本文格式為Word版，下載可任意編輯——武漢理工大學操作系統復習一、操作系統緒論

操作系統（OperatingSystem，簡稱OS）是管理和控制計算機系統中的軟件和硬件資源，合理地組織計算機工作流程，便利用戶使用的的計算機系統軟件。

五大功能：處理機管理，存儲管理，設備管理，文件管理，用戶接口

操作系統的類型：批處理、[多道、多道批處理、]分時、實時、個人計算機、網絡、分布式

操作系統的特征是并發性、共享性和隨機性。幾種觀點：

資源的觀點：用來管理和控制計算機系統軟硬件資源的程序的集合用戶界面的觀點：用戶與計算機硬件之間的接口

進程的觀點：若干個可以同時獨立運行的程序和一個對這些程序進行協調的核心所組成

二、操作系統用戶界面作業：

在一次應用業務處理過程中，從輸入開始到輸出終止，用戶要求計算機所做的有關該次業務處理的全部工作稱為一個作業

三個組成部分：程序、數據和作業說明書（在系統中生成作業控制塊JCB）

輸入輸出方式：聯機、脫機輸入輸出，直接耦合方式，SPOOLING系統和網絡聯機方式用戶界面：命令接口，系統調用三、進程管理

“并行〞是指無論從微觀還是宏觀，二者都是一起執行的；并發是在同一時段發生，并行是在同一時刻發生

并發執行的特征：獨立性、異步性和共享性

進程：并發執行的程序在執行過程中分派和管理資源的基本單位進程和程序的區別與關系：1.進程是一個動態概念，而程序則是一個靜態概念。程序是指令的有序集合，沒有執行含義。2.進程具有并發特征，而程序沒有。進程具有并發特征的兩個方面，即獨立性和異步性3.進程是競爭計算機系統資源的基本單位，從而其并發性受到系統自己的制約4.不同的進程可以包含同一程序，只要該程序所對應的數據集不同。進程的靜態描述有三部分：進程控制塊PCB，有關程序段和數據集

進程的五種基本狀態：初始態、執行狀態、等待狀態、就緒狀態和終止狀態{進程初始時可能未馬上得四處理機，處于就緒狀態}進程狀態轉換：

進程控制：創立、撤銷、阻塞和喚醒

進程互斥與同步（并發性帶來一些問題，同數據庫中的并發性控制；常用鎖機制）P(pass，—)，V（+）原語和信號量

設置信號量{互斥：公用信號量，同步：私用信號量}，賦初值，執行過程互斥：兩個或兩個以上的進程,不能同時進入關于同一組共享變量的臨界區臨界資源是指每次僅允許一個進程訪問的資源。每個進程中訪問臨界資源的那段代碼稱為臨界區。

臨界區：不允大量個并發進程交織執行的一段程序，也成為臨界部分；

同步：一組并發進程因直接制約而相互發送消息而相互合作、等待，使各進程按一定的速度執行的過程成為進程間的同步

用PV原語實現互斥與同步，讀者寫者，生產者消費者，哲學家就餐進程的通信方式：主從式，會話式，消息或郵箱機制，共享存儲區方式

死鎖：各并發進程彼此相互等待對方所擁有的資源，且這些并發進程在得到對方的資源之前不會釋放自己所擁有的資源產生死鎖的必要條件：

1.互斥條件2.不剝奪條件3.部分分派4.環路條件

四、處理機調度{CPU分派給誰}作業狀態：提交、收容、執行和完成

調度層次：作業調度，交換調度（內外存交換，又稱中級調度），進程調度，線程調度作業與進程的關系：

作業可被看作是用戶向計算機提交任務的任務實體；進程則是計算機為完成用戶任務實體而設置的執行實體，是系統分派資源的基本單位。一個作業總是由一個以上的進程組成。調度評價指標：

周轉時間：完成時間—提交時間（等待+執行）；帶權周轉時間：周轉時間/執行時間作業和或進程調度算法：

FCFS，輪轉法，多級反饋輪轉法，優先級法，最短作業優先（SJF）{僅考慮執行時間}最高響應比優先（HRN）{響應比=（等待時間+執行時間）/執行時間}

五、存儲管理虛擬存儲器：

是一種存儲管理技術，每一個進程擁有一個虛擬空間，每個指令或數據單元在該虛擬空間中擁有一個虛擬地址；虛擬存儲器不考慮物理存儲器的大小和信息存放的實際位置，只規定每個進程中相互關聯信息的相對位置。虛擬地址到物理地址的變換：

1.虛擬地址空間的劃分2.地址映射（地址重定位）內存管理通用問題：

分派與回收；內存信息的共享與保護：硬件法、軟件法、軟硬件結合覆蓋與交換技術：擴展內存的兩種方法具體管理方式（實現虛擬內存的方法）：

分區存儲管理：把內存劃分成若干個大小不等的區域，除操作系統占用一個區域外，其余由多道環境下的各并發進程共享。

動態分區法的分派與回收（可用表或自由鏈）：最先適應法，最正確適應法，最壞適應法頁式管理：

規律分頁，物理分塊，規律地址由頁號和頁內地址組成；主要問題：頁劃分之后的地址變換以及頁面的調入調出技術地址變換：高速聯想存儲器提速

規律地址/頁大小=頁號，規律地址%頁大小=頁內地址；查找頁表的頁面號，計算頁的起始地址和物理地址

靜態頁式管理：進程或作業在執行前全部裝入內存

動態頁式管理：部分裝入，請求式頁式管理和預調入頁式管理請求頁式管理中的置換算法：FIFO（先進先出），LRU（最近最久未使用），OPT，LFU（最不經常使用）頁式管理的優缺點：

優點：

1.由于不要求程序段和數據在內存中連續存放，有效地解決了碎片問題

2.動態頁式管理提供了內存和外存統一管理的虛存實現方式，使用戶可以利用的存儲空間大大增加。這既提高了主存的利用率，又利于組織多道程序執行。

主要缺點：

1.要求有相應的硬件支持，增加了機器成本。如地址變換機構2.增加了系統開銷，例如缺頁中斷處理等。

3.請求調頁的算法如選擇不當，有可能產生抖動現象。

4.雖然消除了碎片，但每個作業或進程的最終一頁內總有一部分空間得不到利用。段式管理：

一個頁不具有規律上的意義，段是依照規律意義來劃分的，把程序按內容（函數）關系或過程劃分為段，每段有自己的名字，極大地便利了程序設計。

段的長度不固定，段號之間無順序關系，每個段是個首地址為0、連續的一維線性空間，可直接通過段名對段訪問

段式管理的地址變換：段表（類似頁表）段式管理的優缺點：

優點：

1.提供了內外存統一管理的虛存實現2.段長可根據需要動態增長

3.便于對具有完整規律功能的信息段進行共享4.便于實現動態鏈接

缺點：

要求有更多的硬件支持，提高了機器成本；在空閑區管理上同分區式管理，會產生碎片問題；段的動態增長為系統帶來一定的難度和開銷；每個段的長度受內存可用區大小的限制段頁式管理：

對段進行頁式管理，規律地址：段號s+頁號p+頁內相對地址d程序員可見的為段號s和段內相對地址w，后兩部分由系統解決抖動現象：置換算法選擇不當導致頻繁調度

六、文件系統

文件：一組賦名的相關聯字符流或相關聯記錄的集合規律結構：字符流式的無結構文件和記錄式的有結構文件文件的物理結構：

連續文件，串聯文件，索引文件

索引文件：適用于順序存儲和隨機存儲，索引表（規律塊號和物理塊號）文件存儲空間管理：

空閑文件目錄；空閑塊鏈；位示圖

從文件管理的角度，一個文件包括兩部分：文件說明（文件控制塊FCB），文件體基本文件目錄表BFD：

文件信息存儲分兩部分，BFD和SFD（符號文件目錄表），BFD像一個索引，SFD存儲具體信息；若SFD為一個目錄，它會存儲其中包含的所有文件的信息開啟文件的過程就是查找BFD和SFD

把當前正在使用的那些文件的目錄表目復制到內存中，這樣既不占用太多的內存容量，又可以顯著減少探尋目錄的時間和輸入輸出設備的壓力。驗證用戶存取操作的四種方式：

存取控制矩陣，存取控制表，口令，密碼方式

七、設備管理

除CPU和內存之外的大部分硬設備稱為外部設備外圍設備和內存之間的常用數據傳送控制方式：1.程序直接控制方式2.中斷控制方式3.DMA方式4.通道方式

兩種技術：中斷技術，緩沖技術

SPOOLING系統：

SPOOLING（即外部設備同時聯機操作）是關于慢速字符設備如何與計算機主機交換信息的一種技術，尋常稱為“假脫機技術〞。

輸入井、輸出井表示存放用戶的輸入數據和輸出數據的外存空間

外圍設備與主機的信息交換經過輸入輸出井和輸入輸出緩沖區的處理，以輸入過程為例：操作系統的輸入程序包含兩個獨立的過程，一個過程負責從外部設備把信息讀入緩沖區；另一個是寫過程，負責把緩沖區的信息送到外存輸入井中。然后，系統為該作業建立作業控制塊JCB，從而使輸入井中的作業進入作業等待隊列，等待作業調度程序選中后進入內存。

在SPOOLing系統中，實際上并沒有為任何進程分派，而只是在輸入井和輸出井中，為進程分派一存儲區和建立一張I/O請求表。這樣，便把獨占設備（spooling）改造為共享設備。特點：

(1)提高了I/O速度。從對低速I/O設備進行的I/O