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《操作系统原理》考试大纲1、操作系统概论（1）理解操作系统的定义及目标；_1（2）掌握操作系统的特征；_61、操作系统的定义P1操作系统是控制和管理计算机系统硬件和软件资源、合理地组织计算机工作流程以及方便用户使用计算机系统的程序的集合2、操作系统的作用P21.操作系统是用户与计算机硬件系统之间的接口/用户接口2..操作系统是计算机系统资源的管理者/合理管理3.操作系统扩充了机器功能/性能4.操作系统合理组织工作流程3、操作系统的功能P3处理机管理，内存管理，设备管理，文件管理，用户接口和命令接口4、多道批处理操作系统P10指内存中可同时存在多任务，且可实现处理器与I/O设备的并发执行，进一步提高系统资源利用率。5、多道指的什么？批处理指的什么？P10多道是指在内存中装入多道作业，使它们6、操作系统的特征P171）并发2）共享3）虚拟4）异步性7、并发性与并行性的区别P17并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生，并行是指两个或多个事件在同一时刻发生。并行性具有并发的含义，但并发事件不一定具有并行性。2、处理机管理（1）理解进程与程序的区别。_3（2）了解CPU的工作状态；_4（3）掌握进程状态的转换？_5（4）掌握进程的主要控制功能进程的创建、进程的撤销、进程的阻塞与唤醒、进程的挂起与激活（5）进程高级通信的三大类型_12（6）掌握线程提出的意义_13具有直接前驱关系的进程必须是顺序执行的。1、进程的定义P261）进程是程序在处理机上的一次执行过程。2）进程是可以和别的计算机并行执行的计算。3）进程可定义为一个数据结构及能在其上进行操作的一个程序。4）进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动。5）进程是程序在一个数据集合上的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。国内定义：进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次可以并发执行的运行活动。2、进程组成的三要素，PCB的作用以及其主要包括的内容P26三要素：程序，数据和进程控制块。PCB作用：为了描述和记录进程的动态变化过程。PCB内容：PID、名称、下一指针、优先级、状态。3、进程与程序的关系（答出4点即可）P261）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）进程的组成包括程序4）进程具有并发性5）进程具有创建其他进程的功能，程序没有6）进程和程序是密切相关的4、进程的类型与CPU的状态P28进程类型：1）系统进程和用户进程2）父进程和子进程CPU状态：核心态与用户态（管态和目态）5、进程的三个基本状态及其转换？P29三态：就绪态，运行态，阻塞态转换：就绪→运行（进程调度时）运行←就绪（时间片用完时）运行→阻塞（因等待某事件而无法继续运行时）阻塞→就绪（等待的事件已经发生时）6、创建态与结束态P30创建态：进程正在被创建，还没转到就绪态之前结束态：进程已结束运行，释放资源7、进程创建过程P321）先向系统申请一个空闲的PCB2）为新进程分配必要的资源3）初始化进程控制块4）将新进程插入就绪队列8、进程引入挂起功能的目的P35为了更好的管理和调度进程及适应系统的功能目标，提高资源利用率9、进程阻塞与唤醒以及进程的挂起与激活的方式P35阻塞：正在执行的进程当出现某个事件无法继续执行时，进程便通过调用阻塞原语把自己阻塞起来唤醒：一是由系统进程唤醒；二是由事件发生进程唤醒挂起：把发出挂起原语的进程自身挂起或者它的子孙挂起激活：激活一个具有指定标识名的进程或者激活某进程及其子孙进程阻塞和挂起是主动的，唤醒和激活是被动的。10、进程从用户态切换到核心态的原因？P37当机器指令发生中断，操作系统马上保护中断点的处理机现场，将处理机模式从用户态转换成核心态11、进程切换过程P371）保存处理机的上下文2）修改当前运行进程的进程控制块3）选择另一个进程执行4）修改被调度进程的进程控制块5）将当前进程存储管理数据结构修改为新选进程的存储管理数据结构6）恢复上次切换出的现场，运行新选进程12、进程高级通信方式P38分为三大类：共享存储器系统，管道通信系统以及消息传递系统13、线程引入的目的以及其与进程的关系P42目的：为了减少程序并发执行时所付出的时空开销，使操作系统具有更好的并发性关系：线程是进程内一个相对独立的可以并行执行单元，是进程内的一个可调度实体3、进程调度、同步、通信及死锁（1）理解进程的调度模式＿１（2）重点掌握进程同步与互斥的机制的应用，特别是3个信号量以上的应用；（3）重点掌握死锁产生的原因及条件以及银行家算法的应用；＿２（4）重点掌握进程的调度与作业调度的关系与区别。＿３（5）掌握各种进程调度算法，特别是时间片轮回和优先级调度算法（6）理解临界区（7）掌握互斥问题的软件方法和硬件方法以及优缺点（8）理解管程的思想调度1、调度模式P54调度模式一般分为三级：高级调度（作业调度）、中级调度（中程调度／对换调度）和低级调度（作业调度）2、选择调度算法的依据P551）系统设计目标（主要依据）判断题2）资源利用率3）均衡系统与用户的要求3、进程与作业的关系P55P56进程是作业的执行状态，一个作业实际上是由一组相应的进程来完成的，当作业所对应的进程完成时，作业便进入了完成状态，整个作业也就完成了4、作业调度与进程调度算法P58P60作业调度算法：先来先服务算法、最短作业优先算法和响应比高者优先调度算法。进程调度算法：1)先来先服务算法2)短进程优先算法3)时间片轮转算法(√)4)优先权调度算法(√)5)多队列调度算法6）多级反馈队列调度算法5、高响应比优先、时间片轮转、优先权调度算法P61-63时间片轮转优点：1）提高进程的并发性2）缩短每一作业的相应时间3）提高系统的资源利用率。缺点：开销大优先权的类型：A、静态优先权（优缺：简单易行、系统开销小，但不够精确，容易出现故障）B、动态优先权（1.随其等待时间的增长，其优先权以速率α增加；2.随着进程运行时间增加，其优先权以速率β下降）6、衡量调度算法优劣的性能指标P651）周转时间2）吞吐率3）相应时间4）设备利用率进程互斥与同步1、互斥与同步P73互斥关系：共享资源、独占资源同步关系：进入区、退出区、临界区2、临界资源定义，主要包含哪些？P75临界资源是指一次仅允许一个进程使用的硬件或软件资源。一般包括慢速输入/输出与存储设备（如打印机、磁带机等），共享代码段、共享变量、共享数据结构、缓冲区等。3、竞态条件P75两个或多个进程并发地读写一个共享数据，共享数据的值取决于最后访问它的进程的执行结果的情况称为竞态条件。4、同步机构P76同步机构是指能实现进程同步的机制，该机制能把其它进程需要的信息发送出去，也能测试自己需要的信息是否到达。同步机构应遵循的4个准则：1）空闲让进2）忙则等待3）有限等待4）让权等待5、解决互斥问题的软件方法与硬件方法的优缺点？P76软件方法：1.单标志法（缺：强制各进程轮流进入临界区，没有考虑进程的实际需要，容易造成资源利用不充分）2.双标志法（优：各进程不用交替进入临界区，进程可连续多次使用临界资源缺：Pi和Pj可能同时进入临界区）硬件方法：1.检测和设置指令TS2.用Swap指令实现互斥硬件方法的优点：适用于任意数目的进程；在单处理器或多处理器上实现简单，容易验证其正确性；可以支持进程内存在多个临界区，只需为每个临界区设立一把锁(一个共享变量)缺点：存在忙等现象，未能实现“让权等待”，还可能产生“饥饿”现象，永远在判断等6、信号量机制以及其种类P80种类：整形信号量、纪录型信号量、信号量集7、记录型信号量解决忙等待现象的原理P80（1）原句wait（S）：wait（semaphoreS）{S.value--;if(S.value0)block(S,L);}8、信号量集机制P861)AND型信号量2）一般信号量集9、经典同步模型？P881）生产者—消费者问题2）读者写者问题3）哲学家进餐问题10、进程同步与互斥的经典模型实际应用举例P88-9311、管程机制P95管程是管理进程间同步的另一种机制，它基于抽象数据类型，通过将系统中硬件与软件资源用数据结构加以抽象地描述，是一种实现方便、安全有效的同步机制。管程由三部分组成：（1）局部于管理的共享变量说明；（2）对该数据结构进行操作的一组过程。死锁1、死锁定义P104当某一进程提出资源的使用要求后，使得系统中一些进程处于无休止的阻塞状态，在无外力的作用下，这些进程永远也不能继续前进，这种现象称为死锁。2、产生死锁的条件P1091）互斥2）占有等待3）非剥夺4）等待循环3、解决死锁的途径P111死锁预防、死锁避免、死锁检测及死锁恢复4、死锁避免，安全状态和银行家算法P113-115安全状态：指系统处于一定无死锁状态。5、安全状态检查算法的原理P1156、银行家算法举例P1144、存储管理（1）掌握内存分配的各种算法；（2）掌握不同存储分配的保护机制；（3）理解虚拟内存的定义和作用；（4）重点掌握动态可变分区；（5）理解分页式管理与分段式管理？（6）掌握虚拟内存的实现方法（7）重点掌握请求分页式管理的一般过程存储管理1、存储管理的主要功能P123主要功能包括主存空间空间分配和管理、地址转换和重定位、存储保护和共享及存储扩充等四方面。2、主存分配与管理实现的方法P123连续分配、离散分配3、分区存储管理，特别是动态分区管理原理以及其优缺点P127动态分区是指分区的大小、数量和位置随着内存中进程的大小和数量动态变化。优缺点：4、动态分区管理分配与回收P1305、覆盖技术与交换技术P132交换技术是指把内存中暂时不能运行的进程或暂时不用的程序和数据，换出到外存，已腾出足够的内存空间，把已具备运行条件的进程，或进程所需要的程序和数据，换入内存运行。6、分页管理的原理以及其目的P134原理：将进程连续逻辑地址空间转换成主存中不连续物理地址空间的一种方式。目的：为了解决内存连续分配所产生的过多碎片，及由于采用紧凑处理碎片而造成的过大的系统开销。7、地址转换的原理P1388、分段存储管理原理以及地址转换原理P139虚存管理1、程序访问的局部性原理P1451）时间局部性2）空间局部性3）顺序局部性2、虚存实现的方法P1471）请求分页管理2）请求分段管理3、实现虚存原理的硬件与软件有哪些？请求分页管理P147硬件：缺页中断机构、地址变换机构软件：数据结构主要是页表，实现用户地址空间到物理地址空间的映射。页表的内容包括：页号、页框号、状态位、访问字段、修改位、外存地址请求分段管理P156硬件：缺段中断机构、地址变换机制软件：数据结构主要是段表，实现用户地址空间到物理地址空间的映射。段表的内容包括：段号、段长、段起始地址、存取方式、访问字段、修改位、存在位、增补位、外存始址4、请求分页式管理的地址转换过程P1491）获得访问要求，即逻辑地址；2）判断页号是否大于页表长度，若大于则进行越界处理；否则继续；3）CPU检索快表，判断页表项是否在快表中，若页表项不在快表中，访问页表，否则继续；4）判断页是否在内存，若不在内存，则产生缺页中断，请求调页，保留CPU现场，从外存中找到缺页，否则修改快表；5）判断内存是否已满，是就选择一页被修改过的写到外存去，否就直接从外存中读取缺页，启动I/O硬件将一页从外存读入内存，修改页表，修改快表；6）修改访问字段和修改位；7）形成访问的物理地址，结束地址变换过程。5、置换算法、缺页率、有效访问时间、工作集和抖动现象P151置换算法：P1511）最佳置换算法2）先进先出置换算法3）最近很久未使用置换算法4）时钟置换算法5）最少使用置换算法6）页面缓冲置换算法缺页率是指出现缺页的概率，或是缺页时间间隔的概率。P152有效访问时间是指访问程序代码或数据所需要的时间。P153抖动现象是虚存请求分页管理机制下的产物，缺页率上升，程序的大部分时间都进行换入换出，CPU的利用率下降。6、请求分段式管理的地址转换过程P1571）获得访问要求，即逻辑地址；2）判断段内偏移地址量w是否小于段长，若不小于则