操作系统复习提纲

操作系统复习提纲第一章1.处理器的组成：运算器，寄存器，控制器，高速缓存。2.处理器的典型寄存器中保存的内容及作用，如PC,IR,PSW。数据寄存器：存储程序员指派的内容地址寄存器：存储指向数据或指令的地址，也可以是指向一个地址的指针。程序计数器PC：存储处理器下一条将要执行的指令的地址指令寄存器IR：存储处理器下一条将要执行的指令的内容程序状态字PSW：存储指令执行结果表现的各种状态中断寄存器：保存与中断管理有关的信息和状态字3.处理器的运行状态。a.特权级别的处理器状态，运行特权指令b.一般级别的处理器状态，运行大部分指令4.处理器中的MMU是什么？在系统执行指令时起何作用？MMU是内存管理单元，它是中央处理器（CPU）中用来管理虚拟存储器、物理存储器的控制线路，同时也负责虚拟地址映射为物理地址，以及提供硬件机制的内存访问授权。5.系统中多级存储器有哪些特征。保持金字塔配置结构，逐级向下价格便宜、访问速度慢具有高速缓存的主存储器访问机制（图1-16P23）过程：（1）当处理器需要读取主存中的一个字时，首先要查寻该字是否在cache中。（2）若在其中，就从中读出，这样就完成了一次内存访问操作。（3）若不在cache中，要先从主存中查找所需要读取字的位置，然后将该字所在位置的一块数据读到cache中，并将该字传递给处理器。（4）这时cache中的信息就进行了一轮更新。（5）若在读入信息的过程中发现cache已满，则需要做交换处理，即需要在cache中找出一批不再使用的信息块交换出cache，这个空间可用来放置新读入的数据。6.时钟在系统中可起何作用？（1）时钟在计算机系统中承担着非常重要的各部件协调任务。通过它的协调，可以使计算机的各功能部件在统一的时间顺序下工作。（2）CPU保护：防止进程得到CPU后不放弃控制权。（3）资源定时分配：分配给每一个进程一段时间（时间片），时间片到，发生时钟中断，资源控制权还给操作系统。7.计算机软件分类：固化软件、系统软件、工具软件、应用软件。固化软件：它们是与计算机硬件关联比较密切、主要完成各项硬件设备设置、实现系统引导的基本功能程序，被固化在系统的“只读存储器ROM”中，计算机加电后会被自动读取并执行。如PC机中的BIOS，嵌入式系统中使用的软件。优缺点：对软件做固化处理可以使其具有硬件的特征，如运行快、不易出错、可靠性高。但固化软件的修改较麻烦。系统软件：系统软件可管理计算机系统中的各种资源，生成计算机可识别的代码，与计算机硬件一起为用户提供运行环境或编程工具。如：操作系统，高级语言编译系统，各种分布式软件系统（分布式文件系统、分布式数据库)工具软件：工具软件是可为用户提供各种具有公共用途的软件支持或中间件的一种软件。如：数据库系统，人机交互软件。应用软件：应用软件是指在系统软件和工具软件之上建立的应用程序，它们是为某种特殊应用服务的软件系统。如办公软件、电子商务软件、通信软件、游戏软件等。8.指令执行周期（1）基本指令执行周期（2）带中断查询的指令周期9.中断源、中断字、中断优先级（1）中断源---引起中断的事件（2）中断字---是中断寄存器中保存的固定格式内容（3）中断优先级---在处理多个中断时的先后规则第二章1.操作系统是什么?（1）从资源管理的角度看：操作系统是资源管理器。（2）从用户的角度看:操作系统是虚拟计算机。（3）从进程的角度看：操作系统是由一些可同时独立运行的进程和一个对这些进程进行协调的核心组成的整体。2.操作系统的分类：名称特点优势批处理操作系统1.用户采用脱机方式使用计算机2.作业可成批提交，成批处理3.可构成多道程序并行分时操作系统1.系统处理的多路性2.同时运行的多道程序能够保持各自的独立性3.用户与系统有较好的交互性实时操作系统1.可以提供多种时钟管理机制2.有过载保护功能3.具有高度可靠和安全的运行措施高度可靠实时系统与批处理和分时系统的区别1.专用性方面：实时是专用，分时及批处理是通用的。2.实时性方面：实时用于控制实时过程，对外部事件的迅速响应，有较强的中断处理机构；分时这方面较差。3.可靠性方面：实时要求高度可靠，不惜用高冗余；其它系统主要考虑资源利用率．4.以事件驱动和队列驱动：实时和分时具备接受外部消息，分析消息，调用处理程序进行处理的能力。而批处理系统通常不具备。UNIX是分时操作系统3.操作系统的基本功能（1）操作系统提供标准的用户接口（2）为用户和用户程序提供多种服务（3）协调计算机资源使用冲突第三章对程序的阅读，能读懂程序。第四章1.进程的定义进程是一个具有一定独立功能的程序在一个数据集合上的一次动态执行过程。2．进程与程序的区别（1）进程是动态的，程序是静态的（2）进程是暂时的，程序是永久的（3）进程与程序的组成不同（4）进程与程序有对应关系（既有区别又有联系）3.进程的状态及其转换五状态进程模型1.运行状态：占用处理器资源，该状态进程的数目应小于等于处理器数目。2.就绪状态：进程已获得了除处理器外的所有资源，等待分配处理器资源后就可执行。3.阻塞状态：进程因等待某种条件（如I/O操作或进程同步），在条件满足之前无法继续执行。4.创建状态：进程刚创建，还不能运行5.结束状态：进程已结束运行，已回收除进程控制块（PCB）之外的其他资源。状态转换：1.Null—新建：用户登录、OS创建某项服务、批处理作业。2.新建—就绪：收容一个新进程，使其进入就绪状态。3.就绪—运行：从就绪进程表中选择一个进程，使其运行；4.运行—退出：由于进程完成或失败而中止进程运行；5.运行—就绪：用完时间片或高优先进程就绪导致；6.运行—阻塞：进程要求的事件未出现而进入阻塞；原因：申请系统服务或资源、通信、I/O操作等；7.阻塞—就绪：等待的事件出现；如操作完成、申请成功等。4.进程挂起的概念与意义概念：将那些低优先级、等待时间较长的进程从内存换出至外存中，空出有限的内存资源为急需运行的进程提供服务的过程叫做进程的挂起。意义：1.提高处理器的执行效率2.为正在运行的进程提供足够的内存3.便于调试5.进程阻塞的概念：进程因等待某种条件（如I/O操作或进程同步），在条件满足之前无法继续执行。6.进程控制块（PCB）中主要包含什么内容，它在进程管理中起到什么作用。1.进程的标识信息2.进程的状态信息3.进程的控制信息作用：进程控制块的内容是进程动态特性的反映，在进程创建时首先要创建进程的PCB，操作系统是从进程PCB的信息中感知到进程的存在的。7.原语的定义在系统态下运行的具有某种特定功能的程序段，这些程序段的执行具有不可分割、不可间断、不可并发的原子特性。8.临界区在共享某个资源时，不允许多个并发进程交叉执行的一段程序。在系统中还将具有这种特性的共享资源称为临界资源，将为管理和使用这种资源编写的程序称为临界程序段。9.进程互斥多个进程共享某个公共资源时，为了保证共享资源能够被正确使用，在临界区内不允许多个并发的进程交叉执行的这种制约关系。10.进程同步并发进程之间各自执行的结果互为对方的执行条件，这种相关性使得进程的运行直接影响着其它进程的执行速度。这时具有直接制约关系的并发进程，需要通过相互传递信号达到协同工作的目的，这种在一组并发进程中，因为直接制约关系而相互发送信息、协同工作的过程称为进程同步。11．与进程创建、同步、终止有关的系统调用，重点理解当父子进程共享同一变量时发生什么影响。（估计是程序阅读题）第六章1.进程对临界资源访问需要采用什么机制？互斥机制。否则会出现失去封闭性和可再现性的情况。2.进程间互斥的原则是什么？1.进程对共享资源访问必须采用强制的互斥方式；2.当某进程退出临界区时，不能阻止其它进程进入临界区；3.每个进程从申请进入临界区，到允许进入临界区这个时间段应该是一个有限值；4.当临界区中没有进程存在时，任何请求进入临界区的进程都应该能够立即进入；5.进程互斥对进程执行速度和使用处理器的个数应该没有要求和限制；6.一个进程驻留在临界区的时间必须是有限的。3.进程互斥的实现方法1.中断屏蔽法2.锁变量法3.忙等待法4.进程同步的含义一个进程的执行结果是另一个进程的执行条件，这时进程间需要相互传递或接收信息，协同工作的过程叫做进程的同步。5.理解并能描述“生产者/消费者问题”中存在的进程同步和互斥关系。1.存在的同步问题：(1)消费者想用缓冲区数据时，缓冲区至少有一个单元被填写过；(2)生产者要填写数据时，缓冲区至少有一个单元是空的。2.存在的互斥问题：因为有界缓冲区是临界资源，所以在多个同类进程对缓冲区操作时应进行互斥控制，因此生产指针和消费指针使用时要互斥。6.信号量及信号量操作信号量是为了更好的管理临界区而设置的一种变量，对信号量的操作只能用“up/down”原语。7.管程的概念管程是一种程序设计语言结构，而非一种并发调度单元。8.进程通信：信号通信，消息通信，共享存储区的通信（主要掌握概念）进程通信是进程并发中进程间信息交互的主要手段。信号通信：信号是系统中设立的运行状态通报机制，进程收到信号时将做出不同反映。消息通信：用消息传递方式实现进程的交互。共享存储区的通信：在内存中建立一个用于通信的共享存储区，需要通信的进程可以将信息写入该存储区或从存储区中读出信息，以此完成进程间通信。9.读者—写者问题问题描述：对共享数据区的多个进程，有一些只读进程和一些只写进程，它们必须满足：1.任一时刻“写者”最多只允许一个2.多个“读者”允许同时访问共享数据区3.若一个写进程正在写时，禁止所有读写操作．分析：读/写问题与其它问题的差异（1）一般互斥问题----进程可能对共享数据区进行读/写（2）生产者/消费者问题----生产者进程中不仅包含写还有对写指针的读，消费者进程不仅包含读还有对读指针的调整（3）读/写问题----是更单纯的只读或只写问题，应该有更高效的解决方案考虑设置信号量：（1）mutex---互斥信号量，负责对全局变量rc修改过程的保护，初值为１．（2）db----互斥信号量，负责对读写共享数据区保护，初值为１．（3）rc----是读/写进程的全局量，记录读进程数目，初值为0．该问题难点：考虑多个读进程允许进入的情况．哲学家就餐问题（1）哲学家吃/思考（2）吃时需要两个叉子（3）每次放下一个叉子（4）如何避免死锁－－－该问题是针对多道并发进程，对有限共享资源竞争使用过程中的同步与互斥问题．一种有意义的解法：(1)用一组状态标志哲学家行为。(2)用宏LEFT和RIGHT定义哲学家i的相临者。(3)每当某哲学家要用餐时，须测试左右两边哲学家是否处于用餐状.(4)将取叉子及放叉子的动作分别做在一个函数中，避免循环判过程．第七章1.处理器的调度:分级调度包含哪些内容（长程，中程，短程）长程-----宏观调度,作业的管理中程-----存储器的管理短程-----微观调度,最小占用处理器单元管理2.衡量处理器调度的标准周转时间：从进程提交到进程完成所经历的时间。iiseiTTTiT：周转时间ieT：进程的完成时间isT：进程的提交时间平均周转时间：n为进程数iTnT/1带权周转时间：iWiirwiTTTiT：周转时间iwT：进程等待时间irT：进程运行时间iiiiiirwrwrriiTTTTTTTW/1/)(/吞吐量：单位时间内所完成的作业数，与作业本身特性和调度算法都有关系。3.处理器调度算法的应用（重点是对优先级法，短进程优先法的理解应用）：优先级法（PS）是多级队列算法的改进，平衡各进程对响应时间的要求。可适用作业和进程调度。调度算法描述优点缺点先来先服务（FCFS）按照进程的某种顺序进行排序，然后按照这个顺序进行调度特点：1.有利于长进程，不利于短进程2.有利于CPU繁忙型，不利于I/O繁忙型短进程优先（SPN）对预计执行时间短的进程优先分派处理器改善了FCFS调度中的平均周转时间和平均带权周转时间，缩短了进程的等待时间，提高了系统的总体吞吐量对长作业非常不利甚至会导致长作业长时间无法得到关注而整体执行性能