据段、PCB 进程的创建过程申请空⽩白的PCB 为进程分配资源初始化PCB 如果就绪队列列能接纳新进程，将新进程插⼊入就绪队列列（2011）进程切换的过程保存处理理机上下⽂文更更新PCB信息把进程的PCB移⼊入相应的队列列选择另⼀一个进程执⾏行行，更更新其PCB 更更新内存管理理的数据结构恢复处理理机上下⽂文

（2016)PCB包含信息进程描述信息、进程控制和管理理信息、资源分配情况、处理理机相关信息进程终⽌止及过程正常结束、异常结束、外界⼲干预根据被终⽌止进程的标识符，检索PCB，读出该进程的状态若被终⽌止进程处于运⾏行行状态，终⽌止其运⾏行行，将处理理机分配给其他进程若该进程还有⼦子进程，终⽌止所有⼦子进程将该进程所拥有的所有资源归还给⽗父进程或操作系统将该PCB从所在队列列中删除进程阻塞（只有运⾏行行状态的进程才能阻塞）找到要被阻塞进程的标识号对应的PCB 若该进程为运⾏行行状态，则保护其现场，将其状态转为阻塞状态，停⽌止运⾏行行把该PCB插⼊入到相应事件的等待队列列中去进程唤醒在该事件的等待队列列中找到对应进程的PCB 将其从等待队列列中移出，并置其状态为就绪状态把该PCB插⼊入到就绪队列列中，等待调度程序调度进程通信 1、共享存储：通信进程之间存在⼀一块直接访问的共享空间 2、消息传递：（1）直接通信⽅方式：发送进程直接把消息发给接收进程，把它挂在接收进程的消息缓冲队列列上（2）间接通信⽅方式：发送进程把消息发到某个中间实体中，接收进程从中间实体中取得消息 3、管道通信：创建⼀一个连接读进程和写进程以实现他们之间通信的共享⽂文件。管道机制必须提供以下三⽅方⾯面的协调能⼒力力：互斥、同步、确定对⽅方的存在。管道只能半双⼯工通信。。线程概念和组成线程是轻量量级进程，是⼀一个基本的CPU执⾏行行单元，也是程序执⾏行行流的最⼩小单元线程ID、程序计数器器、寄存器器集合、堆栈线程属性（1）线程是⼀一个轻型实体，不不拥有系统资源（2）不不同的线程可以执⾏行行相同的程序（3）同⼀一进程中的各个线程可以共享该进程拥有的资源（4）线程是处理理机的独⽴立调度单位，多个线程是可以并发执⾏行行的。（5）⼀一个线程被创建后便便开始了了它的⽣生命周期，直⾄至终⽌止进程和程序的区别与联系 1、进程是⼀一个动态的概念，程序是⼀一个静态的概念，程序是指令的有序集合，⽆无执⾏行行含义，进程则强调执⾏行行的过程。 2、进程具有并发的特征，程序没有。 3、进程是竞争计算机系统资源的基本单位。 4、不不同的进程可以包含同⼀一个程序，同⼀一个程序也可以产⽣生多个进程。调度的基本准则 CPU利利⽤用率、系统吞吐量量、周转时间、等待时间、响应时间

临界资源⼀一次仅允许⼀一个进程使⽤用的资源（2011）同步机制遵循准则空闲让进、忙则等等、有限等待、让权等待管程的组成局部于管程的共享数据结构说明对该数据结构进⾏行行操作的⼀一组过程对局部于管程的共享数据设置初始值的语句句管程的基本特性局部于管程的数据只能被管程内的过程访问⼀一个进程只有通过调⽤用管程内的过程才能进⼊入管程访问共享数据每次仅允许⼀一个进程在管程内执⾏行行某个内部过程（2012）死锁 1、定义：多个进程因竞争资源⽽而造成的⼀一种相互等等 2、产⽣生原因：系统资源的竞争、进程推进顺序⾮非法 3、产⽣生死锁的必要条件：（四条同时满⾜足才死锁）互斥条件、不不可剥夺条件、请求和保持条件、循环等待条件（2012）如何预防死锁死锁检测死锁定理理：S为死锁的条件是当且仅当S状态的资源分配图是不不可完全化简的。死锁解除资源剥夺法：挂起死锁进程，并抢占其资源撤销进程法：强制撤销部分、甚⾄至全部死锁进程并剥夺其资源进程退回法：让⼀一或多个进程退回到⾜足以回避死锁的地步，进程退回时是⾃自愿放弃资源⽽而不不是剥夺饥饿和死锁的区别 1、进⼊入饥饿状态的进程可以只有⼀一个，但进⼊入死锁状态的进程必须⼤大于等于两个 2、处于饥饿状态的进程可以是⼀一个就绪进程，⽽而处于死锁状态的进程必定是阻塞进程进程同步、互斥的区别和联系并发进程的执⾏行行会产⽣生相互制约的关系；⼀一种是进程之间竞争使⽤用临界资源，只能让它们逐个使⽤用，这种现象称为互斥，是⼀一种竞争关系；另⼀一种是进程之间协同完成任务，在关键点上等待另⼀一个进程发来的消息，以便便协同⼀一致，是⼀一种协同关系。（2014）什什么是重定位？为什什么要引⼊入重定位技术？重定位就是将作业空间中的逻辑地址转换为主存中的物理理地址，其实质是地址变换。因为源程序经过编译、链接产⽣生的装⼊入模块⼀一般是从0开始编址的，其中的地址都是相对于起始地址的相对地址。⽽而在装⼊入内存时，其分配到的内存起始地址通常不不为0。因此，指令和数据的实际物理理地址与装⼊入模块的相对地址不不同。为使程序能够正常运⾏行行，必须进⾏行行重定位。多道程序环境下扩充内存的⽅方法覆盖、交换（对换）内存保护⽅方式 1、设置⼀一对上、下限寄存器器 2、采⽤用重定位寄存器器和界地址寄存器器：重定位寄存器器⽤用来加，界地址寄存器器⽤用来⽐比

内存连续分配⽅方式单⼀一连续分配：优点：简单、⽆无外部碎⽚片、可⽤用覆盖技术；缺点：只能⽤用于单⽤用户、单任务操作系统，有内部碎⽚片，存储器器利利⽤用率极低g 固定分区分配：可⽤用于多道程序设计的最简单的分配⽅方式，⽆无法外部碎⽚片；但是有内部碎⽚片动态分区分配：⽆无内部碎⽚片；但有外部碎⽚片。可通过紧凑技术解决，但还需要动态重定位寄存器器的⽀支持。内存⾮非连续分配⽅方式⻚页是信息的物理理单位，段是信息的逻辑单位基本分⻚页存储管理理⽅方式：地址空间⼀一维，存取⼀一个数据或⼀一条指令⾄至少访问两次内存。⻚页号和⻚页内偏移量量对⽤用户透明。基本分段存储管理理⽅方式：地址空间⼆二维，从内存读⼀一次数据要访问两次内存。段号和段内偏移量量要显式给出。段⻚页式管理理⽅方式：地址空间⼆二维，读⼀一次数据要访问三次内存局部性原理理 1、时间局部性：程序中的某条指令⼀一旦执⾏行行，不不久后该指令可能再次执⾏行行；如果某数据被访问过，不不久后该数据可能再次被访问。产⽣生原因：程序中存在⼤大量量循环操作 2、空间局部性：⼀一旦程序访问了了某个存储单元，在不不久之后，其附近的存储单元也将被访问，即程序在⼀一段时间内所访问的地址，可能集中在⼀一定的范围之内。产⽣生原因：指令通常是顺序存放、顺序执⾏行行的，数据也是聚簇存储的。虚拟存储器器定义及实现、特征 1、（2013）定义：基于局部性原理理，在程序装⼊入时，将⼀一部分装⼊入，其余留留在外存，使程序得以运⾏行行。在运⾏行行中，若访问的信息不不在内存，由操作系统调⼊入，同时将内存中暂不不使⽤用的内容换出到外存上。这样，系统好像为⽤用户提供了了⼀一个⽐比实际内存⼤大得多的存储器器，称虚拟存储器器。 2、实现：⼀一定量量的内存和外存、⻚页表机制或段表机制、中断机构、地址变换机构 3、请求分⻚页系统在基本分⻚页系统上，为⽀支持虚拟存储器器增加了了：请求调⻚页功能和⻚页⾯面置换功能 4、特征：多次性、对换性、虚拟性（2013）为什什么要引⼊入虚拟存储器器提⾼高系统的内存利利⽤用率和系统吞吐量量⻚页⾯面分配策略略固定分配局部置换可变分配全局置换可变分配局部置换⻚页⾯面调⼊入时机预调⻚页策略略请求调⻚页策略略从何处调⼊入⻚页⾯面 1、系统拥有⾜足够的对换区空间：可以全部从对换区调⼊入，为此，在进程运⾏行行前需要将与该进程有关的⽂文件从⽂文件区调⼊入到对换区。 2、系统缺少⾜足够的对换区空间：凡不不会被修改的⽂文件直接从⽂文件区调⼊入；对于可能被修改的部分，将他们换出时须调到对换区，以后需要时再从对换区调⼊入。

请求分⻚页系统中：对换区采⽤用连续分配⽅方式，⽂文件区采⽤用离散分配⽅方式。⽂文件结构数据项：⽂文件系统中最低级的数据组织形式，分为基本数据项和组合数据项记录：⼀一组相关的数据项的集合，⽤用于描述⼀一个对象在某⽅方⾯面的属性⽂文件：⼀一组相关信息的集合，逻辑上分为有结构⽂文件（记录式⽂文件）和⽆无结构⽂文件（流式⽂文件）⽂文件的基本操作创建⽂文件、读⽂文件、写⽂文件、⽂文件重定位、删除⽂文件、截断⽂文件（即删除其内容）⽂文件的逻辑结构 1、⽆无结构⽂文件：对记录的搜索只能通过穷举搜索 2、有结构⽂文件：（1）顺序⽂文件（⽂文件中的记录⼀一个接⼀一个地顺序排列列，记录定⻓长或变⻓长，分为串串结构和顺序结构）、（2）索引⽂文件（对定⻓长⽂文件可直接通过下标计算出相对于第⼀一个记录的地址，对于变⻓长记录⽂文件需要顺序查找）、（3）索引顺序⽂文件（结合顺序和索引，将顺序⽂文件中的记录分组并建⽴立索引表，表中为每组第⼀一个记录建⽴立⼀一个索引项，包含该记录的关键字和指向该记录的指针）、（4）直接⽂文件或散列列⽂文件（给定记录的键值或通过Hash函数转换的键值直接决定记录的物理理地址）（2012）顺序⽂文件优缺点：批量量操作时效率最⾼高；修改、增加、删除单个记录⽐比较困难（2015）三种⽂文件分配⽅方式的优缺点 1、连续：可以随机访问磁盘，访问速度快；⽂文件⻓长度不不宜动态增加，反复增删后产⽣生外部碎⽚片。 2、链接：不不要求连续的存储空间，有利利于⽂文件的增⻓长扩充；只适合顺序访问不不适合随机访问。 3、索引：同时⽀支持顺序访问和随机访问，⽆无外部碎⽚片，查找效率⾼高；索引表要占⽤用⼀一定存储空间。⽬目录管理理基本要求 1、实现按名存取 2、提⾼高⽬目录检索速度 3、实现⽂文件共享 4、允许⽂文件重名⽂文件控制块FCB 基本信息、存取控制信息、使⽤用信息⽬目录结构单级⽬目录：实现了了按名存取；但查找速度慢，⽂文件不不允许重名、不不便便于⽂文件共享。两级⽬目录结构：解决了了⽂文件重名问题，实现访问限制；但缺乏灵活性，不不能对⽂文件分类。多级⽬目录结构（树形⽬目录结构）：可以对⽂文件进⾏行行分类；但不不便便于实现⽂文件共享⽆无环图⽬目录结构：实现了了⽂文件共享⽂文件共享 1、硬链接：使⽤用索引节点。⽂文件删除时使索引节点计数器器减⼀一⽽而不不是直接删除⽂文件，否则会使其他⽤用户⽆无法访问。 2、软链接：使⽤用LINK类型的⽂文件，其中存放被链接⽂文件的路路径名。此⽅方式只有⽂文件拥有者有指向其索引节点的指针，⽽而共享该⽂文件的其他⽤用户只有该⽂文件的路路径名。可以直接删除⽂文件。⽂文件保护⽅方式⼝口令保护、加密保护访问控制：使⽤用访问控制表

对⽂文件的访问，常由⽤用户访问权限和⽂文件属性共同限制⽂文件系统的组成与⽂文件管理理有关的软件被管理理⽂文件实施⽂文件管理理所需数据结构⽂文件系统的功能实现⽤用户对⽂文件的基本操作，让⽤用户可以按名存储和查找⽂文件，组织成合适的结构，并具有基本的⽂文件共享和⽂文件保护的能⼒力力。⽂文件系统的层次⽤用户接⼝口⽂文件⽬目录系统存取控制模块逻辑⽂文件系统与⽂文件信息缓冲区物理理⽂文件系统分配模块设备管理理模块：设备分配、分配设备读写⽤用缓冲区、磁盘调度、启动设备、处理理设备中断、释放设备读写缓冲区、释放设备⽬目录实现线性列列表、哈希表（2015、2013）⽂文件分配⽅方式 1、连续分配：⽀支持顺序访问和直接访问，实现简单，存取速度快；但⽂文件⻓长度不不宜动态增加，反复增删⽂文件后，会产⽣生外部碎⽚片。 2、链接分配：不不⽀支持直接访问（FAT除外），采取离散分配⽅方式，消除外部碎⽚片，解决了了⽂文件⼤大⼩小问题。隐式链接，除最后⼀一个⽬目录项外，每个⽬目录项有指向下⼀一个⽬目录项的指针，且对⽤用户透明，其缺点在于⽆无法直接访问盘块，只能通过指针顺序访问⽂文件。显示链接，把链接指针从物理理块中提取出来，显式存放在内存的⼀一张链表中，该表在整个磁盘仅设置⼀一张。 3、索引分配：解决了了链式分配不不能直接访问的问题，访问⽂文件需要访问两次外存（先读索引块内容，再访问磁盘块）索引块第i个条⽬目指向⽂文件第i块。包括链接⽅方案、多层索引、混合索引。⽂文件存储空间的管理理空闲表法：属于连续分配⽅方式，系统为外存上的所有空闲区建⽴立⼀一张空闲盘块表。空闲链表法：将所有空闲盘区拉成⼀一条链，分为空闲盘块链和空闲盘区链。位示图法：⽤用⼆二进制的⼀一位表示磁盘中⼀一个盘块的使⽤用情况。（2013）其优缺点：可以很容易易的找到连续的空闲盘块。位示图较⼤大，需要占⽤用磁盘空间；空闲块较少时，搜索空闲块需要花费⼀一些时间成组链接法：UNIX使⽤用，结合了了空闲表和空闲链表两种⽅方法。⽂文件的逻辑结构和物理理结构的区别⽂文件的逻辑结构是⽤用户可⻅见的结构，⽽而⽂文件的物理理结构是⽂文件在存储器器上的组织结构。磁盘管理理磁盘初始化：对磁盘进⾏行行低级格式化或逻辑格式化引导块：存放⾃自举程序（初始化程序）坏块

I/O设备分类 1、按使⽤用特性：⼈人机交互类外部设备、存储设备、⽹网络通信设备 2、按传输速率：低速设备、中速设备、⾼高速设备 3、按信息交换的单位：块设备：其特征，传输速率⾼高且可寻址；字符设备：其特征：传输速率低且不不可寻址 IO控制⽅方式 1、程序直接控制⽅方式：CPU和I/O设备只能串串⾏行行⼯工作 2、中断驱动⽅方式：CPU向I/O控制器器发送命令后做其他⼯工作。在每个指令周期末尾，CPU检查中断 3、DMA⽅方式：在I/O设备和内存之间开辟直接的数据交换通路路特点：基本单位是数据块；数据从设备直接送⼊入内存或相反；仅在数据传送开始和结束时需要CPU ⼲干预，数据传送是在DMA控制器器的控制下完成。 DMA控制器器需包含：命令/状态寄存器器（CR）、内存地址寄存器器（MAR）、数据寄存器器（DR）、数据计数器器（DC）（2013）DMA⽅方式与中断驱动⽅方式区别：（1）中断驱动⽅方式在每个数据需要传输时中断CPU， DMA⽅方式在数据全部传送结束时才中断CPU（2）中断驱动⽅方式在中断处理理时由CPU控制完成， DMA⽅方式在DMA控制器器的控制下完成。 4、通道控制⽅方式：DMA⽅方式的发展，进⼀一步减少CPU的⼲干预 I/O通道与⼀一般处理理机的区别：通道指令的类型单⼀一；没有⾃自⼰己的内存；通道执⾏行行的通道程序放在内存中，即通道与CPU共享内存。 I/O通道与DMA⽅方式的区别：（1）DMA⽅方式需要CPU控制传输的数据块⼤大⼩小、传输的内存位置，⽽而通道⽅方式中是由通道控制（2）每个DMA控制器器对应⼀一台设备与内存传递数据，⽽而⼀一个通道可以控制多台设备与内存的数据交换。 I/O层次结构⽤用户层I/O软件、设备独⽴立性软件、设备驱动程序、中断处理理程序、硬件（2016）设备独⽴立性（⽆无关性）及实现应⽤用程序独⽴立于具体使⽤用的物理理设备为实现，引⼊入逻辑设备，在应⽤用程序中，使⽤用逻辑设备名来请求某类设备，实际执⾏行行时必须将逻辑设备名映射成物理理设备名。系统中设置⼀一张逻辑设备表（LUT），⽤用于将逻辑设备名映射成物理理设备名。LUT中包括逻辑设备名、物理理设备名和设备驱动程序⼊入⼝口地址。使⽤用逻辑设备的好处增加设备分配的灵活性易易于实现I/O重定向设备控制器器的组成设备控制器器与CPU的接⼝口设备控制器器与设备的接⼝口

I/O控制逻辑设备控制器器的主要功能接收和识别CPU或通道发来的命令实现数据交换发现和记录设备及⾃自身的状态信息设备地址识别设备动态分配⽅方式先请求先分配、优先级⾼高者优先 I/O管理理实现功能状态跟踪设备存取设备分配设备控制。I/O核⼼心⼦子系统提供的服务 I/O调度，缓冲与⾼高速缓存，设备分配与回收，假脱机，设备保护，差错处理理⾼高速缓存在内存中的两种⽅方式在内存中开辟⼀一个单独的存储空间作为磁盘⾼高速缓存把未利利⽤用的内存空间作为⼀一个缓冲池，供请求分⻚页系统和磁盘I/O时共享（2012 2011）引⼊入缓冲区的⽬目的缓和CPU和I/O设备速度不不匹配的⽭矛盾减少CPU的中断频率解决基本数据单元⼤大⼩小不不匹配的问题提⾼高CPU和I/O设备的并⾏行行性（2011）缓冲区实现⽅方法采⽤用硬件缓冲器器采⽤用缓冲区（2012）缓冲技术分类 1、单缓冲 2、双缓冲 3、循环缓冲：多个⼤大⼩小相等的缓冲区通过链接指针链成⼀一个环 4、缓冲池：由多个系统共⽤用的缓冲区组成，包含三个队列列，空缓冲队列列、装满输⼊入数据的缓冲队列列、装满输出数据的缓冲队列列设备分配的数据结构设备控制表（DCT）：⼀一个设备控制表代表⼀一个设备控制器器控制表（COCT）：与DCT⼀一⼀一对应通道控制表（CHCT）：与COCT为⼀一对多关系系统设备表（SDT）：整个系统只有⼀一张设备分配原则 I/O设备的固有属性

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