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【计算机操作系统基本概念】

时间:2021-08-16 02:47:13

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【计算机操作系统基本概念】

1.计算机操作系统的概念

计算机操作系统是指控制和管理计算机的软、硬件资源,合理组织计算机的工作流程,方便用户使用的程序集合。

2.操作系统的功能

1)处理机管理

2)存储管理

3)设备管理

4)文件管理

5)用户接口

3.处理机管理

1)进程控制

2)进程同步

3)进程通信

4)进程调度

4.存储管理

1)内存控制

2)内存保护

3)内存分配

4)地址映射

5.设备管理

1)设备分配

2)设备控制

3)缓冲管理

6.文件管理

1)文件存储管理

2)目录管理

3)文件读写管理和保护

7.接口管理

1)程序接口

2)命令接口

3)图形接口

8.操作系统的特征(并虚异共)

1)并发

2)异步

3)虚拟

4)共享

9.操作系统的分类

1)多处理机操作系统

2)分时操作系统

3)实时操作系统

4)分布式操作系统

5)多道处理操作系统

6)网络操作系统

7)嵌入式操作系统

10.SPOOLing系统的特点

1)提高了I/O速度

2)将独占设备改造为共享设备

3)实现了虚拟设备功能

11.批处理操作系统的优缺点

优点:

资源利用率高

吞吐量大

缺点:

用户交互性差

作业平均周转时间长

12.分时操作系统:计算机的系统资源进行时间上的分割

特征:多路性 独立性 交互性 及时性

13.响应时间的影响因素

1)机器处理能力

2)请求服务的时间长短

3)服务请求的分布

4)系统中连接的终端数目

5)调度算法

14.分时操作系统的主要问题及解决方法

1)及时接受输入

多个I/O端口,设立多路缓冲区

2)及时响应

提高对换速度

限制用户数目

缩短时间片

3)减少对换信息量

可重入代码

请求页式存储管理:只对换部分程序

15.网络操作系统:在通常操作系统的功能的基础上提供网络通信和网络服务的操作系统

16.网络操纵系统的功能

1)网络通信

2)网络资源管理

4)网络服务

5)互操作

17.分布式操作系统:功能和任务上的分布

优点:处理能力增强、速度更快、可靠性增强

18.分布式操作系统和网络操作系统的比较

1)耦合度 分>网

2)并行性 网>分

3)健壮性 分布式要求更强的容错能力

4)透明性 网>分

19,嵌入式操作系统:以应用为中心,以计算机技术为基础

20.操作系统的结构

1)微内核结构(现代)

2)强内核结构(传统)

21.微内核结构提供的服务

1)有限的的进程管理和调度;

2)进程间的通信机制;

3)(某些)存储管理;

4)低级I/O操作

22.用户与操作系统的接口

1)作业级接口

2)程序接口

23.作业的组成

程序 数据 作业说明

24.作业控制块JCB

对作业进行描述的数据结构

25.作业类型:脱机作业——批处理方式

联机作业——交互式方式

26.批处理作业状态及转换

27.作业处理方式

1)批处理方式:把对作业进行控制的意图连同程序和数据及发生故障后的处理措施一起输入系统中,由系统根据该意图来控制作业的执行。

2)交互式方式:由一组操作系统命令实现,采用人机对话的方式来控制作业的运行。

28.系统调用:系统调用是操作系统提供给软件开发人员的唯一接口,开发人员可利用它使用系统功能。

29.系统调用与普通过程调用的的相同点和不同点

30.进程的概念:是具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的独立单位

31.进程的特证:并发性 独立性 异步性 动态性 交互性

32.程序与进程之间的区别

1)程序是静态的,进程是动态的

2)进程与程序的组成不同,进程=程序+数据+PCB

3)进程的存在是暂时的,程序的存在是永久的

4)一个程序可以对应多个进程,一个进程可以包含多个程序

33.进程的表示和状态的转换:进程控制块(PCB)

34.PCB表的组织方式:链表 索引表

35.进程的状态:创建状态 就绪状态 运行状态(占有CPU) 阻塞状态 结束状态

36.进程挂起:

1)阻塞挂起 :进程在外存并等待某事件的出现;

2)就绪挂起:进程在外存,但只要进入内存,即可运行;

37.调度的类型:低级调度 终极调度 高级调度

38.调度的性能准则

1)面向用户

周转时间(到达时间-完成时间) 带权周转时间 (周转时间/服务时间)

1.平均周转时间(周转总时间/作业数)

2.带权平均周转时间(总带权周转时间/作业数)

响应时间

截至时间

公平性

优先级

2)面向系统

吞吐量

处理机的利用率

各种设备的均衡利用

3)面向算法

易于实现

执行开销比

39.进程调度算法

1)先来先服务

2)短作业优先

3)时间片轮转算法

4)基于优先级的调度算法

5)多级队列算法

6)多级反馈队列算法

40.先来先服务算法的特点(FCFS)

比较有利于长作业,而不利于短作业。

有利于CPU繁忙的作业,而不利于I/O繁忙的作业。

最简单的算法。

41.最短优先作业:平均周转时间最少

42.短作业优先算法的特点

1)优点:

比FCFS改善平均周转时间和平均带权周转时间

提高系统的吞吐量;

2)缺点:

对长作业可能长时间得不到执行;

未能依据作业的紧迫程度来划分执行的优先级;

影响调度性能。

43.最短剩余时间优先(SJF):允许比当前进程剩余时间更短的进程来抢占

44.最高响应比优先(HRRN):响应比R = (等待时间 + 要求执行时间) / 要求执行时间

等待时间:最后一个作业提交时间-该作业到达时刻

45.时间片轮转算法

时间片长度变化的影响

过长:响应时间长。

过短:响应时间长。

对响应时间的要求:

T(响应时间)=N(进程数目)*q(时间片)

时间片长度的影响因素:

就绪进程的数目

系统的处理能力

46.多级队列算法

基本思想:

根据作业或进程的性质或类型的不同,将就绪队列再分为若干个子队列。

每个作业固定归入一个队列。

各队列不同处理:不同队列可有不同的优先级、时间片长度、调度策略等。如:系统进程、用户交互进程、批处理进程等。

47.多级反馈队列算法

1)多个就绪队列

2)优先级逐级降低

3)优先级与时间片成反比

4)新进程存于队列1 的后面

5)未能执行则降级放队尾

6)仅当较高优先级的队列为空,才调度较低优先级的队列中的进程执行。

7)如果进程执行时有新进程进入较高优先级的队列,则抢先执行新进程,并把被抢先的进程投入原队列的末尾。

48.实时调度系统:能够实现在指定或者确定的时间内完成系统功能和对外部或内部、同步或异步时间做出响应的系统

49.实时系统可调度的条件

给定m个周期性事件

事件i的周期为Pi,需要的处理时间为 Ci

可调度的标准:m个周期性事件需要处理的总时间/m个周期事件的总周期

50.实现实时调度的条件:

1)提供必要的信息

2)可调度的实时操作系统

3)采用抢占式调度机制

4)具有快速的切换机制

51.调度算法的分类

52.采用优先级继承来避免优先级反转

53.对称多处理系统

1)集中控制

静态分配:每个CPU设立一个就绪队列,进程从开始执行到完成,都在同一个CPU上。

优点:调度算法开销小。

缺点:容易出现忙闲不均。

动态分配:各个CPU采用一个公共就绪队列,队首进程每次分派到当前空闲的CPU上执行。

2)分散控制

自调度:各个CPU采用一个公共就绪队列,每个处理机都可以从队列中选择适当进程来执行。需要对就绪队列的数据结构进行互斥访问控制。

54.非对称式多处理系统(ASMP)

主-从处理机系统,由主处理机管理一个公共就绪队列,并分派进程给从处理机执行。

从机空闲时, 便向主机发送一索求进程的信号, 然后, 便等待主机为它分配进程。

各个处理机有固定分工,如执行OS的系统功能,I/O处理,应用程序。

55.线程的概念

线程是进程内一个相对独立的、可调度的执行单元。

进程中的一个运行实体,是一个CPU调度单位

资源的拥有者还是进程

56.进程和线程的比较

1)调度:线程的调度比进程快

2)拥有资源:进程间相互独立,同一进程的各线程间资源共享。

3)系统开销:线程减小并发执行的时间和空间开销

4)并发性:在系统中建立更多的线程来提高并发程度。

57.操作系统对线程的实现方式

1)内核线程

优点:

对多处理器,核心可以同时调度同一进程的多个线程

阻塞是在线程一级完成

核心例程是多线程的

缺点:

在同一进程内的线程切换调用内核,导致速度下降

2)用户线程

优点:

线程切换不调用核心

调度是应用程序特定的:可以选择适合的算法

ULT可运行在任何操作系统上(只需线程库)

缺点:

大多数系统调用是阻塞的,因此核心阻塞进程,故进程中所有线程将被阻塞

核心只将处理器分配给进程,同一进程中的两个线程不能同时运行于两个处理器上

58.进程同步:指进程之间的一种协调配合关系, 它表现在进程的执行顺序的规定上。

59.进程互斥:两个或两个以上的进程由于不能同时使用同一资源,只能一个进程使用完了另一个进程才能使用的现象。

60.临界资源与临界区

临界资源:一次仅允许一个进程访问的资源。

临界区:临界段,在每个程序中,访问临界资源的那段程序。

对临界段的设计有如下原则:

每次至多只允许一个进程处于临界段中。

对于请求进入临界段的多个进程, 在有限时间内只让一个进入。 

进程只应在临界段中停留有限时间。

61.同步机制应遵循的准则

1)空闲让进

2)忙则等待

3)有限等待

4)让权等待

62.进程间的通信:进程之间直接以较高的效率传递较多数据的信息交换方式

63.进程通信的类型:

1)共享存储器系统

2)消息传递系统

3)管道通信(共享文件的方式)

63:死锁的定义:一组进程中,每个进程都无线等待改组进程中的另一个进程所占的资源,因而永远都无法执行该进程,这种现象称为死锁现象,而进程称为死锁进程。

64.产生死锁的原因

1)资源不足

2)并发执行的顺序不当

65产生死锁的必要条件

1)互斥条件

2)占有且等待

3)非抢占

4)循环等待

66.死锁处理方法

1)预防死锁

2)避免死锁

3)检测死锁

4)忽略

67.安全序列

一个进程序列{P1,…,Pn}是安全的,如果对于每一个进程Pi(1≤i≤n),它以后尚需要的资源量不超过系统当前剩余资源量与所有进程Pj (j < i )当前占有资源量之和,

系统处于安全状态

安全状态一定没有死锁的发生,不安全状态不一定发生死锁,但是会导致死锁。

68.死锁的检测

1)进程等待时检测死锁

2)定时检测

3)系统资源利用率下降时检测死锁

69.死锁定理:环路是死锁存在的充分必要条件,资源分配图是不可完全简化

70.死锁的解除

1)重新启动

2)撤消进程

3)剥夺资源

4)进程回退

存储管理

1.内存:由存储单元组成的一维连续的地址空间,简称内存空间。

2.存储系统的组织:

1)高速缓冲存储器

2)寄存器

3)磁盘

3.存储系统的四大功能:

(1)存储空间的管理、分配和回收

(2)地址再定位(地址变换、地址映射)

(3)存储共享和保护

(4)存储器扩充

不能用逻辑地址来读取内存中的信息

4.地址再定位:将程序从逻辑地址空间装入到物理地址空间时,由于地址变换要对有关地址部分进行调整的过程。

5.分区存储管理:

1)原理:把内存分为一些大小相等或不等的分区,每个应用进程占用一个或几个分区。操作系统占用其中一个分区。

2)特点:适用于多道程序系统和分时系统

3)分区方式:固定分区 动态分区 分区分配算法

6.固定分区:把内存划分为若干个固定大小的连续分区。

7.动态分区:在装入程序时按其初始要求分配,或在执行过程中通过系统调用进行分配或改变分区大小。

8.分区分配算法

1)最先匹配法(FF):从头查找,合适的就选中

2)下次匹配法(NF):将空白区组成环状队列,按循环顺序寻找空白区。(与FF区别,头指针从低地址开始向高地址循环移动)

3)最佳匹配法(BF):将空白区按大小排成队列,寻找时总是以最小的空白区开始,找到第一个合适的分区

4)最坏匹配法(WF):将空白区排序(按从大到小), 找最大空白区

8.覆盖技术:一个作业的若干程序段,或几个作业的某些部分共享某一个存储空间。

9.交换技术:系统将内存中某些进程暂时移到外存,把外存中某些进程换进内存,占据前者所占用的区域。

10.覆盖技术的原理:一个程序的几个代码段或数据段,按照时间先后来占用公共的内存空间。

12.交换技术与覆盖技术的比较

共同点:

内外存之间进行信息交换

不同点:

交换发生在进程或作业之间,而覆盖发生在同一进程或作业内。

与覆盖技术相比,交换技术不要求用户给出程序段之间的逻辑覆盖结构;

13.分页存储管理的基本思想:

1)主存分成多个固定大小的块

2)作业按照主存块大小分页

3)连续的页存放在离散的块中

14.计算页号和页内地址

若给出的地址字为10进制,则用公式:

程序地址字/页长 :商为页号,余数为页内地址。

访问主存=访页表+访主存

快表:存放在高速缓冲存储器的页表

慢表:存放在内存中的页表

块表的表项:内存块号;标识位;淘汰位

15.虚拟存储器:操作系统统一管理各级存储器;内存中只存放当前要执行的程序部分,其余的保存在外存上,OS根据需要随机地将需要的部分对换到内存执行

16.虚拟存储技术的基础:

1)二级存储结构:内存和外存

2)动态地址转换

17.虚空间的大小

逻辑地址:寻址范围

实际大小:内存+外存对换区

18.虚拟存储技术的特征:

1)不连续性

2)多次交换

3)部分交换

4)虚拟扩充

19.虚拟存储管理的三大策略

1)调入策略

2)放置策略

3)淘汰策略

20.请求分页存储管理;分页存储管理系统根据请求装入所需页面

21.怎样发现页在不在内存:增加中断位 1:不在 0:在

22.内存不足选择一页淘汰

增加引用位和修改位

23.页表表项:页号、驻留位、内存块号、外存地址、访问位、修改位

驻留位(中断位):表示该页是在内存还是在外存

访问位:根据访问位来决定淘汰哪页(由不同的算法决定)

修改位:查看此页是否在内存中被修改过

23.缺页中断:在地址映射过程中若发现要访问的页不存在内存中,则发生请求中断

23.缺页中断和一般中断的区别

相同点

保护线程 中断处理 恢复现场

不同点

其他中断是指令执行完之后发生中断

缺页中断是指令执行过程中发生中断,而且会发生多次中断

24.页面置换算法

影响缺页次数的因素:

(1) 分配给进程的物理块数

(2) 页本身的大小

(3) 程序的编制方法

(4) 页面淘汰算法

25.颠簸:在虚存中,页面在内存与外存之间频繁调度,系统效率急剧下降,甚至导致系统崩溃。

26.常驻集指虚拟页式管理中给进程分配的物理页面数目

27.分段存储管理:

1)用户程序的划分:按程序自身的逻辑关系划分为若干个程序段,每个程序段都有一个段名,且有一个段号。

2)内存的划分:内存空间被动态的划分为若干个长度不相同的区域,称为物理段,

3)内存分配:以段为单位分配内存,每一个段在内存中占据连续空间

28.内存划分:内存空间被动态的划分为若干个长度不相同的区域,称为物理段。

29.系统需要维护的数据结构

1)系统段表

2)进程段表

3)空闲段表

30.段地址映射的数据结构:段表、段表首址指针和段表的长度

31.段式存储管理的特点

优点:

消除了内碎片

通过请求分段存储管理方式提供了大量虚存

允许动态增加段的长度

便于动态装入和链接

便于程序共享

便于存储保护

缺点:

进行地址变换和实现内存紧凑(靠拢)要花费处理机时间;

在辅存上管理可变长度的段比较困难

32.段页式存储管理的思想

1)用户程序划分

2)内存分配

3)内存划分

4)地址逻辑

33.

段表:记录了每一段的页表始址和页表长度

页表:记录了逻辑页号与内存块号的对应关系(每一段有一个,一个程序可能有多个页表)

内存分配管理:同页式管理

存储管理的分配单位:段,页

逻辑地址的组成:段号,页号,页内偏移地址。

地址变换:先查段表,再查该段的页表。

34.动态地址映射的优缺点

优点:程序占用的内存空间是动态可变的,当程序从某个存储区移到另一个区域时,只需要修改相应的寄存器BR的内容即可。

动态地址重定位的代价:

需要硬件的支持。

实现存储管理的软件算法较为复杂。

35.常用页面置换算法

先进先出页面算法(FIFO):选择在内存中驻留时间最长的页并淘汰之

最近最久未使用置换算法(LRU ):淘汰没有使用的时间最长的页

最佳页面算法(OPT):淘汰以后不再需要的或最远的将来才会用到的页面

最不经常使用(LFU):选择访问次数最少的页面淘汰之

36.请求式分页系统的性能分析

37.计算机文件系统的要求

1)存储大量信息

2)长期保存信息

3)共享信息

38.文件的组成:文件题 文件说明

39文件系统管理对象:文件 磁盘空间 目录

40.文件的类型:

按照性质和用于:系统文件、库文件、用户文件(临时、永久、档案)

按文件的保护方式分类:只读、读写、不保护文件

按文件信息的流向:输入、输出、输入输出文件

按文件的逻辑结构分类:流式文件、记录式文件

41.文件的物理结构

1)连续结构

2)链接结构

3)索引结构

42.索引文件的特点

优点:

◼ 保持了链接结构的优点,又解决了其缺点:

◼ 即能顺序存取,又能随机存取

◼ 满足了文件动态增长、插入删除的要求

◼ 能充分利用外存空间

缺点:索引表本身带来了系统开销

43.文件的存取方法

1)顺序存取法

2)直接存取法

3)按键存取法

44.文件系统五个基本功能:

◼ 文件的结构及有关存取方法

◼ 文件的目录结构和有关处理

◼ 文件存储空间的管理

◼ 文件的共享和存取控制

◼ 文件操作和使用

45.文件系统的主要操作

1)提供文件修该 设置用户文件权限的服务

2)提供修改 改变 删除 和创建文件目录的服务

3)提供文件读写删除 创建 修改的服务

4)提供文件系统维护的服务

5)提供文件系统转储和恢复的服务

6)提供文件共享 设置访问路径的服务

46.磁盘系统:磁盘本身和驱动控制设备

47.访盘请求的过程

1)寻道

2)旋转延迟

3)数据传输

48.外存空闲空间的管理

1)空白文件目录

2)空白块链

3)位示图

49.文件卷:在同一个文件卷中使用同一份管理数据进行文件分配和外存空闲空间管理,而在不同的文件卷中使用相互独立的管理数据。

50.格式化:在一个文件卷上建立文件系统

51.文件保护(对用户)

1)文件主

2)文件主的同组用户或合作用户

3)其他用户

52.IO设备的分类

1.按传输速率分类

1)高速

2)中速

3)低速

2.按信息交换的单位分类

1)字符设备

2)块设备

3.按资源管理分类

1)独占设备

2)共享设备

3)虚拟设备

4.按外部设备的从属关系分类

1)系统设备

2)用户设备

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