OS
2022-04-22 19:42:58 1 举报AI智能生成
之前操作系统期末考总结的内容
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大纲/内容
第一章.操作系统引论
OS作用
①作为用户与计算机硬件系统之间的接口
②作为计算机系统资源的管理者
③实现了对计算机资源的抽象
操作系统
单道批处理系统
优点：缓解人机速度矛盾
缺点：资源利用率很低
特征：自动、顺序、单道
多道批处理系统
优点：多道程序并发执行，资源利用率高
缺点：不能提供人机交互功能
特征：多道性、无序性、调度性
分时系统
优点：提供人机交互功能
缺点：不能优先处理紧急事务
特征：多路性、独立性、及时性、交互性
实时系统
优点：能优先处理紧急事务
特征：多路性、独立性、及时性、交互性、可靠性
OS基本特征
并发
共享
虚拟
异步
第二章.进程的描述与控制
分类
用户进程
系统进程
信号量S
S>0:表示可用资源数目
S<0:表示阻塞的资源数目
进程的三种基本状态
就绪状态
执行状态
阻塞状态
进程与程序的区别
进程由程序、数据、PCB组成；是动态概念
程序是指令集，是静态概念
PCB是进程存在的唯一标识
进程同步（信号量机制）
生产者-消费者例题
同步机制应遵循的规则
①空闲让进
②忙则等待
③有限等待
④让权等待
第三章.处理机的调度与死锁
1.处理机调度的层次
高级调度（作业调度）
外存->内存
对象：作业
中级调度（内存调度）
外存<->内存
状态：挂起态<—>就绪态/阻塞态
对象：进程
对换
低级调度（进程调度）
内存->CPU
对象：进程
最基本的调度
2.处理机调度算法的目标
CPU的利用率
CPU有效时间/（CPU有效时间+空闲等待时间）
①批处理系统的目标
平均周转时间短
系统吞吐量高
处理机利用率高
②分时系统的目标
响应时间快
重要准则
均衡性
③实时系统的目标
截止时间的保证
基本要求
可预测性
3.作业调度的主要任务
根据JCB中的信息，检查系统中的资源能否满足作业的要求，按照一定的调度算法，从外存的后备队列中选取某些作业调入内存，并为其创建进程，分配资源；再将其放到就绪队列中等待。
作业调度->接纳调度
作业调度执行时做的两个决定
①接纳多少个作业
②接纳哪些作业
4.进程调度
任务
①保存CPU现场信息
②按某种算法选取进程
③把CPU分配给进程
方式
非抢占式
只能由当前运行的进程主动放弃CPU
抢占式
原则
①优先权原则
②短进程优先
③时间片原则
可由OS剥夺当前进程的CPU使用权
调度算法
评价指标
CPU利用率
系统吞吐量
周转时间
等待时间
响应时间
算法1
先来先服务FCFS
非抢占
短作业优先SJF
非抢占/抢占
会导致饥饿
高相应比优先HRRN
非抢占
算法2
时间片轮转
适用于分时系统
抢占式
优先级调度
适用于实时系统
抢占式/非抢占式
会导致饥饿
多级反馈队列
抢占式
会导致饥饿
5.死锁
定义
每个进程所等待的事件是该组中其它进程释放所占有的资源
产生的必要条件
①互斥条件
②请求与保持条件
③不可抢占
④循环等待
处理死锁的方法
预防死锁
避免死锁
检测死锁
解除死锁
银行家算法避免死锁
可利用资源向量Available
最大需求矩阵Max
分配矩阵Allocation
需求矩阵Need
第四章.存储器管理
1.程序的装入
①绝对装入方式
②可重定位装入方式
③动态运行时的装入方式
2.程序的链接
①静态链接
②装入时动态链接
③运行时动态链接
3.连续分配存储管理方式
单一连续分配
固定分区分配
动态分区分配
动态可重定位分区分配
紧凑
4.对换技术
中级调度
5.分页存储管理方式
页面
进程
物理块
内存空间
地址结构
页号
页内地址
页表
页号
块号
访问内存2次
6.分段存储管理方式
主要原理与分页同
目的：更好的满足用户的需要
分页与分段的区别
分段对用户可见，而分页对用户不可见
页的大小固定且由系统决定，而段的长度不固定，决定于用户所编写的程序
分页的用户程序地址空间是一维的，而在分段中，用户程序的地址空间是二维的
分段比分页更容易实现信息的共享与保护
7.段页式存储管理方式
访问内存：3次
第五章.虚拟存储器
1.局部性原理
时间局部性
空间局部性
2.特征
①多次性
最重要特征
②对换性
③虚拟性
3.对换技术
中级调度
4.页面置换算法
①最佳置换算法（OPT）
②先进先出页面置换算法（FIFO）
③最近最久未使用置换算法（LRU）
④最少使用置换算法（LFU）
第六章.I/O系统
1.功能
①隐藏物理设备的细节
②与设备的无关性
③提高处理机和I/O设备的利用率
④对I/O设备进行控制
采用轮询的可编程I/O方式
采用中断的可编程I/O方式
直接存储器访问方式
I/O通道方式
⑤确保设备的正确共享
独占设备
例：打印机、磁带机等
共享设备
例：磁盘
⑥错误处理
2.I/O软件的层次结构
用户层I/O软件
实现与用户交互的接口，向上提供方便易用的库函数等
设备独立性软件（设备无关性软件）
所有与设备硬件无关的功能都在这层实现
①向上层提供统一的调用接口
②设备的保护
③差错处理
④设备的分配与回收
⑤数据缓冲区管理
⑥建立逻辑设备名与物理设备名的映射关系，根据设备类型选择调用相应的驱动程序
设备驱动程序
设置设备寄存器，检查设备状态
中断处理程序
进行中断处理
3.接口
①块设备接口
②流设备接口
③网络通信接口
4.I/O设备与设备控制器
I/O设备类型
设备控制器
基本功能
①接收和识别命令
②数据交换
③标识和报告设备状态
④地址识别
⑤数据缓冲区
⑥差错控制
组成
设备控制器与处理机的接口
设备控制器与设备的接口
I/O逻辑
5.中断
中断处理程序的处理过程
①测定是否有未响应的中断信号
②保护被中断进程的CPU环境
③转入相应的设备处理程序
④中断处理
⑤恢复CPU现场并退出中断
6.Spooling技术
组成
输入井和输出井
输入缓冲区和输出缓冲区
输入进程和输出进程
井管理程序
特点
①提高I/O的速度
②将独占设备改造成共享设备
③实现虚拟设备功能
7.缓冲区管理
缓冲引入原因
①缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾
②减少对CPU的中断频率。放宽对CPU中断响应时间的限制
③缓解数据粒度不匹配的问题
④提高CPU与I/O设备之间的并行性
8.设备的分配与回收
设备属性
独占设备
共享设备
虚拟设备
9.I/O控制方式
程序直接控制方式
中断驱动方式
DMA控制
通道控制方式
10.磁盘存储器的性能和调度
性能
存储单位：扇区
每个扇区容量600字节，实际存储数据512字节
磁盘类型
固定头磁盘
移动头磁盘
磁盘访问时间
①寻道时间
②旋转延迟时间
③传输时间
调度算法
①先来先服务（FCFS）
②最短寻道时间优先（SSTF）
③扫描算法（SCAN）
④循环扫描算法（CSCAN）
第七章.文件管理/第八章.磁盘存储器管理
文件的逻辑结构
无结构文件
流式文件
有结构文件
顺序文件
索引文件
索引顺序文件
文件的物理结构
连续结构
优点：支持顺序访问和直接访问，连续分配的文件在顺序访问时速度最快
缺点：不方便文件扩展，存储空间利用率低，会产生磁盘碎片
链接结构
索引结构
优点：支持随机访问，易于实现文件扩展
缺点：索引表需要占用一定的存储空间，访问数据块前需要先读入索引块
链接方式
隐式链接
优点：很方便文件扩展，不会有碎片问题，外存利用率高
缺点：只支持顺序访问，不支持随机访问，查找效率低；指向下一盘块的指针也需要耗费少量的存储空间
显式链接
优点：很方便文件扩展，不会有碎片问题，外存利用率高，支持随机访问
缺点：文件分配表需要占用一定的存储空间
位示图法
①位示图
②盘块的分配
顺序扫描位示图
将所找到的一个或一组二进制转换成与之对应的盘块号，b=n(i-1)+j
修改位示图，map[i,j]=1
③盘块的回收
将回收的盘块号转换成位示图中的行号和列号
修改位示图，map[i,j]=0
操作系统的安全性
分段的共享与保护P175
1.共享段表
①共享进程计数count
用count计数当前有多少个进程共用这个段
②存取控制字段
为不同的进程赋予不同的存取权限
③段号
不同的进程中可以有不同的段号
2.共享段的分配与回收
3.分段保护
①越界检查
②存取控制检查
③环保护机构
程序的访问和调用遵循的规则
一个程序可以访问驻留在相同环或者较低特权环（外环）中的数据
一个程序可以调用驻留在相同环或者较高特权环（内环）中的服务
文件保护
影响文件安全性的主要因素
人为因素
系统因素
自然因素
采取的措施
通过存取控制机制
采取系统容错技术
建立后备系统
保护域
进程对一组对象访问权的集合，进程只能在指定域内执行操作
廉价磁盘冗余阵列（RAID）
优点
①可靠性高
②磁盘I/O速度高
提高n-1倍
③性能/价格比高
并行交叉存取
磁盘容错技术SFT
第一级：低级磁盘容错技术
①双份目录和双份文件分配表
②热修复重定向和写后读校验
第二级：中级磁盘容错技术
①磁盘镜像
②磁盘双工
第三级：系统容错技术（基于集群技术）
①双热机备份模式
②双机互为备份模式
③公用磁盘模式
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