操作系统总结(除课后计算题外)

操作系统总结(除课后计算题外)
2012年01月12日
　　（图没发看的，自己到群里面下载吧~）
　　第三章
　　进程和程序的联系和区别:
　　1）程序是指令的有序集合，其本身没有任何运行的含义，它是一个静态的概念。        
　　进程是程序在处理机上的一次执行过程，
　　它是一个动态的概念。
　　2）进程具有并行特征，能与其它进程并行地活动；
　　3）进程是资源分配和处理机调度的单位；
　　4）一程序可对应多个进程（处理不同的数据集合如I、C、P）
　　5）进程由程序段、数据段 和 进程控制块组成
　　4. 进程的状态与变迁
　　进程由创建而产生，由撤销而消亡，其生命周期内，一般有三种状态，如图3-4会发生变化。不同的系统中，进程可以设置更多的状态
　　（了解常用原语）进程常用的原语：（原语构成了操作系统的内核）
　　创建，撤销，等待（阻塞），唤醒，进程延迟原语和延迟唤醒原语，进程挂起原语和进程激活原语，p操作，v操作。进程控制是内核的功能，但不是全部。
　　多个进程之间的协调运作要解决4个问题：
　　1.进程的同步和互斥
　　（他们的概念）
　　互斥的概念。互斥常用锁（了解）和信号亮，PV操作（重点）解决；信号灯表示:二元组（s,q）其中：s具有非负初值的整型变量，代表资源实体或并发进程的状态;q是一个初始状态为空的等待队列，信号灯可以而且仅能被P、V操作改变。信号量初始值为1.常用mutext来表示。
　　进程互斥
　　1. 互斥的概念
　　互斥共享的资源：物理设备和软件资源
　　相关概念:临界区和临界资源
　　1) P操作:对信号灯进行减1操作，再根据信
　　号灯的值对调用P操作的进程进行相应处理
　　2) V操作:对信号灯进行加1操作
　　同步：多用P、V操作来实现。设置自有信号量，别人只能执行v操作，不能执行p操作。（重点读者，写着问题，生产者和消费者问题）
　　2.进程的通信
　　类型：共享存储器系统；消息系统；利用共享文件（管道）的通信。
　　引起死锁的原因：1是资源不足；2是进程推进顺序不当
　　产生死锁的4个必要条件：互斥；不可剥夺条件；请求和保持条件；环路等待。
　　解决死锁的方法：预防：避免（安全性检查）：检测（监测程序）：恢复（这类系统不采取任何措施，一旦死锁，由用户干涉解决，如结束前端应用程序，重启等。unix和windows都采用该方法）
　　3.处理机调度
　　处理机的三级调度：作业调度、进程调度 和 中级调度
　　4.线程
　　3.3.1 线程的概念
　　线程是比进程更小的活动单位，它是进程的一个执行路径。（进程的一次执行。没有自己的资源和内存。
　　线程可以这样描述：
　　1）线程是进程中的一条执行路径
　　2）它有自己的私用堆栈和处理机执行环
　　境（尤其是处理器寄存器）
　　3）它与父进程共享分配给父进程的主存
　　4）它是由单个进程所创建的众多线程中的一个线程
　　线程与进程的比较
　　1.调度：把线程作为调度的基本单位，而把进程作为资源拥有的基本单位
　　2.并发性：不仅进程之间可以并发执行，而且在一个进程中的多个线程之间也可并发执行
　　3.拥有资源：进程是拥有资源的一个独立单位，线程不拥有系统资源，但可访问隶属于进程的全部资源。
　　4.系统开销：由于在创建或撤消进程时，系统都要为之分配或回收资源，导致系统的开销将显著地大于在创建或撤销线程时的开销。
　　第四章（存储管理。固定分区，动态分区，重点分页试存储管理）
　　相对地址：就是被链接文件相对于当前页面的地址。相也可当相应、类似相关的地址，如参   考地址。 　
　　绝对地址：就是文件在网络或本地的绝对位置。
　　重定位：程序装入内存后，绝对地址和相对地址是不相同的，由相对地址到绝对地址的映射 或转换，叫地址重定位。按照地址重定位的时间，可以将重定位分为静态重定位和动态 重定位2种
　　动态重定位：原理和固定分区类似，主要是首地址和程序长度，分别在运行相应程序时放入        mmu的对应寄存器就可以实现了。（一般的mmu部件，都是用块表，现在的都    受到保护）
　　存储保护：上下界限保护；存储键保护
　　固定分区：数据结构，算法要了解
　　逻辑地址：每个地址包含两部分，一是页号，一是业内位移，这里设页大小设为4k，业内位移用应用12位表示。
　　分页系统的页大小一般都是1、2、4k，地址系统如图示
　　缺页中断的计算（课件即可）；
　　假设页面走向序列为：P＝1，2，3，4，1，2，5，1，2，3，4，5，并假设分配给该作业的主存块数是3，试计算采用FIFO算法和LRU算法实现页面置换的缺页中断次数F及缺页率f（缺页率为：某段时间内，缺页中断次数与页面走向次数之比）。
　　解：主存块数m＝3，置换算法采用FIF0算法，缺页中断次数及缺页率如下图所示。
　　其中，P行表示页面走向，M行表示在主存中的页面号，其中带有+的表示新调入页面，在M行的各列按调入的顺序排列，带有圆圈的数字表示下一时刻将被淘汰页面，F行表示是否引起缺页中断，带√号的表示引起缺页中断。
　　缺页中断次数为F=9次，缺页率f=9/12=75%。
　　采用LRU算法时，置换情况如何？
　　答案：10  83%
　　第五章：
　　I/O系统主要包括各类通道、设备控制器 和 设备 以及4大模块的功能软件（设备管理模块的软件）――硬件&软件
　　设备控制器的功能：
　　1，接收和识别从CPU或通道发来的命令
　　,    2，实现数据交换：包括和CPU、内存及设备的数据交换之间数据的交换
　　3，标识和报告设的状态
　　4，设备地址识别：用于识别它所控制的每个设备的地址
　　（多通路时，微机系统一个控制模式只控制一个设备，但一个控制器可以控制多个设备）
　　通道的概念：
　　通道是一个专用处理机，它可以做读、写、反读、测试设备状态，控制设备（磁带反绕、换页等），控制通道程序跳转等，因此相应的有6类指令。
　　通道通过执行由通道指令组成的通道程序最终完成输入输出任务
　　分类：
　　典型的I/O通道有3种，分别是字节多路通道、数组选择通道和数组多路通道
　　连接方式：
　　典型的通道连接方式有2种，单通路I/O系统 和 多通路系统。
　　设备独立性的概念：（用户程序独立与具体的物理设备的特性。）
　　为了提高OS的可适应性和可扩展性，目前几乎所有的操作系统都实现了设备独立性，其基本思想是，用户不直接使用物理设备名或设备的物理地址，而是使用逻辑设备名。这里的逻辑设备名是物理设备属性的抽象，并不局限于某个物理设备，如DOS中，逻辑设备名con对应基本输入输出设备，包括键盘、显示器等，打印机逻辑名为PTR或LPT。用户使用设备如打印机时，并不关心是激光的还是喷墨的，一台坏的时候，系统自动检测并选中好的另一台，这就是设备独立性的表现。
　　设备驱动程序的特点和功能：
　　为每一类设备设置一个进程；
　　在整个系统中设置一个I/O进程；
　　不设置专门的设备处理进程；
　　功能：
　　接收由I/O进程发来的命令和参数，并将命令中的抽象要求转换为具体要求
　　检查用户I/O请求的合法性。如磁盘正在读则不允许写请求，由驱动程序判别并阻止
　　读出和检查I/O设备的状态，如忙或空闲、是否损坏等，如就绪，则启动设备控制器
　　传递有关的参数给设备控制器。
　　缓冲技术：最高速度，怎样才能达到最高速度，双缓冲是极限，多缓冲是为了增加数据量。
　　多缓冲设置不是为了提高速度，是为了解决断续输入输出的问题。
　　P172页13题（电梯调度很重要）
　　第六章：
　　文件和文件系统概念：
　　文件是由字节组成，这是一种无结构的文件，或称流式文件。目前UNIX操作系统，MS-DOS系统均采用这种文件形式
　　文件是由记录组成,记录是一些相关信息的集合，记录可以由若干个数据项组成，数据项的类型可以是字符型、数值型、布尔型等等。
　　Window支持那些文件：
　　文件的逻辑结构和物理结构的概念：
　　逻辑结构：记录式文件，无结构文件。
　　文件的物理结构是指一个逻辑文件在物理存贮器上的存贮结构形式
　　文件的存取方式：
　　顺序存取；随机存取；
　　物理结构的缺点：连续文件―与主存贮器的分区分配一样，存在碎片问题
　　链接文件的主要缺点―只适合于顺序存取；存取速度比较慢；
　　不能随机存取的原因在于为了读取某一块上的信息，必须依次读出前面所有物理块，顺指针寻找所需要的块。
　　记录存储的公式（计算）：
　　确定任一逻辑记录所在的物理块地址及物理块内的相对地址的方法：
　　根据记录的逻辑地址，确定记录的相对块号。其计算公式仍是RBN=［LBA／PBL］。
　　查索引表，确定物理块号PBN。
　　计算物理块内的相对地址。计算公式仍是:PBO=［LBA  mode  PBL］
　　计算在该物理块内的逻辑字节长度ALBL。
　　其计算公式如下：ALBL=min［LBL，(PBL―PBO)］
　　计算剩余字节长度LBL，并判别，若为0则返回，若不为0则做下一步。
　　计算公式是：LBL=LBA-ALBL
　　计算记录的剩余部分的逻辑地址，计算公式是：LBA=LBA+ALBL
　　FCB的结构：文件名；内部名；用户名
　　相对路径和绝对路径的书写，尤其是相对路径的书写。（P181）
　　文件系统和文件的存取保护措施：口令，密码技术，访问控制。
　　常用的访问控制技术：（1）访问控制矩阵（2）访问控制表
　　磁盘空闲区的管理：位示图法（硬盘，告诉你多少页面，多少磁道，多少扇区，要问你用位示图法时多少字，多少位，还可能进一步考：位示图中对应的物理块号是哪一个？）
　　位示图又称位向量，是一种映射结构。
　　采用的办法是将内存某一约定区域视为一个向量，表示某一文件存贮器，向量中的每一位依次对应一个物理块，向量的长度正好等于这个文件存贮器所拥有的块数，约定向量的某一位为“0”表示该块空闲，否则为“1”时表示被占用。
　　第一章：操作系统概论
　　1.整个计算机系统分为四层：
　　机器层-―指令接口，
　　操作系统层―应用程序
　　系统层―作业接口 ―汇编程序，编译程序，编辑程序，试调程序，系统维护程序，数 据库管理系统，数据通信程序。（API操作系统对用户的接口。）
　　应用层―办公自动化系统，事务处理系统以及各种应用软件包和程序库。
　　2.操作系统的5个基本功能： 作业管理； 处理机管理；存贮管理； 设备管理； 文件管理
　　3.操作系统的形成和发展中的那几种系统的具体应用。------定义和区别（选择题，具体的应 用）。多道程序系统中如何并发执行，程序如何运行P28,8题
　　4.常用的操作系统：多道批处理操作系统，分时系统，实时系统，嵌入式操作系统----定义 和区别。嵌入式要多了解一些。
　　5.操作系统的性能指标：（了解）不同的侧重点不一样。注重的哪一些指标（重点）
　　多道批处理---资源利用率
　　实时---响应时间
　　分时---方便用户交互处理
　　6.中断系统：组成；硬件―中断寄存器和中断扫描机构，软件―中断处理程序。
　　中断处理的一般过程：保护现场；分析中断原因，进入相应的中断处理子程序，    处理相应的中断，一个中断对应一个中断子程序；恢复 现场，退出中断。
　　7.和中断系统相程序分为
　　关管态程序（操作系统的核心程序）―响应同级中断 
　　目态程序（用户程序和系统外层的程序）―响应所有中断都相应。
　　第二章作业管理和用户接口
　　1.用户接口：程序接口；命令接口
　　程序接口：给程序员编写源程序时使用的接口
　　它由一组系统调用命令（简称系统调用）组成。这是为程序员通过汇编程序与操作系统打交道而提供的。
　　汇编源程序可直接使用这些命令，高级语言源程序只能使用过程调用语句，编译程序翻译为系统调用命令
　　系统调用，实质是操作系统提供的一些子程序
　　命令接口：给作业控制使用的接口
　　即作业控制接口，又分为联机用户接口和脱机用户接口2大类
　　联机用户接口：键盘操作命令；菜单驱动方式；图符驱动方式；图形化用户界面。
　　脱机用户接口：由一组作业控制命令组成。由系统的命令解释程序对其操作说明书上的 命令逐条解释执行
　　2.作业，作业步，作业流
　　作业：用户在一次算题过程中或一个事务处理中要求计算机系统所做工作的集合。
　　作业步：要求计算机系统做的一项相对独立的工作叫做一个作业步
　　作业流：按某种形式顺序输入，运行的一批作业
　　作业处理的步骤：编辑，编译，链接装配，运行。
　　3.作业的输入输出：
　　A,早期联机输入输出：输入或输出，在CPU直接控制下运行
　　作业装到输入设备 (如卡片机、纸带机) 上，再由cpu运行监督程序送到辅存（早期是磁带），然后再由调度程序从磁带上选择若干个作业投入运行。
　　B脱机输入输出：主机和卫星机组成。
　　卫星机不与主机直接连接，只与外部设备打交道。卫星机把输入设备上的作业传输到   大容量的后援存储器(磁带、磁盘)上。
　　C，Spooling系统：指脱机I／O不再单独使用卫星机，而是由主机上的通道来完成，并可 与主机并行工作。组要包括：输入程序模块和输出程序模块（软件）
　　通道是Spooling系统的硬件基础。
　　4.作业调度
　　A，作业状态的4种状态：提交状态，后备状态，运行状态，完成状态
　　B，控制块（JCB，Job Control Block）
　　系统为每个作业设置一个作业控制块，记录作业的有关信息。
　　JCB是一个作业存在的标志。
　　C，作业调度
　　完成作业调度的程序称为作业调度程序。
　　调度性能的衡量：平均周转时间，平均带权周转时间
　　计算：
　　作业i的周转时间Ti定义为：
　　Ti=Tei-Tsi（其中Tei为作业i的完成时间，Tsi为作业i的提交时间）；
　　n个作业的平均周转时间T为：
　　T=(T1+ T2+…+ Tn)/n
　　作业i的带权周转时间Wi定义为：
　　Wi= Ti/Tri（其中Tri为作业i的实际运行时间）
　　n个作业的平均带权周转时间W为：
　　W=(W1+ W2+…+ Wn)/n
　　掌握各种作业调度算法。
　　5.windows XP用户接口
　　Windows XP用户接口：Windows XP的系统命令 ，Windows XP的GUI
　　Win32 API函数
　　（Windows XP的系统命令，Windows XP的GUI―命令接口；Win32 API函数―程序接口）
　　Windows XP的命令具有以下特点：
　　有些命令只能通过命令行直接执行
　　复制、粘贴操作不同
　　能前后浏览每一步操作屏幕所显示的内容
　　直接支持系统已挂接的码表输入法
　　Windows XP 的图形用户界面组成元素：桌面，窗口，菜单，对话框。
　　API是Windows操作系统提供给程序员的编程接口。
　　Win32 API函数指的是在32位Windows系统下使用的API函数。
　　Windows API三大类：windows   os/2   DOSIX
　　以下是课后计算题的答案：老师给的
　　第二章：
　　10.方法：列表+公式
　　答案：
　　（1）T=22,W=5.85
　　（2）T=18,W=2.72 或163/60
　　（3）T=19.2,W=5.01
　　（4）T=14,W=2
　　13.开始时刻依次（1、2、3、4）为：8、10.1、10、10.6
　　完成时刻依次为：10、10.6、10.1、10.8
　　周转时间依次为：2、53/30、1.1、29/30；平均为：175/120
　　带权周转时间依次为：1、53/15、11、29/6；平均为：611/120
　　第三章4、9、10题的答案（表红旗的 重点）
　　4题答案
　　main()
　　{     semaphore Aempty=m；     //缓冲池中空位置的数量
　　semaphore Bfull=0;               //缓冲池中存放的产品数量
　　semaphore Bempty=n；  
　　semaphore Cfull=0;                    
　　semaphore mutexAB=1；  //缓冲池进行操作的互斥信号灯
　　semaphore mutexBC=1；
　　cobegin
　　PA ()；
　　PB ()；
　　PC ()；
　　coend
　　}
　　PA ()
　　{   
　　…
　　while(生产未完成) {
　　生产一个产品；
　　P(Aempty)；
　　P(mutexAB)；
　　送一个产品到缓冲池；
　　V(mutexAB)；
　　V(Bfull)；
　　}
　　…
　　}
　　PB ()
　　{   
　　…
　　while(还要继续消费) {
　　P(Bfull)；
　　P(mutexAB)；
　　从缓冲池中取产品；
　　V(mutexAB)；
　　V(Aempty)；
　　消费一个产品；
　　}
　　…
　　while(生产未完成) {
　　生产一个产品；
　　P(Bempty)；
　　P(mutexBC)；
　　送一个产品到缓冲池；
　　V(mutexBC)；
　　V(Cfull)；
　　}
　　…
　　}
　　PC() 
　　{    
　　…
　　while(还要继续消费) {
　　P(Cfull)；
　　P(mutexBC)；
　　从缓冲池中取产品；
　　V(mutexBC)；
　　V(Bempty)；
　　消费一个产品；
　　}
　　…
　　}
　　9题答案
　　main()
　　{     semaphore empty=m；    
　　semaphore full=0;  
　　semaphore mutex=1；
　　cobegin
　　sender ()；
　　receiver()；
　　coend
　　}
　　sender ()
　　{   
　　while(通信未结束) {
　　写一条信息；
　　P(empty)；
　　P(mutex)；
　　放入信息；
　　W后移；
　　V(mutex)；
　　V(full)；
　　}
　　}
　　receiver ()
　　{   
　　while(通信未结束) {
　　P(full)；
　　P(mutex)；
　　读出信息；
　　R后移；
　　V(mutex)；
　　V(empty)；
　　阅读信息
　　}
　　}
　　10题答案课堂上已讲解
　　第四章：11――是错的题，无答案
　　第五章13题答案
　　（1）FCFS 565
　　（2）SSTF 162
　　（3）SCAN 169 注意：磁头移动到177后，下一步达到199，然后才返回至130
　　（4）LOOK 125 注意：这就是电梯算法，和SCAN的区别主要是不到199就返回了
　　（5）Cscan 385 注意：循环扫描算法磁头到177后，下一步到199，然后回0，再到86、91等，书上155页例子有误，表中21应是31,197应是229，平均寻道应是47.75