计算机理论：操作系统基础知识总结

谁践踏了优雅 2022-02-02 02:13 493阅读 0赞

### 计算机理论：操作系统基础知识总结 ###

*  操作系统概述
 *   *  1. 进程概念
     *   *  1.1 进程控制
         *  1.2 进程通信
         *  1.3 进程调度
         *  1.4 死锁
         *  1.5 线程
     *  2. 存储管理
     *   *  2.1 分区存储管理
         *  2.2 分页存储管理
         *  2.3 分段存储管理
         *  2.4 虚拟存储管理
     *  3. 设备管理
     *   *  3.1 设备管理技术
         *  3.2 磁盘调度
     *  4. 文件管理
     *   *  4.1 文件结构
         *  4.2 文件目录
         *  4.3 文件存取
         *  4.4 文件共享和保护
         *  4.5 系统安全与可靠性
     *  5. 作业管理
     *   *  5.1作业调度

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# 操作系统概述 #

1、操作系统作用：管理软硬件资源、组织工作流程、控制程序指令提供用户接口  
2、操作系统特征：并发性、共享性、虚拟性、不确定性  
3、操作系统功能：进程管理、文件管理、存储管理、设备管理、作业管理

## 1. 进程概念 ##

1、文件管理核心：合理分配处理机时间，提供系统效率  
2、程序顺序执行特征：顺序性、封闭性、可再见性  
3、进程即程序的一次执行，由程序、数据、进程控制块组成。进程三态：就绪、运行、阻塞。进程五态：新建、就绪、运行、阻塞、终止

### 1.1 进程控制 ###

1、进程控制即对系统中所有进程从创建到消亡的全过程实施有效控制，由操作系统内核中的原语实现。

### 1.2 进程通信 ###

1、同步即进程间合作协同，互斥即多个进程对临界资源的共享问题  
2、临界区管理原则：有空即进、无空则等、有限等待、让权等待  
3、信号量机制：p操作，v操作  
4、高级通信方式：共享存储模式、信息传递模式、管道通信  
5、直接通信和间接通信

### 1.3 进程调度 ###

1、三级调度：高级调度、中级调度、低级调度  
2、进程调度方式：可剥夺式、不可剥夺式  
3、进程调度算法：先来先服务、时间片轮转（固定时间片、可变时间片）、优先级调度（静态优先级、动态优先级）

### 1.4 死锁 ###

1、死锁：两个以上的进程要求使用其它进程已占有的资源导致无法进行运行的现象  
2、产生死锁原因：资源不足、非法进程推进顺序  
3、产生死锁条件：互斥、请求保持、不可剥夺、环路

### 1.5 线程 ###

1、进程作为独立分配资源的单位、线程作为调度和分配的基本单位，是进程中的一个实体  
2、线程可创建线程、同一进程可并发执行多个线程

## 2. 存储管理 ##

1、存储管理功能：分配回收主存空间、提高主存利用率、扩充主存、有效保护主存信息  
2、存储器功能：保存数据。存储器发展方向：高速度、大容量、小体积  
3、相对地址、逻辑地址空间、物理地址空间。  
4、地址重定向：静态地址重定向，动态地址重定向  
5、存储管理方案：分区存储管理、分页存储管理、分段存储管理、段页存储管理、虚拟存储管理

### 2.1 分区存储管理 ###

1、固定分区、可变分区、可重定位分区、内碎片、碎片。

### 2.2 分页存储管理 ###

1、页：将进程的地址空间划分成若干个大小相等的区域、块：将主存空间划分成与页相同大小的若干物理块  
2、分页地址结构：页号P，页内地址W。页表，快表。  
3、地址映射过程

### 2.3 分段存储管理 ###

1、页：存放信息的物理单位。段：信息的逻辑单位。分段系统优点：易于实现段的共享。段号s+段内地址d  
2、地址变换机构

### 2.4 虚拟存储管理 ###

1、虚拟存储器、时间局部性、空间局部性  
2、虚拟存储器实现方式：请求分页系统（请求调页和页面置换）、请求分段系统（请求调段和分段置换）、请求段页式系统  
3、缺页中断与一般中断  
4、页面置换算法（防抖动）：最佳置换算法（Optimal，置换最长时间内不被访问的页面）、先进先出置换算法（FIFO，置换最先进入内存的页面，belady现象）、最近最少使用算法（LRU，置换最近最少使用的页面）、最近未用置换算法(NUR，置换最近一段时间未引用过的页面)

## 3. 设备管理 ##

1、设备管理包括：各种设备分配、缓冲区管理、实际物理I/O设备操作。通过管理提高设备利用率，为用户提供方便统一的界面。  
2、外设：计算机系统与外界交互的工具，具体负责计算机与外部的输入输出工作。IO系统：负责管理设备和输入输出的机构。IO系统组成：设备、控制器、通道、总线、输入输出软件

### 3.1 设备管理技术 ###

1、通道技术（使数据传输独立于CPU），直接内存存取技术（DMA技术，内存与输入输出设备间实现直接成块传送，DMA硬件），缓冲技术（硬件缓冲、软件缓冲，缓和速度不匹配、减少CPU中断频率，提供并行性），Spooling技术（假脱机技术，速度匹配技术，输入、收容、执行完成四种输入井作业状态）

### 3.2 磁盘调度 ###

1、移臂调度、旋转调度。目标：减少磁盘平均寻道时间  
2、磁盘调度算法：先来先服务（FCFS）、最短寻道时间优先（SSTF）、扫描算法（SCAN）、单向扫描调度算法（CSCAN）  
3、旋转调度算法

## 4. 文件管理 ##

1、文件：具有符号名、在逻辑上具有完整意义的一组相关信息项的集合，包括程序、数据、文档等。信息项（文件内容基本单位，如字符、记录等），文件组成：文件体、文件说明。  
2、文件系统：实现文件统一管理的一组软件和相关数据的集合，负责管理和存取文件信息的软件机构。功能：按名存取、统一用户接口、并发访问控制、安全性控制、优化性能、差错恢复。

### 4.1 文件结构 ###

1、文件逻辑结构：记录式文件（定长记录、变长记录）、流式文件  
2、文件物理结构：连续结构、链式结构、索引结构、多个物理块索引表

### 4.2 文件目录 ###

1、文件控制块：基本信息类、存取控制类、使用信息类。文件目录：文件控制块的有序集合  
2、目录结构：一级目录结构（线性结构）、二级目录结构（主文件目录、用户目录）、多级目录结果（树型目录结构）

### 4.3 文件存取 ###

1、文件存取方法：顺序存取法、直接存取法、按键存取法  
2、磁盘分配表，空闲空间管理方法：空闲区表、空闲块链、成组链接法

### 4.4 文件共享和保护 ###

文件共享方式：索引结点、符号链接。文件保护：存取控制矩阵、存取控制表、用户权限表、密码

### 4.5 系统安全与可靠性 ###

1、安全性管理级别：系统级、用户级、目录级、文件级  
2、文件系统可靠性：转储恢复、日志文件、文件系统一致性检查

## 5. 作业管理 ##

1、作业：完成一个用户的计算任务（或一次事务处理）所做的工作总和。作业步。  
2、作业管理程序：操作系统中用于控制作业进入、执行和撤销的一组程序  
3、作业控制方式：脱机、联机。作业组成：程序、数据、作业说明书。作业状态：提交、后备、执行、完成。  
4、作业控制块、作业后备队列

### 5.1作业调度 ###

1、调度算法选择因素：均衡使用系统资源、平衡系统和用户要求  
2、作业调度算法：单道批量处理：先来先服务、短作业优先、响应比高者优先。多道批量处理：优先级调度算法，均衡调度算法  
3、平均周转时间，平均周转系数

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