os1-8章重点复习

1.什么是操作系统？4个基本特征
操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，其主要作用就是更好地管理设备，提高设备利用率和系统的吞吐量，并为用户和应用程序提供一个简单的接口，便于用户使用。
（1）并发性是指2个或多个进程在同一时间间隔内发生；
（2）共享性是指系统中的资源可供内存中多个并发执行进程共同使用；
（3）虚拟性是指一个物理实体变为若干个对应的逻辑实体；
（4）异步性（不确定性）指进程的执行过程中，其执行时间、顺序、速度和完成时间都是不确定的。
并发是最重要的特性，其他三种特性以此为前提。

2.设备管理的任务和功能
任务：完成用户进程提出的I/O请求，为用户进程分配所需的I/O设备，并完成指定的I/O操作；提高CPU和I/O设备的利用率，提高I/O速度，方便用户使用I/O设备。
功能：缓冲管理、设备分配、设备处理、虚拟设备

处理机管理：
任务：对处理机进行分配；对处理机运行进行有效的控制和管理；处理机的分配和运行以进程为基本单位，因此对处理机的管理可归结对进程的管理
功能：进程控制；进程同步；进程通信；进程调度
存储器管理：
任务：为多道程序的运行提供良好的环境；方便用户使用存储器；提高存储器的利用率；从逻辑上扩充内存。
功能：内存分配；内存保护；地址映射；内存扩充
文件管理器：
任务：对用户文件和系统文件进行管理；方便用户使用文件；保证文件的安全性
功能：文件存储空间的管理；目录管理；文件的读写管理；文件的共享与保护

3.微内核OS的优点和缺点
优点：提高了系统的可扩展性、增强了系统的可靠性、可移植性强、提供了对分布式系统的支持、融入了面向对象技术
缺点：运行效率低：消息传递比直接调用效率低

4.进程有哪几种基本状态？简要描述进程基本状态之间的典型原因。
（1）就绪状态Ready：进程已分配到除CPU以外的所有必要资源后，只要再获得CPU，便可立即执行。
（2）执行状态Running：指进程已获得必需资源，并且正在执行。
（3）阻塞状态Block：指正在执行的进程由于发生某事件（如I/O请求，申请缓冲区失败等）暂时无法继续执行。

程序顺序执行：按照某个先后次序逐个执行
特征：顺序性，封闭性，可再现性
程序并发执行：逻辑上相互独立的程序或程序段在执行时间上客观上互相重叠，即一个程序或程序段的执行尚未结束，另外一个程序的执行已经开始的方式
特征：间断性（异步性）、失去封闭性、不可再现性

进程：
定义：是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位（创建进程就是创建进程实体中的PCB，PCB成为进程存在于系统中的唯一标志）
特征：动态性、并发性、独立性、异步性
PCB的作用：作为独立运行基本单位的标志；PCB是进程存在的唯一标志。系统创建一个新进程时，就为他建立了一个PCB；进程结束时又回收其PCB，进程于是也随之消亡。能实现间断性运行方式。提供进程管理所需要的信息。提供进程调度所需要的信息。实现与其他进程的同步和通信。

fork只返回一个值（父进程返回子进程ID号，子进程返回0，失败返回-1）
block阻塞原语、wakeup唤醒原语、suspend挂起原语、active激活原语

系统中诸多进程在逻辑上存在两种制约关系：
直接制约关系：进程同步 间接制约关系：进程互斥
进程同步机制要遵循的原则：空闲让进 忙则等待 有限等待 让权等待
信号量机制、经典进程同步问题

5.多级反馈队列调度算法的调度机制
（1)设置多个就绪队列，并为每个队列赋予不同的优先级。队列1的优先级最高，其余队列逐个降低。
(2)每个队列中进程执行时间片的大小各不相同，进程所在队列的优先级越高,其相应的时间片就越短。
(3)新进程进入系统时，先放入队列1的末尾，按FCFS等待调度。如能完成，便可准备撤离系统，反之由调度程序将其转入队列2的末尾，按FCFS再次等待调度，如此下去，最后进入队列n按RR算法调度执行。
(4)仅当队列1为空时，才调度队列2中的进程运行。若一个队列中的进程正执行，此时有新进程进入高级队列，则新进程抢占运行，原进程转移至本队列队尾。

调度算法：先来先服务FCFS、短作业优先SJF、高响应比优先HRRN、最短剩余时间SRT
实时调度算法：最早截至时间优先EDF、最低松弛度优先LLF

6.死锁定义，产生死锁原因和4个必要条件？
2个或2个以上的进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。各并发进程相互等待对方所拥有的资源，且在获得对方资源前不会释放自身资源，从而造成大家都得不到资源。
产生死锁原因：竞争资源、进程间推进顺序非法
产生死锁的四个必要条件：
（1）互斥条件：进程对所分配到的资源进行排它性使用，即在一段时间内，某资源只能被一个进程占用。如果此时还有其他进程请求该资源，则请求进程只能等待，直至占有该资源的进程用来释放。
（2）请求和保持条件：进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已经被其他进程占有，此时请求进程被阻塞，但对自己已经获得的资源保持不放。
（3）不可抢占条件：进程已获得的资源在未使用完之前不能被抢占，只能在进程使用完时由自己释放。
（4）循环等待条件：发生死锁时必然存在一个进程—资源的循环链，即进程集合{P0，P1，P2，…,Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源，P1正在等待P2占用的资源，…Pn正在等待已被P0占用的资源。

避免死锁：银行家算法、安全性算法

7.分页存储管理和分段存储管理有何区别？
(1)页是信息的物理单位，分页是为实现非连续分配，解决碎片问题。
段是信息的逻辑单位，分段是为更好地满⾜⽤户的需要。
(2)页的大小固定且由系统决定。
段的长度却不固定且由用户程序决定。
(3)分页的作业地址空间是⼀维的，程序员只需利用⼀个记忆符，即可表示一个地址。
分段的作业地址空间是二维的，程序员在标识⼀个地址时，既需给出段名，又需给出段内地址。

基于顺序搜索的动态分区分配算法：首次适应FF、循环首次适应NF、最佳适应BF、最坏适应WF
页号、块号的页表地址变换
页面置换算法：最佳置换OPT、先进先出FIFO、最近最久未使用LRU、最少使用LFU、Clock

8.什么是Spooling技术？简述Spooling假脱机系统的功能及组成。
SPOOLing技术是指在多道程序的环境下，利用多道程序中的一道或两道程序来模拟外围控制机，从而在联机的条件下实现脱机I/O的功能。
组成：
（1）输入井和输出井：在磁盘上的两个存储空间，输⼊井模拟脱机输⼊，暂存输⼊数据，输出井模拟脱机输出，暂存输出数据
（2）输入缓冲区和输出缓冲区：⽤来缓和CPU与磁盘之间的速度的⽭盾
（3）输入进程和输出进程：模拟脱机I/O时的外围控制机
（4）井管理程序：用于控制作业与磁盘井之间的信息交换

功能：把独占设备改造为逻辑共享设备、把一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑I/O设备

特点：提高了I/O的速度、将独占设备改造为共享设备、实现了虚拟设备功能。

对I/O设置的控制方式：使用轮询的可编程I/O方式、使用中断的可编程I/O方式、直接存储器访问方式、I/O通道控制方式

单缓冲区：在设备和处理机之间设置一个缓冲区，只能存放输入数据和输出数据 缓解了CPU和I/O设备间速度不匹配的矛盾
双缓冲区：在设备和处理机之间设置两个缓冲区，可同时输入、输出数据

磁盘访问时间 = 寻道时间 + 旋转延迟 + 传输时间 + 控制器时间
磁盘调度算法：先来先服务FCFS、最短寻道时间优先SSTF、扫描SCAN算法

9.文件的逻辑结构和物理结构
文件的逻辑结构（文件组织）：从用户观点出发所观察到的文件组织形式，是用户可以直接处理的数据及其结构，它独立于物理特性。
顺序文件、索引文件、索引顺序文件
文件的物理结构（文件的存储结构）是指文件在外存上的存储组织形式，用户是看不见的，文件的物理结构不但与存储介质的存储性能有关，而且还与所采取的外存分配方式有关。
顺序文件、链接文件、索引文件

索引结点
FAT技术：磁盘最大容量计算
位示图法：盘块的划分