操作系统期末复习总结

1 / 15 第一章、操作系统概述

1、操作系统的定义 P5

操作系统是一组能控制和管理计算机系统中各种硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程、有效地控制多道程序运行、方便用户使用计算机的程序和数据的集合。

2、操作系统的功能 P5~6

处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理、用户接口

3、操作系统的特征 P7

并发性、共享性、虚拟性、不确定性

4、用户接口 P7

用户接口分为操作接口和程序接口。

操作接口包括命令接口和图形用户接口。

5、多道程序设计技术：在内存中放多道程序,使它们在管理程序的控制下相互穿插地运行。

6、多道运行的特点 P13

（1）多道：内存中同时存放几个作业；

（2）宏观上并行运行：同时有多道程序在内存运行，某一时间段上，各道程序按不同速度向前推进。

（3）微观上串行运行：任一时刻最多只有一道作业占用CPU，多道程序交替使用CPU。

7、多道批处理系统的优缺点

优点：

资源利用率高：CPU和内存利用率较高；

作业吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大；

缺点：

用户交互性差：整个作业完成后或中间出错时，才与用户交互，不利于调试和修改；

作业平均周转时间长：短作业的周转时间显著增长；

8、操作系统的形成 P13

推动多道批处理系统形成和发展的动力是提高资源利用率和系统吞吐量。

推动分时系统形成和发展的主要动力是用户的需要：交互、共享主机、方便上机。

9、操作系统分类 P15~19

1、最基本的操作系统类型有三种，即多道批处理操作系统、分时操作系统、实时操作体统。

2、操作系统分类

1）多道批处理系统

2）分时系统

3）实时系统 P16

·用于工业过程控制、军事实时控制、金融等领域，包括实时控制、实时信息处理。

实时控制系统：如工业控制。

实时信息处理系统：如联网订票系统。

·实时系统的特征：高响应性、高可靠性、高安全性。

4）个人计算机操作系统 P17

·针对单用户使用的个人计算机进行优化的操作系统。

·个人计算机操作系统的特征

应用领域：事务处理、个人娱乐，

系统要求：使用方便、支持多种硬件和外部设备（多媒体设备、网络、远程通2 / 15 信）、效率不必很高。

·常用的个人计算机操作系统

单用户单任务：MS DOS

单用户多任务：OS/2, MS Windows 3.x, Windows 95, Windows NT, Windows

2000 Professional

多用户多任务：UNIX(SCO UNIX, Solaris x86, Linux, FreeBSD)

5）网络操作系统P18

6）多处理机操作系统P18

·多处理机系统的特点

增加系统的吞吐量：N个处理器加速比达不到N倍（额外的调度开销，算法的并行化）

提高系统可靠性：故障时系统降级运行

7）分布式操作系统P18

·多处理机系统的类型

·非对称式多处理,又称主从模式。

主处理器：只有一个，运行OS。管理整个系统的资源，为从处理器分配任务；

从处理器：可有多个，执行应用程序或I/O处理。

特点：不同性质任务的负载不均，可靠性不够高，不易移植（通常要求硬件也是"非对称"）。

·对称式多处理：OS交替在各个处理器上执行。任务负载较为平均，性能调节容易－－"傻瓜式"。

8）嵌入式操作系统 P19

·嵌入式系统:把嵌入到对象体系中,实现对象体系智能化控制的计算机,称为嵌入式计算机系统,简称嵌入式系统

10、操作系统的结构P20

操作系统通常采用的结构有：整体式结构、分层结构、虚拟机结构、微内核结构。

第二章、处理器管理

1、进程的定义P32

进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

2、进程的特征 P33

1. 动态性。动态性是进程的最重要的特性。

2. 并发性。

3. 独立性。

4. 异步性。

5. 结构性。进程是由程序段、数据段和进程控制块三部分组成。

3、进程与程序的联系和区别 P33

程序是完成某个特定功能的指令的有序序列，是一个静态的概念；

进程是程序的一次执行，是一个动态的概念，进程是有生命期的，表现在它由创建而产生，完成任务后被撤消。

程序可以作为一种软件资源长期保存。 3 / 15 进程是把程序作为它的运行实体，没有程序，也就没有进程。

进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。以多用户进程共享一个编译程序为例，为多个用户执行编译时，显然CPU的分配是以进程为单位，而不是以程序为单位。因为主存只有一个编译程序，但几个用户的源程序都得到编译。

进程是可以并发执行。

进程间的相互制约，使进程执行具有间隙--异步性。

进程是具有结构的。为了描述进程的运行变化过程，系统为每个进程建立一个结构——进程控制块。从结构上看，进程是由程序、数据和进程控制块三部分组成

4、进程的状态P34

1）进程的三种基本状态：就绪，运行，阻塞

2）转换图：

3）五种状态：创建、就绪，运行，阻塞、终止

5、进程控制块P37

·为了描述一个进程和其它进程以及系统资源的关系，为了刻画一个进程在各个不同时期所处的状态，人们采用了一个与进程相联系的数据块，称为进程控制块(PCB)。

·系统利用PCB来控制和管理进程，所以PCB是系统感知进程存在的唯一标志

·进程与PCB是一一对应的

·每个进程有唯一的进程控制块。

6、进程控制 P39

·所谓进程控制，是指系统使用一些具有特定功能的程序段来创建、撤消进程以及完成进程各状态间转换等一系列有效管理。

·用于进程控制的程序段在执行过程中是不允许被中断的，或者说其执行过程不可分割。我们把这样的程序段叫原语。

·用于进程控制的原语有：创建原语；撤消原语；阻塞原语；唤醒原语等。

7、线程 P41~45 适合多处理机系统

1）在操作系统中引入线程则是为了减少程序并发执行时所付出的时空开销，使操作系统具有更好的并发性。

2）进程的两个基本属性

·进程是一个可拥有资源的基本单位。

·进程同时又是一个可独立调度和分派的基本单位。

3）线程定义：线程是进程内的一个相对独立的、可调度的执行单元。

4）线性的实现P43

5）线性与进程的比较P44

8、处理机调度P45

1）处理机调度就是把CPU有效、合理地分配给作业（进程）。

2） 通常将调度层次分为三级，即作业调度、交换调度和进程调度。 4 / 15 9、作业调度P46~50

1)作业的状态P46

提交、后备、执行和完成这四个不同的状态

2)作业调度功能P47

(1) 记录进入系统的各个作业情况。

(2) 从后备作业中挑选一些作业投入执行。

(3) 为被选中的作业做好执行前的准备工作。

(4) 在作业运行结束时或运行过程中因某种原因需要撤离时，作业调度程序还要完成作业的善后处理工作。

3）作业调度的性能指标P48

在实际应用中，主要使用平均周转时间T和平均带权周转时间W来衡量系统的调度性能。

4）作业调度算法P49

1．先来先服务算法(First Come First Serve，FCFS)

2．短作业优先算法(Shortest Job First，SJF)

3．响应比高者优先算法(Highest Response Ratio First，HRRF)

响应比 = 作业响应时间/作业运行时间

响应时间=作业进入系统后的等待时间+作业运行时间。

10、进程调度P51

1）进程调度功能

1．记录系统中各进程的执行状况

2．选择进程占有CPU

3．完成进程上下文的切换

2）进程调度方式

非抢占方式、抢占方式

3）进程调度时机

1．正在执行的进程正确完成或由于某种错误而终止运行；

2．执行中的进程提出I/O请求，从运行状态进入阻塞状态等待I/O完成时；

3．在分时系统中，按照时间片轮转，分配给进程的时间片用完时；

4．按照优先级调度并采用抢占式调度方式时，有更高优先级进程变为就绪状态时；

5．在进程通讯中，运行中的进程执行了某种操作原语，如阻塞原语和唤醒原语时，都有可能引起进程调度。

4）进程调度算法

1 先来先服务算法; 2 优先级调度算法;

3 时间片轮转调度算法; 4 多级反馈队列轮转调度算法

第三章、进程同步与死锁

1、进程的并发P63~66

1）顺序执行的特征

1. 执行的顺序性。

2. 环境的封闭性。

3. 过程的可再现性。 5 / 15 2）并发执行的特征

1. 间断性。

2. 失去了程序的封闭性。

3. 不可再现性。

3）临界资源与临界区

1. 所谓临界资源，就是一次仅允许一个进程使用的资源。

2. 临界区(critical section，CS)也称作临界段，是指在每个程序中访问临界资源的那段程序。

3. 临界区的调度原则如下：

(1) 当无进程在临界区时，允许一进程立即进入。每个进入临界区的进程只能在临界区内逗留有限的时间。

(2) 若已有进程在临界区时，其他试图进入临界区的进程必须等待。

(3) 当进程退出临界区时，若有等待进入临界区的进程，则应允许其中一个立即进入。

2、进程互斥与同步P67

1）进程互斥是指由于共享资源所要求的排他性，进程间要相互竞争来使用这些资源。

2）进程同步是指多个进程中发生的事件存在某种时序关系，必须协同动作，相互配合来共同完成一个任务。

3）进程之间的这种相互依赖又相互制约、相互合作又相互竞争的关系，也即进程的同步与互斥关系。又叫进程的低级通信。

4）实现进程互斥的软件方法P67

5）实现进程互斥的硬件方法P68

禁止中断指令、测试与设置指令、交换指令

3、利用P、V操作实现互斥P72

1）信号量：是一个确定的二元组(s，q)，其中s是一个具有非负初值的整型变量，q是一个初始状态为空的队列。s表示系统中某类资源的数目，当其值大于0时，表示系统中当前可用资源的数目；当其值小于0时，其绝对值表示系统中因请求该类资源而被阻塞的进程数目。除信号量的初值外，信号量的值仅能由P操作和V操作改变。OS利用它的状态对进程和资源进行管理。

2）P、V操作原语描述P72

3）P、V操作表示的物理意义是：执行一次P操作，意味着向系统请求分配一个单位的资源；执行一次V操作，意味着向系统释放一个单位的资源。

4）对于两个并发进程，互斥信号量的值仅取1、0和-1三个值

若mutex＝1表示没有进程进入临界区

若mutex＝0表示有一个进程进入临界区

若mutex＝-1表示一个进程进入临界区，另一个进程等待进入。

4、进程同步的实现P73

1）有关同步问题可分为两类：

一类是保证一组合作进程按确定的次序执行；

另一类保证共享缓冲区的合作进程的同步。

2）共享缓冲区的同步实例P74-75

5、关于信号量的讨论P75

（1）信号量的物理含义：

S>0表示有S个资源可用