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北林 -- 操作系统复习

发布时间:2019-05-31 09:40 来源:未知 编辑:admin

  指操作系统能及时(或即时)响应外部事件的请求,和实施任务相结合能在规定的时间内完成对该事件的处理,并控制所有实时任务协调一致地运行。

  主要特点:专用性强,种类多,用途各异,人工干预少;基本特征是事件驱动设计。

  分布式操作系统:通过通信网络将物理上分布的具有自治功能的计算机系统互连起来,实现信息交换和资源共享,协作完成任务。处理和控制的分散(相对于集中式系统)是其主要特点。

  分布式系统是以计算机网络为基础的,它的基本特征是处理上的分布,即功能和任务的分布。

  分布式操作系统的所有系统任务可在系统中任何处理机上运行,自动实现全系统范围内的任务分配并自动调度各处理机的工作负载。

  分布式操作系统特点: 系统状态的不精确性;控制机构的复杂性;通信开销引起性能的下降;

  嵌入式系统:用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成,软硬件可裁剪。

  嵌入式操作系统:运行在嵌入式智能芯片环境中,对整个智能芯片以及它所操作、控制的各种部件装置等等资源进行统一协调、调度、指挥和控制的系统软件。

  进程:具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的独立单位。进程的组成(程序+进程控制块+数据)

  线程:是进程的一个实体,是CPU调度的基本单位。(不拥有系统资源,它与同属同一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源。)

  死锁:如果一个进程集合中的每个进程都在等待只能由该集合中的其他一个进程才能引发的事件,则称这一组进程或系统此时发生了死锁。

  虚拟存储:虚拟存储器的基本思想是把作业地址空间和实际主存的存储空间,视为两个不同的概念。一个计算机系统采用一定技术为程序员提供了一个足够大的地址空间,而完全不必考虑实际主存的大小。

  内存交换:多个程序并发执行,将暂时不能执行的程序送到外存中,从而获得内存空间来装入新程序,或读入达就绪状态的进程。交换单位为整个进程的地址空间。

  颠簸(抖动)在虚存中,页面在内存与外存之间频繁调度,以至于调度页面所需时间比进程实际运行的时间还多,此时系统效率急剧下降,甚至导致系统崩溃。这种现象称为颠簸或抖动。

  目录:文件系统层次结构的一个非终结节点,一个目录通常包含有许多目录项,每个目录项可以是一个文件或目录(文件控制块或目录的有序集合)。

  用户态和系统态:系统程序工作的状态称为管态或系统态;用户工作的状态称为算态或用户态。

  1.逻辑地址(相对地址,虚地址):用户的程序经过汇编或编译后形成目标代码,目标代码通常采用相对地址的形式。其首地址为0,其余指令中的地址都相对于首地址来编址。不能用逻辑地址在内存中读取信息。

  2.物理地址(绝对地址,实地址):内存中存储单元的地址。物理地址可直接寻址。

  3.地址映射:将用户程序中的逻辑地址转换为运行时由机器直接寻址的物理地址。当程序装入内存时, 操作系统要为该程序分配一个合适的内存空间,由于程序的逻辑地址与分配到内存物理地址不一致, 而CPU执行指令时,是按物理地址进行的,所以要进行地址转换。

  内存紧缩(compaction):将各个占用分区向内存一端移动。使各个空闲分区聚集在另一端,然后将各个空闲分区合并成为一个空闲分区。

  临界区和临界资源:一次仅供一个进程使用的资源。在进程中涉及到临界资源的程序段叫临界区.

  ①物理转储:从磁盘的第0块开始,将全部磁盘块按顺序输出到存储设备上,直到最后一块复制完毕。

  ②逻辑转储:从一个或几个指定的目录开始,并递归的转储其自给定基准日期后,有所更改的全部文件和目录。

  进程:具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的独立单位。

  线程:是进程的一个实体,是CPU调度的基本单位。(不拥有系统资源,它与同属同一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源)

  1、进程-动态,程序-静态:作为程序的执行,进程通常不可在计算机之间迁移;作为有序代码集合,程序对应的文件是静态、和可复制的。

  2、进程与程序的组成不同:进程的组成包括程序、数据和进程控制块(即进程状态信息)。

  3、进程能真实描述并发执行,程序不能:进程是独立调度并能和其他进程并行执行的单位。

  5、进程是暂时的,程序是永久的:进程是一个状态变化的过程,程序可长久保存。

  6、进程与程序的对应关系:通过多次执行,一个程序可对应多个进程;通过调用关系,一个进程可包括多个程序。

  进程和线、 进程是资源分配的基本单位。线程与资源分配无关,它只属于某一个进程,并与进程内其他线程一起共享进程的资源。

  代码—程序;资源句柄—分配的资源;寄存器—执行状态;堆栈—运行场景;数据—特定的数据集合

  1、进程要求输入数据时CPU把准备存放输入数据的内存始址及要传输字节数分别送入DMA控制器中的内存地址寄存器和字节计数器;另外,将中断允许位和启动位置1,从而启动设备,开始数据输入。2、当前进程进入阻塞状态, 调度程序调度其它进程执行。

  4、DMA控制器在传输完成时发出中断信号, CPU接到中断信号,进行中断处理。

  1、 CPU:执行用户程序,当遇到I/O请求时,可根据该请求生成通道程序放入内存,并将该通道程序的首地址放入CAW中;之后执行“启动I/O”指令,启动通道工作。2、通道:接收到“启动I/O”指令后,从CAW中取出通道程序的首地址,并根据首地址取出第一条指令放入CCW中,同时向CPU发回答信号,使CPU可继续执行其他程序,而通道则开始执行通道程序,完成传输工作。

  把用户程序划分成大小相等的页,从0开始编制页号,页内地址是相对于0编址进程。虚拟地址为页号P与页内地址W组成。内存空间也按页的大小划分为大小相等的内存块,以页为单位进行分配,并按作业的页数多少来分配。逻辑上相邻的页,物理上不一定相邻,通过页表把作业的各个页面与页框对应起来。

  按程序自身的逻辑关系划分为若干程序段,每个程序段都有一个段名,且有一个段号。段号从0开始,每一段也从0开始编址,段内地址是连续的。虚拟地址为段号P与段内地址W组成。内存空间被动态的划分为若干个长度不相同的物理段,以段为单位分配内存,每一个段在内存中占据连续空间(内存随机分割,需要多少分配多少),但各段之间可以不连续存放。

  按程序的逻辑关系划分为段,并有各自的段号s,对于段s中的程序或数据,则按照一定的大小将其划分为不同的页。虚拟地址由段号s,页号p,和页内地址w三个部分组成。将存储空间分成大小固定的页,一个段中的程序或数据在内存中可以分开存放与不相邻的页。

  1、段是信息的逻辑单位,它是根据用户的需要划分的,因此段对用户是可见的;页是信息的物理单位,是为了管理主存的方便而划分的,对用户是透明的。2、页的大小固定不变,由系统决定。段的大小是不固定的,它由其完成的功能决定。

  4、由于段是信息的逻辑单位,因此便于存贮保护和信息的共享,页的保护和共享受到限制。

  V操作的基本概念:P、V操作均为原语操作,执行必须是连续的,在执行过程中不允许被中断。P

  操作目的:避免在执行临界区操作时会有其它的进程也进入临界区,即实现并发进程间的互斥操作****P操作:

  (1)sem减1;(2)若sem减1后仍大于等于0,则进程继续执行;(3)若结果小于0,则该进程睡眠,进入等待队列。

  (1)s值加1;(2)若相加结果大于0,进程继续执行;(3)否则,唤醒一个等待队列中的进程,然后本进程继续执行。

  、V操作:成对使用P和V原语:遗漏P原语则不能保证互斥访问,遗漏V原语则不能在使用临界资源之后将其释放(给其他等待的进程);P、V原语不能次序错误、重复或遗漏。

  (信号量sem:是一个整数,在sem大于等于零时,代表可供并发资源使用的

  优点:简单;支持顺序存取和随机存取;顺序存取速度快;所需的磁盘寻道次数和寻道时间最少

  文件的信息存放在若干连续的物理块中,通过指针链接,前一个物理块指向下一个物理块。

  优点: 提高空间利用率;有利于文件动态扩充;有利于文件插入和删除;不存在外部碎片问题

  一个文件的信息存放在若干不连续物理块中,系统为每个文件建立一个索引表,并将这些块的块号存放在索引表中。

  (1)1946-50年代:无操作系统时代,工作环境 是电子管计算机(2)50-60年代:单道批处理系统

  ①调度同质进程:固定数目的电影,所有电影使用相同的帧率、视频分辨率、数据率以及其他参数。所有进程同等,轮换调度,加上定时机制老保证每个进程以恰当的帧率传输。

  ④最早最终时限优先调度:一种动态算法,不考虑周期性,不考虑每个CPU突发有相同的时间。只要一个进程需要CPU时间,它就宣布它的到来和最终时限。调度程序维护一个可运行进程的列表,该列表按照最终时限排序。edf算法运行列表中的第一个进程。新进程就绪,检查是否最终时限在当前运行进程结束之前,如果是,则新进程抢占CPU

  同步:进程之间的一种通信方式,有时序上的制约关系,或者说是进程之间为了协同工作而存在的一种等待关系。

  【例1】下表给出作业l,2,3的提交时间和运行时间。采用先来先服务调度算法和短作业优先调度算法,试问作业调度次序和平均周转时间各为多少?(时间单位:小时,以十进制进行计算。)

  (1)作业被选中执行的次序是什么? (2)作业被选中时的响应比分别是多少?

  三个作业被选中时的响应比分别是:J1,2.04;J2,3.5;J3,3.4。

  (2)三个作业被选中时的响应比分别是:J1,1.04;J2,2.5;J3,2.4。

  采用静态优先数法,进程A最先就绪,在0时刻先占有CPU运行,随后1时刻进程B进入就绪队列,2时刻进程C进入就绪队列,3时刻进程D进入就绪队列。由于采用静态优先数法,不容许随时间的推移改变进程的优先级,所以当进程A运行结束时,系统的就绪队列中有B、C、D三个进程,而进程C优先级最高,于是选中C;这样分析下去,进程的执行次序是A-C-D-B。

  它由两个部分组成:前一部分表示该地址所在页面的页号p;后一部分表示页内地址(页内位移)d。页号的地址位数决定了页的多少,假设页号有20位,则地址空间中最多可容纳的页面数为220,即1MB个页面。页内地址位数确定了每页的大小,若页内地址为12位,则每页大小为212,即2KB。

  (1)页的逻辑地址由页号和页内地址组成,所以需要3+10=13位二进制数表示。(2)页的物理地址由块号和页内地址的拼接,所以需要5+10=15位二进制数表示。

  其中,int是取整函数(取数值的整数部分),mod是取余函数(取数值的余数部分)。

  由已知条件“用户编程空间共32个页面”,可知页号部分占5位;由“每页为1KB”,1K=210,可知内页地址占10位。由“内存为16KB”,可知有16块,块号为4位。

  逻辑地址0A5C(H)所对应的二进制表示形式是:000 1010 0101 1100 ,根据上面的分析,下划线部分为页内地址,编码 “000 10” 为页号,表示该逻辑地址对应的页号为2。查页表,得到物理块号是4(十进制),即物理块地址为:01 00 ,拼接块内地址10 0101 1100,得01 0010 0101 1100,即125C(H)。

  设一计算机系统有输入机一台、打印机两台,现有二道程序同时投入运行,且程序 A 先开始运行,程序 B 后运行。程序 A 的运行轨迹为:计算 50ms,打印信息 100ms,再计 算 50ms ,打印信息 100ms ,结束。程序 B 运行的轨迹为:计算 50ms,输入数据 80ms,再 计算 100ms,结束。要求: (1) 用图画出这二道程序并发执行时的工作情况。 (2) 说明在二道程序运行时,CPU 有无空闲等待?若有,在哪段时间内等待?为什 么会空闲等待? (3) 程序 A、B 运行时有无等待现象?在什么时候会发生等待现象?

  设公共汽车上,司机和售票员的活动分别如下:司机的活动:启动车辆:正常行车;到站停车。售票员的活动:关车门;售票;开车门。

  在汽车不断地到站、停车、行驶过程中,这两个活动有什么同步关系?用信号量和P、V操作实现它们的同步。

  答:在汽车行驶过程中,司机活动与售票员活动之间的同步关系为:售票员关车门后,向司机发开车信号,司机接到开车信号后启动车辆,在汽车正常行驶过程中售票员售票,到站时司机停车,售票员在车停后开门让乘客上下车。因此,司机启动车辆的动作必须与售票员关车门的动作取得同步;售票员开车门的动作也必须与司机停车取得同步。应设置两个信号量:s1、s2;s1表示是否允许司机启动汽车(其初值为0);s2表示是否允许售票员开门(其初值为0)。

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