操作系统总结

第1章 操作系统引论

1概述

什么是操作系统

操作系统的作用：资源管理者，方便使用，虚拟机器

2 形成与发展

批处理系统：单道、多道（没有交互能力）

分时系统：分时，多道（有交互能力）

实时：响应能力更强，多道性弱

微机操作系统：Windows、Linux、手机操作系统；单用户/多用户，多道（多任务）

嵌入式操作系统，并行操作系统，分布式操作系统，网络操作系统

3操作系统四大特征（特点）

l  并发：一段时间内有多个程序在同时运行，基本特征

l  共享：另一基本特征

l  虚拟：

l  异步：

4操作系统的五大功能

进程管理，存储器管理，设备管理，文件管理（包括外存），用户接口管理（作业管理）

用户接口管理：操作系统为用户提供的使用计算机或调用操作系统程序的接口，包括操作接口和程序接口。其中操作接口又分为命令接口和图形接口，程序接口也称作“系统调用”。

第2,3章 进程管理

1进程的概念

什么是进程？

进程和程序的区别：进程是动态的、暂时的；程序是静态的、永久的；进程是程序的一次执行，程序是进程的一部分；进程间可以并发执行，程序内部只能顺序执行。

2进程的状态及转换

基本状态：就绪、阻塞、执行

其它状态：新建、结束（终止）

基本状态之间的4种转换关系：就绪-执行，执行-阻塞，执行-就绪，阻塞-就绪

其它关系：新建-就绪，执行-终止

3 PCB的组成和意义

PCB：为了能够让程序并发执行，OS在内存中建立的一组数据，用来记录控制进程的相关信息。

进程标识，进程控制信息，进程的状态，调度信息

意义：PCB是进程存在的唯一标志

4进程控制

原语：操作系统的一段代码，这些代码要么一次性全部执行，要么一点儿都不执行

进程控制时都用原语来完成，主要原语有：block，wakeup，suspend，activate

具体控制过程：新建变就绪，就绪变执行（执行进程到时、阻塞、终止，从而让出CPU），执行变阻塞（执行进程调用了block原语），阻塞变就绪（其它进程调用wakeup），执行变结束（执行进程调用了exit）

5线程

什么是线程？

线程与进程的关系：调度/分配资源，线程阻塞/进程执行，多个线程/一个进程

分类：内核级、用户级

6 同步与互斥的基本概念、同步机制

临界资源，临界区，进入区，退出区

什么是同步机制：能够实现进程之间的同步或互斥功能的手段，即进入区和退出区的实现方式

同步机制遵守的准则：空闲让进，忙则等待，有限等待，让权等待

同步机制的实现手段：记录型信号量（信号量结构体，wait操作，signal操作）

7 信号量机制的应用：

利用记录型信号量解决简单的同步或互斥问题：进程互斥问题，哲学家问题，前趋图基础上的进程同步问题

*一般的进程同步问题

8进程通信

分类：共享内存（共享数据结构，共享内存区），管道（有名管道，无名管道），消息传递（直接传递，间接传递）

9调度

调度的种类：进程调度，作业调度，置换

调度的模型：只有进程调度，进程调度和作业调度组合，三种调度组合，进程调度和置换组合

*调度算法：FCFS、SJF、RR(时间片轮转)、优先权（计算若干个进程的两种调度方式下平均周转时间和平均带权周转时间）、多级反馈队列调度（Unix系统的调度方式）

10死锁

什么是死锁，产生的原因：竞争资源，执行顺序不当

必要条件：互斥，不剥夺，请求并保持，环路等待

解决办法：预防，避免，检测和解除

预防：摒弃请求和保持条件，摒弃不剥夺条件，摒弃环路等待条件

*避免：银行家算法（含安全性算法）：要求在多个进程、多种资源环境下判断安全性以及提出资源请求时是否分配资源。

第4章 存储器管理

1程序的链接和装入

逻辑地址的含义，为什么需要把逻辑地址转换成物理地址；装入的种类（绝对装入，可重定位装入，动态运行时装入）

2 连续分配（分区式分配）

动态分区分配

l  数据结构（空闲分区表）

l  *分配算法（首次适应、循环首次适应、最佳适应、最坏适应）

l  分配流程、回收流程

l  产生碎片（内部碎片、外部碎片）

动态可重定位分区分配：紧凑，可以实现外部碎片的有效利用，但是程序装入方式必须是动态运行时装入方式，即程序执行时才进行地址转换

3分页式存储管理

基本原理：程序分页，装入内存不连续区域（块），页和块的对应关系记录在页表里，进程执行时进行动态地址转换

快表：页表在CPU中的子集，目的是提高地址转换速度

多级页表：过大的页表分解为多个内存块存储，并为这些内存块继续建立页表（即页表的页表）

*页表基础上的地址转换

4分段式存储管理

原理：程序分段，段大小不固定，段之间离散分配，段内连续分配（首次适应、循环首次适应、最佳适应、最坏适应）；段所在位置以及长度记录在段表里，程序执行时进行动态地址转换

*段表及地址转换

5虚拟存储器基础

含义：具有请求调入和置换功能，能够从逻辑上扩充内存容量的存储器管理系统

局部性原理：虚拟存储器的理论基础

实现方式：请求分页式、请求分段式、请求段页式

6请求分页式存储管理

页表扩展：增加了外存地址、修改位、访问字段、存在位

地址转换过程：转换过程中可能产生缺页中断

*页面置换算法：FIFO、OPT、LRU

7请求分段式存储管理

第5章 设备管理

1I/O系统的组成

I/O操作层次结构：应用程序、系统调用、设备驱动程序、通道、控制器、设备

设备分类：共享、独占、虚拟；块设备、字符设备

通道分类：字节多路，数组选择，数组多路

2 I/O控制方式

程序I/O、中断I/O、DMA方式、通道方式

中断方式和DMA方式工作原理

3缓冲管理

单、双、循环、缓冲池4种，缓解CPU和外部设备速度不匹配矛盾；

基本原理：提前读，延迟写

缓冲池的实现原理

4 设备分配

数据结构：SDT、DCT、COCT、CHCT

流程：独占设备的分配与回收流程

5 设备管理软件：

设备无关性（设备独立性）：应用软件与具体的物理设备无关；利用逻辑设备表来实现

虚拟设备：将独占设备转换为共享设备；利用SPOOLING技术实现，应熟练掌握SPOOLING技术的原理

设备驱动程序

6磁盘物理特性：

磁道、扇区、字节、位

数据读写基本单位：块

*磁盘调度算法（FCFS、SSTF、scan<电梯、扫描>、cscan<循环扫描>）

第6章 文件和磁盘管理

1文件：

文件、记录、数据项和主键的定义

按逻辑结构划分：

l  第一种划分方式（按有无结构）：有结构/无结构，有结构文件分为定长记录/变长记录）；

l  第二种划分方式（有结构基础上根据记录之间的关系）：顺序文件（记录位置为顺序关系）、链接文件（记录位置为链接关系）、索引文件（将记录位置索引）、索引顺序文件、哈希文件（散列文件）

按物理结构划分（根据文件块之间的关系）：连续文件，链接文件，索引文件

2 目录管理

实现按名存取（文件管理的基本功能）

目录结构：FCB和inode两种结构，用来记录文件名、大小、存取权限、磁盘地址、类型、时间等信息

组织方式：多个目录节点之间的组织形式，主要是树形目录结构

3 外存分配

目标（有效利用外存空间，提高存取速度），

方法：

l  连续分配

l  链接分配：显式链接-FAT（*计算新建文件的块号，或删除文件后的FAT表变化）、隐式链接

l  索引分配：单级索引、多级索引（二级、三级）、*混合索引（计算最大文件大小）

4 空闲空间管理：

目的：为文件分配外存空间时找到空闲块

方式：

u  空闲表法：

u  空闲链表法：

u  *位示图（计算分配或释放的块号；或计算位示图容量）