TUT2020年操作系统期中复习

操作系统期中复习

(第四版) : D

1.操作系统主要功能及主要特征

1.1操作系统的主要特征

1. 并发性
2. 共享性
3. 虚拟性
4. 异步性

1.2操作系统的主要功能

1. 处理机管理
2. 存储器管理
3. 设备管理
4. 文件管理
5. 友好的用户接口

2.并发与并行的概念及区别

答：并发和并行时既相似又有区别的两个概念。、

​ 并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生，倘若计算机有多个处理机即可实现事件的并行执行

​ 并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生，一般在单处理机系统中出现，同一时刻只能由一道程序执行，故微观上这些程序只能是分时地交替运行

3.进程的概念及组成，进程的三程状态及转移

1.进程的定义：

1. 进程是程序的一次执行
2. 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动
3. 进程是具有独立功能的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

总结：进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位

2.进程的三种基本状态

1. 就绪状态：进程已处于准备好运行的状态，即进程已分配到除CPU以外的所有必要资源后，只要再获得CPU，便可立即执行。
2. 执行状态：这是指进程已获得CPU，其程序正在执行的状态
3. 阻塞状态：这是指正在执行的进程由于发生某事件暂时无法继续执行时的状态（IO请求），亦即进程的执行受到阻塞

3.进程三种状态的转换

​ 1. 就绪状态->(进程调度)执行状态

​ 处于就绪状态的进程，在调度程序为止分配了处理机之后便可执行，其状态由就绪转为执行

​ 2.执行状态->(时间片完)就绪状态

​ 正在执行的进程，如果因分配给它的时间片已完而被剥夺处理机暂停执行时，其状态由执行转为就绪

​ 3.执行状态->(IO请求)阻塞状态

​ 如果发生某事件，导致当前进程受阻塞(进程访问临界资源，而该资源正被其他进程访问时)，便无法继续执行，则状态转为阻塞状态

​ 4.阻塞状态->(IO完成)就绪状态

​ 当IO等发生阻塞的事件完成，进程可以继续执行时，则状态转为就绪状态

4.进程的通信方式

1.进程通信的类型

1. 共享存储器系统
2. 管道通信系统
3. 消息传递系统
4. 客户机-服务器系统

2.消息传递通信的实现方式

1. 直接消息传递系统: (1)直接通信原语(2)消息的格式(3)进程的同步方式(4)通信链路
2. 信箱通信:属于间接通信方式，即进程之间的通信，需要通过某种中间实体（如共享数据结构等）来完成

5.进程间的制约关系

1.间接相互制约关系

​ 多个程序在并发执行时，由于共享系统资源，如cpu,io设备等，导致这些并发执行的程序之间形成相互制约的关系。对于像打印机、磁带机这些的临界资源，必须保证多个进程对其只能互斥地访问。

2.直接相互制约关系

​ 某些应用程序为了完成某任务而建立了两个或多个进程。这些进程将为完成同一项任务而相互合作。进程间的直接制约关系就是来源于它们之间的相互合作。

6.线程与进程的区别

线程具有传统进程所具有的特征，又称之为轻型进程或进程元。相应地，把传统进程称之为重型进程。它相当于只有一个线程的任务。

1.调度的基本单位:

​ 进程是作为独立调度和分派的基本单位，因而进程是能独立运行的基本单位。

​ 线程是作为调度和分派的基本单位，线程也是能独立运行的基本单位，当线程切换时，切换代价远低于进程。

2.并发性:

​ 在引入线程的OS中，不仅进程之间可以并发执行，而且在一个进程中的多个进程之间亦可并发执行，甚至还允许在一个进程中的所有线程都能并发执行。

​ 例如网络服务器经常会接到许多客户的请求，若采用单线程的进程执行该任务，则每次只能为一个客户服务。若在进程中设置多个线程，将其中的一个专用于监听客户的请求，则每次有一个客户请求时，便立即创建一个线程来处理该客户的请求

3.拥有资源:

​ 进程可以拥有资源，并作为系统中拥有资源的一个基本单位。

​ 线程本身并不拥有系统资源，而是仅有一点必不可少的、保证独立运行的资源。

4.独立性:

​ 在同一进程中的不同线程之间的独立性要比不同进程之间的独立性低得多

5.系统开销:

​ 在创建或撤销进程时，系统都要为之分配和回收进程控制块、分配或回收其他资源。

​ 而线程的切换代价远低于进程

​ 线程的创建比进程的创建快30倍，线程上下文切换要比进程之间的同步和通信也比进程的简单

6.支持多处理机系统

​ 在单线程进程中，不管有多少处理机，进程只能运行在一个处理机上。

​ 在多线程进程中，可以将一个进程中的多个线程分配到多个处理机上。

7.进程调度原因，操作系统的三级调度

1.进程调度的任务:

1. 保存处理机的现场信息
2. 按某种算法选取进程
3. 把处理器分配给进程

2.处理机调度的层次:

1. 高级调度:又称为长程调度或作业调度，它的调度对象时作业。
2. 低级调度:又称为进程调度或短程调度，其所调度的对象是进程（或内核级线程）
3. 中级调度:又称为内存调度。引入中级调度的主要目的是，提高内存利用率和系统吞吐量。

8.进程调度算法（FCFS、SPF、RR），周转时间的概念

1.FCFS先来先服务调度算法:

FCFS是最简单的调度算法，该算法既可用于作业调度，也可用于进程调度。挡在作业调度中采用该算法时，系统将按照作业到达的先后次序来进行调度，或者说它是优先考虑在系统中等待时间最长的作业，而不管该作业所需执行时间的长短，从后备作业队列中选择几个最先进入该队列的作业，将它们调入内存，为它们分配资源和创建进程。

2.SJF短作业优先调度算法:

实际情况中，短作业占有很大比例，为了能使它们能比长作业优先执行，而产生了短作业优先调度算法

1. 短作业优先算法:SJF算法是以作业的长短来计算优先级，作业越短，其优先级越高。
2. 短作业优先算法的缺点:(1)必须预知作业的运行时间(2)对长作业非常不利(3)采用SJF算法是，人机无法实现交互(4)完全未考虑作业的紧迫程度

3.轮转调度算法(RR)

系统根据FCFS策略，将所有的就绪进程排成一个就绪队列，并可设置每隔一定时间间隔产生一次中断，激活系统中的进程调度程序，完成一次调度，将cpu分配给队首进程，令其执行。当该进程的时间片耗尽或运行完毕时，系统再次将CPU分配给新的队首进程。由此，可保证就绪队列中的所有进程在一个确定的时间段内，都能够获得一次CPU执行

9.死锁概念、原因、必要条件，预防及避免算法

1.死锁概念:

双方都希望对方能释放出自己占有的资源，但谁都因不能获取自己所需要的资源去继续运行，从而无法释放出自己占有的资源，并且一直处于这样的僵持状态而形成死锁

2.死锁起因:

通常是源于多个进程对资源的争夺，不仅对不可抢占资源进行争夺时会引起死锁，而且对可消耗资源进行争夺时，也会引起死锁。

3.产生死锁的必要条件

1. 互斥条件
2. 请求和保持条件
3. 不可抢占条件
4. 循环等待条件

4.死锁的预防:p116/p117/p118

5.用银行家算法避免死锁

0.信号量机制，PV操作基本概念

1.信号量机制是一种卓有成效的进程同步机制。它已被广泛第应用于各种类型的OS中。

1. 信号量的含义。信号量是一个用来实现同步的整型或记录型变量，除了初始化外，对它只能执行wait和signal两种原子操作
2. 信号量的物理意义。一个信号量S通常对应与一类临界资源
3. 用信号量实现互斥。为实现进程对临界资源的互斥访问，需为每类临界资源设置对mutex分别执行什么操作
4. 用信号量实现前趋关系。
5. 用信号量实现同步

2.PV操作

书p58,p59,p60