操作系统基础复习

灌水

第一章 绪论

1.1 操作系统

操作系统的概念：控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件，是用户与计算机之间的接口。

用户与计算机之间的接口：

系统软件：

操作系统的上层为应用软件，下层为硬件。

控制和管理资源：

文件资源，I/O资源，内存资源等。

扩充机器：

操作系统的基本特征：

并发：并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生；并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔发生。

共享：指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。

两种资源共享方式：

互斥共享方式：系统中的某些资源，虽然可以提供给多个进程使用，但一个时间段内只允许一个进程访问该资源。在一段时间内只允许一个进程访问的资源称为临界资源或独占资源。

同时共享方式：系统中的某些资源，允许一个时间段内有多个进程“同时”对它进行访问。

虚拟：指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。

异步：

1.2 操作系统的发展过程

人工操作：

缺点：（1）用户独占全机。（2）CPU等待人工操作。

脱机输入/输出：

单道批处理系统：

多道批处理系统：

分时系统：

实时系统：

例题

1.3 操作系统的运行环境

1.3.1 运行机制

内核程序和应用程序（两个程序）。

内核态和用户态（两个状态）：

如何得知处于什么状态：

两个状态如何切换（3个都是由用户态转为内核态、其本质都是中断）：

a.系统调用 b.异常 c.外围设备的中断

内核态->用户态：一条修改PSW的特权指令。

特权指令和非特权指令（两个指令）：

1.3.2 中断的分类

外中断称为“中断”，内中断称为“异常”。

以下为“异常”：

故障：

除数为0的故障：

页故障：

陷阱（类似DEBUG）：

终止：

1.3.3 系统调用概念

系统调用过程：

1.4 操作系统的设计

微内核OS结构：

微内核OS结构的功能：

例题

和I/O、处理机、文件等资源相关的操作一定是与内核态有关

1.5 操作系统的启动

1.6 虚拟机

第二章 进程管理

2.1 进程的概念和特征

进程的概念：进程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。

程序并发的特征：（1）间断性（2）失去封闭性（3）不可再现性

进程的特征：

（1）结构特征：程序段、数据段、PCB三部分组成了进程实体

PCB是进程存在的唯一标志：

（2）动态性

动态性表现在：“它由创建而产生，由调度而执行，由撤销而消亡”。进程实体有一定的生命期，而程序则只是一组有序指令的集合，并存放于某种介质上，其本身并不具有运动的含义，因而是静态的。

（3）并发性

指多个进程同存于内存中，且能在一段时间内同时运行。程序（没有建立PCB）是不能并发执行的。并发是多个进程轮换交替执行，而并行是同时执行。

（4）独立性

（5）异步性

2.1.1 进程控制块的组织方式

2.1.2 进程和程序的关系

2.2 进程的状态和切换

创建：

就绪：

执行：

阻塞：

终止：

2.2.1 进程的切换

例题

读磁盘完成：表明进程所等待的磁盘资源已获得，因此需要从阻塞状态变为就绪状态，选A

D

2.3 进程控制

进程图：父进程可以创建子进程，子进程也可创建其子进程

进程控制原语：

进程创建：

进程终止：

正常结束、外界干预、异常终止

终止过程

进程阻塞：

阻塞过程：

进程唤醒：

进程挂起：

进程从内存到磁盘

进程挂起过程：

进程激活：

例题

用户登陆成功和启动程序执行需要用到PCB而设备分配需要设备分配表，因此选C

B

D

C

A

2.4 进程同步

资源竞争出现的问题：

临界区：

2.4.1 软件实现

单标志法：

双标志检查：

前检查：

后检查：

peterson：

2.4.2 硬件实现

中断

TestAndSet

Swap

2.5 进程同步机制

P操作：资源用一个则资源数减一

V操作：资源释放一个则资源数加一

整型信号量：

记录型信号量：

互斥信号量

2.5.1 前驱等待

例题

C

用PV操作不是用信号量

A

2.6 管程机制

为什么需要管程：

管程的定义：

管程的组成：

管程类似于JAVA中的setter和getter方法，只能通过这些方法去操作和使用资源：

防止A进程只需A资源不需B或C资源，但因得不到满足而阻塞，管程引入了条件变量（一个资源一个条件变量）

阻塞时：

管程的特性：

2.6.1 管程与进程对比

设置进程的目的在于实现系统的并发性，而管程的设置则是解决共享资源的互斥使用问题

例题

管程中的signal操作为唤醒进程，若没有阻塞进程则无事发生；而进程的V操作无论有没有阻塞进程都会使信号量加1（s=s+1）

2.7 锁机制

概述：

锁的本质；

2.7.1 锁的分类

重量级锁（悲观锁）：获取不到锁就马上进入阻塞状态的锁，我们称之为重量级锁。

自适应自选锁：能够根据线程最近获得锁的状态来调整循环次数的自旋锁，我们称之为自适应自旋锁。

轻量级锁（乐观锁）：

偏向锁（超乐观锁）：

乐观锁和悲观锁：

互斥锁：

perterson锁：

Barkey锁（轮询）：

2.8 进程通信

2.8.1 通信的方式

共享内存：

消息队列：

1） 直接通信方式（socket编程）

2） 间接通信方式

3） 管道

半双工：同一时刻只能读或写

例题

C

2.9 线程与进程

线程的引入：

线程的状态参数：

2.9.1 进程与线程的区别

2.9.2 线程的实现

用户级线程：

内核支持线程：

一对一模型：

多对多模型：

例题

A：用户级线程不需要；B：反了；C：正确；D：进程拥有，线程调度

B

D

D；凡是进程内某一线程拥有的其他线程不能共享

第三章 处理机管理

3.1 调度的层次

高级调度（作业调度）：

中级调度（内存调度或交换调度）：

低级调度（进程调度）：

三种调度算法的关系和比较：

3.1.1 调度的方式

非抢占式优先权调度算法：

抢占式优先权调度算法：

3.1.2 调度的时机

3.1.3 调度的实现方式

根据等待事件的不同放入不同的阻塞队列中（二级调度）

三级调度

3.2 调度的准则

周转时间：

带权周转时间：

平均周转时间：

3.3 调度算法

3.3.1 先来先服务

会画表格

3.3.2 短作业优先

注意到达时间

3.3.3 优先级

3.3.4 高响应比优先

响应比=（等待时间+服务时间）/服务时间或周转时间/服务时间

3.3.5 时间片轮转

3.3.6 多级反馈队列

设置优先级逐渐降低的多个就绪队列

3.3.7 总结

3.4 进程调度的上下文切换机制

3.4.1 发生进程上下文切换的场景

发生进程调度会引起进程上下文切换

3.4.2 饥饿现象

当优先级固定在某一个标准时会出现饥饿现象。

例题

B

B

B

D

B

A

A

D

C

P2：15+24

P3：1+24+18+36

P1：1+24+36+30+12

（P1+P2+P3）/3=C

算出周转时间和带权周转时间

3.5 死锁的概念和性质

3.5.1 死锁产生的必要条件

3.6 死锁的处理策略

3.6.1 死锁预防

破坏请求保持条件

破坏不可抢占

破坏循环等待

给资源按顺序标号，只有获得了1号资源后才能获得2号资源，以此类推

3.6.2 安全状态

3.6.3 死锁避免

银行家算法

预分配过程：

安全性算法：

3.6.4 死锁检测

指出分配，指向请求

给某个节点全部资源后将其请求边和分配边删掉，据此所有结点没边了则说明无死锁。

3.6.5 死锁解除

例题

B

B

B

死锁预防会限制用户申请资源的顺序；B

B

不是，还剩有资源

第四章 内存管理

4.1 内存的基础知识

4.2 内存管理的基本概念

逻辑地址（LA）：

物理地址（PA）：

内存映射：

4.2.1 内存保护

上下限寄存器：进程在申请资源时会检查资源是否在内存的上下限中，若不在则会抛出内存越界错误。

基址 限长寄存器：

4.2.2 内存分配和回收

内存会被分为很多区域：

4.3 程序的运行过程

4.3.1 程序的运行过程

4.3.2 链接方式

1. 静态链接

1. 装入时动态链接

1. 运行时动态链接

4.3.3 装入方式

1. 绝对装入方式

绝对装入只适用于单道程序环境。

程序中使用的绝对地址，可在编译或汇编时给出，也可由程序员赋予。通常情况下都是编译或汇编时再转换为绝对地址。

1. 可重定位装入（静态重定位）

静态重定位的特点是在一个作业装入内存时，必须分配其要求的全部内存空间，如果没有足够的内存，就不能装入该作业。

作业一旦进入内存后，在运行期间就不能再移动，也不能再申请内存空间。

1. 动态运行时装入

例题

D

B

编译形成逻辑地址、装载形成物理地址

寄存器（硬件机构）给出个上下界，以保证进程空间不被非法访问。

4.4 连续内存管理方式（静态）

4.4.1 连续分配方式

内外碎片：

4.4.2 单一分配方式

4.4.3 固定分区分配

4.5 动态分区分配方式

按需分配

4.5.1 动态分区分配算法

有外无内，有内无外

4.5.2 首次适应算法

4.5.3 循环首次适应算法

与首次适应算法差别为：分配空间从上一次分配的地址开始分

4.5.4 最佳适应算法

会存在大量的外部碎片

4.5.5 最坏适应算法

与最佳适应算法相反

(PS：释放的顺序？）

4.5.6 回收内存

例题

4.6 基本分页内存管理方式

进程进行分页，内存空间进行分块

实现将连续的页分到不连续的块中

4.6.1 分页逻辑地址结构

页面大小类比xy轴，页面个数类比z轴，好比一本书

由地址得页号和位移量

4.6.2 如何映射到内存块中

每一个进程对应一张页表；页表信息常驻内存；页表内的每一项其长度是相同的

页表的本质是一个大数组，页号是数组下标，页表项是数组元素，其大小是块号。

4.6.3 地址转化过程

地址的变换过程：

从这个过程中，可以看到，处理器每访问一个再内存中的操作数，就要访问两次内存：

第一次用来查找页表将操作数的逻辑地址变换为物理地址；

第二次完成真正的读写操作。

例题

4.6.4 具有快表的地址转化过程

将一些常用的页表（页号和块号）放入CPU中，避免访存（因为页表在CPU中）

4.7 基本分段内存管理方式

4.7.1 分段的地址结构

4.7.2 段表

4.7.3 地址变化过程

4.7.4 分段与分页的区别

4.7.5 例题

B

4.8 虚拟存储器的基本概念

4.9 请求分页存储管理

4.9.1 请求分页中的页表机制

4.9.2 缺页中断

缺页中断与一般中断的区别

4.10 页面置换算法

4.11 页面分配和调入