操作系统2012年期末考试复习资料整理
第一章 引论
一、操作系统概念
1、计算机系统包括硬件和软件。
2、硬件：中央处理器（运算器、控制器），存储器，输入设备，输出设备。 3、软件：又称软设备，是程序和数据的集合。 4、软件的分类：系统软件，应用软件，工具软件。
5、操作系统是计算机系统中的i各系统软件，它统一管理计算机的软、硬件资源和控制程序的执行。
二、操作系统的形成与发展
1、操作系统的发展过程：
（1）手工操作阶段：产生人机矛盾；
（2）早期批处理系统：联机批处理系统（操作员），脱机批处理系统（卫星机）； （3）执行系统：通道和中断技术的引入；
（4）多道批处理系统：单道批处理程序，多道批处理程序。单道：自动性，顺序性，单道性；多道：多道，宏观并行，微观串行。多道提高了CPU、主存和I/O设备的利用率，增加了系统的吞吐量；
（5）分时系统：一台计算机多个终端设备，采用分时技术完成用户任务。 多道批处理系统和分时系统的出现标志操作系统初步形成。 （一）分时系统的类型：
i、单道分时系统：主存只能驻留一道作业，其余道在辅存上。导致频繁I/O，开销大； ii、前后台分时系统； iii、多道分时系统。
（二）分时系统的特征：同时性，独立性，及时性，交互性； （6）实时系统；
（7）通用操作系统：同时兼具多道批处理、分时、实时处理的功能； （8）微机操作系统：单用户单任务、单用户多任务、多用户多任务；
（9）网络操作系统：通过通信设施将物理上分散的，具有自治功能的多个计算机系统互联起来的，实现信息交换、资源共享、可互操作和协调处理的系统；
（10）分布式操作系统：若干个能够独立工作的计算机（自治性）的集合，体现良好地多级合作和健壮性；
（11）嵌入式操作系统：运行在嵌入式环境中，对整个系统及所有资源进行统一协调、处理、指挥控制的系统软件。
三、操作系统的分类
1、操作系统的基本类型： （1）批处理操作系统； （2）分时操作系统； （3）实时操作系统；
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（4）微机操作系统； （5）网络操作系统； （6）分布式操作系统； （7）嵌入式操作系统。
四、操作系统的功能
1、处理器管理：进程的控制和管理，进程的同步/互斥，进程通信，进程死锁，线程； 2、作业管理：作业输入输出，作业的调度和控制；
3、存储管理：主存的分配和回收，地址转换，存储保护，主存共享；
4、设备管理：I/O设备管理，缓冲区管理，设备的分配和回收，虚拟设备；
5、文件管理：逻辑/物理组织，存取和使用，目录管理，共享和保护，存储空间管理。
五、操作系统的特征和作用
1、操作系统的特征：并发，共享（互斥共享、同时访问），虚拟，异步性； 2、操作系统的作用：（1）作为用户与计算机硬件系统之间的接口；（2）作为计算机系统资源的管理者；（3）作为扩充机器。
第二章 处理器管理
一、程序的顺序执行和并发执行
1、程序：指令的有序集合，是静态的。
进程：可并发执行的程序在一个数据集上的一次执行过程（动态的），它是系统进行资源分配的基本单位。
线程：进程中的一个实体，可独立参与调度的基本单位，但仅分配到极少量的资源。 管程：关于共享资源的数据及在其上的操作的一组过程或共享数据结构及其规定的所有操作。
2、顺序执行：依次执行程序段（顺序性、封闭性、可再现性）；
3、并发执行：一组逻辑上相互独立的程序或程序段在执行过程中其执行时间在客观上重叠（间断性、失去封闭性、不可再现性）。
二、进程的概念
1、进程：见上。 2、进程的基本状态：
（1）就绪进程：已分配到除处理器外的全部资源的进程。一组就绪进程形成就绪队列； （2）执行进程：分配到处理器的进程。单处理器只能有一个执行进程，多处理器能有多个进程处于执行状态；
（3）等待进程：因某些事件（I/O请求、缓存申请等）而暂停执行的进程。一组等待进程形成就等待队列。
3、进程的状态转换：就绪→执行，执行→等待，执行→就绪，等待→就绪。等待状态只有执行进程因某些事件而暂停执行，其他状态无法转换。
执
行 中 出现等待
进程就绪 13
等待事件等待
4、进程控制块（PCB）：操作系统用于记录和描述进程状态及有关信息的数据结构，是一个在多道程序环境下不能独立运行的程序成为一个能够独立运行的基本单位和一个能与其他进程并发执行的进程。由于PCB经常被访问，故应常驻主存。PCB包含的四类信息：
（1）标识信息：进程标识符；
（2）说明信息：进程状态、等待原因、程序和数据存放位置等； （3）现场信息：进入等待状态前保护现场信息，多为各寄存器内容； （4）管理信息：进程优先数、队列指针。
5、进程队列：多道程序设计的系统中，在单处理器情况下每次只能一个进程执行，其他进程均处于就绪或等待状态。为了便于管理，将处于相同状态的进程链接在一起，称为“进程队列”。队列管理方式：
（1）链接方式：单向链接，双向链接；
（2）索引方式：索引表中记录的是某个进程在PCB表中的地址（图见书P25）。
三、进程控制
1、进程控制：系统使用一些具有特定功能的程序段来创建、撤销进程以及完成进程各状态之间的转换，从而达到多进程、高效率的并发执行和协调，实现资源共享的目的。
2、原语：即特定功能的程序段。其特点是在执行期间不允许中断，是一个不可分割的单位。原语采用顺序执行而不是并发。原语包括：
（1）进程创建：创建一个指定标识符的进程。创建新进程的进程为父进程，其新进程为子进程；
（2）进程撤销：撤销一个进程。父进程被撤销时子进程也需一起撤销；
（3）进程阻塞：将处于执行状态的进程中断为等待状态，并把CPU现场送至该进程的现场保护区。
（4）进程唤醒：“发现者”进程用唤醒原语使等待进程重回执行状态。
四、进程调度
1、进程调度：又称处理器调度程序，按照某种调度算法从就绪队列里选择一个进程，让它占用处理器。
2、进程调度的功能：
（1）记录系统中所有进程的执行情况； （2）选择占有处理器的进程；
（3）把处理器分配各进程，即进行进程上下文切换； （4）收回处理器。
五、线程
1、定义：见上。 2、特征：
（1）线程由进程创建； （2）可独立调度；
（3）仅拥有少量资源，如寄存器等； （4）可并发执行；
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（5）分为内核级线程、用户级线程和混合式线程。 （6）进程被撤销时，相应其线程也将被撤销。
六、进程互斥
1、并发进程：操作不当会引起与实践有关的错误。 2、临界区：并发进程中的共享段。 3、PV操作实现进程的互斥。 4、哲学家吃通心面问题。
七、进程同步
1、异步环境：相互合作的一组并发进程，各自独立但密切合作。 2、共享缓冲器：进程之间相互合作的通道。 3、PV操作实现进程的同步。 4、实际问题：
（1）生产者—消费者问题：
i、先申请同步信号量，再申请互斥信号量。
ii、消费者依赖于生产者，属于同步关系；缓冲区的使用属于互斥关系。 （2）读者—写者问题
i、读者人数计数器为互斥资源，存在一互斥信号量； ii、写操作为一互斥信号量；
iii、该问题中无同步信号量（读者无需依赖写者的修改内容）。 （3）时间同步问题
i、各进程能否执行均为一互斥信号量； ii、多条件下应多次申请信号量。
八、管程
1、定义：见上。
九、进程通信
1、直接通信 2、间接通信
十、死锁
1、死锁：多个进程因竞争资源而造成的一种僵局，若无外力则无法再推进。 2、死锁的原因：1）竞争资源，2）进程推进顺序非法。
m个资源被n个进程共享，当每个进程都要求K个资源，则在m>n*K时绝对不会发生死锁，而m 3、死锁的必要条件： （1）互斥条件 （2）占有且等待条件 （3）不剥夺条件 （4）循环等待条件 4、解决死锁的方法：预防、避免、检测、解除。 5、银行家算法：进程首次申请资源时测试其最大需求量，如果可以满足则分配，否则 13 推迟；当执行过程中申请资源，则测试剩余资源与已占资源之和能否满足进程的最大需求量，如果满足则分配，否则推迟。 第三章 作业管理 一、作业管理概述 1、作业：用户在一次解题过程中要求计算机所做工作的集合。计算机运行用户作业一般经历四步：编辑、编译、链接装配、运行。 2、作业步：每个作业均经历若干个“加工”步骤，我们把每个加工步骤称为一个作业步。 3、作业控制方式：指用户根据操作系统提供的手段来说明作业加工步骤的方式。分为批处理控制方式和交互式控制方式。 4、批处理控制方式：又称脱机处理。将作业的源程序和初始数据一同提交给计算机，不必再进行干预，操作系统按要求自动的控制作业执行。 5、交互式控制方式：又称联机处理。通过用户逐条输入命令控制作业的执行情况。 二、批处理作业的管理 1、批处理作业管理包括： （1）作业输入：把作业装入输入井，按照先后顺序形成后备作业队列； （2）作业调度：按照某种策略，选择后备队列中的若干作业装入主存运行； （3）作业控制：在操作系统的控制下，用户组织和控制其作业进入处理器运行的过程。 2、批处理作业输入 （1）作业控制语言（JCL）：由若干作业控制语言组成的集合，提供提交作业，控制作业/作业步，使用各种软硬件资源等。 （2）作业控制块（JCB）：包括作业名、作业状态、类别、优先数、控制方式、资源需求量、进入系统时间、开始运行时间、运行时间、完成时间和所需主存地址和外设等信息。 （3）作业表：所有作业控制块构成的集合。其存放于辅存固定区域，长度有限。作业控制块建立后将其链入作业表，以便于访问和管理，作业完成后撤销作业，即同时在作业表中删除该作业信息。 3、批处理作业调度 （1）作业调度程序及相应状态： 提交状 后备状 运行状 完成状 态 2）作业调度的性能指标：态 态 态 （CPU利用率、吞吐能力、周转时间、平均周转时间。平均带权周转时间（周转时间/运行时间）。 （3）批处理作业调度阶段： i、高级调度（作业调度）：作业进入输入井，进入作业后备队列。其执行频率较低； ii、低级调度（进程调度）：作业从后备队列进入主存，进入就绪进程队列。其执行频率 13
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