操作系统 —期中复习

Posted 2020-09-17 豆子

操作系统复习

一、操作系统概述

1. 什么是操作系统 (关注: 如何控制和协调处理机、存储器、设备和文件)

操作系统 ：

1. 是指 控制 和 管理 整个计算机系统的 硬件 和 软件资源

2. 控制程序执行

3. 改善人机界面

4. 提供各种服务

5. 并合理地组织调度计算机的 工作和资源的分配， 以提供给 用户 和 其他软件 方便的 接口和环境 的 程序集合.

6. 是 计算机系统中 最基本的系统软件。

2. 操作系统的作用

1. 服务用户观点 : 操作系统作为 用户接口 和 公共服务程序

2. 进程交互观点: 操作系统作为 进程执行的 控制者 和 协调者

3. 系统实现观点: 操作系统作为 拓展机 或 虚拟机

4. 资源管理观点: 操作系统作为 资源的管理者 和 控制者

5. 总结:

3. 操作系统的主要功能 (5个)

1. 处理器管理:

   • 处理机的 分配 和 运行 都以 进程(或线程) 为 基本单位 — 处理机的管理 可 归结为 对进程的管理

   • 主要任务 ： 进程何时创建、何时撤销、如何管理、如何避免冲突、合理共享 (由于并发时在计算机同时运行多个进程)

   • 功能： 进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度等.

2. 存储管理:

   • 目的: 给多道程序的 运行 提供良好的环境, 方便用户使用 以及 提高 内存的利用率

   • 功能: 主要包括 内存分配、地址映射、内存保护与共享 和 内存扩充 等

3. 设备管理:

   • 主要任务: 完成用户的 I/O 请求, 方便用户使用各种设备, 并提高设备的利用率

   • 功能: 主要包括 缓冲管理、设备分配、设备处理 、虚拟设备等

4. 文件管理:

   • 功能: 主要包括 文件存储空间的管理、目录管理、文件读写管理和保护

5. 联网与通信管理:

   • 功能: 略

4. 什么叫多道程序设计 ?

1. 概念: 允许多个程序同时进入内存 并启动 交替计算的方法，共享系统中的各种硬件、软件资源。

2. 引入多道程序 原因:

   • 早期单道，内存中仅有 单个作业在运行, CPU 和其他硬件设备串行工作，致使系统中仍有许多资源空闲，设备利用率很低

3. 特点：

   • 多道

   • 宏观上并行

   • 微观上串行

4. 作用:

   • 可以提高 CPU 的利用率，充分发挥计算机硬部件 的并行性。

5. 计算题:

   • P52, 习题1 和 习题2

 

5. 中断

1. 概念: 中断，也称 外中断, 指在程序执行过程中 遇到 急需处理的事件时， 暂时中止现行程序在 CPU 上运行，转而执行相应的事件处理程序，待处理完成后再返回断点或调度其他程序执行的过程

2. 如何处理:

   • 发现中断源

   • 保护现场

   • 转向中断事件处理程序执行

   • 恢复现场

 

二、进程管理

1. 进程 (p71)

• 为什么引入进程:

  • 书上: 为了刻画 系统内部动态状态 、描述 运行程序活动规律 而引进

  • (更好的理解: 在多道程序下，运行多个程序并发执行，此时他们将失去封闭性，并具有间断性及不可再现性的特征。引入进程，以便更好 描述和控制程序的并发执行， 实现 操作系统的 并发性和共享性(最基本的两个特性)

• 两个目的:

  1. 刻画程序的并发性

  2. 解决资源的共享性。

• 作用：

  • 略

• 与程序关系(只需要看区别，背第一句话即可):

  • (联系:)进程是操作系统处于执行状态程序的抽象

    • 程序 = 文件(静态可执行文件)

    • 进程 = 执行中的程序 = 程序 + 执行状态

  • 同一个程序的多次执行过程对应为不同进程

    • 如命令 "ls"的多次执行对应多个进程

  • 进程执行需要的资源

    • 内存:保存代码和数据

    • CPU:执行指令

  • (区别:)进程是动态的，程序是静态的

    • 程序是有序代码的集合

    • 进程是程序的执行，进程有 核心态/用户态

  • 进程是暂时的，程序是永久的

  • 进程与程序的组成不同

    • 进程的组成包括 程序、数据和进程控制块

2. 三态转换的过程 条件

• 就绪状态 -> 运行状态: 处于就绪状态的进程被调度后，获得处理机资源(分派处理机时间片)，于是进程由 就绪状态转换为运行状态

• 运行状态 -> 就绪状态:

  • 处于 运行状态的进程在时间片用完后, 不得不让出处理机

  • (可剥夺的 操作系统)，当有更高优先级的进程就绪时，调度程序将正在执行的进程转换为就绪状态，让更高优先的进程执行

• 运行状态 -> 阻塞状态:

  • 当 进程 请求某一资源 (如外设) 的使用 和 分配 或等待 某一个事件的 发生(如 I/O 操作的完成) 时, 它就从运行状态转换为阻塞状态。

• 阻塞状态 -> 就绪状态：

  • 当 进程等待的事件到来时，如 I/O 操作结束 或 中断结束时， 中断处理程序 必须把相应进程的状态xxxxx

1. P101 先来先服务，短作业优先 SJF 、HRRF(最高响应比优先)

2. P116 习题8 的优先数

3. P119 21题做一下

4. P103 要考抢占式

4. 进程的同步

指完成某种任务而建立的 两个或 多个进程，这些进程因为 需要在某些位置 上 协调它们的工作次序 而等待、传递信息所产生的制约关系。

5. 进程的互斥

当一个进程进入 临界区使用 临界资源时，另一个进程必须等待 , 当占用 临界资源 的进程退出临界区后，另一个进程才允许访问次临界资源

6. 临界区16字真言！！！(为禁止两个进程同时进入临界区，同步机制遵循):

1. 空闲让进: (临界区空闲时，可以 允许一个 请求进入临界区的进程 立即进入 临界区 )

2. 忙则等待: (当已有进程 进入临界区时，其他试图 进入临界区的进程 必须等待 )

3. 有限等待: (对请求访问的进程，应保证 有限时间内进入 临界区)

4. 让权等待: (当进程不能进入临界区时， 应 立即 释放处理器，防止进程忙等待)

7. PV 原语，这次不考

8. 死锁 : P184 页 24题

9. 管程

1.引入管程原因:

• 进程自备同步操作，P(S) 和 V(S) 操作 大量分散在各个进程中，不易管理，易发生死锁。

2. 管程作用:

• 管程封装了同步操作。

• 对进程隐蔽了同步细节，防止违法操作。

• 简化了同步功能的调用界面。

 

10. 计算机存储管理的基本功能(p193) (展开讲！！！)

• 存储分配：

  • 为进程 分配内存空间，以便运行，完成 内存的分配 和 去分配工作。

• 地址映射：

  • 支持进程使用 逻辑地址 来访问物理内存单元，实现地址映射。

• 存储保护：

  • 负责隔离 分配给 进程的内存区，使之互不干扰免遭破坏，确保进程对存储单元的独占式使用。

  • 防止地址越界，操作越权

• 存储共享：

  • 为 节省内存空间 和 实现进程通信 ，系统允许多个进程 共享内存区

• 存储扩充：

  • 允许用户的 逻辑地址空间 大于 内存物理地址空间 ，虚拟内存管理，自动在内存和外存之间移动信息。

 

11. 可变分区的4个算法

• 首次适应算法(First Fit)

• 最佳适应算法 (Best Fit) 算法

• 最坏适应算法 (Worst Fit) 算法

• 邻近适应算法 (Next Fit) 算法

 

12. 最后一题： 类似 P250 14题 (注意地址转换，207页公式)