操作系统（Operating System）复习要点
第一章
操作系统：计算机系统中的一组系统软件，由它统一管理计算机系统的各种资源并合理组织计算机的工作流程，方便用户使用。具有管理和服务功能
操作系统的特征：并发性，共享性，随机性，可重构性，虚拟性。 并发是指计算机系统中同时存在多个程序，宏观上看，这些程序是同时向前推进的。
共享性：批操作系统程序与多个用户程序共用系统中的各种资源 虚拟性：物理实体转化为若干逻辑上的对应物。
操作系统的功能：1，进程管理；2，存储管理；3，文件管理； 4，作业管理；5，设备管理；6，其他功能（系统安全，网络通信）。
传统OS中，进程是系统调度的最小单位，是程序的一次执行；而现代OS中则是线程，是程序一次相对独立的执行过程。
3,多道批处理系统——现代意义上的操作系统
操作系统分类：批处理OS，分时OS，实时OS，嵌入式OS，个人计算机OS，网络OS，分布式OS，智能卡OS。
操作系统类型：批处理OS，分时OS，实时OS，网络OS，分布式OS。
分时系统：支持多个终端用户共享一个计算机系统而互不干扰，能实现人机交互的系统。
特点：支持多用户，具有同时性、独立性、及时性、交互性。 多道批处理：允许多个程序同时存在于主存之中，由中央处理机以切换方式为之服务，使得多个程序可以“同时”执行。
实时系统：使计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并且在严格的规定时间内处理结束、再给出反馈信号的系统。
特点：及时响应，快速处理，安全可靠。
宏观和微观两个发展方向：网络OS、分布式OS（大型系统）、嵌入式OS（微机）
研究操作系统的几种视角：软件的视角、用户接口、资源管理、虚拟机、服务提供者视角
操作系统的发展历史
1,手工操作：穿孔卡片
2,监督程序——早期批处理：计算机高级语言出现，单道批处理
单道批处理：串行执行作业中，由监督程序识别一个作业 ，进行处理后再取下一个作业的自动定序处理方式
第二章
作业的定义：用户要求计算机系统处理的一个计算问题。（或参考“小结”）
作业的两种控制方式
1， 批处理：操作系统按各作业的作业控制说明书的要求，
分别控制相应的作业按指定步骤执行。
2， 交互：在作业执行过程中，操作系统与用户之间不断交
互作用。
作业调度：从后备作业队列中选取某个作业投入主存参与多道运行。
调度算法原则：①尽可能运行更多的作业，优先考虑短作业；
②使处理机保持繁忙，优先考虑计算量大的作业； ③使I/O设备保持繁忙，优先考虑I/O繁忙的作业；④对所有的作业都是公平合理的。
选择原则：①选择的调度算法与系统的整体设计目标一致；
②注意系统资源的均衡使用，使I/O作业与CPU作业搭配合理；
③作业应该在规定时间内完成，能缩短作业周转时间。
进程的定义：具有独立功能的并行程序一次执行过程 进程和程序的区别与联系：
区别：①程序是指令的有序集合，静态；进程是程序的一次运行活动，动态；
②进程是一个独立运行单位，共享资源的实体，能并发执行；
而程序不能。
联系：①一个程序对应多个进程，一个进程至少对应一段程序；
②静态地观察进程，与程序一样都由指令集和数据构成。
调度性能的衡量——周转时间、平均周转时间、带权周转时间、平均带权周转时间
周转时间=完成时间－提交时间； 运行时间=完成时间－开始时间； 带权周转时间=周转时间÷运行时间； 响应比＝１＋等待时间÷运行时间 调度算法：（注意：一律以小时为单位）
FCFS：按到达先后顺序执行； 短作业优先法：按运行时间最短优先；
响应比优先法：按响应比最高的作业优先，注意每执行完一
次作业计算一次响应比。
交互式作业的管理—接口（①操作控制命令②菜单技术③窗口技术）：字符（命令行）、菜单、图形
用户和操作系统之间的接口：①程序一级接口②作业控制一级接口
P42 中的第二题（应用题），必做。
进程的特征：动态性、并行性、独立性，异步性，结构性。 进程和线程的区别：线程是进程内一个可独立执行的子任务，基本上不拥有或少量拥有资源。
进程的状态：就绪状态，自由状态（执行状态和阻塞状态）
状态转换：.原因是自身的推进和外界条件的变化。 执行→阻塞：某一事件的请求执行； 阻塞→就绪：事件结束，等待调度； 就绪→执行：处理机分配进程。
第三章
进程控制块（ＰＣＢ）：管理和控制进程 ① 进程标识符 ② 现行状态 ③ CPU状态保护区 ④ 进程程序起始地址 ⑤ 资源清单 ⑥ 进程优先数 ⑦ 队列指针或队列表
进程的互斥：进程对某一资源进行请求时，当且仅当只许一个使用。 进程的同步：异步环境下， 一组并发进程因直接制约而互相发送
消息，进行互相合作，互相等待，使得各进程在时间上先后次序的过程。
临界区：访问临界资源的那段程序
临界资源：一次仅供允许一个进程使用的资源
临界区的调度原则：互斥访问，空闲让进，忙则等待，有限等待，
让权等待
信号量和P、V操作:
P（S）：每执行一次，申请一次单位资源。S：=S+1 S≥0，继续执行； S<0，阻塞。
V（S）：每执行一次，释放一个单位资源。S：=S-1
S>0：继续执行； S≤0，从信号量的等待队列中移出一个进程
赋予其就绪状态。
读者和写者问题： begin
S , Sr , Semaphore ; rc : integer ; S := 1; Sr := 1; //S是判断写者，Sr是判断读写权利 Rc := 0 ; //判断读者是否存在
cobegin
PROCESS readr i (i=1,2,??) Begin
P(Sr); rc :=rc +1; if rc=1 then P(S); V(Sr); read file F ; P(Sr); rc := rc – 1; if rc=0 then V(S); V(Sr);
end; PROCESS Writer j (j=1,2,??)
begin P(S); write file F; V(S);
end;
coend;
end;
生产者和消费者问题:
begin semaphore ,mutex ,empty ,full; mutex:=1, empty:=n, full:=0; cobegin producer:begin
L1:produce next message; P(empty); P (mutex); Add to buffer; V(mutex); V(full);
Goto L1; consumer: begin L2:
P(empty); P (mutex); Take from buffer; V(mutex); V(full);
Consume product; Goto L2;
End;
coend;
End;
进程调度
引起调度的原因：①正在执行的进程执行完毕
②执行中进程阻塞自己，进行等待状态
③执行中进程提出I/O请求后被阻塞 ④执行中进程执行了某种原语操作而阻塞 ⑤在分时系统中，分配给该进程运行时间片已用完
⑥在执行完系统调用，当系统程序返回用户进程时，可认为系统进程执行完毕，可调度选择新一个用户进程执行
⑦可剥夺方式下，就绪队列中，某进程优先级高于当前执行进程
调度算法：FCFS、短进程优先、最高优先级优先（剩余作业最短优先、高响应比者优先）、轮转法（简单轮转，可变时间轮转，多队列轮转）
死锁的定义：计算机系统和进程所处的一种状态，当某进程提出
资源请求后，使得若干进程在无外力作用下永远不能继续前进的状态。
引起死锁的原因：①当进程提出资源请求时，而系统中多道程序共
享的系统资源不足； ②进程推进顺序非法。
两种资源：①永久性资源：可供进程重复使用的资源
②消耗性资源：由某个进程产生而由另一个进程消耗的资源
死锁产生的四个必要条件：①互斥条件②请求和保持条件③不剥
（只要死锁，4个同时成立）
夺条件④循环等待条件
死锁的解决：预防、检测和恢复
死锁定理：当且仅当当前状态的进程资源图是不可完全化简。
死锁的解除：①资源剥夺法
②撤销进程法
第四章
存储管理的目的和功能：①对主存空间进行分配和管理
②提高主存的利用率 ③“扩充”主存容量 ④实现地址的变换
存储分配：①直接方式：编译时，直接使用实际的存储器地址
②静态分配：装入内存时直接确定主存中的相对位置 ③动态分配：静态分配后，允许浮动和临时申请附加空间
重定位：逻辑地址和物理地址 逻辑地址：目标模块的地址 物理地址（绝对地址）：单位编号
静态重定位：装入作业时，把作业中的指令地址和数据地址全部转
换成绝对址址
动态重定位：在程序执行过程中，当访问指令或数据时才进行的
地址变换方法
使原来不连续的若干个小的空闲区合并成一个较大的空闲区，以存放更多作业。
多重分区分配管理，不仅部分解决了零头，而且也便于诸作业共享使用公共的子程序和数据。
? 换算法则
页(段)内位移=逻辑地址%页(段)长=逻辑地址－该页(段)首地址 块(段)起始地址=块(段)号×块(段)长 如题无说明，页长=块长 页面页号=逻辑地址/页长
分页存储管理
实现原理：保持页面在逻辑上的连续性情况下，分页存储器把一个作业存放到若干个不相邻的大小相等的分区中。 地址映射：绝对地址=块号×块长＋页内位移
实存管理技术（重）
固定式分区：在处理作业之前把存储器划分成若干个确定个数的分区，每个分区大小不变。
优点：硬件支持小，不受某个作业干扰或破坏系统和其他作业 缺点：多个作业共享时，区内零头过多，空间严重浪费 可变式分区原理：在作业执行之前不建立分区，而在处理作业中进
行，其大小根据需求而改变。
优点：主存利用率高，更好适应多作业共享。
缺点：检查、回收分区次数高计算量过大；需要大量的空表目
登记占用分区和空闲区
可变式分区的管理算法：
①首次适应：系统顺序查找空闲表，把作业装入最先能满足要求的
空闲区
②最佳适应：按作业要求选择一个能满足作业要求的最小最合适的
空闲区
③最坏适应：以最大空闲区进行分配作业 基址寄存器：存放作业所占分区的起始地址 限长寄存器：存放作业所占分区长充度
可重定位分区分配原理（消除碎片）：移动所有已分配区的内容，
虚存管理技术
请求页式管理
原理：当地扯映射机构遇到一个具有状态为N的页时，便产生一个缺页中断，请求操作系统装入所需的页，调整页面映象表，然后重启该指令
优点：①不必将地扯空间限定在主存物理空间范围内；
②有效解决碎片问题，利于多道程序执行。
缺点：①管理复杂，易因置换算法不当产生抖动
②要求有相应硬件支持
③如果作业较多，也会有空间浪费
页面置换算法（重）：先进先出算法，最近最久未用页面算法 分段存储管理
原理：系统为每个进程建立一个段表和一个段表控制寄存器，通过它们分段存储进行管理。
地址映射：绝对地扯＝段起始地址+段内位移
P132 第二题（计算题） 必做
第五章
I/O设备的分类
I/O类设备：以字节为单位进行数据交换。eg：打印机、扫描仪 存储类型设备：存储程序和数据。eg:磁盘、磁带、光盘
网络通信设备：交换、共享数据。eg:各种网络接口，调制解调器 I/O控制方式的发展：循环测试→程序中断→DMA→通道技术
通道的类型：字节多路、数据选择、数组多路 缓冲技术
缓冲的引入：以空间换取时间，缓解“瓶颈”问题，减少中断CPU次数，以及提高I/O设备与CPU并行操作的能力 几种缓冲技术：单缓冲、双缓冲、多缓冲、缓冲池
的处理程序；执行完后再返回断点继续执行原程序。 ① 外中断 ② 时间中断
异常（内中断、陷阱）的分类 ①机器故障②程序性异常③陷入指令
存储设备：磁带、光盘、磁盘 P165 1（4）—（7）
中断机构
中断：CPU暂停正在执行的程序，保留现场后自动转去执行该事件
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