【OS】期末总结复习
文章目錄
- 操作系統復習
- 1. 知識點概念梳理：
- 期末總復習
- 第一章 操作系統引論
- 第二章 進程和線程
- 進程的狀態
- 第三章 死鎖
- 第四章 調度
- 第五章 存儲管理
- 第五章 文件系統
- 第七章 IO輸入輸出管理
- 進程狀態的轉換
- 題目
- 置換算法
操作系統復習
1. 知識點概念梳理：
在單處理機系統中，多道程序運行的特點：多道程序運行，宏觀上并行，微觀上串行。
信號量大小表示可用資源數，如果為負數表示當前等待的進程數；
OS為用戶提供兩個接口界面：命令接口，程序接口。
多道程序設計出現是由于硬件上有：中斷，管道的支持。
提高內存使用效率，解決小內存運行大作用的問題：覆蓋技術，交換技術，虛擬存儲技術。
文件的物理結構：
Spooling技術：
主要思想是在聯機的條件下，進行兩個方向的操作，在數據輸入時，將數據從輸入設備傳送到磁盤或磁帶（塊設備），然后把這些塊設備與主機相連；反過來，在數據輸出時，將輸出數據傳送到磁盤或磁帶上，再從磁盤或磁帶傳送到輸出設備。
輸出井，輸入井；最常見的是共享打印機； 一項是由輸出進程SPO在輸出井中為之申請一個空閑的存儲空間，并將要打印的數據傳送其中存放；另一項工作就是由輸出進程SPO再為用戶進程申請一張空白的用戶請求打印表，并將用戶的打印請求填入其中，然后將該表掛到打印機的請求隊列上。這時，如果還有另一個進程請求打印機時，則系統仍同意為該進程執行打印輸出，當然，系統所做的工作仍是以上兩項內容。
CPU執行操作系統代碼時，處理機處于：
管態;管態又叫特權態，系統態或核心態，是操作系統管理的程序執行時，機器所處的狀態。大多數計算機系統都將CPU執行狀態分為目態與管態;根據PSW程序狀態字來控制，0表示系統態，1表示目態：用戶態；
分時系統的特性：
多路性，交互性，獨占性；
死鎖出現：
若干進程因競爭資源而無限等待其他進程釋放已占有的資源;
僅一條指令只能在管態下運行，這條指令:
屏蔽中斷指令；
虛存=min（內存+輔存，邏輯地址）
判斷作業是否對主存空間的要求：
系統“抖動”現象：
在請求分頁存儲管理中，從主存（DRAM）中剛剛換出（Swap Out）某一頁面后（換出到Disk），根據請求馬上又換入（Swap In）該頁，這種反復換出換入的現象，稱為系統顛簸，也叫系統抖動。
危害：系統時間消耗在低速的I/O上，大大降低系統效率。進程對當前換出頁的每一次訪問，與對RAM中頁的訪問相比，要慢幾個數量級。
原因：調度算法不科學，交換算法不科學
解決：好的頁替換算法減少運行的進程數
請求分頁管理，頁面增大一倍，缺頁中斷次數不一定減小一半：
不一定是一半，這還得取決于操作系統內核的相關結構以及實際運行情況。因為系統中，缺頁中斷次數和頁面大小有些關系，但并不只取決于頁面大小，還跟系統總內存總量等很多因素有關，當系統內存不足時，會發生頁面交換，此時也會產生很多次缺頁中斷，但與頁面大小就沒有太大關系了
’
請求分頁存儲管理：
不同于基本分頁存儲管理
(1) 查到頁表項時需要進行判斷，判斷頁面是否在內存中。
(2) 當需要調入頁面時，但有沒有空閑內存時，需要進行頁面置換。
(3) 當頁面需要調入或調出，需要修改請求頁表中新增的表項。
(1) 根據邏輯地址得到頁號和頁內偏移量。
(2) 對頁號進行越界判斷。
(3) 訪問頁表判斷頁是否在內存中，如果在繼續執行程序。
(4) 如果訪問的頁不在內存中，產生缺頁中斷請求，當前進程阻塞，缺頁中斷程序從根據頁表從外存找到缺失的頁。
(5) 判斷內存空間是否已滿，未滿，將缺頁調入內存，修改頁表。如果已滿，從內存中選擇一個頁面置換，如果頁面發生修改，需要將修改寫回外存，然后再將缺頁調入內存，并修改頁表。
(6) 頁面調入后，阻塞的進程會處于就緒態等待處理機調度。
期末總復習
第一章 操作系統引論
操作系統的概念：
提供用戶與硬件系統之間 的軟件接口，使用戶能通過操作系統方便的使用計算機。
操作系統的功能
操作系統的分類：
批處理，分時系統，實時系統。網絡操作系統，分布式操作系統，并行操作系統
操作系統的特征： 并發，共享，不確定，虛擬性。
作業調度：先來先服務，最短作業調度，時間片輪轉，優先級，高響應比
程序順序執行時的特征： 順序性，封閉性，可再現性；
程序并發執行的特征：間斷性，失去封閉性，不可再現性
進程：程序及其數據在計算機上的一次運行，是系統進行調度和資源分配的基本單位；
為什么引入進程
為了使程序在多道程序環境下能并發執行，并能對并發執行的程序加以控制和描述，從而在操作系統中引入了進程概念。引入進程的目的在于清晰地刻畫動態系統的內在規律，有效管理和調度進入計算機系統主存儲器運行的程序
進程的特征：動態性，并發性，獨立性，異步性，交互性，結構性；
-
什么是單道系統
內存總是只保留一道作業，只有該作業完成之后才能進行下一個作業；
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什么是多道系統
在內存存放多道作業，在管理出現的控制下交替執行；這些作業共享CPU和其他系統資源；
-
區別
多道程序的系統資源利用率提高，吞吐量也增加了；
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實時系統：計算機能夠及時響應外部事件的請求；有三種典型的應用：過程控制系統，信息查詢系統，事物處理系統；
基本特點：交互性，實時性。可靠性；
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分時系統：
一臺主機連接多個終端，用戶交互式向系統進行命令請求，系統接受請求，采用時間片輪轉方式處理服務；
基本特征：同時性，交互性，獨立性，及時性； -
區別：
第二章 進程和線程
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進程：一個具有獨立功能的出現關于某個數據集合的一次運行活動；進程就是并發環境中的執行過程；
- 動態性
- 并發性
- 非對應性
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進程的基本特征：
- 動態性
- 并發性
- 調度性
- 異步性
- 結構性
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進程的基本狀態
- 運行狀態
- 就緒狀態
- 阻塞狀態
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狀態轉換表
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進程控制塊（PCB）
進程描述表，是進程組成最關鍵的部分，含有進程的描述信息和控制信息，是進程動態特性的集中反映，是系統對進程施行識別和控制的依據
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組成
- 進程名
- 特征信息
- 進程狀態信息
- 調度優先級
- 通信信息
- 現場保護區
- 資源需求，分配和控制方面的學習
- 進程實體信息
- 族系關系 10.其他信息
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進程的創建
- 申請一個空閑的PCB
- 為新進程分配資源
- 將新進程的PCB初始化，若是處于正常的運行狀態，則立即
- 將新進程加到就緒隊列中
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進程的終止
終止原因：正常終止，異常終止，外部干擾
- 從系統的PCB表中找到指定進程的PCB ，若處于正常運行，則終止該進程的執行
- 回收該進程所占有的的全部資源
- 若該進程有子進程，還要終止其所有子孫進程，回收他們所占有的全部資源
- 將被終止的PCB從原來的對列中摘走，以后有父進程從中獲取數據，并釋放他
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什么是線程：線程是進程中實施調度和分派的基本單位
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線程的狀態
- 運行狀態
2. 阻塞狀態
3. 就緒狀態
4. 終止狀態 -
線程和進程的基本關系
- 一個進程可以有多個線程，但至少要有一個線程，一個線程只能在一個進程的地址空間內活動
2. 資源分配個進程，同一個進程的所有線程共享該進程的所有資源；
3. 處理機分配給線程，真正在處理機上運行的是線程
4. 線程在執行過程中需要協作同步，不同進程的線程間要利用消息通信的辦法實現同步； -
引入現成的好處
- 易于調度
·2. 提高并發性
3.開銷少，創建線程比創建進程要快，所以開銷少
4.利于充分發揮多處理器的功能 -
進程間的相互關系
互斥：各個進程彼此不知道對方的存在，邏輯上沒有關系，由于競爭同一資源而發生相互制約；
同步：各個進程不知道對方的名字，單通過某些對象（IO緩沖區）的共同存取來協同完成某一項任務
通信：進程間可以通過名字彼此間進行通信，交換信息，合作完成一項任務； -
進入臨界區的調度原則：
1單個進入
- 獨自占用
- 盡快退出
- 落敗讓權
進程的狀態
- 進程是程序的一次執行。在這個執行過程中，有時進程正在被CPU處理，有時又需要等待CPU服務，可見，進程的狀態是會有各種變化。為了方便對各個進程的管理，操作系統需要將進程合理地劃分為幾種狀態；進程的狀態—三種基本狀態
運行態：占有CPU，在CPU上運行；
就緒態: 已經具備運行條件，由于沒有空閑的CPU，暫時不能運行；
阻塞態：因等待某一事件而暫時不能運行；例如等待系統分配打印機，等待磁盤操作等等；
注意：單核處理機環境，每個時刻最多只有一個進程處于運行態，（多核另外說）。
另外兩種狀態：
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PV操作
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原語：擴充的機器語言，不允許中斷；
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P操作
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V操作
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生成者和消費者
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讀者和寫者
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管程
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高級進程通信
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作業調度和進程調度
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調度的時間
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調度算法
- 中斷
- 中斷的處理過程
第三章 死鎖
- 死鎖
- 條件
- 策略
- 銀行家算法
- 饑餓
第四章 調度
第五章 存儲管理
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重定位：邏輯地址轉變為內存物理地址
邏輯地址空間:由邏輯地址組成的地址范圍
物理空間：內存中一系列存儲單元所限定的地址范圍； -
靜態重地位：有目標程序裝入內存時，有裝入程序對目標程序中的指令和數據的地址進行修改，即把程序的邏輯地址改成物理地址；
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動態重定位：程序執行期間，每次訪問內存之前進行重定位；
| 地址變換在裝入時一次完成 | 將程序原本裝入內存調度時候才進行地址轉換 |
| 優點：無需增加硬件地址轉換機構 便于實現靜態連接， | 優點：程序占用內存空間動態可變，不必連續存放，比較容易實現幾個進程對同一個程序的共享使用 |
| 缺點：程序的存儲空間只能是連續的一片地址空間，重定位之后就不能再繼續移動，不利于內存空間的有效利用 | 缺點：附加硬件支持，增加機器成本，存儲管理的軟件比較復雜； |
- 對換技術:除操作系統占用的內存，其余的全部內存只供一個進程用戶使用，其余進程都存放于外存上，每次只調入一個進程，時間片用完調出到外存上
- 內存管理技術
| 內存空間進行分區 | 程序大小進行分頁，內存大小相等分塊 | |
| 頁面大小是有硬件決定 |
- 分段分頁的區別：
| 目的 | 分頁是為了實現離散分配，削減內存的外外部碎片，提高內存的利用率，出于系統管理需要，非用戶需要 | 更好滿足用戶需要 |
| 長度 | 大小有系統決定，系統把邏輯地址劃分成頁號和頁內地址 | |
| 地址空間 | 一維 | 二維，標識地址時需要給出段名和段內地址 |
| 碎片 | 有內部碎片，無外部碎片 | 有外部碎片無內部碎片 |
| 絕對地址 | 頁號和偏移量 | 段號和偏移量 |
| 管理方式 | 對于分頁，操作系統必須為每個進程維護一個頁表，以說明每個頁對應的的頁框。當進程運行時，它的所有頁都必須在內存中，除非使用覆蓋技術或虛擬技術，另外操作系統需要維護一個空閑頁框列表。 | 對于分段，操作系統必須為每個進程維護一個段表，以說明每個段的加載地址和長度。當進程運行時，它的所有短都必須在內存中，除非使用覆蓋技術或虛擬技術，另外操作系統需要維護一個內存中的空閑的空洞列表。 |
| 共享和動態鏈接 | 不容易實現 | 容易實現 |
| 頁是物理信息的物理單位 | 段是信息的邏輯單位 |
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頁表：實現從頁號到物理塊號的地址映射；
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快表：高速小容量的聯想寄存器；
由鍵號和值兩部分(項：64~1024)
鍵號：當前正在使用的某個頁號
值：頁號對應的物理號
不在快表內就要訪問頁表，訪問頁表需要兩次訪問內存，先訪問一次頁表再訪問物理塊號； -
分頁產生碎片
緊縮方案
| 釋放進程時候，如果不與空閑區相連，立即進行緊縮，空閑區保持連續 | 分配進程空間時候，各個空閑區都不能滿足才進行緊縮，也就是說回收空間的時候和有足夠大的空閑區的時候不進行緊縮 |
| 管理容易，緊縮畫時間 | 緊縮的次數減少，管理比較復雜 |
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虛擬存儲器：用戶能作為可編址內存對待的虛擬存儲空間，使得用戶啰存儲器與物理存儲器分離，是操作系統給用戶提供的一個比真實的空間還要打的地址空間，
特征：
虛擬擴充，部分裝入，離散分配，多次對換 -
請求分頁技術
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置換過程
第五章 文件系統
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文件系統的功能：
- 文件管理
- 目錄管理
- 文件存儲空間管理
- 文件共享和保護
- 提供方便的接口實現“按名存取”
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文件的邏輯形式
- 無結構文件：文件內部不在劃分記錄，由一組相關信息組成的有序字節流，流式文件；
- 有結構文件：記錄式文件；
- 樹形文件：也是有結構文件
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文件的存儲分配
| 一組連續盤塊分給一個文件 | 邏輯上連續的分配在離散的物理塊 | 非連續分配，為每個文件建立一個索引表 | |
| 優點：順序存儲使速度快，可以存取多個盤符，改進IO性能常用于存放系統文件 | 優點：不會產生碎片，可以動態擴充，不用緊縮內存 | 優點：多了隨機存取 | |
| 缺點：建立文件時就要確定長度，不便文件的動態擴充，出現外部碎片 | 缺點：只適合順序訪問，不適合隨機存取，增加鏈接字信息管理添加麻煩，指針丟失會產生不可靠 | 缺點：開銷增加，降低存儲文件的速度 |
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目錄的存儲
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FCB :
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文件存儲空間管理的方法
- 空閑空間表法
- 空閑塊鏈接法
- 位示圖法：
- 空閑塊成組鏈接法：
第七章 IO輸入輸出管理
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設備分類：
- 存儲設備：塊設備
- 輸入輸出設備：字符設備
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設備標識：設備類型號為主設備號；同類設備的相對序號為次設備號；
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通道：使得CPU擺脫繁忙的IO事務，減少中斷次數，設置專門處理IO操作的機構
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總線：組成計算機各部件間進行信息傳送的一組公共通路；
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IO系統的控制方式：
- 程序控制直接傳遞
- 程序查詢方式
- 中斷控制方式
- 直接存儲器訪問方式
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DMA特點：
- 數據是在內存與設備之間直接傳送，傳送過程不需CPU
- 僅在一個數據塊傳送結束后，DMA控制器才向CPU發中斷請求
- 數據的傳輸控制完全由DMA控制
- 數據傳輸過程中，CPU與外設并行工作，提高系統效率
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緩沖：緩沖區又稱為緩存，它是內存空間的一部分。也就是說，在內存空間中預留了一定的存儲空間，這些存儲空間用來緩沖輸入或輸出的數據，這部分預留的空間就叫做緩沖區；
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解決的問題：解決到達速率和離去速率不同
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引入緩沖技術的主要目的：
- 緩解CPU和IO設備之間速度不匹配的矛盾
- 提高并行性
- 減少CPU中斷次數，放寬CPU對中斷響應時間的要求
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SPOOling 技術
四個部分：存輸入，取輸入，存輸出，取輸出
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IO 軟件的組成層次
- 中斷處理程序
- 設備驅動程序
- 與設備無關的操作系統IO軟件
- 用戶級IO軟件
進程狀態的轉換
運行態到阻塞態是一個主動過程
阻塞態到就緒態是一個被動過程
王道考研圖
注意：不能由阻塞態直接轉換為運行態，也不能由就緒態直接轉換為阻塞態（因為進入阻塞態是進程主動請求的，必然需要進程在運行時才能發出這種請求）
進程和程序的區別：
1、進程是動態的，而程序是靜態的；
2、進程有一定的生命期，而程序是指令的集合，程序本身沒有生命期。
聯系：進程是計算機中的程序關于某數據集合上的一次運行活動
臨界資源：操作系統中一次只允許一個進程使用的資源
臨界區：進程互斥執行的程序段
臨界區的調用原則：用空讓進，忙則等待，有限等待，讓權等待
題目
置換算法
FIFO 算法
LRU 算法
最近最久未使用算法
總結
以上是生活随笔為你收集整理的【OS】期末总结复习的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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