操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。

虚拟机：在裸机的基础上，每增加一层新的操作系统的软件，就变成了功能更为强大的虚拟机或虚机器。

操作系统的目标：1. 方便性2. 有效性 3. 可扩充性4. 开放性

操作系统的作用：OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口；OS作为计算机系统资源的管理者；OS实现了对计算机资源的抽象（作扩充机器）。

操作系统的特征：并发性；共享性；虚拟性；异步性

推动操作系统发展的主要动力：不断提高计算机资源利用率 ；方便用户；器件的不断更新换代 ；计算机体系结构的不断发展 。

人工操作方式的特点：用户独占全机；CPU等待人工操作；独占性；串行性。缺点:计算机的有效机时严重浪费；效率低

脱机I/O方式的主要优点:减少了CPU的空闲时间;提高I/O速度。

单道批处理系统的特征:自动性 ; 顺序性 ;单道性

多道批处理系统原理：用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个队列，称为“后备队列”；然后，由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干个作业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资源。

多道批处理系统的优缺点 资源利用率高 ；系统吞吐量大 ；可提高内存和I/O设备利用率；平均周转时间长；无交互能力

多道批处理系统需要解决的问题（1）处理机管理问题（2）内存管理问题（3）I/O设备管理问题4）文件管理问题（5）作业管理问题

分时系统：在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。

时间片：将CPU的时间划分成若干个片段,称为时间片，操作系统以时间片为单位,轮流为每个终端用户服务

实时系统与分时系统特征的比较：多路性；独立性；及时性；交互性；可靠性

操作系统的特征：并发性；共享性；虚拟性；异步性

操作系统的主要功能：处理机管理；存储器管理；设备管理；文件管理；作业管理

对处理机管理，可归结为对进程的管理：进程控制（创建，撤消，状态转换）；进程同步（互斥，同步）；进程通信；进程调度（作业调度，进程调度）。

存储器管理功能：内存分配（最基本）；内存保护；地址映射；内存扩充

设备管理功能：设备分配；设备处理（相当于启动）；缓冲管理 ；虚拟设备

文件管理功能：文件存储空间管理；目录管理；文件读写管理；文件保护。

用户接口：命令接口；程序接口；图形接口

传统的操作系统结构：无结构OS；模块化OS结构 ；分层式OS结构

模块化操作系统结构：操作系统是由按其功能划分为若干个具有一定独立性和大小的模块。每个模块具有某个方面的管理功能，规定好模块之间的接口。

微内核的基本功能：进程管理-存储器管理-进程通信管理-I/O设备管理

进程的特征：动态性（最基本）；并发性；异步性；独立性；结构特征（程序段，数据段，进程控制块PCB）

进程的基本属性：可拥有资源的独立单位；可独立调度和分配的基本单位。

进程控制块的基本组成：进程标识符；处理机的状态；进程调度所需信息；进程控制信息。 进程控制一般是由操作系统的内核中的原语来实现

临界资源：如打印机、磁带机等一段时间内只允许一个进程进行使用的资源。

信号量：整型，记录型，and型，信号量集。实现进程互斥，前趋关系，进程同步。 semaphore

进程通信的类型：共享存储器系统；消息传递系统；管道通信

管道通信：用于连接一个读进程和一个写进程以实现他们通信的一个共享文件，又名Pipe文件，本身提供了互斥和同步进程的能力。

next:指向下一个消息缓冲区的指针

线程的属性：轻型实体；独立调度和分派的基本单位；可并发执行；共享进程资源 作业的状态 “进入” 或“提交” “后备”“运行” “完成”

决定作业调度的两个因素：

多道程序度；调度算法

周转时间：完成时间-到达时间

带权周转时间：周转时间/执行时间

先来先服务 (FCFS)

短作业（进程）优先SJ(P)F

高响应比优先调度算法HRRN：响应比R = （1+T-到达时间）/服务时间

时间片轮转法RR

准则：面向用户的准则（周转时间短；反应时间快；截止时间的保证；优先权准则 ）；面向系统的准则（系统吞吐量高；处理机利用率好；各类资源的平衡利用）

程序的装入：绝对装入方式；可重定位装入方式；动态运行时装入方式。

程序的链接：1、静态链接：程序运行前先链接，再装入内存：1）对相对地址的改变2）变换外部调用符号

2、装入时动态链接：装入内存时，边装入边链接。

3、运行时动态链接：某些模块的链接推迟到执行时才执行，用不到的模块可以不调入内存。

产生死锁的原因竞争资源：可剥夺和非剥夺性资源/临时性资源；进程间推进顺序非法。 死锁是指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。

处理死锁的基本方法：预防死锁；避免死锁；检测死锁；解除死锁

产生死锁的必要条件互斥条件：资源本身的特性；请求和保持条件：在请求不到新资源的时候进程不释放原来的资源 ；不剥夺条件：进程获得的资源，为使用完前不可被剥夺 ；环路等待条件：进程对资源的请求形成一个请求环形链

预防死锁

1、打破请求和保持条件：要求进程一次性申请到全部资源后再运行，不会产生死锁，但效率降低

2、打破不剥夺条件：要求进程提出新资源要求不被满足后，必须释放原来的保持的资源，损失代价严重；

3、打破环路等待条件：对资源进行线性排序编号，要求每个进程必须从低号到高号申请资源，而不考虑进程实际申请资源的先后顺序。

死锁的解除剥夺资源；撤消进程

拼接或紧凑：通过移动内存中作业的位置，以把原来多个分散的小分区拼接成一个大分区的方法。

虚拟存储器的特征：多次性；对换性；虚拟性

银行家算法：主要用来判断在当前状态下如果有进程提出资源请求request[]，看是否能满足该请求：

a： 判断请求的合法性，是否满足小于NEED矩阵中的向量；

b：请求的可满足性判断，是否小于available[]向量；

c：试探分配，修改相应的参数 available[]\allocation\need;

d：进行安全性检查，若分配后安全，则进行分配，若判断从此进入了不安全状态，则恢复原来数据，对进程请求不予满足。

安全性算法检查：

虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统。其逻辑容量由内存容量和外存容量之和所决定的。

动态分区分配算法：首次适应算法：按地址递增的顺序；循环首次适应算法：从上次找到的空闲分区的下一个开始；最佳适应算法：按大小递增的顺序；最坏适应算法：按地址递减的顺序

地址为A，页面大小L页号P，页内地址d：

p=int(A/L)

d=AmodL

分段系统的基本原理： 分段：将作业的逻辑地址空间分为若干个段，每个段内定义一组逻辑信息。作业的地址空间分为段号（名）+段内地址两部分。

段表：将不同的段分配到内存不连续的存储空间，当然，具体每个段，因为长度可能不同，但是需连续的存储空间，因此，段表内需确定段号、段的长度、段在内存的起始地址。 分页与分段区别：（1）页是信息的物理单位，为了提高内存利用率引入的；段是信息的逻辑单位，是考虑用户编程需要分成的段。（2）页的大小固定，段的大小不确定（3）页的逻辑地址是1维的，段的逻辑地址是2维的。

段页式存储管理方式

基本原理：首先用户程序分成若干个段，每个段内再实施分页，为每个段赋予一个段名。在段页式系统中，其地址结构由段号、段内页号及页内地址三部分组成。

页号、物理块号、状态位p、访问字段A、修改位M、外存地址

页表机制：页号和物理块号，状态位P（0表示在外存，没有调入，1表示在内存）；访问字段A（一段时间内访问次数或是否被访问过，供页面置换出去时参考）；修改位M（一段时间内是否被修改过，置换时需要回写到外存对换区）；外存地址（将来调入内存时使用）； 物理块的分配策略

（1）固定分配局部置换（2）可变分配全局置换（3）可变分配局部置换

物理块分配算法

（1）平均分配算法（2）按比例分配算法（3）考虑优先权的分配算法

最佳置换算法（Optimal）

先进先出置换算法（FIFO）

最近最久未使用（LRU）

Clock置换算法

设备控制器是在CPU和I/O设备之间的接口，一个设备控制器控制几个设备。

设备控制器的功能接收和识别命令；数据交换；标识和报告设备的状态；地址识别；数据缓冲；差错控制

通道是通过执行通道程序，并与设备控制器共同实现对I/O设备的控制的。通道程序是由一系列通道指令所构成的。

通道程序每条指令： （1）操作码（2）内存地址（3）计数（4）通道程序结束位（5）记录结束标志。

设备分配中的数据结构

1、设备控制表DCT

2、控制器控制表COCT、通道控制表CHCT

3、系统设备表

联机命令的类型

系统访问类（login）；磁盘操作类format、diskcopy；文件操作类type；目录操作类mkdir；其它命令

spooling 系统组成

（1）输入井和输出井

（2）输入缓冲区和输出缓冲区（3）输入进程spi和输出进程spo

SPOOLING 系统的特点

提高了I/O的速度；将独占设备改造为共享设备；实现了虚拟设备功能

设备处理程序通常又称为设备驱动程序。是I/O进程与设备控制器之间的通信程序，以进程的形式存在，故称为设备驱动进程。

连续分配的优缺点：

（1）顺序访问容易（2）顺序访问速度快（3）要求有连续的存储空间（4）必须事先知道文件的长度。

显示链接是把链接文件个物理块的指针显式的存放在内存的一张链接表中，整个磁盘仅设置一张

混合索引分配方式：UNIX系统V的索引结点中：

直接寻址iaddr(0)-iaddr(9)；

一次间接寻址iaddr(10)；

多次间接寻址iaddr(11) iaddr(12)

对目录管理的要求如下：

（1）实现“按名存取”（2）提高对目录的检索速度（3）文件共享（4）允许文件重名 文件与文件控制块一一对应，人们把文件控制块的有序集合称为文件目录

多级目录结构

（1）提高了检索目录的速度（2）在不同的用户目录中，可以使用相同的文件名

（3）不同用户还可以使用不同的文件名来访问同一个共享文件。

系统调用的类型 位，转换为相应的盘块号

（1）进程控制类 b=n(i-1)+j（n为每行位数）

（2）文件操纵类 (3)修改位示图，令

map[i,j]=1 （3）进程通信类

盘块的回收:

对对象操纵和管理的软件1、 将回收的盘块号转换为

集合是文件管理系统的核行号和列号

心部分。

Hash函数，可将记录键值

转换为相应记录的地址。

盘块的分配：

（1）顺序扫描位示图，找

出值为0的二进制位进行分

配。（2）将所找到的每一个

 

第二篇：操作系统知识点总结

第一章操作系统引论

1、操作系统的目标之一：提高系统资源利用率。

2、从一般用户的观点，可把OS看做是用户与计算机硬件系统之间的接口；

从资源管理的观点看，则可把OS视为计算机系统资源的管理者。（资源包括软硬件资源）

3、操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。

4、分时系统的出现（或者说目标之一）是为了实现人——交机互。

5、分时系统的特征：

（1） 多路性

（2） 独立性

（3） 及时性

（4） 交互性

6、根据对截止时间的要求来划分

（1） 硬实时任务（Hard real-time Task）。系统必须满足任务对截止时间的要求，否则可能

出现难以预测的结果。

（2） 软实时任务（Soft real-time Task）。它也联系着一个截止时间，但并不严格，若偶尔

错过了任务的截止时间，对系统产生的影响也不会太大。

7、最具代表性的单用户单任务微机操作系统是：MS-DOS。

最具代表性的单用户多任务操作系统是：Windows系列

多用户多任务操作系统的代表：Unix和Linux

8、操作系统的基本特性：

（1）

（2）

（3）

（4） 并发性 共享性 虚拟技术 异步性

9、操作系统的主要功能：

（1） 处理机管理功能

（2） 存储器管理功能

（3） 设备管理功能

（4） 文件管理功能

（5） 用户与操作系统的接口

10、传统的操作系统结构：

第一代：早期的无结构OS

第二代：模块化结构的OS

第三代：分层式结构的OS

第四代：微内核结构的OS

第二章进程管理

1、程序顺序执行时的特征：

（1） 顺序性

（2） 封闭性

（3） 可再现性

2、进程的定义：进程是程序的一次执行，是程序在数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

3、进程与程序的区别：

（1） 程序是指令的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念，而进程

是程序在处理机上的一次执行过程，它是一个静态的概念。

（2） 程序可以作为一种软件资源长期存在，而进程是有一定生命周期的，程序是永久的，

进程是暂时的。

（3） 进程能更真实的描述并发，而程序不能。

（4） 进程是由程序和数据两部分组成。

（5） 进程具有创建其他进程的功能，而程序没有。

（6） 同一程序同时运行于若干个数据集合上，它将属于若干个不同的进程，也就是说同

一程序可以对应多个进程。

4、进程的三种基本状态：

（1） 就绪（Ready）状态

（2） 执行状态

（3） 阻塞状态（等待状态或睡眠状态）

5、进程三种基本状态及其转换：（课本38页图2.5）

没有以下的状态转换：阻塞——执行，就绪——阻塞

如果系统中有N进程，在单处理机中：

运行进程：最多1个，最少0个

就绪进程：最多N—1，最少0个

等待进程：最多N个，最少0个

6、进程控制块中的信息：

（1）

（2）

（3）

（4） 进程标识符 处理机状态 进程调度信息 进程控制信息

7、有下述几类事件会引起进程阻塞或被唤醒：

（1） 请求系统服务

（2） 启动某种操作

（3） 新数据尚未到达

（4） 无新工作可做

8、正在执行的进程，当发现上述某事件时，由于无法继续执行，于是进程便通过调用阻塞原语block把自己阻塞。可见，进程的阻塞是进程自身的一种主动行为。

9、许多硬件资源如打印机、磁带机等，都属于临界资源，诸进程间应该采取互斥方式，实现对这种资源的共享。

10、不论是硬件临界资源。还是软件临界资源，多个进程必须互斥地对它进行访问。

11、临界区：人们把在每个进程中访问的临界资源的那段代码成为临界区。

12、仅能通过两个标准的原子操作wait(s)和signal(s)来访问。很长时间以来，这两个操作一

直被分为P、V操作。P:申请一个单位资源；V：释放一个单位资源。（参考课堂笔记进行复习）

第三章处理机调度与死锁

1、高级调度（High Level Scheduling）又称为作业调度或长程调度（Long Term Scheduling），其主要功能是根据某种算法，把外存上处于后备的那些作业调入内存，也就是说，它调度色对象是作业。（其中后备状态也称为收容状态）

2、所谓周转时间，是指从作业被提交给系统开始，到作业完成为止的这段时间间隔（称为作业周转时间）。

3、先来先服务算法（详细看，课本91页）

4、最早截止时间优先即EDF（Earliest Deadline First）算法（详细看课本100页）

5、所谓安全状态，是指系统能按某种进程顺序（P1，P2，…,Pn）（称<P1,P2,…,Pn>序列为安全序列），来为每个进程Pi分配其所需要的资源，直至满足每个进程对资源的最大需求，使每个进程都可顺利地完成。如果系统无法找到这样一个安全序列，则称系统处于不安全状态。

6、若系统处于不安全状态可能会发生死锁。若系统发生死锁一定处于不安全状态。

7、利用银行家算法避免死锁（详细看课本108到111页）

8、图4-1 计算机系统存储层次示意：（课本116页）

寄存器的访问速度最快，可移动存储介质访问速度最慢。

9、固定分区分配中，由于每个分区的大小固定，必然会造成存储空间的浪费，这些浪费的空间成为内零头（或碎片）。

10、动态分区分配中，会留下许多难以利用的、很小的空闲分区，这些成为外部零头。（外

零头只存在于动态分配中）

11、所谓“对换”，是指把内存中暂时不能运行的进程或者暂时不用的进程和数据调出到外

存上，以便腾出足够的内存空间，再把已具备运行条件的进程或进程所需要的程序和数据调入内存。

12、如果离散分配的基本单位是页，则成为分页存储管理方式。如果离散分配的基本单位是

段，则成为分段存储管理方式。

支持多道程序运行，克服了“碎片”，减少“紧凑”方法带来的巨大开销，且不支持实现虚拟存储器的功能的存储管理方式是：基本的分页存储管理方式（或纯分页存储管理方式）。

13、为了能将用户地址空间中的逻辑地址变换为内存中的物理地址，在系统中必须设置地址变换机构。

14、当进程要访问某个逻辑地址中的数据时，分页地址变换机构会自动地将有效地址（相对

地址）分为页号和业内地址两部分，再以页号为索引去检索页表、查找操作由硬件执行。

15、分页和分段的主要区别：

（1） 页是信息的物理单位，分页是为实现离散分配方式，以消减内存的外零头，提高内

存的利用率。段是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息。分段的目的是为了更好的满足用户的需要。

（2） 页的大小固定且有系统决定，由系统把逻辑地址划分为页号和业内地址两部分，是

由机器硬件实现的，因而在系统中只能有一种大小的页面；而段的长度不固定，决定于用户所编写的程序，通常由编译程序在编译源程序时。根据信息的性质来划分。

（3） 分页的作业地址空间是一维的，即单一的线性地址空间，程序员只需利用一个记忆

符号，即可表示一个地址；而分段的作业地址空间是二维的，程序员在标识一个地址时，即需要给出段名，有需要给出段内地址。

16、局部性原理是虚拟存储器实现的基础。

17、所谓虚拟存储器，是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统。其逻辑容量由内存容量和外存容量之和所决定，其运行速度接近于内存速度，而每位的成本却又接近于外存。

18、虚拟存储技术是以时间换空间。

19、虚拟存储器的特征：（1）多次性（2）对换性（3）虚拟性

20、先进先出（FIFO）页面置换算法（课本150页，详细看）

当物理块书增加时，缺页中断次数增加，把这种现象称为抖动（或者发生异常）。

第四章 设备管理

1、按信息交换的单位分类：第一，块设备；第二，字符设备。

2、设备控制器的基本功能：

（1） 接收和识别命令

（2） 数据交换

（3） 地址识别

（4） 数据缓冲

（5） 差错控制

3、缓冲管理技术是以时间换空间。

4、设备分配中的数据结构：

（1） 设备控制表（DCT）

（2） 控制器控制表（COCT）

（3） 通道控制表（CHCT）

（4） 系统设备表（SDT）

5、系统设备分配程序可按下述步骤进行设备分配：

（1） 分配设备

（2） 分配控制器

（3） 分配通道

6、SPOOLing（假脱机操作）系统主要有以下三部分：

（1） 输入井和输出井

（2） 输入缓冲区和输出缓冲区

（3） 输入进程SPi和输出进程SPo。

7、磁盘访问时间分成三部分：寻道时间Ts、旋转延迟时间Tr和传输时间Tt。

8、先来先服务算法（FCFS, First Come First Served）（详细研究，课本194页）

9、最短寻道时间优先（SSTF, Shotest Seek Time First）（课本195页，详细看）

第五章 文件管理

1、文件的最小组成单位：基本数据项。

2、基本数据项：这是用于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单位，即原子数据。

3、有结构文件分为两种：定长记录文件和不定长记录文件。

4、对目录管理要求如下：

（1） 实现“按名存取”

（2） 提高对目录的检索速度

（3） 文件共享

（4） 允许文件重名

5、在树形目录结构中，从根目录到任何数据文件，都只有一条惟一的通路成为路径。

6、当前目录开始直到数据文件为止所构成的路径名，称为相对路径（relative path name）。

7、把从树根开始直到数据文件为止所构成的路径名，称为绝对路径名（absolute path name）。