操作系统知识点复习
第一章 操作系統概述
1.一個完整的計算機系統是由硬件系統和軟件系統兩大部分組成的
2.計算機軟件是指程序和與程序相關的文檔的集合
3.按功能分，可把軟件分為：系統軟件 和 應用軟件
4.操作系統是在“裸機”上加載的第一層軟件，操作系統可以被看作是計算機系統的核心：1）統管整個系統資源、制定各種資源的分配策略。2）調度系統中的用戶程序，，協調他們對資源的需求，協調它們對資源的需求。使整個系統在高效、有序的環境里工作。
5.操作系統的定義：控制和管理軟硬件資源，協調調度用戶程序的一個大型程序
6.操作系統的功能：1）進程管理：進程管理、調度，CPU分配 。2）存儲器管理：內存分配，地址映射等。3）設配管理：I/O設備等。4）作業管理：負責處理用戶提交的任何要求。5）文件管理：目錄管理，讀寫管理和保護。
7.操作系統的種類：1）單道批處理系統；2）多道批處理系統；3）分時系統；4）實時系統；
第二章 進程管理
1.進程是計算機中的程序關于某數據集合上的一次執行過程，是一個動態的概念，是資源分配和調度的基本單位。
2.程序是一個在時間上嚴格有序的指令集合
3.如何理解“并發”、“并行”、“串行”？
并行：從宏觀上看是并行的，同時在內存的多個進程都在執行，互不影響
串行：從微觀上看是串行的，任何時刻CPU都只能執行一個進程，這些進程對CPU的使用是輪流的、交替的
并發：邏輯上相互獨立的進程，在執行時間上相互重疊，這種特性稱為程序執行的并發性。
4.進程的特性：1）動態性；2）并發性；3）獨立性；4）異步性
5.進程的狀態：1）創建；2）就緒；3）運行；4）阻塞
6.進程的組成：程序，數據集合，進程控制塊。其中，進程控制塊（PCB）是進程存在的唯一標識，包含：進程標識符、處理機狀態、進程調度信息、進程控制信息。
7.通過進程調度程序來分配CPU，常見的進程調度算法有：
? ?1）先來先服務；2）時間片輪轉；3）優先級調度；4）多級隊列調度
8.將CPU分配給某個進程后，處理其能占用多長時間的方式有兩個：1）可剝奪方式；2）不可剝奪方式
9.對進程直接操作（創建，就緒，運行，阻塞）的程序稱為原語，具有不可分割性，通常利用屏蔽中斷的方法實現。
10.CPU指令系統中指令分為兩類：
? ?1）非特權指令，操作系統和用戶
? ?2）特權指令，僅限操作系統
11.CPU的兩種工作狀態：
? ?1）管態，可執行特權和非特權指令
? ?2）目態，僅能執行非特權指令
12.訪管指令：
? ? 首先，系統調用命令的程序屬于操作系統，所以只能工作在管態，然而用戶程序工作在目態，進制使用特權指令，即無法執行系統調用。因此需要調用訪管指令，將目態轉換為管態，進而實現系統調用的功能。
? ??因為訪管指令工作在目態，因此屬于非特權指令。
? ? 原理：是執行它就會產生一個軟中斷，促使中央處理機由目態轉為管態，進入操作系統并處理該中斷
13.作業提交給系統后，系統會分配一個JCB（作業控制塊），以便記錄作業信息。
14.作業狀態：1）提交狀態，2）后備狀態，3）運行狀態，4）完成狀態
15.作業調度算法：1）先來先服務算法，2）短作業優先，3）優先級調度。
16.死鎖：至今成因競爭資源而造成的的互相等待，若無外力作用，這些進程都將無法向前推進。
17.死鎖產生的條件：1）互斥；2）不可剝奪；3）請求和保持；4）循環等待
18.死鎖的處理策略：1）預防死鎖，破壞產生死鎖的四個必要條件之一；2）避免死鎖，在資源的動態分配過程中，用某種方法組織系統進入不安全狀態，從而避免死鎖，例：銀行家算法；3）死鎖的檢測及解除，資源剝奪法 、撤銷進程法和進程回退法。
19.程序執行過程：1）編譯，2）鏈接，3）裝入
第三章 存儲管理
1.計算機系統的存儲器：1）寄存器，2）高速緩存，3）內存，4）輔存
2.高速緩存的作用：緩和內存與CPU速度不匹配問題
3.數據交換單位：1）高速緩存--內存：以 塊 為單位，2）CPU--高速緩存：以 字 為單位
4.存儲器管理的功能：1）內存的分配與回收，2）存儲的保護和共享，3）地址定位，4）存儲擴充
5.地址重定位：指用戶程序指令中的相對地址變為存儲器中絕對地址空間的過程稱為重定位
6.常見的重定位方式：1）絕對定位。2）靜態重定位，即程序運行之前，完成邏輯地址與物理地址的轉換，很明顯不適合多道程序。3）動態重定位，程序運行過程中，進行邏輯地址與物理地址的轉換。
7.靜態重定位再裝入之前一次性將程序指令中所有要轉換的地址加以轉換，由軟件完成；動態重定位則是在每執行一條指令，就對其抵制加以轉換，由硬件完成。
8.分頁式存儲管理，需要多次訪問內存，目的是提高內存利用率。
? ?舉個例子，如何計算物理地址：頁面大小4096B，那頁內需要12位才bai能表示，邏輯地址16位，也就是4位頁地址加12位頁內偏移地址組成，那16位邏輯地址中dao前面的4位就是頁號。
? ?i.?頁號=邏輯地址/頁面大小（塊大小）
? ?ii.查頁表通過頁號得到塊號
? ?ii.塊內偏移=頁內偏移=邏輯地址%頁面大小（塊大小）
? ?i.?物理地址=塊的大小*塊號+塊內偏移
9.分段式存儲管理，要求用戶將自己的整個作業程序以多個相互獨立的稱為“段”的地址空間提交給系統，每個段都是一個從0開始的一維地址空間，長度不一，操作系統按照段長為作業分配內存空間。
? ? 段表的組成：段號、段長、該段在內存的基址
? ? 計算邏輯地址和物理地址的方法：
? ? 1）邏輯地址 = 段號&段內地址，&為連接符，表示段號為高某位
? ? 2）由段表通過段號查詢基址
? ? ? ? ??物理地址 = 基址+段內偏移，+就是加。
10.分段和分頁的區別：
? ? ?1）前者大小唯一，由系統指定；后者大小不等，由用戶確定。
? ? ?2）分頁，用戶向系統提供的是一維邏輯地址空間，因為用戶通過編譯鏈接程序，將各程序段鏈接成一個相對0編址的線性空間，程序中是通過地址編號來確定空間中的位置的；分段，則是一個二維的邏輯地址空間。用戶不把各程序段鏈接成一個相對于0進行編制的一維線性空間，各程序段之間是通過{段號，段內位移}進行訪問的。具體如下圖：
分頁：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
? ? ?
分段：
11.在上述兩種辦法的基礎上，產生了基本段頁式存儲方式（三次訪存）：用戶程序先分段，每個段內部分頁，原理一致。
12.虛擬存儲器：是具有請求調入功能和置換功能，能從邏輯上對內存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決定，其運行速度接近于內存。
13.缺頁中斷：指的是指令在執行期間，發現所要訪問的執令或數據所在的頁面不在內存時，便立即產生和處理缺頁中斷信號，以便及時將缺頁調入內存。
14.頁面置換算法：1）先進先出算法(FIFO)，2）最近最久未使用頁面置換算法(LRU)，3）最近最少用頁面置換算法(LFU)，4）最優頁面置換算法(OPT)。
第四章 設備管理
1.‘設備’泛指計算機系統中的各種外部設備，指計算機中用以在機器之間進行傳送和接收信息，完成用戶I/O操作的那些部件。
2.I/O設備分類：1）按傳輸速率；2）按信息交換單位；等
3.I/O子系統層次（從上到下）：
? ?1）用戶層I/O軟件，實現用戶操作
? ?2）設備獨立性軟件，實現用戶程序與設備驅動器的統一接口，設備命令等
? ?3）設備驅動程序，與硬件直接相關，負責具體實現系統對設備發出的操作指令
? ?4）中斷處理程序，用于處理終端相關事項
? ?5）硬件設備，①執行I/O功能的機械部件，即I/O設備；②執行控制I/O的電子部分，又稱設備控制器，本質是CPU與外圍設備之間的接口，可編程設備，每一個地址對應一個設備。
4.設備管理的功能（I/O核心子系統）：1）I/O調度；2）進行設備的分配和回收；3）對緩沖區進行管理；4）磁盤高速緩存
? ?1）I/O調度，確定一個順序來執行I/O請求
? ?2）設備的分配和回收：①設備分類：i.獨享式設備，ii.分時共享設備，iii.SPOOLing技術
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?②分配原則：既要發揮設備效率，又要避免進程死鎖，還需將用戶程序和具體設備隔離
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?③分配方式：i.靜態分配，ii.動態分配
? ?3）緩沖區管理：單緩沖、雙緩沖、循環緩沖、緩沖池
? ?4）磁盤高速緩存：1）內存中開辟的一個單獨的存儲空間，2）未利用的內存空間作為一個緩沖池，共分頁和磁盤I/O共享。
5.I/O控制方式：1）程序直接控制方式(循環測試)；2）中斷驅動方式，允許I/O設備向CPU發出請求打斷CPU當前工作進程。3）DMA方式，基本思想是在I/O設備和內存之間開辟直接的數據交換通路。
6.DMA（Direct Memory Access）方式的特點：1）基本單位是數據塊；2）所傳送的數據是直接在內存和I/O設備之間交換的；3）僅在傳送一個或多個數據塊的開始和結束時，才需要CPU的干涉，整塊數據的傳送是在DMA控制器的控制下完成的。
7.實現DMA需設置的四類寄存器：1）命令/狀態寄存器；2）內存地址寄存器（目標內存地址和內存源地址）；3）數據寄存器；4）數據計數器。
8.DMA工作方式的過程：1）I/O設備發出DMA請求，CPU響應后給I/O控制器發出一條命令，啟動DMA控制器后將控制操作委托給DMA控制器；2）DMA控制器直接與存儲器交互，傳送數據塊，每次傳送一個字；3）傳送完成后DMA發送一個中斷信號給處理器。
9.DMA控制方式與中斷驅動方式的主要區別：1）后者在每一個數據需要傳輸時中斷CPU，而DMA控制方式是在一批數據全部傳送結束后中斷CPU；2）后者數據傳送由CPU實現，前者則由DMA控制器完成。
10.周期竊取(周期挪用)：1）周期（總線）竊取，即在I/O設備需要傳送一批數據時，發出DMA請求，CPU接收后，釋放總線控制權，DMA控制器獲得總線控制權，數據傳輸完畢后，DMA通知CPU，此時CPU重新獲得總線控制權。這稱為周期竊取。
11.磁盤調度算法：1）先來先服務算法；2）最短尋找時間優先算法；3）掃描算法（又稱電梯算法），要求已知初始磁頭位置，和移動方向；4）循環掃描算法。
第五章 文件管理
1.什么是文件：是以計算機硬盤為載體存儲在計算機上的信息集合，可以是文本文檔、圖片、程序等。
2.在用戶進行的輸入輸出中，是以文件為基本單位的。
3.文件的基本屬性；1）文件名，2）標識符，3）類型，4）位置，5）大小，6）保護等
4.文件系統類型：1）FAT32，2）NTFS，3）ext2，4）ext3，4）ext4
5.文件共享的兩種方案：1）基于索引節點（硬鏈接）：共享文件指向同一個索引節點
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2）給予符號鏈接（軟連接）：共享文件的路徑
6.目錄結構：1）單級目錄結構，2）兩級目錄結構，將文件目錄分為主文件目錄和用戶文件目錄，3）多級目錄結構
7.目錄實現方式：1）線性列表，2）哈希表
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總結
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