软考中级软件设计师笔记第二章计算机操作系统

一.本章知识点框架即分数分布

1.知识框架

2.分数分布( 上午题6分 )

二.进程管理

本部分知识框架:

1.进程的概念

进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。它由程序块、进程控制块（PCB）和数据块三部分组成。

备注:进程是程序的一次执行过程,没有程序就没有进程。

2.进程的状态

3.进程的同步与互斥

同步:

相互合作的进程需要在某些确定点上协调它们的工作，当一个进程到达这些点后，除非另一个进程已经完成某些操作，否则就不得不停下来等待这些操作结束。这就是进程间的同步。

互斥:

在多道程序系统中，各进程可以共享各类资源，但有些资源一次只能供一个进程使用，称为临界资源。这就产生了进程间的间接制约问题——互斥。

4.PV操作

(1) 互斥模型

(2) 同步模型

生成者和消费者问题:

例子（加入PV操作解决生产者消费者问题）:

例题:

从简单的入手,收银员就一个,所以先从收银员进程入手,收营员一开始肯定需要等待购书者来付账,即b1为V操作信号量从S1开始所以第一个付账为S1,所以b1=V(S1),当收营员收了一个之后,就需要开始收下一个即b2为P操作,S1的下一个就是S2所以这里b2=P(S2),收营员进程和购书者进程其实是一对相反的操作(同步模型)即a1为P(S1),a2为V(S2)

(3) 前趋图

( 有几个进来就有几个P操作,有几个出去就有几个V操作 )

5.死锁问题

( 给进程分配最大系统资源减1,再留1个资源就不会发送死锁 )

形成死锁的四个因素和预防方法

6.银行家算法

例题:

已经分配了7(9) 7(8) 5(5)资源,还剩2(9-7) 1(8-7) 0(5-5)资源可用

计算出还需要资源数(按照银行家算法执行进程)

先是P2因为给P2分配资源,P2就执行完了,并且P2释放资源还剩4 2 1个资源(P2还剩资源数2 1 0 +已分配资源数2 1 1),后面依次类推。

三.存储管理

1.分区存储

①首次适应算法：空闲分区以地址递增的次序链接 。对于上面这个题，作业4申请内存9k，按照地址递增的情况，此时作业4会被分配到25k的空闲分区，占用9k，剩余25-9=16k。
②循环首次适应算法：与首次适应算法的区别是：不是每次都从链首开始查找，而是 从上一次找到的空闲分区的下一个空闲分区开始查找 。所以作业4申请9k，而作业2和作业3所在的空闲分区的下一个空闲分区为28k，即作业4被分配到了28k这个空闲分区，占用9k，剩余28-9=19k。
③最佳适应算法：空闲分区按其容量从小到大的顺序链接 。作业4申请9k，而当前空闲分区的容量从小到大依次为：10k、25k、28k，所以作业4被分配到10k这个空闲分区，占用9k，剩余10-9=1k。
④最差适应算法： 空闲分区按其容量从大到小的顺序链接（与最佳适应算法相反） 。作业4被分配到容量最大的空闲分区28k中，占用9k，剩余28-9=19k。

备注:分区存储内容来源于张起灵-小哥

2.页式存储组织

页式存储:将程序与内存均划分为同样大小的块，以页为单位将程序调入内存。

公式:

• 逻辑地址=页号+页内地址
• 物理地址=页帧号+页内地址

例题:

第一个问,求物理地址,由页面大小4k=2¹² 可知低12位为页内地址,由逻辑地址=5A29H可知A29为页内地址,5为页号,由页号5可知页帧号为6即物理地址=6A29H
第二个问,页面淘汰,淘汰的必须在内存中(状态位为1),即0,1,2,5,然后看访问位只有访问位为0的才可以被淘汰即淘汰页面1

3.段式存储组织

4.段页式存储组织

4.页面置换算法

• 先进先出算法

选择先进入内存的页面予以淘汰。

例题:

分析：1进来，3个物理块中都没有，所以缺页，2和3此时同理；之后4进来，物理块中没有，即缺页，会淘汰（1，2，3）最先进入内存的页面，也就是1，所以4淘汰1；之后1进来，物理块中没有，即缺页，淘汰（4，2，3）最先进入内存的，也就是2，所以1淘汰2；之后2进来，物理块中没有，即缺页，淘汰（4，1，3）最先进入内存的，也就是3，所以2淘汰3；之后5进来，物理块中没有，即缺页，淘汰（4，1，2）最先进入内存的，也就是4，所以5淘汰4；而后1和2再进来，物理块中已经有这两个页面了，所以不缺页；之后3进来，物理块中没有，即缺页，淘汰（5，1，2）最先进入内存的，也就是1，所以3淘汰1；之后4进来，物理块中没有，即缺页，淘汰（5，3，2）最先进入内存的，也就是2，所以4淘汰2；最后5进来，物理块中有，所以不缺页。这就是页面置换算法中的先进先出算法的整个过程！！！

原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_43823808/article/details/108254765

12次中有9次缺页,所以缺页率=9/12=3/4

• 最佳置换算法

选择永远不再需要的页面或者最长时间内不再使用的页面予以淘汰。

分析：页面1进来，物理块中没有，即缺页；页面2和3同理；之后页面4进来，物理块中没有，即缺页，我们看到页面后面的走向，可知页面1、2、3中最长时间内不再访问的是页面3，所以页面4淘汰页面3，之后页面1和2进来，物理块中已有，不缺页；之后页面5进来，物理块中没有，即缺页，再观察页面后面的走向，可知页面1、2、4中最长时间内不再访问的是页面4，所以页面5淘汰页面4；之后页面1和2进来，物理块中已有，不缺页；接下来页面3进来，物理块中没有，即缺页，虽然页面后面的走向中没有1、2，有5，但是考虑到页面1和2刚刚被访问，页面1访问的较早，所以这里页面3淘汰页面1；4进来与3同理，物理块中没有，即缺页，即淘汰页面2；最后5进来，物理块已有，即不缺页。这就是页面置换算法中的最佳置换算法的整个过程！！

原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_43823808/article/details/108254765

• 最近最久未使用算法

选择最近一段时间中最长时间没有被访问过的页面予以淘汰。

分析：首先页面1、2、3依次进入内存，物理块中都没有，即都会产生缺页；之后页面4进来，物理块中没有，即缺页，选择页面1、2、3这段时间中最久没有被访问过的页面，那么显然1访问的最早，所以这里页面4淘汰页面1；之后页面1进来，物理块中没有，即缺页，淘汰页面4、2、3这段时间中最久没有被访问过的页面，也就是页面2，所以页面1淘汰页面2；之后页面2进来，物理块中没有，即缺页，淘汰页面4、1、3这段时间中最久没有被访问过的页面，也就是页面3，所以页面2淘汰页面3；接下来页面5进来，物理块中没有，即缺页，淘汰页面4、1、2这段时间中最久没有被访问过的页面，也就是页面4，所以页面5淘汰页面4；之后页面1和2进来，物理块中已有，即不缺页；之后页面3进来，物理块中没有，即缺页，淘汰页面5、1、2这段时间中最久没有被访问过的页面，由于刚刚访问过1和2，所以这里应该要淘汰的是页面5；之后页面4进来，物理块中没有，即缺页，淘汰页面3、1、2这段时间中最久没有被访问过的页面，也就是页面1，所以页面4淘汰页面1；最后页面5进来，物理块中没有，即缺页，淘汰页面3、4、2这段时间中最久没有被访问过的页面，也就是页面2，所以页面5淘汰页面2。这就是页面置换算法中的最近最久未使用算法的整个过程！！！

原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_43823808/article/details/108254765

5.磁盘管理

读取磁盘数据时间计算:

例题:

找磁道时间为10msX10,旋转延迟时间为100ms+2ms,传输一个所需时间为10msX10+100ms+2ms=202ms即100块需要202msX100=20200ms

6.磁盘调度算法

四.文件管理

• 索引文件结构

例题:

这道题中，物理块号50对应逻辑块号0，物理块号67对应逻辑块号1，物理块号68对应逻辑块号2，物理块号78对应逻辑块号3，物理块号89对应逻辑块号4，这五个采取的是直接地址索引；而物理块号90和91采取的是一级间接地址索引，90→58对应的是逻辑块号5，所以逻辑块号5对应的物理块号为58。
因为题目中说每个地址项的大小为4字节，而对于一级和二级间接地址索引，每个物理块可以存1024字节的内容，所以在每个一级、二级间接地址索引中，有1024/4=256个地址项。所以在物理块号90中，存放的是从5_{260（5+256-1）；在物理块号91中，存放的就是从261}516（261+256-1），所以逻辑块号261对应的物理块号为187。
观察上图可知，101号物理块显然采取的是二级间接地址索引的方式，所以其中存放的是二级地址索引表。

原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_43823808/article/details/108254765

• 树型目录结构

• 空闲存储空间管理——位示图法

例题:

这道例题，首先物理块是从0开始编号的，系统中字长为32位（相当于一个字中包含了32个物理块），那么对于4195号物理块，实际上是第4196个物理块，那么，每个字的长度均为32位，所以4196/32=131.125，表示的是超过第131个字了，要将前131个字都填满，而当前物理块是在第132个字中描述，第一空选D。
第二空问系统应该怎么样？既然要将物理块分配给某文件，必须取值为1（1表示占用），所以排除A和C；我们再来看，前131个字所表示的物理块范围是0 ~ 131×31：0~4191，所以第132个字中，第0位置表示4192，第1位置表示4193，第2位置表示4194，第3位置表示4195，所以在第132个字的第3位置对应上了4195号物理块。所以第二空选B。

原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_43823808/article/details/108254765

五.作业管理

六.设置管理

• 数据传输控制方式

• 虚设备与SPOOLING技术

• 微内核操作系统