计算机操作系统原理分析期末复习

一、理解与识记

1. 三种基本的OS类型及各自的特点： 批处理系统（内存同时存放几个作业。优点：资源利用率高、作业吞吐量大、系统开销小；缺点：用户无交互性、作业平均周转时间长）、分时系统（时间片技术。同时性、独立性、及时性、交互性）、实时系统（短时间内完成处理。高及时性、高可靠性、稍弱的交互性）

2. 时间片的理解：分时系统的关键是采用了分时技术，把主计算机处理器工作时间分成一些很短的时间片，就是允许用户连续运行的最长时间。

3. OS提供给程序员的接口：程序接口

4. OS基本特征：并发性、共享性、虚拟性、异步性

5. OS基本职能：管理处理机、管理存储器（内存分配、内存保护、地址映射、内存扩充（虚拟存储器））、管理设备、管理文件、管理用户接口及作业（作业的调度、作业控制）。

6. OS为用户提供的三种接口：命令接口（外部命令、内部命令），程序接口，图形接口

7. 作业的定义：在批处理系统中，要求计算机处理的一个问题称为一个作业。所谓作业，就是用户在一次运算过程中，或者一次事务处理中所要求计算机所做的全部工作。

8. 管态和目态的理解：处理器的工作模式相应的分为管态：管态指操作系统的管理程序在执行时CPU所处的状态（核心态）、目态：目态指用户程序在执行CPU所处的状态称为目态（用户态）。从目态到管态唯一途径是中断。管态到目态是修改程序状态字。

9. 作业三种调度算法各自特点：先来先服务算法（FCFS：是应用得最广泛的调度算法，它可以用于进程的调度、交换调度、设备调度等。基本思想：按作业提交时间的先后顺序或者统一按进入后备队列的先后顺序，调度室选择在最先提交或者最先到达后备队列的作业。特点：公平合理，算法简单容易实现，服务质量欠佳；此算法对长作业有利，不利于短作业。）短作业优先算法（SJF：针对短作业优先的算法，基本思想：每个作业都要求给定其运行所需的处理器时间，调度选择是选择一个拥有最短处理器时间的作业。特点：算法思想简单，实现困难；拥有最小平均周转时间；吞吐量大；存在饥饿现象）高响应比优先算法：（HRN：基本思想：给每个作业定义一个响应比，调度时先计算后备队列种个作业的响应比，选择具有最大项硬币的一个作业。HRN算法综合了FCFS算法和SJF算法）
   

10. 进程、线程的定义：==进程是由PCB、程序段、数据构成。==进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。线程：把进程细化成若干个可以独立运行的实体，每一个实体称为一个线程。（引入现成的目的：实现进程内部的并发执行，提高并行程度。减少处理器切换带来的开销。简化进程通信方式。）

11. 进程的特征：动态性、并发性、独立性、结构性、异步性。

12. 进程和线程的区别：同一进程的线程之间共享该进程的地址空间。线程与进程的根本区别是：线程是处理器分配调度的基本单位，进程是其他资源（除处理器之外）分配的基本单位。进程的地址空间是私有的，进程之间在处理器切换时现场的保护/恢复的开销比较大，同一进程的线程之间在处理器切换时现场的保护/恢复的开销比较小。与进程一样，线程具有动态性，每一个线程都有生命周期。具有一个从创建、运行到消亡的过程；线程也具有并发性，多个线程可以并发执行；线程也有3个基本态：运行、就绪和阻塞；具有相互制约关系的线程之间也需要同步、互斥控制。

13. PCB的定义：进程具有固定的结构形式，这就是进程的结构性特征。操作系统把描述、管理和控制进程所涉及的数据结构称为进程控制块（PCB）。创建一个进程就是为其建立一个PCB，进程状态的转换就是通过修改PCB中的状态的值实现的。在PCB中还描述了进程使用资源的情况等。进程运行完成后，PCB备收回，进程结束。所以，PCB是进程存在的标识，操作系统通过PCB管理、控制进程。PCB的作用：标识进程的存在；为系统提供可并发执行的独立单位；为系统控制和管理提供所需的一切信息。

14. 临界区的使用规则：空闲让进（无进程处于临界区时，若由进程要求进入临界区应立即允许进入）；忙则等待（当已有进程进入临界区时，其他试图进入各自临界区的进程必须等待，以保证主进程互斥地进入临界区）；有限等待（有若干进程要求进入临界区时，应有限时间内使一进程进入临界区，即他们不应相互等待而谁都不进入临界区）；让权等待（对于等待进入临界区的进程必须释放其占有的CPU）

15. 进程三种基本状态以及这些状态之间转换的条件：运行状态、就绪状态、阻塞状态。禁止就绪（外存）（激活）–》活动就绪（内存）（挂起）–》禁止就绪。

16. 进程挂起、激活、阻塞原语：（进程控制原语（原语：一个特殊的程序段称为原语，这个特殊程序段的执行具有原子性，也就是这段程序的所有指令，要么全部执行，要么全部不执行。原语的主要作用是保证系统运行的一致性。）：进程控制就是实现对进程状态的转换，这种转换是通过一组原语来实现的。进程控制原语主要有创建、撤销、阻塞、唤醒、切换（激活）等。）Suspend、active、blocked

17. 各种进程调度算法的基本思想：先来先服务算法（FCFS：按照进入就绪队列的先后顺序，调度时选择最先进入就绪队列的进程，这种调度算法称为先来先服务算法（非抢占方式））；短进程优先算法（SJF：短进程优先算法总是选择需要占用处理器时间最小的进程，即短进程，让它占用处理器运行（非抢占方式））；时间片轮转算法（RR：就绪队列按照先进先出（FIFO）方式组织；调度时选择一个进程并分配一个时间片；选中的进程在规定的时间片内运行）；优先级算法（Priority：对每个进程给予一个优先数，调度时选择优先级最高的进程。）

18. 预防死锁的各种方法的理解：预防死锁的方法主要是通过破坏死锁的四个必要条件（互斥条件：互斥条件是指在这组进程中，每一个进程至少与同组的另一个进程共享一类临界资源，为保证进程对资源使用的正确性，共享同一临界资源的进程必须互斥执行；不剥夺条件：不剥夺条件是指一个进程在申请资源得不到满足时，他不能执行其他进程的资源归还操作；请求与保持条件（死锁预防有两种基本方法：静态分配（对于一个进程，其运行所需要的全部资源，要在他开始之间就一次性的提出申请，系统在全部满足的情况下才实施分配，如果其中有一个资源不能满足，这次申请的资源全都不分配。对所有资源都适用，但是方法实现困难，而且降低了资源的利用率）和资源暂时释放（进程在申请新资源得不到满足而阻塞时，对已经得到的资源全部归还，归还的资源将来要重新再申请。不具有一般性，同时还造成进程反复申请、归还不稳定的状态。）。）：是指进程在申请新资源得不到满足而阻塞时，对原来申请已经分配得到的资源仍然保持着；环路等待条件：是指如果一组进程处于死锁，可以对这组进程进行适当排列后得到一个循环等待的环路。）之一来实现的。（除了互斥条件以外的其中之一。）死锁的定义：死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。死锁产生的根本原因：死锁产生的根本原因是系统拥有的资源数量小于各进程对资源的需求总数。死锁解决方法有：预防、避免、检测与恢复三种。==死锁预防：==含义：在资源分配上采取一些限制措施，来破坏死锁产生的除了互斥以外的其余三个必要条件之一。（由于大多数的临界资源无法像使用打印机那样采取虚拟技术，因此“互斥条件”原则上不能被破坏。也就是说，不能通过破坏“互斥条件”实现死锁的预防。）死锁预防也不能通过破坏“不剥夺条件”来实现。单请求方式是指进程必须把之前已经申请到的资源全部归还后，才能申请新资源。死锁恢复：当死锁检测程序发现存在进程死锁时，采取措施进行死锁的接触，这个过程称为死锁恢复。死锁恢复的措施主要有以下几种：（剥夺资源，撤销进程，重新启动系统。）

19. 信号量机制的物理含义：信号量机制不仅可以实现进程的互斥关系，还可以实现进程的同步关系。当S≥0时，表示某类可用资源的数目，或者说表示可以申请资源而不会被阻塞的进程的数目。当S＜0时，其绝对值表示信号量S的阻塞队列Q中的进程数。

20. OS内核的组成及特点：组成：与硬件密切相关的操作；关键数据结构；基本中断处理程序；使用频繁的功能模块。特点:常驻内存；运行在核心态（管态）。

21. 覆盖、进程同步的定义：覆盖：一个作业的若干程序段，或者几个作业的某些部分共享一个存储空间。进程同步的定义：我们把用于控制并发进程的互斥、同步关系，保证他们能够正确执行的方法称为进程同步控制。在一组并发进程中，如果每个进程至少与同组中另外一个进程存在单向或者相互依赖关系，则称这组进程具有同步关系，简称进程同步。常用的进程同步机制有加锁机制，标志位机制，信号量机制和管程机制。

22. 地址重定位的定义：把虚拟地址转换为物理地址的过程。

23. 存储管理中分页和分段的区别：存储空间的分配单位粒度（在分页存储管理中以页为单位分配内存空间，页由硬件虚拟地址结构决定，页长度是固定的；在分段存储管理中，以段为单位分配内存空间，段由程序员的程序设计决定，段之间的长度往往不相等。）；虚拟地址空间的维数（在分页存储管理中，虚拟地址空间是一维的；在分段存储管理中，虚拟地址空间是二维的。）；内存分配（分页存储管理中吧内存空间看成有一组大小相等的块组成；分段存储管理则采用动态分区。）；碎片（在分页存储管理中，每个进程的最后一个页可能不足一个块的长度，按页分配内存块时，存在内碎片；分段存储管理则采用动态分区，随着分配和回收的不断进行，可能存在很小的空闲区，造成外碎片。）

24. 抖动现象产生的原因：在一段较短的时间范围内，集中在少数的几个页之间，系统频繁地进行调入和调出操作。

25. 虚拟存储管理的理论基础：程序的局部性原理。

26. 理解各种分区管理：是一类存储单元连续分配的管理方法。一个进程占用一个存储区域，一个存储区域也只分配给一个进程。分区管理又有三种实现方法：单一连续分区：（操作系统启动后占用系统区，整个用户区，一次只能装入一道用户程序，只有在用户区中的程序运行完成后，才能装入下一道程序。），固定分区：（操作系统启动时，根据事先的设置，把用户区分成若干个存储区域，每个区域称为一个分区，各个分区的长度可以不相等；启动成功后，分区的个数和每个分区的长度不再改变；程序装入时，一个分区只能分配一道程序，一道程序也只能占用一个分区，这种分配方式也称为连续分区），可变分区：（在作业要求装入内存时，根据用户作业的大小和当时内存空间使用情况决定是否为改作业分配分区）。

27. 分页式、分段式、段页式管理的基本思想：分页管理（内存分块；进程分页；非连续分配）；分段管理（程序“分段”；内存动态分区；非连续存储分配；内、外存统一管理实现虚拟）；段页式管理（内存分块；程序分快；段分页；非连续分配；实现虚拟存储器）。

28. 虚拟设备的定义：虚拟设备通过虚拟技术将一台独占设备虚拟成多台逻辑设备，工多个进程同时使用，通常把这种经过虚拟的设备称为虚拟设备。

29. 设备独立性的定义：用户或程序中使用的设备与具体的物理设备无关，用户或程序只用的是逻辑设备，当进程运行时，由操作系统子啊逻辑设备与物理设备之间建立连接，即设备的分配。把这种设备使用方法的特点称为设备独立性。

30. 中断的定义：指某一个事件的出现，要求处理器暂停当前进程的运行，而转向处理出现的事件，处理器在完成该事件的处理后。才能继续运行原来的进程。中断是实现处理器与设备及设备与设备并行的核心技术。

31. 设备驱动程序的定义：又称设备处理程序，是驱动外部设备和相应的控制器等，使其直接和内存进行I/O操作的子程序的集合。

32. FCFS、SSTF、SCAN、CSCAN四种磁盘调度算法的基本思想及优缺点：参考教材P282-P285。先来先服务（FCFS：思想：按I/O操作请求提出的时间先后顺序，调度时选择最先提出的一个I/O操作请求。FCFS移臂调度算法容易实现，具有公平性，但由于进程I/O操作请求所在的柱面具有很大的不确定性，可能导致频繁的改变磁头方向。）；最短寻道时间优先（SSTF算法的思想：按照各请求所在的柱面，调度时选择距离当前磁头最近柱面的一个操作请求。SSTF移臂算法侧重于减少磁头移动的距离，但是，存在与最短作业调度算法类似的饥饿现象。）；扫描（SCAN算法：磁头从着陆区启动后，从内向外方向扫描移动，在达到最外层柱面后，改变方向从外向内扫描移动；在扫描移动过程中总是选择当前磁头方向上距离最近柱面的操作，为其服务。可以减少磁头改变方向的次数，但是也因此造成磁头的空移动。）；循环扫描（C-SCAN：磁头从着陆区启动后，从内向外方向扫描移动，在扫描移动过程中。优先选择距离当前磁头方向上最近柱面的 I/0操作并处理，在到达最外层柱面后，改变方向并快速到最内柱面，再内向外扫描移动，如此反复循环。C-SCAN移臂调度算法县有更好的公平性。）

33. 设备管理的主要功能：设备的数据传输控制；缓冲技术；设备分配；磁盘驱动调度。

34. DMA控制方式的基本思想：DMA 方式也称直接存储器存取方式，是通过硬件即 DMA 控制器，实现存储器与设备、设备与设备之间的数据传输，不需要处理器的参与，可以实现大批量数据的快速传输，通常用于像磁盘、图形显示等的数据传输。

35. 理解缓冲技术（包括定义和目的）：定义：在设备的 1/0操作过程中，利用一种存储部件或其中的部分（如内存的一个区域)，暂时存放要交换的数据，将来再把数据传输到目标位置，这种数据暂存的技术称为缓冲技术。目的：缓解设备和处理器之间速度不匹配的矛盾，提高系统工作的并行程度；减少1/0操作的次数；减少中断次数；提高系统的及时性，方便用户操作。

36. 设备分配的定义和过程：定义：在多道程序设计环境下，系统可能有多个进程同时访问一个设备，并且用户使用的是逻辑设备，而不是物理设备。这就需要操作系统在接收到用户的 I/0设备申请时，根据数据结构中的状态信息在逻辑设备与物理设备之间建立对应关系，这个过程称为设备分配。过程：查询SDT；查询DCT，分配设备；查询COCT，分配控制器；查询CHCT，分配通道。

37. SPOOLING系统的基本思想：利用一台可共享的、高速、大容量的快设备 (磁盘) 来模拟独占设备操作使一台独占设备变成多台可并发使用的虚拟设备。

38. 引入文件系统的目的及定义：目的：数据需要长期保存；主存储器容量较小；存储介质种类繁多；发挥数据的信息作用。定义：文件系统就是操作系统中实现对数据进行有效管理的模块。

39. 位示图的作用：管理磁盘空闲物理块

40. 设备管理的数据结构：系统设备表（SDT）；控制器控制（DCT）；设备控制表（COCT）；通道控制表 （CHCT）。

41. 文件目录和目录文件的区别：把若干文件的FCB数据的有序集合称为文件目录，文件目录是以文件的形式保存在外存储器上，这类文件称为目录文件，简称目录，或文件夹。

42. 实现目录管理的目标:目录管理的目标:实现按名存取和快速检索

43. 文件的物理结构和逻辑结构（包括类型和定义及每一类型的理解）：分类：（连续结构，链接结构，索引结构）；物理结构：文件的物理结构是指文件内容在存储介质中的存放方式。文件的物理结构也称物理文件，文件物理结构设计的目标侧重于提高存储空间的利用率。文件存取方式：顺序存取，随机存取。文件存储介质：磁盘（随机存取），磁带（顺序存取），文件I/O操作，记录成组和分解。从用户使用角度来看，文件内容的组织形式也称为文件的逻辑结构。逻辑结构：流式文件（文件内容按用户提供的数据顺序，以字符流方式组织，没有对文件内容进行结构上的划分。）；记录式文件:（以数据在逻辑上的完整性含义为单位划分文件内容，每个单位称为一个逻辑记录。）文件保护：指防止文件内容的破坏，这种破坏指存储介质的物理损坏导致文件内容无法读取和用户的误操作造成文件内容的丢失。方法：备份和恢复。文件保密：对文件存取的控制，防止文件的非法访问。方法：存取控制的主体和客体，访问控制模块，基于主体权限的存取方式。

44. 显示链接和隐式链接的区别：
    显示链接（显式链接：一个磁盘块内记录很多指针，指向文件数据块
    ）和隐式链接（隐式链接：磁盘块储存文件数据和指针，直接通过链表串起来）