网络操作系统复习资料

1.操作系统的定义：操作系统是控制和管理计算机系统的硬件和软件资源、合理地组织工作流程以及方便用户的程序集合。 现代操作系统的基本特征：并发性、共享性、随机性。 2.操作系统在计算机系统中处于何种地位：是硬件层的第一次扩充，是计算机系统软件的重要组成部分。 计算机系统的层次结构：硬件层—操作系统层—语言处理程序层—应用程序层。操作系统的作用：提高计算机系统的效率，增强系统的处理能力，充分发挥系统资源的利用率，方便用户使用。 3.多道程序设计的硬件基础：①中断系统②通道技术③CPU与通道的通信 4.①多道程序设计的基本原理：多道程序设计的主要目的是充分利用系统中所有资源且尽可能地让它们并行操作。采用通道技术后使CPU从繁琐的I/O操作中解放出来，它不仅能实现CPU与通道并行工作，而且也能实现通道与通道之间、各通道与外设之间的并行。 ②多道程序设计的主要特点：①多道②宏观上并行③微观上串行。 5.实现多道程序设计要解决的几个问题：①存储保护和地址重定位。（几道程序共享同一主存）②处理机的管理和调度。（共享同一处理机）③资源的管理与分配。（共享系统资源） 6.虚拟处理机：逻辑上的处理机称为虚拟处理机。 虚拟计算机：在一台计算机上配置操作系统后，比原来的计算机的功能增强了。这种是概念上的、逻辑上的计算机，而不是真正的物理计算机，这样的计算机称为虚拟计算机。 7.①分时：两个或两个以上的事件按时间划分轮流地使用计算机系统中的某一资源。 ②分时系统（又称交互作用系统）：在一个系统中，如果多个用户通过自己的终端分时地使用同一个计算机，这样的系统就称为分时系统，其上的操作系统统称为分时操作系统。 UNIX属分时系统。 ③分时系统的特点：①同时性（可同时操作，共同使用该系统）②独立性（独占感）③及时性（及时响应）④交互性（人机对话）。调进/调出是实现分时系统的一种主要方式（分时系统实现原理）。（多流调进调出方式） 8.实时系统分为两类：①实时控制系统（导弹发射）②实时处理系统（预订飞机票）。 设计实时系统要考虑的问题：①实时时钟管理（实时任务、延迟任务）②连续人机对话③过载的防护（任务的随机性）④高可靠性和保证（故障引起的严重后果）。 9.分布式计算机系统：是一个由多台计算机组成的系统，在用户看来，他所拥有的计算机是一台单独的计算机，而这台计算机是一台功能扩大了的虚拟机。分布式系统的三个基本功能：①通信②资源共享③并行计算。分布式系统最为突出的特点是透明性。 分布式计算机系统具有以下主要特点： ①任意两台计算机之间可以利用通信交换信息。②各计算机具有相对的自主性或自治性。③具有透明性④具有整体性或协同性。⑤具有坚定性。（任一台故障不会使系统瘫痪。） 分布式计算机系统与集中式计算机系统的主要区别： ①利用消息传递进行通信（没有共享存储器） ②系统中各台计算机是自治的（没有主从之分，没有分级控制，没有公用时钟） ③透明性（系统中所有资源为所有用户共享，用户无需知道资源位于何处） ④协同性（可相互协作完成任务或作业，可实现并行计算。） 10.分布式系统对资源的管理与集中式系统有何不同？ 答：分布式系统对资源的管理采用一类资源有多个管理者的分布式管理方式。分布式管理方式又可分为集中分布管理和完全分布管理两种方式。集中式系统对资源的管理采用一个管理者的方式。 11.在分布式系统中建立逻辑时钟的原因：在分布式系统中，由于没有共享存储器和公用时钟，虽然在分布式系统中每台计算机都有自己的时钟，尽管每个时钟工作得都非常稳定，但并不能保证它们的频率完全相同。为了实现分布式系统中进程同步，需要给系统中的每个事件指定一个时间值，即打上时间戳，用这一方法来确定系统全局的事件顺序。 12.紧耦合与松耦合多处理机系统有何区别？ 答：主要区别在于有无共享存储器。①紧耦合多处理机系统有共享存储器，所以也称其为共享存储结构多处理机系统。②松耦合处理机系统中没有共享存储器，每台处理机都有一个容量较大的局部存储器，所以也称其为分布存储结构多处理机系统。 13.网络操作系统：就是在计算机网络系统中，管理一台或多台主机的硬软件资源，支持网络通信，提供网络服务的软件集合。 通用操作系统的基本功能：①处理机（进程）管理②存储管理③文件管理④设备管理。网络操作系统还具有的主要功能：①实现网络中各点机之间的通信。②实现网络中的资源共享③提供多种网络服务（硬盘共享；打印机共享；提供电文、语音、图像的加密和传输；文件的传递、存取和管理；作业的传输和操作服务）④提供网络用户的应用程序接口。 网络操作系统的主要特点：①复杂性（管理全网资源；机间通信与同步；网络文件管理）②并行性（多处理机实现真正并行）③节点机间的通信与同步（OSI/RM的七层协议中第四层（传输层）到第七层（应用层）进入了网络操作系统的领域，低三层（N、D、P）M则提供了网络传输的支持）④安全性（表现：网络操作的安全性，系统规定不同用户有不同的权限（系统管理员、高级用户、一般用户）；用户身份验证；资源的存储控制；网络传输的安全。） Ch2 2.1 网络操作系统的接口 1.①系统调用：用户在程序中能用访管指令调用的，由操作系统提供的子功能集合，其中每一个子功能称为一个系统调用命令。 ②用户程序使用系统调用后，为什么能从算态进入管态，返回用户程序后又从管态回到算态（系统调用的实现原理）：系统调用中的访管指令的地址码可作为系统调用的功能号，它对应一个操作系统为用户提供的子功能或函数。 当用户程序需要调用系统功能时，就在其程序的适当位置安排一条系统调用命令，当执行到该指令时便产生访管中断，中断的硬件装置开始响应中断，保存原来的PSW到内存的固定单元，再从内存的另一个固定单元中取出新的PSW送入PSW寄存器。由于新PSW中已事先设置了系统状态为管态，从而使处理机进入管态，在管态下执行中断处理程序。 由于在管态下可以使用特权指令，所以用户要求操作系统提供的服务就很容易地被完成。中断处理程序结束后，通过恢复旧的PSW到PSW寄存器，于是又可返回到被中断的用户程序，即从管态又回到算态。 2.2 进程管理 1.什么叫进程？ 进程是程序的一次执行，该程序可与其它程序并发执行。 为什么要引入进程的概念？ ①顺序程序的特点：具有封闭性和可再现性。但是，程序的顺序执行是低效的。②程序的并发执行和资源共享。多道程序设计出现后，实现了程序的并发执行和资源共享，提高了系统的效率和系统的资源利用率，但却带来了新的问题。 ③程序的并发执行的特点：破坏了程序的封闭性和可再现性，程序和机器执行程序的活动不再一一对应，并发程序之间有可能存在相互制约关系。 并发程序的这些特性：独立性、并发性、动态性和相互制约性，反映了并发程序的本质，程序的概念已不能反映程序并发找执行的实质，因此，人们引进了进程的概念。 2.进程由哪几部分组成？ ①程序。作用：描述进程要完成的功能。②数据集合。作用：程序在执行时所需要的数据和工作区。③ 程序控制块。作用：包含进程的描述信息和控制信息。它是进程存在的唯一标志。 3.进程的基本调度状态有哪些？ ①运行②就绪③阻塞。进程调度程序从处于就绪状态的进程中选择一个投入运行。运行进程因等待某一事件而进入阻塞，因时间片到达而回到就绪。处于阻塞状态的进程当所等待的事件发生时，便进入就绪状态。 3.简述常用的进程调度算法。 ①静态优先级算法：系统在调度进程时按优先级从高到低进行调度，在进程运行过程中优先级不再动态地改变。②动态优先级算法：系统在调度进程时按优先级从高到低进行调度，在进程运行过程中能按变化情况对优先级进行适当调整。③时间片轮转法：系统把所有就绪进程按先来先服务规则排成一个队列，就绪队列中的所有进程，可以依次轮流获得一个时间片的处理时间，然后系统又回到队列的开始部分，如此不断循环。 4.进程控制原语：①创建原语 ②撤销原语 ③挂起原语 ④激活原语 ⑤阻塞原语 ⑥唤醒原语 5.进程调度方式：①抢占式 ②非抢占式 6.什么叫线程？ “进程内的一个可执行单元”、“进程内的一个可调度的实体”。为什么要引入线程的概念：在引入线程概念之前，仅用进程的概念。在进程的调度过程中，由于经常 要进行进程的切换，在切换时，既要保留现运行进程的运行环境，又要设置新选中的进程的运行环境，为此要花费不少处理机的时间和主存的空间。因此，把进程作为系统调度的基本单位要付出较大的时空开销，从而也限制了系统中进程的数量和进程的切换频率。另一方面，为了提高系统的并行能力，把并行粒度进一步减小，在进程的内部引入线程，线程作为系统的调度单位，而进程作为系统的资源分配单位。这样，对拥有资源的基本单位不再频繁切换，而对调度的基本单位又不增加时空开销。引进线程的好处是：①减少了系统的时空开销。②增强了系统的并行能力。 7.什么叫同步？ 相互合作的两个进程之间需要在某个（些）确定点协调它们的工作，一个进程到达了该点后，除非另一进程已经完成了某些操作，否则就不得不停下来，等待这些操作的完成。这就是进程间的同步。 什么叫互斥？ 两个进程由于不能同时使用同一临界资源，只能在一个进程使用完了，另一进程才能使用，这种现象称为进程间的互斥。 ①同步的主要特征是：一个进程在某一点上等待另一进程提供信息，两进程之间存在直接制约关系，其表现形式为进程—进程。②互斥的主要特征是争用资源，两进程间存在间接制约关系，其表现形式是进程—资源—进程。 8.试给出P、V操作的定义。 P、V操作是定义在信号量S上的两个操作，其定义如下： P（S）：①S：=S-1；②若S≥0，则调用P（S）的进程继续运行；③若S＜0，则调用P（S）的进程被阻塞，并把它插入到等待信号量S的阻塞队列中。 V（S）：①S：=S+1；②若S＞0，则调用V（S）的进程继续运行；③若S≤0，则从等待信号量S的阻塞队列中唤醒头一个进程，然后调用V（S）的进程继续运行。 如何利用P、V操作实现进程间的互斥？ P、V操作是解决同步与互斥问题的有力工具。为解决互斥问题，应采取如下步骤： 首先根据给定问题的描述，列出各进程要执行的程序。其次，设置信号量。互斥问题中，在临界区前面加P（S），临界区后面加V（S）。最后确定信号量的初值。在互斥问题中，信号量通常取为互斥资源的个数。 说明信号量的物理意义： 信号量S＞0时，S的数值表示某类可用资源的数目，执行P操作意味着申请分配一个单位的资源；当S≤0时，表示无资源可用，此时S的绝对值表示信号量S的阻塞队列中的进程数。执行V操作意味着释放一个单位的资源。 9.如何利用P、V操作实现进程间的同步？ P、V操作是解决同步与互斥问题的有力工具。为解决同步问题，应采取如下步骤：首先根据给定问题的描述，列出各进程要执行的程序。其次，设置信号量。同步问题中有几个同步点就设置几个信号量，等待的地方加P（S），发信号（解除等待）的地方加V（S）。最后确定信号量的初值。在同步问题中，信号量的初值一般取0.在同步和互斥中，信号量初值的设置有何不同：在同步问题中，信号量的初值一般取为0，在互斥问题中，信号量通常取为互斥资源的个数。 2.3 处理机调度 8.处理机的运行现场：就是指处理机在执行程序过程中任一时刻的状态信息的集合。 处理机运行现场包括的内容：①指令计数器（程序计数器）②程序状态寄存器③通用寄存器④特殊控制寄存器。处理机的运行状态有两种：核心态（00）和用户态（11）。程序分为系统程序和用户程序。程序状态分为三种：①就绪②运行③阻塞。程序状态的作用：程序状态可以互相转换，便于处理机按照某种规则进行调度。 9.访管指令、特权指令、系统调用之间的区别和联系 10.中断的分类：①I/O中断②程序中断③硬件故障中断④外中断⑤访管中断（其中①④称为中断，②③⑤称为“陷入”，又称捕俘。） 11.调度的基本原则 12．调度算法：先进先出、时间片轮转、基于优先级的调度算法、多级反馈队列 2.4 存储管理 13.存储管理的研究课题：①内存的管理方法 ②内存的分配和释放算法③存储保护问题 ④地址变换⑤虚拟存储器的管理 14.存储管理方案：①单一连续分配 ②分区分配 ③分页存储管理 ④请求分页存储管理 。 15.地址转换概念 16.为什么要引入虚拟存储器的概念？ 17.试给出几种页面置换算法，并比较其优缺点。 ①先进先出算法（FIFO）：这种算法实现简单，这种算法只是在对线性顺序访问地址空间的情况下才是最理想，否则效率不高。②最近最久未用算法（LRU）：这种算法能比较普遍地适用于各种类型的程序，但实现起来比较困难，因为要对先前的访问的历史时时加以记录和更新。③理想页面置换算法（OPT），是一种理想算法。 2.5文件管理 18.文件管理系统的基本功能：①文件的结构及存取方法（逻辑结构：记录式文件；无结构流式文件。物理结构：连续结构；串联结构；索引结构。存取方法：顺序存取法；随机存取法。） ②文件的目录机构及有关处理（树型目录结构） ③文件存储空间的管理（空白文件目录；空白块链；文件位图。） ④文件的共享和保护 ⑤文件的操作和使用。 19.什么是文件逻辑结构和物理结构？ 逻辑结构：指一个文件在用户面前所呈现的形式。物理结构：指文件在文件存储器上的存储形式。它们各有哪几种结构形式？ 逻辑结构有两种形式：①记录式文件。②无结构的流式文件。 物理结构：①连续结构②串联结构③索引结构。 20.画图说明串联、连续、索引结构文件的形式，并说明用直接存取法它们的不同效果。 采用直接存取法，则索引文件效率最高，连续文件效率居中，串联文件效率最低。 21.文件目录的作用： 计算机系统中的文件种类繁多，数量庞大，为了使用户方便地找到所需的文件，需要在系统中建立一个目录机构。 一个文件目录项应包括哪些信息？ ①文件的标识信息（文件名）②文件的结构信息③文件的存取控制信息④文件的管理信息。 22.文件存储空间的管理有哪几种常用方法？ ①空白文件目录：这种方法将盘空间的一个未分配区域称为一个空白文件，系统为所有的空白文件建立一个目录，每个空白文件在这个目录中建立一个表目。②空白块链：这种方法将盘上的所有空白块用链接指针或索引结构组织成一个空白文件。③位示图：它将文件存储器的存储空间建立一张位示图，用以反映整个盘空间的分配情况。 2.6 输入/输出管理（设备管理） 23.设备管理目标：①用户使用设备的方便性 ②设备工作的并行性 ③设备分配的均衡性 ④独立性（与设备无关性） 24.设备管理基本功能：①动态地掌握并记录设备的状态 ②为满足进程对I/O的请求，按照设备的类型和系统中所采用的分配算法，决定把某一I/O设备分配给要求设备的进程 ③完成实际的I/O操作。 25.I/O调度程序的主要功能：为满足进程的I/O请求，决定设备（以及相应的控制器和通道）的分配策略。 26.设备分配的实施：①分配设备 ②分配控制器 ③分配通道。 27 缓冲技术和假脱机技术 28.理解磁盘的结构和工作原理 29.移臂调度算法：①FCFS ②SSTF ③SCAN ④电梯调度算法。 补充：1.信息处理的基本模式：①对等模式 ②客户/服务器模式。 2.网络操作系统结构设计的主要模式：①客户/服务器模式 ②对象模式 ③对称多处理模式。 3.客户/服务器模式的网络操作系统的结构组成：①客户机（工作站）操作系统 ②服务器操作系统。 4.网络操作系统为用户提供的两类接口：①命令接口 ②编程接口。 5.网络操作系统可分为四个层次：①硬件 ②内核 ③Shell（外壳） ④应用程序。 6.操作系统从内部结构来分析，包括两部分：①内核 ②核外部分。