OS
2022-04-22 19:42:58 1 举报AI智能生成
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之前操作系统期末考总结的内容
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大纲/内容
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
OS作用
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
单道批处理系统
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
多道批处理系统
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
分时系统
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
实时系统
操作系统
并发
共享
虚拟
异步
OS基本特征
最基本，互为依存
第一章.操作系统引论
用户进程
系统进程
分类
S>0:表示可用资源数目
S<0:表示阻塞的资源数目
信号量S
就绪状态
执行状态
阻塞状态
进程的三种基本状态
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
进程与程序的区别
PCB是进程存在的唯一标识
生产者-消费者例题
进程同步（信号量机制）
大题
①空闲让进
②忙则等待
③有限等待
④让权等待
同步机制应遵循的规则
外框
第二章.进程的描述与控制
外存->内存
对象：作业
高级调度（作业调度）
状态：挂起态<—>就绪态/阻塞态
外存<->内存
对象：进程
对换
中级调度（内存调度）
内存->CPU
最基本的调度
低级调度（进程调度）
1.处理机调度的层次
CPU有效时间/（CPU有效时间+空闲等待时间）
CPU的利用率
平均周转时间短
系统吞吐量高
处理机利用率高
①批处理系统的目标
重要准则
响应时间快
均衡性
②分时系统的目标
基本要求
截止时间的保证
可预测性
③实时系统的目标
2.处理机调度算法的目标
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
①接纳多少个作业
②接纳哪些作业
作业调度执行时做的两个决定
3.作业调度的主要任务
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
任务
只能由当前运行的进程主动放弃CPU
非抢占式
①优先权原则
②短进程优先
③时间片原则
原则
可由OS剥夺当前进程的CPU使用权
抢占式
方式
CPU利用率
系统吞吐量
周转时间
等待时间
响应时间
评价指标
非抢占
先来先服务FCFS
非抢占/抢占
会导致饥饿
短作业优先SJF
高相应比优先HRRN
算法1
适用于分时系统
时间片轮转
适用于实时系统
抢占式/非抢占式
优先级调度
多级反馈队列
算法2
调度算法
4.进程调度
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
定义
①互斥条件
②请求与保持条件
③不可抢占
④循环等待
产生的必要条件
预防死锁
避免死锁
检测死锁
解除死锁
处理死锁的方法
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
银行家算法避免死锁
5.死锁
计算题
第三章.处理机的调度与死锁
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
1.程序的装入
①静态链接
②装入时动态链接
③运行时动态链接
2.程序的链接
单一连续分配
固定分区分配
动态分区分配
紧凑
动态可重定位分区分配
3.连续分配存储管理方式
中级调度
4.对换技术
进程
页面
内存空间
物理块
页号
页内地址
地址结构
块号
页表
访问内存2次
5.分页存储管理方式
主要原理与分页同
目的：更好的满足用户的需要
6.分段存储管理方式
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
分页与分段的区别
访问内存：3次
7.段页式存储管理方式
第四章.存储器管理
时间局部性
空间局部性
1.局部性原理
最重要特征
①多次性
②对换性
③虚拟性
2.特征
3.对换技术
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）
4.页面置换算法
第五章.虚拟存储器
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
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
④对I/O设备进行控制
例：打印机、磁带机等
独占设备
例：磁盘
共享设备
⑤确保设备的正确共享
⑥错误处理
1.功能
③④为了提高CPU与I/O设备的利用率
实现与用户交互的接口，向上提供方便易用的库函数等
用户层I/O软件
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
所有与设备硬件无关的功能都在这层实现
设备独立性软件（设备无关性软件）
主要实现功能
设置设备寄存器，检查设备状态
设备驱动程序
进行中断处理
中断处理程序
2.I/O软件的层次结构
①块设备接口
②流设备接口
③网络通信接口
3.接口
I/O设备类型
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
基本功能
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
组成
设备控制器
4.I/O设备与设备控制器
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
中断处理程序的处理过程
5.中断
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
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
特点
6.Spooling技术
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
缓冲引入原因
7.缓冲区管理
虚拟设备
设备属性
8.设备的分配与回收
程序直接控制方式
中断驱动方式
DMA控制
通道控制方式
9.I/O控制方式
存储单位：扇区
每个扇区容量600字节，实际存储数据512字节
固定头磁盘
移动头磁盘
磁盘类型
①寻道时间
②旋转延迟时间
③传输时间
磁盘访问时间
性能
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）
10.磁盘存储器的性能和调度
第六章.I/O系统
流式文件
无结构文件
顺序文件
索引文件
索引顺序文件
有结构文件
文件的逻辑结构
记录式文件
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
连续结构
链接结构
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
索引结构
文件的物理结构
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
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，支持随机访问
缺点：文件分配表需要占用一定的存储空间
显式链接
链接方式
①位示图
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
②盘块的分配
将回收的盘块号转换成位示图中的行号和列号
③盘块的回收
位示图法
第七章.文件管理/第八章.磁盘存储器管理
用count计数当前有多少个进程共用这个段
①共享进程计数count
为不同的进程赋予不同的存取权限
②存取控制字段
不同的进程中可以有不同的段号
③段号
1.共享段表
2.共享段的分配与回收
①越界检查
②存取控制检查
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
程序的访问和调用遵循的规则
③环保护机构
3.分段保护
分段的共享与保护P175
人为因素
系统因素
自然因素
影响文件安全性的主要因素
通过存取控制机制
采取系统容错技术
建立后备系统
采取的措施
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
保护域
文件保护
①可靠性高
提高n-1倍
②磁盘I/O速度高
③性能/价格比高
优点
并行交叉存取
廉价磁盘冗余阵列（RAID）
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
第一级：低级磁盘容错技术
①磁盘镜像
②磁盘双工
第二级：中级磁盘容错技术
①双热机备份模式
②双机互为备份模式
③公用磁盘模式
第三级：系统容错技术（基于集群技术）
磁盘容错技术SFT
为防止由磁盘驱动器和磁盘控制器故障所导致的系统不能正常工作
为防止因磁盘表面缺陷所造成的数据丢失
操作系统的安全性
OS
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