1、南阳理工学院操作系统复习重点 复习重点第一章1.什么是操作系统？操作系统（OS）是直接配置在计算机硬件上的最基本的系统软件，负责管理计算机的软硬件资源，实现对计算机资源的抽象，为用户提供方便易用的借口。2.操作系统的四个目标：1）有效性（提高系统资源利用率，提高系统的吞吐量）2）方便些3）可扩充性4）开放性3.操作系统的三大作用：1）OS作为用户与计算机硬件系统之间的借口2)OS作为计算机系统资源的管理者3）OS实现了对计算机资源的抽象4.历史上的三种基本类型的操作系统：多道批处理系统，分时系统，实时系统5.实时系统，分时系统的比较：1)多路性2）独立性3）及时性：实时信息处理系统对实时性的要
2、求与分实行系统类似，都是以人所能接受的等待时间来确定，而实时系统的及时性，是以控制对象所要求得的开始截止时间或完成截止时间来确定，一般为秒级到毫级，甚至有的要求低于100微妙。4）交互性：实时信息处理系统虽然也具有交互性，但这是人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。它不像时分系统那样能像终端用户提供数据处理和资源共享服务5）可靠性：分时系统虽然也要求系统可靠，但相比之下，实时系统则要求洗头具有高度的可靠性，因为任何差错都有可能到来巨大的经济损失，甚至是无法预料的灾难性后果，所以在实时系统中，往往都采取了多级容错措施来保障系统的安全性及数据的安全性。6.操作系统的四大基本特征：并
3、发性，共享性，虚拟性，异步性 其中并发和共享是最基本的特征，有事互为存在的条件，并发性是最重的特征7.为什么要引入进程？为了是程序能可靠的并发，于是把程序包装成进程，程序以进程实体的方式驻留在内存，轮流占用CPU执行。8.进程的特征：1）结构特征。程序段、相关数据段和进程控制块(Process Control Block, PCB)三部分构成了进程实体；2）动态性。进程由创建而产生，由调度而执行，由撤销而消亡，此即进程的生命期；3）并发性。引入进程的目的就是为了能够并发执行；4）独立性。进程实体是一个能独立运行、独立分配资源和独立接受调度的基本单位。5）异步性。进程实体按照异步方式，各自独立地
4、以不可预知的速度向前推进。9.进程的三种基本状态极其转换关系：10.进程控制块（PCB）是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录性数据结构，记录了操作系统所需的、用于描述进程的当前情况以及控制进程运行的所有信息。OS是根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理11.进程控制块（PCB）是进程存在的唯一标志。为什么呢？当系统创建一个新进程时，就为它建立了一个PCB；进程结束时又回收其PCB，进程于是也随之消亡。PCB经常被系统访问，尤其是被运行频率很高的进程及分派程序访问，故PCB应常驻内存。12.进程并发执行时的相互制约关系1）间接相互制约关系，源于互斥资源的共享2）直接相互制约关系，源于
5、进程间的合作13.临界资源和临界区的概念：许多硬件资源如打印机，磁带机等，都属于临界资源。对于临界资源(Critical Resource)，无论是硬件临界资源（打印机等），还是软件临界资源（例如前面讨论生产者-消费者问题的变量counter），多个进程必须互斥地对它进行访问。人们把每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区(Critical Section)。14.同步机制四准则：空闲让进，忙则等待，有限等待 避免“死等”，让权等待 避免“忙等15.信号量机制：整型信号量：会出现“忙等”，未遵循让权等待准则。 wait(S): while SC时，系统对每一块数据的处理时间为M+T，反之则为
6、M+C，故可把系统对每一块数据的处理时间表示为Max(C，T)+M。44.双缓冲区：双缓冲又称为缓冲对换(Buffer Swapping)，可加快输入输出速度，提高设备利用率。双缓冲时，系统处理一块数据的时间可以粗略地认为是Max(C，T)。如果CT，则可使CPU不必等待设备输入45.I/O软件：I/O软件的总体目标是高效性和通用性46.I/O软件的层次结构：1）用户层软件(高层)：实现与用户交互接口，用户可直接调用在用户层提供的，与I/O操作有关的库函数，对设备进行操作。2）设备独立性软件(中间层)：负责实现与设备驱动器的统一接口，设备命名，设备的保护以及设备的分配与释放等，同时为设备管理与
7、数据传送提供必要的存储空间。3）设备驱动程序(低层)：与硬件直接相关，负责具体实现系统对设备发出的操作指令，驱动I/O设备工作的驱动程序。4）中断处理程序(最低层)：用于保存被中断进程的CPU环境，转入相应的中断处理程序进行处理，处理完后再恢复被中断进程的现场后返回到被中断进程。此图为重点图之一在课本P179页可出选择或简答题（同上所诉）47.设备分配：需要用到一下几种数据结构;DCT(设备控制表)，COCT（控制器控制表），CHCT（通道控制表），SDT（系统设备表）48.SPOOLing技术：体现了操作系统的四大特征之一：虚拟性，第一章讲过脱机输入、输出技术，可缓和CPU高速性和I/O设备
8、低速性的矛盾。在多道程序系统中，可用一个进程SPi模拟脱机输入的外围机，把低速输入设备上的数据传送到高速磁盘上；用另一个进程SPo模拟脱机输出的外围机，把数据从高速磁盘传送到低速输出设备上。这样在CPU的直接控制下，模拟脱机输入、输出功能，使外围操作与CPU对数据的处理同时进行，这种联机操作称为SPOOLing(Simultaneous Peripheral Operations On-Line)，或称为假脱机操作。48.SPOOLing系统的特点：1）提高了I/O的速度 2）将独占设备改为共享设备 3）实现了虚拟设备的功能49.寻道时间（T）：其占据了磁盘访问时间的大头，且可用磁盘调度算法进
9、行优化。 改时间是启动磁臂的时间S与磁头移动n条磁道所花费的时间之和，即 T=m x n + s 其中m是一常数50.磁盘调度算法：1）先来先服务（FCFS）算法：平均寻道长度最大，故仅适用于请求磁盘I /O的进程数目较少的场合。根据进程请求访问磁盘的先后次序进行调度。缺点是平均寻道距离大，平均寻道时间长。2）最短寻道时间优先算法（SSTF）：存在starvation（饥饿）现象，优先选择要求访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最近的进程，以使每次寻道时间最短，但SSTF算法不能保证平均寻道时间最短，并且可能导致进程饥饿(starvation)现象。3）扫描（SCAN）算法又称电梯调度算法：该算
10、法不仅考虑欲访问的磁道与当前磁道的距离，更优先考虑磁头当前的移动方向。其磁头移动规律颇似电梯的运行，又称电梯调度算法。既有较好的寻道性能，又避免饥饿现象。4）循环扫描（CSCAN）：CSCAN是SCAN变种，规定磁头只能单向移动(例如自里向外)，移动到最外磁道访问后立即移动到最里的欲访问磁道，亦即将最小磁道号紧接着最大磁道号构成循环。相比SCAN可降低进程的最大等待时间(由2T降到TSmax)。5）算法和算法：SSTF、SCAN、CSCAN都可能会出现磁臂粘着(arm stickiness)现象，即有一个或几个进程对某一磁道访问频率很高，磁臂停留在该磁道不动，从而垄断了整个磁盘设备，在高密度磁
11、盘上容易出现此情况。N步SCAN算法是将磁盘请求队列分成若干个长度为N的子队列，磁盘调度将按FCFS算法依次处理这些子队列，而每处理一个队列时又是按SCAN算法。可避免粘着现象。当N取值很大时，NStepSCAN接近SCAN；当N=1时， NStepSCAN退化为FCFS。FSCAN实质上是对NStepSCAN的简化，只将磁盘请求队列分成两个子队列。一个是由当前所有请求磁盘I/O的进程形成的队列，另一个是扫描期间新出现的所有请求磁盘I/O的进程形成的等待队列。先来先服务（FCFS）算法最短寻道时间优先算法（SSTF）扫描（SCAN）算法又称电梯调度算法循环扫描（CSCAN） 第六章 文件管理（
12、p-208）（重点）文件的逻辑结构：是从用户观点出发所观察到的文件组织形式，是用户可以直接处理的数据及其结构，独立于文件的物理特性，又称为文件组织(File Organization)。（重点）文件的物理结构：又称为文件的存储结构，是指文件在外存上的存储组织形式，不仅与存储介质性能有关，而且与所采用的外存分配方式有关。无论是文件的逻辑结构，还是其物理结构，都会影响到文件的检索速度。文件逻辑结构的类型有结构文件。根据每个记录的长度，可分为定长记录、变长记录两类；根据各记录的组织形式，可分为顺序文件、索引文件、索引顺序文件三种。无结构文件，即流式文件文件的逻辑结构：顺序文件:文件是记录的集合，文件
13、中的记录可以是任意顺序的，可归纳为串结构和顺序结构两种。串结构文件的检索只能逐个记录遍历，而对顺序结构文件可有更好的检索效率。顺序文件的优点是对诸数据进行批量存取时效率最高，并且只有顺序文件能存储在磁带上。缺点是在文件较大时，查找或修改单个记录性能很差，尤其是采用变长记录的顺序文件开销更大；并且，增加或删除一个记录都比较困难。索引文件:对于定长记录的顺序文件可较方便地实现直接存取，但变长记录的直接存取是十分低效的，检索时间太长。所以可为其建立一张索引表，而索引表本身是一个定长记录的顺序文件。对索引文件检索分为两步，第一步可用折半查找法检索索引表，找到相应表项；第二步利用该表项指向记录的指针，访
14、问该条记录。索引文件可用于对信息处理及时性要求较高的场合。缺点是存储费用高。索引顺序文件:索引顺序文件可能是最常见的一种逻辑文件形式，可看作是顺序文件和索引文件的折衷。它将顺序文件中的所有记录分为若干个组，为顺序文件建立一张稀疏索引表，在稀疏索引表中为每组中的第一个记录建立一个索引项，其中含有该记录的键值和指向该记录的指针。检索时，首先利用用户提供的关键字(键值) 检索稀疏索引表，再利用顺序查找法查找主文件。其中，顺序文件的检索性能最差，索引文件的存储成本最高，索引顺序文件是前两者的折中。常用的外存分配方法有连续分配、链接分配和索引分配三种。文件的物理结构：文件的物理结构直接与外存分配方式有关。采用连续分配方式时，形成顺序式的文件物理结构；链接分配方式形成链接式文件物理结构；索引分配方式形成索引式文件物理结构。连续分配(顺序结构)：连续分配(Continuous Allocation)为每个文件分配一组相邻接的盘块。此时的物理文件称为顺序文件。应在目录项的文件物理地址字段中，记录该文件第一个记录所在的盘块号和文件长度(以盘块数进行计量)。优点：顺序访问容易，且顺序访问速度快(磁头移动距离最短)。缺点： 要求有连续的存储空间，与内存动态分配类似，会产生大量碎片，紧凑
