浙师大2022操作系统期末知识点
浙师大2022操作系统期末知识点
- 概论
-
- 操作系统的概念
- 配置操作系统的目的
- 发展阶段和各个阶段的特点区别
-
- 手工操作系统
- 脱机输入输出系统
- 批处理系统
-
- 单道批处理系统
- 多道批处理系统
- 分时系统
- 实时系统
- 通用操作系统
- 网络操作系统
- 分布式操作系统
-
- 分布式和网络式的区别
- 操作系统的特征
-
- 并发
- 共享
- 虚拟
-
- 虚拟处理机技术
- 虚拟内存
- 虚拟设备
- 异步
- 进程管理
-
- 进程的组成
- 前驱图
- 进程的管理
- 处理机的状态分为系统态和用户态
- 原语的概念、原子性、临界区
-
- 原语
- 临界区
- 信号量
- PV原语大体
- 死锁
-
- 原因（2点）
- 必要条件（4点）
- 死锁定理
- 处理机调度
-
- 三级调度
-
- 作业调度
- 交换调度
- 进程调度
- 调度算法（作业、进程）
-
- 先来先服务
- 短者优先
- 高响应比
- 优先权高者优先
- 时间片轮转
- 多级反馈队列
-
- 周转时间、带权周转时间
- 存储管理（内存管理）
-
- 逻辑地址和物理地址
-
- 逻辑地址
- 物理地址
- 逻辑地址和物理地址的转化
- 一次装入全部进程
-
- 内存分区划分方法
-
- 分区的划分固定
- 分区的划分可变（算法）
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- 首次适应算法
- 最佳适应算法
- 最坏适应算法
- 覆盖与交换原理（如何实现不用一次性装入全部进程）
-
- 覆盖
- 交换
-
- 覆盖与交换区别
- 分页分段段页
-
- 页面置换算法
-
- 先进先出置换算法
- 最佳置换算法
- 最近最久未使用置换算法
- 局部性原理
-
- 时间局部性
- 空间局部性
- 虚拟存储器
- 设备管理（外存等设备管理）
-
- 磁带、磁盘存储的特点
-
- 磁带
- 磁盘
- I/O系统中信息传输的控制方式
-
- 程序直接控制方式
- 中断控制方式
- 直接存储器控制方式（DMA）
- 通道控制方式
- 中断的处理过程
-
- 测试中断信号
- 保护现场
- 执行中断处理程序
- 中断处理
- 回复现场并退出中断
- 引入缓冲的目的
-
- 缓冲类型
-
- 单缓冲
- 双缓冲
- 多缓冲
- 缓冲池
- 设备独立性（无关性）
- 设备分配算法的数据结构
-
- 请求优先服务算法
- 优先级高者优先算法
- 移臂调度
-
- 先来先服务
- 最短寻道
- 电梯
- 文件系统
-
- 解决文件重名的方法——二级以上目录
- 解决文件别名的方法——树形目录
- 文件系统的关键问题——按名存取
- 文件共享的方法
-
- 绕道法
- 链接法
- 基本文件目录表BFD
- 文件的保护和保密
- 保护
- 保密
- 如何保密和保护？
-
- 存取控制技术
-
- 存取关系矩阵
- 存取控制表
- 口令
- 加密
- 操作系统用户界面
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- 作业的概念和组成
- Spolling系统的工作原理和特点
- 操作系统提供的接口
-
- 命令接口
- 程序接口
- 图形接口
- 系统调用的处理过程
概论
操作系统的概念
是裸机上的第一层软件
配置操作系统的目的
1、提供用户与计算机之间的接口
2、控制管理计算机软件硬件资源
3、组织计算机系统工作流程
发展阶段和各个阶段的特点区别
手工操作系统
使用纸带卡片
脱机输入输出系统
还是手工，利用纸带和卡片，增加外围机
批处理系统
单道批处理系统
单道性、顺序性、自动性
多道批处理系统
多道性，无序性，调度性
分时系统
多路性，独立性，及时性，交互性
实时系统
实时控制系统、实时信息处理系统
及时性，交互性，独立性，高可靠性
通用操作系统
兼有多道批处理分时实时里面的两种以上的系统
网络操作系统
网络通信、资源管理、网络管理、网络服务
分布式操作系统
分布性、并行性、透明性、共享性
分布式和网络式的区别
1、系统的配置不同。网络操作系统各个本机的操作系统可以不同，通过网络协议管理；分布式操作系统各个节点的系统必须相同。
2、资源的访问方式不同。网络操作系统需要提供资源的位置和类型，且本地和异地资源区别对待；分布式操作系统，所有资源统一管理。
3、管理控制方式不同。网络操作系统功能集中在服务器；分布式操作系统功能分散在各个节点。
操作系统的特征
并发
共享
虚拟
虚拟处理机技术
分时系统
虚拟内存
覆盖和交换技术
虚拟设备
spooling
异步
进程管理
进程的组成
PCB、程序段、数据段
前驱图
指出来的时V操作，指进去的是P操作
进程的管理
外加静止就绪和静止阻塞（由于内存放不下了）
处理机的状态分为系统态和用户态
原语的概念、原子性、临界区
原语
具有原子性特定功能的，不可被中断的指令集和
临界区
忙则等待，让权等待，有限等待
信号量
一种特殊变量，表示资源使用情况
PV原语大体
见笔记
死锁
由多进程因为争夺资源而造成的一种僵局现象，若无外力作用，则将一直无法推进。
原因（2点）
竞争资源
进程推进顺序非法
必要条件（4点）
互斥访问
请求和保持
不可剥夺
循环等待
死锁定理
预防：破坏必要条件
避免：使用合理的调度（通过银行家算法等方法，银行家算法见笔记）
检测：死锁定理，资源分配图，已经指出去的不能被获得，逐级简化，如果能完全简化则无死锁
解除：剥夺资源，撤销进程
处理机调度
三级调度
作业调度
高级调度，指把作业变成进程插入就绪队列
交换调度
中级调度，进程的挂起和激活
进程调度
同上进程的管理
调度算法（作业、进程）
先来先服务
略
短者优先
非抢占式
高响应比
相应比=（等待时间+运行时间）/运行时间，故必然大于等于1，响应比大的先，每完成一个作业重新计算一次
优先权高者优先
略
时间片轮转
采用循环队列，小心有坑
多级反馈队列
设置多个队列，时间片从小到大，优先级从低到高，每次运行如果时间片正常用完还没结束则进入下一级队列。可抢占，如果被抢占时时间片没用完，则中断，下一次时间片从新计时
周转时间、带权周转时间
周转时间=完成时间-提交时间
带权周转时间=周转时间/运行时间
存储管理（内存管理）
逻辑地址和物理地址
逻辑地址
首地址为0，面向用户
物理地址
内存分为若干的存储单元，面向操作系统
逻辑地址和物理地址的转化
静态重定位：全部装入，装入不变
动态重定位：使用重定位寄存器，用到哪装入哪，且不同模块可不相邻，但是每个模块需要重定位寄存器
一次装入全部进程
当每一次都把进程全部装入内存时，有如下概念：
内存分区划分方法
分区大小相等
分区大小不等
分区的划分固定
两个寄存器：上限寄存器，下限寄存器
分区的划分可变（算法）
需要两个表：空闲分区表、已分配分区表
首次适应算法
空闲分区表按地址从低到高排列，从表头找第一个能塞得下的塞进去
最佳适应算法
空闲分区表按大小从小到大排列，从表头找第一个能塞得下的塞进去
最坏适应算法
空闲分区表按大大从小到小排列，从表头找第一个能塞得下的塞进去
覆盖与交换原理（如何实现不用一次性装入全部进程）
覆盖
一个固定区+n个覆盖区，不可能被同时使用的程序作为一个段，共享一个覆盖区，覆盖区的大小和段内最大内存一致
交换
用到换进去，用不到换出来
1、整体交换（进程交换）
2、部分交换（段、页交换）
覆盖与交换区别
1、覆盖发生在进程内，交换还可以发生在进程间
2、覆盖只能发生在一个程序内，交换可以发生在程序间
3、覆盖对用户不透明，交换透明。
分页分段段页
见笔记
分页：一维，访问两次内存
分段：二维，访问两次内存
段页：二维，访问三次内存
页面置换算法
先进先出置换算法
顾名思义
最佳置换算法
从访问顺序表访问到的当前位置，从前往后找，淘汰已存在在物理块（内存）中的页面中，最后一个被找到的那个页面。
最近最久未使用置换算法
从访问顺序表访问到的当前位置，从后往前找，淘汰已存在在物理块（内存）中的页面中，最后一个被找到的那个页面。
局部性原理
时间局部性
刚访问过的可能再次被访问
空间局部性
刚访问过的附近的可能马上被访问
虚拟存储器
离散性、多次性（最主要）、对换性、虚拟性
使用分页式、分段式、段页式方法实现
设备管理（外存等设备管理）
磁带、磁盘存储的特点
磁带
顺序存取，前面的被存取访问了才能存取访问后面的
磁盘
直接存取
I/O系统中信息传输的控制方式
程序直接控制方式
一个I/O操作没有完成，就控制程序一直检测该设备的状态，直到完成才进行下一个I/O操作
中断控制方式
直接存储器控制方式（DMA）
通道控制方式
中断的处理过程
测试中断信号
运行完每一道指令后，都检验一次是否有中断信号有则中断。
保护现场
记录中断时进程的环境。
执行中断处理程序
检测并确定中断源，并向中断源发送OK
中断处理
处理中断
回复现场并退出中断
恢复之前记录的现场状态
引入缓冲的目的
1、CPU很快，但是I/O设备很慢
2、减少对CPU的中断频率
3、提高CPU和I/O设备的并行性
缓冲类型
单缓冲
只设置一个缓冲区，且缓冲区只能放一块数据，CPU和I/O设备互斥串行的访问缓冲区，当缓冲区满了就必须等待。适合单向的少量的数据传输。
双缓冲
设置两个缓冲区，且一个缓冲区只能放一块数据，一共两块，循环使用，CPU和I/O设备互斥串行的访问每一个缓冲区，当缓冲区满了就必须等待。适合双向传输，一个输入一个输出，但要求两者速度差不多且数据量小。
多缓冲
设置多个缓冲区，通过指针连接成一个循环缓冲区，其中还需要两个专门指向第一个能写的缓冲区的指针in和指向第一个用于读的缓冲区的指针out，CPU和I/O设备互斥串行的访问每一个缓冲区，当缓冲区满了就必须等待。读写可以双向同时进行，同时速度可以不太一致，允许的数据量也更多。
缓冲池
有多个缓冲区组成，每个缓冲区有特定职责，且缓冲池可以由多个进程访问。
有以下几种类型：
hin：收容输入数据
sin：提取输入数据
hout：收容输出数据
sout：提取输出数据
相同类型的缓冲区链接成三个队列，输出队列，输入队列，空白缓冲队列
设备独立性（无关性）
用户编程时，使用逻辑用户名的方式使用设备，与实际设备无关，提高了可移植性。
设备分配算法的数据结构
设备控制表、控制器控制表、通道控制表、系统设备表
记录每台设备、控制器、通道的具体情况
请求优先服务算法
先请求的先分配
优先级高者优先算法
优先级高的先分配
移臂调度
先来先服务
直接按照请求次序访问
最短寻道
先访问离现在最近的
电梯
按当前访问方向移动到磁盘尽头，再反向移动到另一个尽头
文件系统
解决文件重名的方法——二级以上目录
解决文件别名的方法——树形目录
文件系统的关键问题——按名存取
文件共享的方法
绕道法
一直回溯到和要找的文件的路径中重合的那个文件夹，再向下找
链接法
链接法是将一个目录中的链指针直接指向共享文件的目录项。
基本文件目录表BFD
文件目录分解为基本目录和符号目录，只要在不同文件符号目录中使用相同文件内部标识符，就可实现文件的共享。
文件的保护和保密
保护
防止文件被破坏
保密
防止文件内容被窃取
如何保密和保护？
1、存取控制技术（最主要）
2、系统容错技术
3、数据备份技术
存取控制技术
对拥有权限的人，可以对文件操作；没有权限的不能操作；防止伪装权限进行操作；防止误操作；
三步：1、审定用户权限 2、比较权限和本次操作的权限是否一致 3、比较存取需求和保密性是否有冲突
存取关系矩阵
利用二维矩阵描述权限，每一行对应一个文件的一种权限，每一列是拥有该行权限的用户的用户名。
存取控制表
每个文件一个表，记录不同用户具有的不同权限信息
口令
1）系统访问：用户进入系统输入口令，如果和以前保存的一致，就允许进入系统（感觉很像开机密码）
2）文件存取：为用户取得权限设置，口令正确才可以访问
加密
设置密码
实际上操作系统一般同时使用好几个方法
操作系统用户界面
作业的概念和组成
是用户提交给计算机进行加工的一个任务，由用户程序、数据和作业说明书三部分组成。
作业由程序、数据和作业说明书组成。
Spolling系统的工作原理和特点
工作原理：
利用高速的磁盘，模拟低速的字符设备，缩短进程在内存中驻留的时间。用一道程序模拟外低速输入输出的外围机，将低速输入I/O设备的数据传输到高速的磁盘；另一道程序将输出数据从磁盘传输到低速的I/O设备上。
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
操作系统提供的接口
命令接口
程序接口
图形接口
系统调用的处理过程
采用访管方式来实现。
通过产生一个访管中断，使处理机由目态转为管态。
当中央处理器处于目态时不允许执行特权指令；而处于管态时可这些包括特权指令在内的一切机器指令