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操作系统原理独家期末考试复习资料操作系统原理考试大纲 1、操作系统概论 理解操作系统的定义及目标； _1 掌握操作系统的特征； _6 1、操作系统的定义P1 操作系统是控制和管理计算机系统硬件和软件资源、合理地组织计算机工作流程以及方便用户使用计算机系统的程序的集合 2、操作系统的作用 P2 1.操作系统是用户与计算机硬件系统之间的接口/用户接口 2.操作系统是计算机系统资源的管理者/合理管理 3.操作系统扩充了机器功能/性能 4.操作系统合理组织工作流程 3、操作系统的功能 P3 处理机管理，内存管理，设备管理，文件管理，用户接口和命令接口 4、多道批处理操作系统 P10 指内存中可同时存在多任务，且可实现处理器与I/O设备的并发执行，进一步提高系统资源利用率。 5、多道指的什么？批处理指的什么？P10 多道是指在内存中装入多道作业，使它们 6、操作系统的特征 P17 1）并发 2）共享 3）虚拟 4）异步性 7、并发性与并行性的区别P17 并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生，并行是指两个或多个事件在同一时刻发生。并行性具有并发的含义，但并发事件不一定具有并行性。 2、处理机管理 理解进程与程序的区别。 _3 了解CPU的工作状态； _4 掌握进程状态的转换？ _5 掌握进程的主要控制功能 进程的创建、进程的撤销、进程的阻塞与唤醒、进程的挂起与激活 进程高级通信的三大类型 _12 掌握线程提出的意义 _13 具有直接前驱关系的进程必须是顺序执行的。 1、进程的定义 P26 1）进程是程序在处理机上的一次执行过程。 2）进程是可以和别的计算机并行执行的计算。 3）进程可定义为一个数据结构及能在其上进行操作的一个程序。 4）进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动。 5）进程是程序在一个数据集合上的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。 国内定义：进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次可以并发执行的运行活动。 2、进程组成的三要素，PCB的作用以及其主要包括的内容 P26 三要素：程序，数据和进程控制块 。 PCB作用： 为了描述和记录进程的动态变化过程。 PCB内容：PID、名称、下一指针、优先级、状态。 3、进程与程序的关系 P26 1）进程是动态的，程序是静态的 2）进程是暂时的，程序是永久的 3）进程的组成包括程序 4）进程具有并发性 5）进程具有创建其他进程的功能，程序没有 6）进程和程序是密切相关的 4、进程的类型与CPU的状态 P28 进程类型：1）系统进程和用户进程 2）父进程和子进程 CPU状态：核心态与用户态 5、进程的三个基本状态及其转换？ P29 三态：就绪态，运行态，阻塞态 转换： 就绪运行 运行就绪 运行阻塞 阻塞就绪 6、创建态与结束态 P30 创建态：进程正在被创建，还没转到就绪态之前 结束态：进程已结束运行，释放资源 7、进程创建过程 P32 1）先向系统申请一个空闲的PCB 2）为新进程分配必要的资源 3）初始化进程控制块 4）将新进程插入就绪队列 8、进程引入挂起功能的目的 P35 为了更好的管理和调度进程及适应系统的功能目标，提高资源利用率 9、进程阻塞与唤醒以及进程的挂起与激活的方式 P35 阻塞：正在执行的进程当出现某个事件无法继续执行时，进程便通过调用阻塞原语把自己阻塞起来 唤醒：一是由系统进程唤醒；二是由事件发生进程唤醒 挂起：把发出挂起原语的进程自身挂起或者它的子孙挂起 激活：激活一个具有指定标识名的进程或者激活某进程及其子孙 进程阻塞和挂起是主动的，唤醒和激活是被动的。 10、进程从用户态切换到核心态的原因？ P37 当机器指令发生中断，操作系统马上保护中断点的处理机现场，将处理机模式从用户态转换成核心态 11、进程切换过程 P37 1）保存处理机的上下文 2）修改当前运行进程的进程控制块 3）选择另一个进程执行 4）修改被调度进程的进程控制块 5）将当前进程存储管理数据结构修改为新选进程的存储管理数据结构 6）恢复上次切换出的现场，运行新选进程 12、进程高级通信方式 P38 分为三大类：共享存储器系统，管道通信系统以及消息传递系统 13、线程引入的目的以及其与进程的关系 P42 目的：为了减少程序并发执行时所付出的时空开销，使操作系统具有更好的并发性 关系：线程是进程内一个相对独立的可以并行执行单元，是进程内的一个可调度实体 3、进程调度、同步、通信及死锁 理解进程的调度模式 重点掌握进程同步与互斥的机制的应用，特别是3个信号量以上的应用； 重点掌握死锁产生的原因及条件以及银行家算法的应用； 重点掌握进程的调度与作业调度的关系与区别。 掌握各种进程调度算法，特别是时间片轮回和优先级调度算法 理解临界区 掌握互斥问题的软件方法和硬件方法以及优缺点 理解管程的思想 调度 1、调度模式 P54 调度模式一般分为三级：高级调度、中级调度和低级调度 2、选择调度算法的依据 P55 1）系统设计目标判断题 2）资源利用率 3）均衡系统与用户的要求 3、进程与作业的关系P55 P56 进程是作业的执行状态，一个作业实际上是由一组相应的进程来完成的，当作业所对应的进程完成时，作业便进入了完成状态，整个作业也就完成了 4、作业调度与进程调度算法P58 P60 作业调度算法：先来先服务算法、最短作业优先算法和响应比高者优先调度算法。 进程调度算法：1)先来先服务算法 2)短进程优先算法 3)时间片轮转算法() 4)优先权调度算法() 5)多队列调度算法 6）多级反馈队列调度算法 5、高响应比优先、时间片轮转、优先权调度算法P61-63 时间片轮转优点：1）提高进程的并发性 2）缩短每一作业的相应时间 3）提高系统的资源利用率。 缺点：开销大 优先权的类型：A、静态优先权B 、动态优先权 6、衡量调度算法优劣的性能指标 P65 1）周转时间 2）吞吐率 3）相应时间 4）设备利用率 进程互斥与同步 1、互斥与同步P73 互斥关系：共享资源、独占资源 同步关系：进入区、退出区、临界区 2、临界资源定义，主要包含哪些？ P75 临界资源是指一次仅允许一个进程使用的硬件或软件资源。一般包括慢速输入/输出与存储设备，共享代码段、共享变量、共享数据结构、缓冲区等。 3、竞态条件 P75 两个或多个进程并发地读写一个共享数据，共享数据的值取决于最后访问它的进程的执行结果的情况称为竞态条件。 4、同步机构 P76 同步机构是指能实现进程同步的机制，该机制能把其它进程需要的信息发送出去，也能测试自己需要的信息是否到达。同步机构应遵循的4个准则：1）空闲让进 2）忙则等待 3）有限等待 4）让权等待 5、解决互斥问题的软件方法与硬件方法的优缺点？ P76 软件方法：1.单标志法 2.双标志法 硬件方法：1.检测和设置指令TS 2.用Swap指令实现互斥 硬件方法的优点：适用于任意数目的进程；在单处理器或多处理器上实现简单，容易验证其正确性；可以支持进程内存在多个临界区，只需为每个临界区设立一把锁(一个共享变量) 缺点：存在忙等现象，未能实现“让权等待”，还可能产生“饥饿”现象，永远在判断等 6、信号量机制以及其种类 P80 种类：整形信号量、纪录型信号量、信号量集 7、记录型信号量解决忙等待现象的原理 P80 原句wait： wait S.value -; if (S.value<0) block(S,L); 8、信号量集机制P86 1)AND型信号量 2）一般信号量集 9、经典同步模型？P88 1）生产者消费者问题 2）读者写者问题 3）哲学家进餐问题 10、进程同步与互斥的经典模型实际应用举例 P88-93 11、管程机制P95 管程是管理进程间同步的另一种机制，它基于抽象数据类型，通过将系统中硬件与软件资源用数据结构加以抽象地描述，是一种实现方便、安全有效的同步机制。 管程由三部分组成：局部于管理的共享变量说明；对该数据结构进行操作的一组过程。 死锁 1、死锁定义P104 当某一进程提出资源的使用要求后，使得系统中一些进程处于无休止的阻塞状态，在无外力的作用下，这些进程永远也不能继续前进，这种现象称为死锁。 2、产生死锁的条件P109 1）互斥 2）占有等待 3）非剥夺 4）等待循环 3、解决死锁的途径 P111 死锁预防、死锁避免、死锁检测及死锁恢复 4、死锁避免，安全状态和银行家算法P113-115 安全状态：指系统处于一定无死锁状态。 5、安全状态检查算法的原理 P115 6、银行家算法举例 P114 4、存储管理 掌握内存分配的各种算法； 掌握不同存储分配的保护机制； 理解虚拟内存的定义和作用； 重点掌握动态可变分区； 理解分页式管理与分段式管理？ 掌握虚拟内存的实现方法 重点掌握请求分页式管理的一般过程 存储管理 1、存储管理的主要功能 P123 主要功能包括主存空间空间分配和管理、地址转换和重定位、存储保护和共享及存储扩充等四方面。 2、主存分配与管理实现的方法P123 连续分配、离散分配 3、分区存储管理，特别是动态分区管理原理以及其优缺点 P127 动态分区是指分区的大小、数量和位置随着内存中进程的大小和数量动态变化。 优缺点： 4、动态分区管理分配与回收P130 5、覆盖技术与交换技术P132 交换技术是指把内存中暂时不能运行的进程或暂时不用的程序和数据，换出到外存，已腾出足够的内存空间，把已具备运行条件的进程，或进程所需要的程序和数据，换入内存运行。6、分页管理的原理以及其目的 P134 原理：将进程连续逻辑地址空间转换成主存中不连续物理地址空间的一种方式。 目的：为了解决内存连续分配所产生的过多碎片，及由于采用紧凑处理碎片而造成的过大的系统开销。 7、地址转换的原理P138 8、分段存储管理原理以及地址转换原理P139 虚存管理 1、程序访问的局部性原理 P145 1）时间局部性 2）空间局部性 3）顺序局部性 2、虚存实现的方法 P147 1）请求分页管理 2）请求分段管理 3、实现虚存原理的硬件与软件有哪些？ 请求分页管理 P147 硬件：缺页中断机构、地址变换机构 软件：数据结构主要是页表，实现用户地址空间到物理地址空间的映射。 页表的内容包括：页号、页框号、状态位、访问字段、修改位、外存地址 请求分段管理 P156 硬件：缺段中断机构、地址变换机制 软件：数据结构主要是段表，实现用户地址空间到物理地址空间的映射。 段表的内容包括：段号、段长、段起始地址、存取方式、访问字段、修改位、存在位、增补位、外存始址 4、请求分页式管理的地址转换过程 P149 1）获得访问要求，即逻辑地址； 2）判断页号是否大于页表长度，若大于则进行越界处理；否则继续； 3）CPU检索快表，判断页表项是否在快表中，若页表项不在快表中，访问页表，否则继续； 4）判断页是否在内存，若不在内存，则产生缺页中断，请求调页，保留CPU现场，从外存中找到缺页，否则修改快表； 5）判断内存是否已满，是就选择一页被修改过的写到外存去，否就直接从外存中读取缺页，启动I/O硬件将一页从外存读入内存，修改页表，修改快表； 6）修改访问字段和修改位； 7）形成访问的物理地址，结束地址变换过程。 5、置换算法、缺页率、有效访问时间、工作集和抖动现象 P151 置换算法： P151 1）最佳置换算法 2）先进先出置换算法 3）最近很久未使用置换算法 4）时钟置换算法 5）最少使用置换算法 6）页面缓冲置换算法 缺页率是指出现缺页的概率，或是缺页时间间隔的概率。 P152 有效访问时间是指访问程序代码或数据所需要的时间。 P153 抖动现象是虚存请求分页管理机制下的产物，缺页率上升，程序的大部分时间都进行换入换出，CPU的利用率下降。 6、请求分段式管理的地址转换过程 P157 1）获得访问要求，即逻辑地址； 2）判断段内偏移地址量w是否小于段长，若不小于则进行分段越界处理；否则继续； 3）判断该请求是否符合存取方式，若不符合则进行分段保护处理；否则继续： 4）判断段S是否已经调入主存，若没有，则进行分段保护处理；否则继续； 5）修改访问字段，根据存取方式设置改位的值； 6）形成访问的物理地址，结束地址变换过程。 5、设备管理 理解外设的数据传送方式； 理解中断过程 掌握设备的分配机制； 掌握磁盘调度算法； 1、系统设备结构 P167 计算机的I/O系统是主机和外部设备之间的数据传送系统，主要有总线型和通道型两种结构。 2、数据传送方式 P169 程序直接控制方式、程序中断控制方式、DMA控制方式、I/O通道控制方式 3、向量型中断 P171 向量中断即中断源的识别标志，有中断向量表，可用来存放中断服务程序的入口地址或跳转到中断服务程序的入口地址。 中断处理过程： 中断请求、中断响应、中断处理、中断返回 4、设备分配的虚拟方式 P177 SPOOLng系统，是操作系统中采用的一项将独占设备改造成共享设备的技术。 5、磁盘调度策略 P183 1)先来先服务 2)最短寻道时间优先 3)SCAN算法 4)C-SCAN算法 6、文件管理 文件管理的定义与作用； 理解文件的逻辑结构和物理结构； 1、文件管理功能哪些？ P190 最基本的功能是存放、访问、更新、共享和保密 2、文件管理的实现方法 P190 目录管理，操作系统实现对文件信息“按名存取”，力求文件查找简便，提高对目录的检索速度，方便灵活地存取信息，允许文件重名，便于文件共享和保密。 3、为啥目前PC机操作系统都使用多级目录形式即树形目录 P192 因为树形目录具有以下特点： 1）解决了重名问题。允许在不同的子目录中使用相同的名字命名文件或下级子目录 2）层次清楚。采用分支结构，不同性质、不同用户的文件可以构成不同的子树，便于管理。 3）提高检索文件速度。 4）能进行存取权限的控制。检索文件需核对存取权限，避免了用户未经授权就存取了其他用户的文件，保证了文件的私有性，实现了文件的保护和保密。 4、文件的逻辑结构与物理结构 逻辑结构 P195 流式文件基本单位是字节，即字符流 记录型文件是指用户对文件内的信息按逻辑上独立的含再划分信息单位，每个单位成为一个逻辑记录。 物理结构 P199 顺序结构、链接结构、索引结构 考试题型： 一、单选题10题，共20分； 二、填空题，10分 三、判断题，20分 四、简答题，5题，共30分 五、综合题2题，共20分