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计算机考研和工作面试专用

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大纲/内容

原因

可执行程序过程(进程)

内存分配和回收

逻辑地址和物理地址

虚拟地址与实地址

地址转换

内存扩充(虚拟技术)

内存保护

存储保护

静态链接

动态链接

运行时动态链接

链接

单一连续分配

绝对装入

固定分区

可重定位装入/静态重定位

虚拟内存技术

动态运行时装入/动态重定位

装入

程序装入和链接

功能

单一连续

简单，相对最好和最快

首次适应

外部碎片多

最佳适应

不容易产生小碎片，但容易导致大内存块耗尽，性能差

最坏适应

比首次适应算法还差

邻近适应/循环首次适应

动态分区/可变分区分配

分区/连续

页框=页帧=内存块

进程块=页/页面

页面太小：页表过长，增加转换开销，降低换入/换出率

页面太大：页内碎片多，降低内存利用率

页/页面大小

(页号P，块号B）

页表项

记录进程页面在内存中对应的物理地址

页表存放于内存中，由页表项构成

每个进程有一个页表，多个页面

页表

页相关

基本地址变换

快表地址变换

n级页表

基址寄存器内容

两级页表

图解

地址变换机构

(页号P，页内地址偏移W)

地址结构

基址寻址EA=(BR)+A

寻址方式

地址相关

基本分页存储

（段号S，段长，本段在主存的始址)

每个进程都有一张段表，大多数驻留在内存中

段表

可同时读不可写【纯代码/可重入代码】

存取控制保护

地址越界保护

段共享和保护

段页不在内存页表中

段缺失异常

超过段长

越界异常

读写权限越权

越权异常

异常

变址寻址EA=(IX)+A

(段号S，段内偏移量W)

逻辑地址/地址结构

分段存储

段页式存储

分页(段)/非连续

一次性

驻留性

传统存储管理问题

时间局部性

空间局部性

局部性原理

部分装入、请求调入、置换功能

特征

一定容量内存和外存

页/段表机制

中断机构

硬件支持

(页号，物理块号，状态位，访问字段，修改位，外存地址)

页表机制

内中断/异常

保护CPU环境->分析中断原因->转入中断处理程序->恢复CPU环境

下一条指令执行位置

缺页中断

OPT最佳置换算法

可能会出现Bledy现象

FIFO先入先出

LRU最近最久未使用

CLOCK/NLU 时钟置换

改进型 CLOCK 算法

页面置换算法

给进程分配的物理页框的集合

驻留集

固定分配局部置换

可变分配全局置换

可变分配局部置换

置换策略

预调页策略

请求调页策略

调入时机

对换区

文件区

UNIX方式

调入来源

页面分配策略

刚被置换的页面由被调入，频繁出现该页面调度行为

定义

常用页面数目高于可用物理页帧数

主要原因

所有页面置换策略都有可能引起抖动

抖动/颠簸

某段时间间隔内，进程要访问的页面集合

某段时间间隔内，进程要访问的页面集合(包括重复)

工作集窗口

工作集

请求分页技术

2^(地址寄存器)B

最大容量

虚拟内存

分配方式

内存管理

以硬盘为载体的存储在计算机的信息集合

输入输出的基本单位

抽象数据类型

基本数据项

组合数据项

数据项

一组相关数据项的集合

记录

文件

文件卷

发展

顺序文件

索引文件

索引顺序

散列文件

有结构文件(记录式文件)

无结构文件(流式文件)

文件结构

重定位(文件寻址)

截断文件

打开

关闭

提前读

读取

延迟写

写入

操作

打开文件表

文件指针

文件打开计数

文件磁盘位置

访问权限

关联信息

普通文件

目录文件

块特殊文件

字符特殊文件

FIFO

套接字

硬链接(索引共享)

软链接(符号链)

符号链接

UNIX 文件类型

位图法

空闲表法

连续分配

隐式链接

FAT 文件分配表

inode 索引节点

显示连接

空闲链表法

链接分配

索引文件长度计算

混合索引

索引分配

成组链接法

Hash结构

物理空间管理/分配

存储空间管理

单级目录

两级目录

多级/树形目录

无环图目录结构

结构

线性列表

哈希表/散列表

目录实现

文件目录

基本信息

存取控制信息

使用信息

文件控制块FCB

索引结点

文件与目录

文件共享

口令保护

加密保护

文件权限位数

访问控制

文件保护

文件共享与保护

用户调用接口

文件目录系统 FCB

存取控制验证

逻辑文件系统/文件信息缓冲区

物理文件系统

辅助分配模块

设备管理程序模块

文件层次结构

文件系统

磁头

磁道

扇区

磁盘地址

簇

块

磁盘结构

逻辑单位

固定头磁盘

活动头磁盘

固定盘磁盘

可换盘磁盘

磁盘类型

寻找(道)时间【主要】

平均查询时间 = (1/磁盘转速)/2

旋转延迟时间

传输时间

时间组成

先来先服务FCFS

最短寻找时间优先SSTF

扫描算法SCAN

循环扫描算法C-SCAN

NStepScan

FSCAN

寻道时间减少

不可避免\"饥饿\"【磁臂黏着】

交替编号/交叉编址

错位命名

延迟时间减少

磁盘调度算法

初始化

引导块

坏块

物理格式化

逻辑格式化

格式化

分区

管理操作

真题

磁盘管理

文件管理

打印机

显示器

鼠标

外部设备

磁盘

磁带

光盘

存储设备

网络接口

调制解调器

网络通信设备

I/O设备

程序直接控制

中断驱动方式

CPU给DMA控制器发出读命令

数据传送钱由DMA控制器请求总线使用权

DMA传送前由设备驱动程序设置传送参数

预处理

初始化DMA控制器并启动磁盘

从磁盘传输一块数据到内存缓冲区

数据传送

DMA控制器发出中断请求

CPU在指令周期末尾检查中断并处理

执行\"DMA结束\"中断服务程序

后处理

传送过程

中断为程序切换，需保存和恢复现场；

DMA方式处理预处理和后处理，其余不占用CPU资源

过程上

中断在指令周期结束后(末尾)；

DMA请求可发生在每个及其周期结束时（取指、间址、执行）均可以只要CPU不占用总线即可被响应

响应时刻

中断过程需要CPU参与

DMA传送过程不需要CPU干预，因此数据传输效率高，适合高速外设数据传送

CPU参与

DMA优先级高于中断请求

优先级

中断方式除I/O外，还有异常处理能力

DMA仅局限于传送数据块I/O操作

作用范围

中断I/O采用软件完成

DMA采用硬件完成

数据传输

与中断方式区别

基本单位

主存地址计数器

传送长度计数器

数据缓冲寄存器

DMA请求触发器

\"控制/状态\"逻辑

组成

命令/状态寄存器 CR

内存地址寄存器AR

数据寄存器DR

数据计数器DC

四类寄存器

停止CPU访存

周期挪用/周期窃取

DMA与CPU交替访存

传送方式

DMA方式

字节多路通道

数据选择通道

数据多路通道

I/O通道

通道控制方式

I/O控制方式

用户层I/O

设备映射表 DMT

逻辑设备表 LUT

系统调用层/设备独立性软件

设备驱动程序

中断处理程序

控制字符设备

控制块设备

设备控制器

硬件设备

I/O子系统层次结构

I/O管理概述

I/O调度

磁盘高速缓存 Disk Cache

单缓冲

双缓冲

循环缓冲

缓冲池

缓冲区 Buffer

对比

缓冲与高速缓存

独占式使用

分式式共享使用

SPOOLing方式使用

设备使用方式

设备控制表 DCT

控制器控制表 COCT

通道控制表 CHCT

系统设备表 SDT

设备分配数据结构

设备分配策略

安全分配

不安全分配

设备分配安全性

LUT 逻辑设备表

逻辑设备名到物理设备名映射

设备分配与回收【不考】

虚拟设备

输入(出)井

输入(出)缓冲区

输入(出)进程

预输出程序

井管理程序

缓输出程序

管理

SPooLing假脱机【不考】

设备保护

差错处理

I/O子系统

状态跟踪

设备存取

独享分配

共享分配

虚拟分配

设备分配

设备控制

I/O管理功能

I/O核心子系统

I/O管理

输入设备

输出设备

存储器

运算器

控制器

硬件

处理器

操作系统

编译器

系统软件

应用软件

通用软件

应用程序

用户

计算机系统

并发Concurrence

互斥共享

同时访问

共享Sharing

虚拟处理器

时分复用

虚拟外部设备

空分复用

虚拟Virtual

异步Asynchronism

最基本特征

进程管理

进程同步

进程通信

死锁处理

处理机调度

处理机

内存分配

地址映射

设备

管理对象

脱机命令/批处理命令接口穿孔纸带程序

命令接口

例如：C语言#include <unistd.h> fork() 函数

API函数集，DLL形式；例如：Kernel32.dll

由一组系统调用(广义指令)组成

系统调用(特权指令)

图形接口GUI

高级语言使用库函数进行系统调用

高级语言转化为汇编指令，调用访管指令，切换至内核态，执行系统调用相关代码

与库函数的区别

执行陷入trap指令 -> 传递系统调用参数 -> 执行相应的服务程序 -> 返回用户态

执行过程

系统调用

程序接口

接口

存放于外存/辅存

启动时执行BIOS指令(存于ROM中)加载到RAM(内存）

存放/加载

单道批处理

多道批处理

批处理

具有并行和并发特点

分时/多任务OS

实时OS

网络/分布式OS

个人计算机(PC)

类型

缺页中断处理

时钟中断处理程序

关中断

输入/输出操作

中断相关

置时钟指令

广义指令的执行

进程切换

进程调度程序

核心态(内核态、管态）

命令解释程序

访管指令（trap）

读时钟指令

寄存器清零

取数指令

压栈指令

跳转指令

编程相关

缺页异常

外部中断

用户态异常

用户态(目态）

中断产生

程序错误状态

请求特权指令

用户态转内核态

运行环境

标准系统时间

时钟脉冲信号-时钟周期

时间片轮转调度

时钟管理

I/O输入输出

进程管理和调度

系统功能的调用

设备驱动

文件访问

IRQ(Interrupt R est)中断机制

CPU切换

原语

作业控制块

进程控制块 PCB

空闲登记表

内存分配表

存储器管理

设备控制快

消息队列

缓冲区

设备管理

系统控制数据结构及处理

运行机制

指令中断

自愿

硬件故障

软件中断

强迫

Fault 错误

可用于程序调试的断点设置和单步跟踪

发生后CPU将转为去执行操作系统内核相应程序

自陷处理结束后返回陷阱指令的下一条指令执行

Trap 自陷

Abort 终止

三类型

(Exception)内中断/异常

IO请求

用户干预

时钟中断

外中断

\"缺页\"或\"溢出\"等异常事件利用特定指令在执行过程中产生，而中断不和任何指令相关联

异常的检测由CPU自身完成【指令周期末尾】，不必通过外部的某个信号通知CPUCPU必须通过总线获取中断源的标识信息，才能知道哪个设备发生了何种中断

内/外中断联系区别

中断类型

已响应中断

保存断点

中断服务程序寻址

保存现场和屏蔽字

开中断

执行中断服务程序

恢复现场和屏蔽字

开中断、中断返回

中断处理过程

中断上下文

中断服务程序

上半部与下半部的对比

注册中断处理程序

中断向量

中断嵌套

中断描述符表

中断隐指令

中断响应优先级

中断处理优先级

向量地址

中断源识别

中断相关概念

中断隐指令根据中断向量得到

由调用程序根据寻址方式得到

入口地址

保存PC、PSW、通用寄存器(数据、地址等)

保存环境

从用户态转化为内核态

进程状态

中断处理与子程序调用

中断/异常

传递系统调用参数

trap指令转换OS 用户态->内核态

将返回地址压栈备用

CPU执行相应的内核态服务程序

返回用户态

大内核

微内核

体系结构

操作系统OS

概述

就绪挂起

阻塞挂起

挂起

New新建

终止

Ready就绪态

Running运行态

Block / Wait阻塞/等待态

三状态

五状态

七状态

状态与转换

信号PV

共享存储

信箱通信

间接通信

消息(缓冲)队列

直接通信

消息传递

管道通信

信号量

socket套接字

线程ID、程序计数器PC，寄存器集合和堆栈

没有独立地址空间，可独立执行程序；同一线程能够被不同进程调用

用户级线程

内核级线程

类别

相当于用户逻辑上模拟多并发线程

多对一

并发能力强，支持多处理器，但线程有开销，会影响性能

一对一

对上述两种模型的综合

多对多

多线程模型

多线程优缺点

线程

进程是程序的一次执行过程

进程是一个程序以及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动

进程是具有独立功能的程序在一个数据集合上运行的过程，他是系统进行资源分配的独立单位

综上：进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位

描述信息

管理和控制信息

分配清单

处理机(环境信息)

PCB进程控制块

程序