操作系统概述

• 管理整个系统的软硬件资源
• 控制程序运行
• 人机之间的结构
• 应用软件与硬件之间的接口

管理职能：

• 进程管理
• 存储管理
• 文件管理
• 作业管理
• 设备管理

进程管理

进程状态

在操作系统中对进程进行管理时，为其指定几种状态以便分配资源

三态模型与五态模型：

前趋图

常考知识点，通常和pv操作结合起来考查

直观看到哪些任务可以并行，哪些任务有先后关系

进程的同步与互斥

同步与互斥不是一对反义词

互斥：在同一时刻只允许某一进程使用这一资源，其他进程等待，如同千军万马过独木桥（人行天桥：可以很多人一起过，是共享资源）

同步：速度有差异，在一定情况下等待

生产者与消费者问题：

PV操作

解决并发操作中某些进程间的相互约束关系

临界资源：诸进程间需要互斥方式对其进行共享的资源，如打印机、磁带机等

临界区：每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区

信号量：一种特殊的变量

练习：

a1和b1应为一对PV操作，a2和b2应为一对PV操作，b1处应等待，a2处应等待，答案为A、C

PV操作的核心在于找出进程的约束关系

PV操作与前趋图

常考

可以在箭头上标注信号量，箭头的起点位置是V操作，终点是P操作

死锁问题

如果一个进程在等待一件不可能发生的事，进程就死锁了，如果一个或多个进程产生死锁，就会造成系统死锁

例：系统有3个进程A、B、C，这三个进程都需要5个资源，则系统至少有13个资源才不可能发生死锁

k个进程，每个进程需要n个资源，则至少需要：k * (n - 1) + 1个资源

死锁的预防与避免：

银行家算法

基本思想：银行放贷的思路

• 当一个进程对资源的最大需求量不超过系统中的资源数时可以接纳该进程
• 进程可以分期请求资源，但请求的总数不能超过最大需求量
• 当系统现有的资源不能满足进程尚需资源数时，对进程的请求可以推迟分配，但总能使进程在有限的时间里得到资源

存储管理

分区存储组织

• 首次适应法：按分区顺序放入第一个能放下的区块
• 最佳适应法：空闲区块按大小顺序连成一个链，从最小的开始比较，放入第一个能放下的区块，运行一段时间后系统中的碎块非常多且不好利用
• 最差适应法：空闲区块按大小顺序连成一个链，从最大的开始比较，放入第一个能放下的区块
• 循环首次适应法：把空闲区域连成一个环状，顺次分配

页式存储组织

• 优点：利用率高，碎片小，分配及管理简单
• 缺点：增加了系统开销；可能产生抖动现象

页表存的是页号和页帧号（物理地址页号）

高级程序语言使用逻辑地址，运行状态、内存中使用物理地址

逻辑地址和物理地址的页内地址是相同的，页号是不同的

1. $4K=2^{12}$，对应到十六进制是三位，页内地址为A29，页号为5.查表指物理地址页号（页帧号）为6
2. 不在内存中的页面不能淘汰，已经访问过的不能淘汰，故淘汰页号为1的页面

段式存储组织

段式存储组织按逻辑结构划分

• 优点：多道程序共享内存，各段程序修改互不影响
• 缺点：内存利用率低，内存碎片浪费大

段表存的是段长和基址

段页式存储组织

将段式和页式存储结合起来

• 优点：空间浪费小、存储共享容易、存储保护容易、能动态连接
• 缺点：由于管理软件的增加，复杂性和开销也随之增加，需要的硬件以及占用的内容也有所增加，使得执行速度大大下降

快表：一块小容量的相联存储器，速度快，由高速缓存器组成，可以从硬件上保证按内容并行查找，一般用来存放当前访问最频繁的少数活动页面的序号

页面置换算法（页面淘汰算法）

• 最优算法（OPT）：理论层面上的算法
• 随机算法（RAND）
• 先进先出算法（FIFO）：有可能产生“抖动”，淘汰第一个被使用的页面
• 最近最少使用算法（LRU）：不会“抖动”，淘汰最久没有被访问到的页面

练习

1.不使用快表：需要查表，每一个页都要访问两次内存，一共六个页，需要访问十二次内存

2.约定俗成：认为指令是一次性读入，所以swap指令产生1次缺页中断，A和B各产生2次缺页中断，共5次

文件管理

索引文件结构

一般索引文件结构有13个结点

练习

文件和树形目录结构

主要考查相对路径和绝对路径概念

文件属性

• R只读文件属性
• A存档属性
• S系统文件
• H隐藏文件

文件名的组成

• 驱动器号
• 路径
• 主文件名
• 扩展名

空闲存储空间的管理

• 空闲区表法
• 空闲链表法
• 位示图法
• 成组链接法

练习

$(4195+1)/32=131.125$，应在第132个字中描述

$131*32=4192 -> 0-4191$，第132个字中，第0位置：4192，第3位置：4195

第n个字：从1开始；第m位置：从0开始

设备管理

数据传输控制方式

内存和外设之间

• 程序控制方式（CPU介入最多）
• 程序中断方式
• DMA方式
• 通道
• 输入输出处理机

虚设备和Spooling技术

微内核操作系统

把内核做得更小的操作系统

可靠性、稳定性、安全性