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操作系统
操作系统期末考试重点，包含概述、进程管理、处理机管理、内存管理、文件管理等。希望可以对大家有所帮助。
编辑于2023-12-13 23:51:20- 操作系统期末考试重点
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操作系统
概述
操作系统的概念
操作系统的地位
操作系统是覆盖在裸机上的第一层软件
直接控制、管理各种硬件资源
为其他软件和用户提供工作环境
是整个计算机系统的控制管理中心
各类应用用户使用相应的应用软件完成各种工作
应用软件由应用开发人员采用开发工具（例如：高级语言编程工具）开发
应用软件和开发工具都工作在操作系统提供的运行环境中，它们的运行由操作系统进行管理，由操作系统为它们分配所需的资源，并由操作系统对I/O设备进行控制。
操作系统的功能
提供人机接口
命令级接口（用户可以通过该接口向作业发出命令以控制作业的运行，该接口又进一步分为联机用户接口和脱机用户接口）
联机用户接口
脱机用户接口（为批处理作业的用户提供，也称为批处理用户接口）
程序级接口（由一组系统功能调用命令以及完成这些命令的程序模块组成）
图形界面
管理计算机资源
处理机管理（处理机的任务是运行程序，程序在某个数据对象上的一次运行过程称为进程，所以处理机管理又称为进程管理）
单道程序顺序执行：要执行的多个程序按一定次序依次执行，一个程序运行完毕才能运行下一个程序，即在一个程序运行期间不插入运行其他程序
多道程序并发执行：在内存中同时存放多道程序，按一定策略调度多道程序交叉运行，形成“微观上串行、宏观上并行”的情况，使得处理机和设备可以并行工作
（1）处理机调度（ 要在单处理机系统中并发运行多道程序，必须按照一定策略对处理机进行调度，要决定在某个时刻把处理机分配给哪个进程进行计算操作，这是处理机管理的核心任务）
（2）进程控制： 进程是程序的一次动态运行过程，在其生存期内从产生到消亡经过了一系列状态的转换（判断题）
（3）进程通信（ 在多道程序环境下，可以由系统为一个应用程序建立多个进程，这些进程相互合作，完成某一共同任务，它们之间要交换信息——进程通信）
（4）进程同步（ 在多道程序系统中，多个并发进程处在同一运行环境中，必然存在某种联系，如进程之间的资源共享和进程之间的协作）
存储管理（在多道程序环境中，要在内存中同时存放多道程序，必须对内存进行合理管理以保证程序的顺利运行，并提高内存的利用率）选择题
（1）内存分配
（2）地址转换
（3）内存保护
（4）内存扩充
设备管理
设备管理的任务是接受用户程序提出的I/O请求，为用户程序分配I/O设备
使CPU和I/O设备并行操作，提高CPU和I/O设备的利用率
提高I/O速度
方便用户程序使用I/O设备
为完成以上任务，操作系统的设备管理子系统应具有设备分配、缓冲管理、设备驱动、设备无关性等功能
文件管理
（1）文件存储空间的管理
（2）目录管理
（3）文件操作
（4）文件的存取权限控制
操作系统的发展过程
计算机硬件发展的四个阶段
第一代：电子管时代（1946-1955）
第二代：晶体管时代（1955-1965）
第三代：集成电路时代（1965-1980）
第四代：大规模集成电路时代（1980-至今）
速度、容量、稳定性、可靠性都得到逐步稳定提高！
操作系统发展的四个典型阶段
手工操作（无操作系统）50年代早期
单道批处理系统 50年代（会看图识别）
如右图
多道批处理系统 60年代初（会看图识别）
缺点：作业处理时间长 缺少人机交互能力 运行过程不确定
分时系统 60年代中
分时系统
中断技术
CPU收到外部信号（中断信号）后，停止当前工作，转去处理该外部事件，处理完毕后回到原来工作的中断处（断点）继续原来的工作
通道技术
专门处理外设与内存之间的数据传输的处理机
分时系统特点（高性能主机+多个终端）
多路调制性
多用户联机使用同一台计算机
独占性
用户感觉独占计算机
交互性
及时响应用户的请求
实时系统（实时系统是为了满足具有实时作业要求而发展的操作系统，强调及时性和可靠性）
实时控制
通常把要求进行实时控制的系统称为实时控制系统，应用领域包括生产过程的控制、武器的控制（如火炮的自动控制系统、飞机的自动驾驶系统，以及导弹的制导系统等）
实时信息处理
通常，把要求对信息进行实时处理的系统称为实时信息处理系统，典型的实时信息处理系统有飞机订票系统、情报检索系统
微机操作系统
单用户多任务操作系统（Win）
多用户多任务操作系统（UNIX和Linux）
操作系统的特性（选择题）
1.并发
在单处理机系统中，并发行指‘宏观上多道程序同时运行，微观上交替执行”
2.共享
计算机系统中的资源被多个任务共同使用
3.异步
微观上，进程是交替执行的，进程的执行、暂停等状态不可预知，具有异步性
4.虚拟
物理实体映射为多个逻辑实体，用户程序使用逻辑实体
流行的操作系统
UNIX系统
结构
核心程序（kernel）
外围程序（shell）
Linux系统
是一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统
操作系统的体系结构
操作系统的逻辑结构
逻辑结构的种类
整体式结构
以模块为基本单位构建
特点
模块设计、编码和调试独立
模块调用自由
模块通信多以全局变量形式完成
缺点
信息传递随意，维护和更新困难
层次式结构（默图）
每一层仅使用其下层提供的服务（Unix，Linux）
所有功能模块按照调用次序排成若干层，相邻层间只有单向依赖或单向调用
内核
中断处理程序
各种设备驱动程序
运行频率较高的模块（如时钟管理程序、进程调度程序
低级通信模块、内存管理模块等）
微内核结构（Win）
优点
简化内核代码维护工作
建构灵活
安全性高
方便移植
CPU的态
支持操作系统的最基本硬件结构
CPU
内存
中断
时钟
CPU态的分类
核态
能够访问所有资源和执行所有指令
管理程序/OS内核
管态
介于核态和用户态之间
用户态
仅能访问部分资源，其他资源受限
用户程序
Intel CPU的态
Ring0～Ring3（Ring0最核心，Ring最外层）
存储器
存储程序和数据的部分
分类
按存储器（半导体存储器）读写工作方式
RAM
ROM
按存储元的材料
半导体存储器（常做主存）
磁存储器（磁带，磁盘）
光存储器（光盘）
按与CPU的联系
主存：直接和CPU交换信息
辅存：不能直接和CPU交换信息
理想存储体系：速度快，容量大，成本低
实际存储体系（顺序从上往下读
寄存器
高速缓存
主存
辅存
中断机制
引起系统中断的事件称为中断源
操作系统用户界面
🔥操作系统启动过程
Windows的启动过程
POST
加电后BIOS启动主机自检程序
初始引导
BIOS从MBR读入引导程序，装入内存的特定位置
引导程序启动DOS7.0，调入操作系统核心
WINDOWS开始接管系统
核心初始化
资源状态、核心数据等初始化
系统初始化
GUI界面生成，系统处于待命／消息接受状态
用户界面的分类
操作界面
图形界面
命令界面
批处理命令/程序
shell
系统调用
进程管理
进程的引入
程序的顺序执行
一个程序的执行过程就是一个计算
程序顺序执行时的特征
顺序性
封闭性
可再现性
程序的并发执行及其特征
并发执行的概念
多道程序在同一时间间隔内同时发生
程序并发执行时的特征
间断性
失去封闭性
不可再现性
进程的定义与特征
进程是程序的一次执行
进程是可以和别的进程并发执行的计算
进程就是一个程序在给定活动空间和初始条件下，在一个处理机上的执行过程
进程是程序在一个数据集合上的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位
进程是动态的、有生命周期的活动。内核可以创建一个进程，最终将由内核终止该进程使其消亡
进程的基本状态及转换
🔥进程的三个基本状态
就绪状态
执行状态
阻塞状态
进程控制块PCB
进程的同步与互斥
临界资源的概念
两个或两个以上的进程不能同时使用的资源称为临界资源（Critical Resource，简称CR）。临界资源可能是一些独占设备，如打印机、磁带机等；也可能是一些共享变量、表格、链表等
进程的概念
进程的状态
就绪状态
运行状态
阻塞状态
进程调度算法
先来先服务算法
短作业优先算法
时间片轮转算法
线程
线程的概念
线程是进程中执行运算的最小单位，即执行处理机调度的基本单位
进程与线程的比较
进程是资源分配的基本单位
线程是分配处理机的基本单位，它与资源分配无关
一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程
线程的状态
就绪状态
运行状态
阻塞状态
线程调度算法
优先级调度算法
时间片轮转算法
处理机管理
作业管理
作业的概念及分类
作业的概念
它是由程序，数据，作业说明书组成
作业的分类
依据处理方式
脱机作业
联机作业
联机作业（交互式作业/终端型作业）
用户和计算机系统直接交互
用户通过终端或控制台键盘上的操作命令、或图形窗口界面等方式，控制作业的运行
主要在分时系统中使用
作业的状态
提交状态
后备状态
执行状态
完成状态
分级调度
进程调度
抢占方式
非抢占方式
作业调度
Linux系统没有作业调度的概念
进程调度
进程调度的功能
记录系统中所有进程的执行情况
从就绪状态队列中选择一个进程
进行进程上下文的切换
调度算法
先来先服务调度算法（FCFS）
利于长作业或进程，而不利于短作业或进程
周转时间=等待时间+运行时间
带全周转时间=1+（等待时间/运行时间）
短作业（进程）优先调度算法（SJF或SPF）
适合作业调度、进程调度
对长作业不利
该算法未考虑作业的紧迫度，，因而不能保证紧迫作业的及时处理
由于作业或进程的长短只是由用户估计的，而用户又可能有意无意地缩短作业的估计运行时间，因此不一定保证做到真正意义上的短作业优先调度，因此该调度算法经常作为其他调度算法的比较算法
高响应比优先调度算法（HRN）
该算法通常用于作业调度
响应比R=1+（已等待时间/要求服务时间） R越大优先级越高
优先级调度算法（HPF）
优先级
静态优先级
动态优先级
优先级调度算法的类型
抢占式优先级调度算法
非抢占式优先级调度算法
优先数小的优先级别高
时间片轮转法（RR算法）
多级队列调度算法（MLQ）
（设备的概念）
设备的分类
输入设备
输出设备
存储设备
设备的管理方式
设备驱动程序
设备控制器
（设备驱动程序）
设备驱动程序的概念
设备驱动程序的功能
设备初始化
设备控制
设备中断处理
设备驱动程序的类型
字符设备驱动程序
块设备驱动程序
网络设备驱动程序
内存管理
存储器管理概述
存储管理的几个基本概念
一个操作数在逻辑空间里的地址称为逻辑地址
一个操作数加载加载内存的地址称为物理地址
分区存储管理方式
分区管理方式类型
单一分区
固定分区
可变分区
可重定位分区
单道程序的连续分配
内存
系统区
用户区
固定分区分配方式（判断）
内碎片
一旦一个区域分配给某个作业后，它所剩余空间便不能再用
外碎片
一个作业加载内存时，如果内存中分区的长度小于作业程序的长度，则该程序无法装入
内碎片和外碎片都造成了存储空间的浪费
动态分区分配
首次适应算法
从前往后
循环首次适应性算法
从前往后，前后相连
最佳适应性算法
从小到大排序
最坏适应性算法
从大到小排序
页式存储管理
页式存储管理的思想
在分页存储管理中，主存被分成一些大小相等的物理块
程序的地址空间被分成一些逻辑页面
逻辑页与物理块大小相同
通常物理块的大小为2n个扇区，如1K、2K、4K等
页式存储管理的数据结构
题目给出页面大小L和逻辑地址空间的地址A，算出页号P和页内地址W
其系统的页面大小为1 KB，设A = 2170 B，则由上式可以求得P = 2，w = 122B
P =(int) [A/L] W=A%L
快表
若页表全部放在主存储器内，则取一个数据（或一条指令）至少要访问两次内存
（内存的概念）
内存的分类
物理内存
虚拟内存
内存分配策略
固定分区分配策略
动态分区分配策略
页式内存分配策略
（内存保护）
内存保护的概念
内存保护的方法
地址空间保护
访问控制保护
文件管理
文件管理概述
文件（大）：是相关记录的集合，它通常存放在外存上，可以作为一个独立的单位存放和实施相应的操作
一个文件包含有：文件类型、文件长度、文件的物理位置、文件的创建时间、使用权限（读写）等属性
文件名通常由ASCll字符或汉字构成
记录（中）：是一组相关数据项的集合，用于描述一个对象在某方面的属性。例如，一个学生记录有学号、姓名、性别、年龄、班级等
数据项（小）：是描述一个对象的某种属性的字符集，是数据组织中可以命名的最小逻辑数据单位，即原子数据，又称为数据元素或字段
文件系统
文件系统的概念
文件系统的功能
文件及目录的管理，如打开、关闭、读、写等。
提供有关文件自身的服务，如文件共享机制、文件的安全性等。
文件存储空间的管理，如分配和释放，主要针对可改写的外存，如磁盘。
提供用户接口
（文件系统的类型）
FAT文件系统
NTFS文件系统
EXT文件系统
文件的分类
按文件的数据形式分类
源文件
目标文件
可执行文件
Win .exe文件后缀
Linux 都可以
按用途分类
系统文件
库文件
用户文件
按存取权限分类
只读文件
读写文件
可执行文件
按保存时间分类
临时文件
档案文件
永久文件
按对文件管理的方式分类
普通文件
目录文件
特别文件
文件存取方式
顺序存取方式
按照文件的逻辑地址依次存取
对记录式文件，是按照记录的排序顺序依次存取
顺序文件即顺序存放的文件，物理记录的顺序和逻辑记录的顺序是一致的
随机存取方式
又称为直接存取方式
它是按照记录的编号或地址来存取文件中的任一记录
对于定长记录文件随机存取是把一个文件视为若干编上号的块或记录，每块的大小是相同的
随机存取允许随意读入块写入块。因而，对文件的随机存取是没有限定顺序的。当接到访问请求时，计算出记录的逻辑地址，然后存取该记录
对于变长记录文件，用计算从头至指定记录长度的方法，来确定读写位移的方式是很不方便的，通常采用索引表组织方式
按键存取方式
按逻辑记录中的某个数据项值（称为关键字）作为索引而进行存取
按键存取方式实质上属于随机存取方式
文件的逻辑结构
记录文件
按记录的长度分类
定长记录文件是指文件中所有记录的长度都相同
不定长记录文件是指文件中几个记录的长度不相同，如姓名、家庭住址、备注等，有长有短
索引文件
当记录为可变长度时，通常为之建立一张索引表
为每个记录设置一个表项，以加快对记录检索的速度
（文件存储设备）
硬盘
光盘
U盘