操作系统期末复习
作者：互联网
操作系统期末复习
- 操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件。
- 多道批处理系统的优缺点如下：
优点：①资源利用率高。引入多道批处理能使多道程序交替运行，以保持CPU处于忙碌状态；在内存中转入多道程序可提高内存的利用率；此外还可以提高I/O设备的利用率。（反正就是提高CPU、内存、I/O等资源的利用率）
②系统吞吐量大。1）CPU和其他资源保持“忙碌”状态；2）仅当作业完成时或运行不下去是才进行切换，系统开销小。（这也是导致它有以下两个缺点的原因）
缺点：①平均周转时间长。由于作业要排队依次进行处理，因而作业的周转时间较长。
②无交互能力。用户一旦把作业提交给系统后，直到作业完成，用户都不能与自己的作业进行交互，修改和调试程序极不方便。 - （这个要多读几遍）分时系统之所以能够及时处理用户的请求，是因为采用了轮转运行方式如果一个作业独占CPU连续运行，那么其他的作业就没有机会被调度运行。为避免一个作业长期独占处理机，引入了时间片的概念。一个时间片，就是一段很短的时间（例如30ms）。系统规定每个作业每次只能运行一个时间片，然后就暂停该作业的运行，并立即调度下一个作业运行。如果在不长的时间内能使所有的作业都执行一个时间片的时间，便可以使每个用户都能及时地与自己的作业进行交互，从而可使用户的请求得到及时响应。
- 多路卡：事故宣布分时多路复用。
- 进程的特征：
- 动态性：进程最基本的特征。进程随创建而产生，由调度而执行，由撤销而消亡。（程序是静态的）
- 并发性：多个进程实体同存于内存中，且能在一段时间内同时运行。
- 独立性：指进程实体是一个能独立运行、独立获得资源和独立接受调度的基本单位。
- 异步性：即进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进。
- 独立性（要是有多一个空的话就可以填这个）
- 熟记以下两张图，尽量自己会画出来
- （多读几遍）为了防止OS本身及关键数据（如PCB等）遭受到应用程序有意或无意的破坏，通常也将处理机的执行状态分成系统态和用户态两种：①系统态：又称为管态，也称为内核态。它具有较高的特权，能执行一切指令，访问所有寄存器和存储区，传统的OS都在系统态运行。②用户态：又称为目态。它具有较低特权的执行状态，仅能执行规定的指令，访问指定的寄存器和存储区。一般情况下，应用程序只能在用户态运行，不能去执行OS指令及访问OS区域，这样可以防止应用程序对OS的破坏。
- （背起来）同步机制应遵循的规则
1）空闲让进：当无进程处于临界区时，表明临界资源处于空闲状态，应允许一个请求进入临界区的基础立即进入临界区，以有效地利用临界资源。
2）忙则等待：当已有进程进入临界区时，表明临界资源正在被访问，因而其他试图进入临界区的基础必须等待，以保证对临界资源的互斥访问。
3）有限等待：对要求访问临界资源的进程，应保证在有限时间内能进入自己的临界区，以免陷入“死等”状态。
4）让权等待：当进程不能进入自己的临界资源时，应立即释放处理机，以免进程陷入“忙等”状态。 - 在记录型信号量机制中，S->value的初值表示系统中某类资源的数目，因而又称为资源信号量。当S->value < 0时，表示该类资源已分配完毕，因而进程应调用block原语进行自我阻塞，放弃处理机。
- （背下来）批处理的目标（可以对应它的优缺点进行记忆）：①平均周转时间短；②系统吞吐量高；③处理机利用率高。
- 作业从进入系统到运行结束，通常需要经历收容、运行和完成三个阶段。相应的作业也就有“提交状态”、“后备状态”、“运行状态”和“完成状态”。
- 进程调度时，会按某种算法选取进程。调度程序按某种算法从就绪队列中选取一个进程，将其状态改为运行态，并准备吧处理机分配个它。
- （多读几遍）在采用可重定位装入程序将装入模块装入内存后，会使装入模块中的所有逻辑地址与实际装入内存后的物理地址不同。通常，把在装入时对目标程序中的指令和数据地址的修改过程称为重定位。又因为地质变换通常是在进程装入时一次完成的，以后不再改变，故称为静态重定位。（可以简单地理解：将逻辑地址转换为物理地址就是重定位）
- （多读几遍）首次适应算法
我们以空闲分区链为例来说明采用该算法时的分配情况。该算法要求空闲分区链以地址递增的次序链接。在分配内存时，从链首开始顺序查找，直到找到一个大小能满足要求的空闲分区为止。然后再按照作业的大小，从该分区中划出一块内存空间，分配给请求者，余下的空间分区仍留在空闲链中。若从链首直至链尾都不能找到一个能满足要求的分区，则表明系统中已没有足够大的内存分配给该进程，内存分配失败，返回。
优点：优先利用内存中低址部分的空闲分区，从而保留了高址部分的大空闲区。这为以后到达的大作业分配大的内存空间创造了条件。
缺点：低址部分不断被划分，会留下许多难以利用的、很小的空闲分区，称为碎片（又称为“零头”）。而每次查找又都是从低址部分开始的，这无疑又会增加查找可用空闲分区时的开销。 - （ 背起来）动态重定位
动态运行时装入的方式中，作业装入内存后的所有地址仍然都是相对（逻辑）地址，而将相对地址转换为绝对（物理）地址的工作推迟到程序指令要真正执行时进行。为使地址的转换不会影响到指令的执行速度，必须有硬件地址变换机构的支持，即须在系统中增设一个重定位寄存器，用它来存放程序（数据）在内存中的起始地址。程序在执行中，真正服务的内存地址是相对地址与重定位寄存器中的地址相对而形成的。地址变换过程是在程序执行期间，随着对每条指令或数据的访问自动进行的，故称为动态重定位。当系统对内存进行了“紧凑”，而使若干程序从内存的某处移至另一处时，不需对程序做任何修改，只要用改程序在内存的新起始地址去置换原来的起始地址即可。
- 离散分配地址空间的三种方式：
- 分页储存管理方式（产生碎片最少）
- 分段存储管理方式
- 段页式存储管理方式
- （反复读）在分页系统中，允许将进程的各个页离散地储存在内存的任一物理块中，为保证进程仍然能够正确地运行，即能在内存中找到每个页面所对应的物理块，系统又为每个进程建立了一张页面映像表，简称页表。在进程地址空间内的所有页，依次在页表中有一页表项，其中记录了相应页在内存中对应的物理块号。在配置了页表后，进程执行时，通过查找该表，即可找到每页在内存中的物理块号。可见，页表的作用是实现从页号到物理块号的地址映射。
- 分段地址中的地址结构如下：
在该地址结构中，允许一个作业最长有64K个段（由段号有16位计算得来），每个段的最大长度为64KB（由段内地址16位计算得来）。 - （必须背）虚拟存储器的基本工作情况
基于局部性原理可知，应用程序在运行之前没有必要将之全部装入内存，而仅须将那些当前要运行的少数页面或段线装入内存便可运行，其余部分暂留在（磁）盘上。程序在运行时，如果它所要访问的页（段）已调入内存，便可继续执行下去；但如果程序所要访问的页（段）尚未调入内存（称为缺页或缺段），便发出缺页（段）中断请求，此时OS将利用请求调页（段）功能将它们调入内存，以使进程能够继续执行下去。如果此时内存已满，无法再装入新的页（段），OS还须再利用页（段）的置换功能，将内存中暂时不用的页（段）调至盘上，腾出足够的内存空间后，再将要访问的页（段）调入内存，使程序继续执行下去。这样，便可使一个大的用户程序在较小的内存空间中运行，也可在内存中同时装入更多的进程，使它们并发执行。 - 从设备的共享属性上，可将系统中的设备分成三类：
①独占设备 ②共享设备 ③虚拟设备 - 什么是通道？
通道是一种特殊的I/O处理机，它具有执行I/O指令的能力，并通过执行通道程序来控制I/O操作。主要是为了进一步减轻CPU处理I/O的负担，在CPU和设备控制器之间再加入了一个设备名为I/O通道。 - 一个物理记录存储在一个扇区上，磁盘上能存储的物理记录数目是由扇区数（每条磁道有几个扇区）、磁道数以及磁盘面数所决定的。
磁盘容量 = 柱面数（磁道数） x 磁头数（盘面数） x 扇区数 x 扇区存储基本单元
- 文件系统有那些功能？
对于用户而言，文件系统最主要的功能是实现对文件的基本操作，让用户可以按名存储和查找文件，组织成合适的结构，并应当具有基本的文件共享和文件保护功能。对于操作系统本身而言，文件系统还需要管理与磁盘的信息交换，完成文件逻辑结构和物理结构上的变换，组织文件在磁盘上的存放，采取好的文件排放顺序和磁盘调度方法以提升整个系统的性能。 - 文件的逻辑结构从是否有结构来分，可分为两大类：一类是有结构文件，这是指由一个以上的记录构成的文件，故又把它称为记录式文件；另一类是无结构文件，这是指由字符流构成的文件，故又称为流式文件。从文件的组织方式来分，可以分为顺序文件、索引文件和索引顺序文件。
- 相对路径名：把从当前目录开始直到数据文件为止所构成的路径名称。
绝对路径名：把从树根开始的路径名。
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