#操作系统期末复习指导-20175

《操作系统》期末复习指导（《操作系统》期末复习指导（20172017 年年 5 5 月）月） 第第1 1部分部分操作系统引论操作系统引论 学习重点： 1.什么是操作系统： 操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、 有效地组 织多道程序运行的系统软件（或程序集合） ，是用户与计算机之间的接口； 2.操作系统的主要功能： 处理机管理：作业和进程调度、进程控制和进程通信； 存储器管理：内存分配、地址映射、内存保护和内存扩充； 设备管理：缓冲区管理、设备分配、设备驱动和设备无关性； 文件管理：文件存储空间的管理、文件操作的一般管理、目录管理、文件的读写管理和 存取控制、文件的逻辑结构和物理结构； 用户接口功能：命令界面、程序界面、图形界面； 3.操作系统的基本特征（2 个最基本的特征是并发和共享）: 并发：两个或多个活动在同一给定的时间间隔内进行； 共享：计算机系统中的资源被多个任务所共用。 虚拟：虚拟处理机、虚拟内存、虚拟外设等。 异步：多道程序下，各程序的执行过程由程序执行时的现场决定。 4.三种基本类型的操作系统： 批处理系统：用户作业成批的处理，作业建立、过渡、完成都自动由系统成批完成，且 在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序， 使它们在管理程序的控制下， 相互穿插运行。 分时系统：系统内存在若干并发程序对CPU 时间片共享使用。 实时系统： 计算机对于外来信息能够以足够快的速度进行处理， 并在被控对象允许的时 间范围内做出快速反应。 5.分时概念：分时主要指若干并发进程对CPU 时间的共享。 6.通用操作系统： 兼备了批处理、 分时和实时操作系统三者或其中二者的功能的操作系统。 7.现代操作系统的三种用户界面：命令界面、图形界面和系统调用。 第第2 2部分部分进程管理进程管理 学习重点： 1.什么是进程，进程与程序的区别和关系： 进程：进程是可以和别的计算并发执行的计算； 进程是程序的一次执行， 是在给定内存 区域中的一组指令序列的执行过程； 进程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； 进程可定义为一个数据结构和能在其上进行操作的一个程序； 进程是程 序在一个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。 进程与程序的区别：①程序是静态概念，而进程是程序的一次执行过程，是动态概念。 ②进程是一个能独立运行的单位， 能与其它进程并发执行。 进程是 作为申请和调度单位存在的； 而通常的程序是不能作为一个独立运 行的单位而并发执行的。 ③程序和进程无一一对应关系。 ④各个进程在并发执行过程中会产生相互制约关系， 而程序本身是 静态的，不存在这种异步特征。 2.进程的两个基本属性：可拥有资源的独立单位、可独立调度和分派的基本单位 3.进程的特征：动态性、并发行、独立性、异步性、结构特征 1 4.进程的基本状态及其变化： 三种基本状态：运行态：当前进程已分配到CPU，它的程序正在处理机上运行； 就绪态：进程已具备运行条件，但因为其它进程正占用 CPU，所以暂 时不能运行而等待分配 CPU 的状态； 阻塞态：因等待某件事件发生而暂时不能运行的状态。 就绪→运行：被调度程序选中，分配到CPU。 运行→阻塞：因缺乏某种条件而放弃对CPU 的占用。 阻塞→就绪：阻塞态进程所等待的事件发生了。 运行→就绪： 进程用完时间片 （分时系统中） 或一个优先权更高的进程进入就绪队列 （ “优 先权高优先”调度算法中） 。 有些操作系统中增加了两种状态：新状态和终止状态 5.某些操作系统中引入的进程的挂起状态（静止状态）-- 挂起就绪、挂起阻塞； 6.进程由哪些部分组成，进程控制块（PCB）的作用：进程由程序段、相关数据段和 PCB 组成；进程控制块是进程组成中最关键的部分， PCB 是进程存在的唯一标志，每个进程 有唯一的 PCB， 操作系统根据 PCB 对进程实施控制和管理， PCB 是进程存在的唯一标志。 7.进程的切换（处理机从一个进程转到另一个进程），可能引起进程切换的时机（进程运 行结束；进程从运行态变为就绪态； 进程从运行态变为等待态； 进程从等待态变为就绪 态）； 8.并发进程间两种相互制约关系：什么是进程的同步（直接制约关系）与互斥（间接制约 关系）： 进程的同步：进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系； 进程的互斥：两个逻辑上本来完全独立的进程由于竞争同一个物理资源而相互制约。 9.多道程序设计概念： 多道程序设计是在一台计算机上同时运行两个或更多个程序，多 道程序设计具有提高系统资源利用率和增加作业吞吐量的优点； 10. 处理机的两种执行状态：管态和目态； 11. 线程：什么是线程？有哪几种基本状态？为什么要在操作系统中引入线程？ 12. 线程的属性：是一种轻型进程；独立调度和分派的基本单位；可并发执行；共享所属进 程所拥有的资源。 13. 线程是调度的基本单位（即是分配CPU 的基本单位） ，而进程是资源分配的基本单位。 14. 什么是临界资源、临界区： 临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源； 临界区：每个进程访问临界资源的那段程序。 15. 进程同步的机制：信号量机制和管程机制（一种同步机制，由共享资源的数据结构及其 在该数据结构上的一组操作组成） 。 16. 什么是信号量，从物理概念上解释PV 操作（即wait、signal 操作），进程间简单同步 与互斥的实现。 信号量：记录型信号量是由两个成员组成的数据结构，其中一个成员是整型变量，表 示信号量的值，另一个是进程链表 L，用于链接等待进程。信号量的值与相应资源的 使用情况有关。 互斥信号量：初值为 1； 资源信号量：初值为资源的数目； P、V 操作（也叫 wait、signal 操作）的解释： P 操作： 当 S.value0 时， 表示目前系统中这类资源还有可用的。 执行一次 P 操作， 意味着进程请求一个单位的该类资源，使系统中可供分配的该类资源减少一个，因此 2 描述为 S.value:=S.value-1；当 S.value0 时，表示该类资源已分配完毕，进程应调用 block 原语自我阻塞，放弃处理机，并插入到信号量链表S.L 中。 V 操作：执行一次 V 操作，意味着释放一个单位的可用资源，使系统中可供分配 的该类资源数增加一个，故执行S.value:=S.value+1 操作。若加 1 后 S.value≤0，则表 示在该信号量链表中，仍有等待该资源的进程被阻塞，因此应调用 wakeup 原语，将 S.L 链表中的第一个等待进程唤醒。 17. 三个经典的进程同步问题：生产者-消费者问题（能否将消费者进程的 wait(full)和 wait(mutex)语句互换，为什么？）、读者-写者问题、哲学家进餐问题（不出现死锁）。 能够使用信号量及 PV 操作解决进程的同步问题。 18. 进程通信—三种高级通信方式：共享存储器系统、消息传递系统（直接通信方式和间接 通信方式—信箱） 、管道通信。 19. 进程同步的例题：(多做相关题目) 例 1父亲 Father、女儿Daughter、儿子Son 互斥使用一个包含 20 个格子的容器。Father 每次取一个水果