软件设计师25-操作系统

  1. 云栖社区>
  2. 博客>
  3. 正文

软件设计师25-操作系统

阿墨呦 2018-11-07 23:54:21 浏览472
展开阅读全文

思维导图,不存在的

操作系统

看图,其他掠过
1 操作系统定位

2 操作系统作用

  • 作为用户和计算机间的接口
  • 作为实现计算机系统资源的管理者
  • 实现了对计算机资源的抽象

3 操作系统分类
批处理系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统、分布式操作系统
4 操作系统的功能(2.2)
处理机管理功能、存储器管理功能、设备管理功能、文件管理功能、用户接口

处理机管理

又称进程管理(4.1)
进程
1 进程概念:程序关于某个数据集合的一次执行过程
2 进程特征
1)结构:进程控制块(PCB)+程序+数据=进程实体
2)动态性:进程是实体的一次执行过程,有生命周期
                    程序是一组有序指令的集合,是静态的
3 进程的三种基本状态
就绪态 万事俱备,只欠CPU
运行态 正在CPU执行
阻塞态/等待态 正执行的进程由于发生某事而无法执行

4 进程的互斥与同步
1)进程制约关系
  间接相互制约关系--资源共享(临界/独占资源,如打印机)
  直接相互制约关系--进程合作(访问同一变量,如仓库的卖生产者和消费者)
5 临界资源
1)临界资源:把一段时间内只允许一个进程访问的资源称为临界资源或独占资源
2)临界区:每个进程中访问临界资源的那段代码

信号量

6 信号量机制
1)信号量使所有的进程互斥的访问临界资源
2)信号量是当前可使用资源数(大于零时),小于零阻塞
7 信号量的应用
1)利用信号量实现进程互斥
信号量为资源个数
2)利用信号量实现前驱关系

  • 信号量0
  • 进程p1在p2前执行
进程p1 S1;
       signal(S);  V(S)
进程p2 wait(S);  P(S)
                 S2; 

3) 利用信号量实现同步
确保存取不同时执行,两个变量

进程调度

进程调度:决定哪个CPU获得处理机,所有操作系统都有
8 调度方式
1)非抢占方式
当前进程完成,才能执行其他进程
简单、开销小,仅适合批处理OS
2)抢占方式
根据某一原则,抢占正在执行的进程的CPU
抢占原则:时间片原则、短作业(进程)优先原则、优先权原则
9 调度算法
1)先来先服务FCFS
  永远给队首的作业,利于长作业,不利于短作业
2)短作业优先SJ(P)F
  同一时间谁短谁先来
  降低平均等待时间,对长作业不利,未考虑紧迫程度,估计的作业时间(不一定做到短作业优先)
3)高优先权优先
  静态优先权:创建进程时确定,值越小优先级越高
  动态优先权:创建进程时的优先级在运行过程中变化
  如 高响应比优先算法
    优先权=(等待时间+要求服务时间)即系统响应时间/要求服务时间(值越大优先级越高)
等待时间相同,利于短作业;要求服务时间相等,先来先服务;长作业
4)时间片轮转
  时间片结束,进程未完成置于队尾;时间片内进程结束或阻塞,CPU切换。

死锁

10 死锁概念:运行过程中因争夺资源而造成的僵局,无外力作用则无法继续执行
11 死锁产生原因
1)竞争资源不足
  资源分类:
    可剥夺性资源:高优先级进程抢占,如CPU、主存
    不可剥夺性资源:(临界资源)必须进程用完后才能释放,如磁带、打印机
  只有不可剥夺性资源才会引起死锁
2)进程间推进顺序非法
12 产生死锁必要条件
1)互斥条件
  进程访问的是临界资源,其他进程只能等待当前进程完成
2)请求和保持条件
  进程在请求新资源的同时,保持对已有资源的占有
3)不剥夺条件
进程获得的资源,只能由进程使用完成后主动释放
4)环路等待条件
发生死锁时,必定存在一个进程-资源环(互相等待对方资源
13 处理死锁
1)预防死锁
  事先预防,破坏产生思索的一个或几个条件(互斥条件除外)
2)避免死锁
  银行家算法、采取事先预防的策略,防止系统进入不安全状态
3)检测死锁(检查)
4)解除死锁(有则改之)
  撤销或挂起一些进程再将这些进程分配给阻塞状态的进程
  有可能是系统获得较好的资源利用率和吞吐率,但难度较大

内存管理

1 主要指对内存的管理,负责内存分配和回收,内存的保护和扩充
2 目的:尽量提高内存的使用率
3 分配方式

  • 连续的分配方式
    用户程序分配在连续的内存空间

1)单一连续分配
DOS 分为操作系统和用户,且只能分配给一个作业(单用户单任务)
2)固定分区分配
分为操作系统和若干个大小不等的区域(按作业大小分配,每个区域存在浪费(内缺陷))
3)动态分区分配
分为操作系统和用户区域,来一个划出一部分空间
首次适应算法(从低地址开始找能盛下作业的空闲分区,划出)
循环首次适应算法(从上次分配过的地方往下搜寻)
最佳适应算法(找出与作业差值相差最小的(把分区按从小到大的顺序排序),太小会无法分配,产生外缺陷
最坏适应算法(找出与作业差值相差最大的)
4)可重新定位分区分配
把内存中所有作业向低地址移动,使他们全部临界,原来的小分区变成大分区(拼接)
对换
1 概念:把内存中暂时不能运行的进程或暂时不能使用的程序、数据,调到外存,把具备运行条件的从外存调用内存
2 分类
1 整体对换:整个进程为单位对换
2 页内对换/分段对换 以页或段为单位
离散分配方式
允许将一个进程直接分散的装入许多不相邻的分区中
1 分类
分页存储管理方式
1 分页式存储管理的原理
页面
将一个进程分为若干个大小相等的片称为页面或页(暑假数学作业,有5张卷子);加以编号(从0开始)(分别为数学1、数学2..);把内存空间分配成与页面相同大小的若干个存储块,称为块或页框(页和块大小相同)(里面为许多透明袋档案袋(一个透明袋可以装一份卷子))
将卷子随机装入这些透明袋中(多个不相邻的物理块),进程的最后一页经常装不满一块而形成页内碎片
地址变换

实现
页表 实现了从页号到物理块号的地址映射

地址变换机构实现了从逻辑地址到物理地址的转换

所以物理地址= b x 页大小/块大小+页内地址
具有块表的地址变换机构
访问两次内存(访问页面,计算物理地址;根据物理地址找数据)
存取器利用率高,CPU处理速度低

分段存储管理方式
段表 作用类似页表,区别(组成):段号;段在业内中的起始地址;段长

段页式存储管理方式

页面置换算法
  • 最佳置换算法
    性能最好,最难实现:选以后再也不用的或未来最长时间不用的

可以用来衡量其他算法,与此算法越接近越好

  • 先进先出(FIFO)置换算法 最直观,性能最差,可能会出现踢出先进(经常使用的页面)的
  • 最近最久未使用(LRU
    过去预测未来,为每个页面增加一个访问字段,访问一次,字段值加1

设备管理

I/O系统组成:输入、输出设备;存储功能的设备;设备控制器
1 设备管理概念

  • 设备管理程序功能
    1)提供和进程管理系统的接口

2)进行设备分配
3)实现设备和设备之间、设备和CPU之间的并行操作
4)进行缓冲区管理
2 I/O控制方式
1)程序I/O方式
2)中断控制方式
3)直接存储器访问(DMA)方式 分块传
4)I/O通道(专门小型CPU)控制方式

       字节多路通道
       选择通道
       成组多路通道

3 缓冲管理
1)单缓冲 类似 生产者-消费者
2)双缓冲
要求输入输出速度匹配 两个桶(始终有桶在接水)交替倒水
常用3 4
3)循环缓冲
n个大小相同的缓冲区,分为

   装入数据的空缓冲区R
   装满数据的缓冲区G
   正在输出的缓冲区C(绕成圈)

4)缓冲池
既可输入又可输出的公用缓冲池,分为

   空缓冲区
   装满输入数据的缓冲区
   装满输出数据的缓冲区

4 引入缓冲目的
1)缓和CPU与I/O设备之间的速度不匹配
2)减少CPU的终端频率,放宽对CPU中断响应的时间限制
3)提高CPU和I/O设备之间的并行性
5 设备分配
1)设备分配原则
静态分配 运行前分配好,不会造成死锁
动态分配 需要时提出申请(按需分配),易造成死锁
2)设备分配策略
先请先分配、优先级高者先分配

磁盘管理

6 磁盘

存储位置:由柱面号(磁道号)、盘面号(第几个磁盘)(磁头号)、扇区组成
7 磁盘访问时间(1+2+3)
1)寻道时间Ts:把磁臂从当前位置移到指定磁道上所经历的时间
2)旋转延迟时间Tr:市面流通10000转/min 7200转/min 5200转/min,指定扇区移动到磁头下面所经历的时间
1 2 机械结构时间,占比大;集中有利于减少此时间
3)传输时间Tt:数据从磁盘都出或向磁盘写u他数据所经历的时间 电气时间
8 磁盘调度算法
1)先来先服务(FCFS)
2)最短寻道时间优先SSTF
优先满足与磁头最近,会出现进程饥饿(离磁头远的得不到满足),平均时间不一定最短
3)扫描(SCAN)算法(电梯调度算法)
从初始磁道开始,向磁道号递增方向访问(上楼)。然后再从大向小(下楼)
错过电梯,只能等待下来时带上自己
4)CSAN 循环扫描算法
电梯向上,降到最低,循环
9 虚设备与SPOOLing技术/假脱机技术

1)作用:提高I/O速度、将独占设备改为共享设备、实现了虚拟设备功能

文件管理

1 文件:具有文件名的若干相关元素的集合
2 文件系统
1)负责管理文件的系统软件
2)被管理的对象-文件
3 文件的结构
1)文件的逻辑结构

1 有结构的文件
    由一条条数据构成
    包括:顺序文件、索引文件、索引顺序文件、直接文件
2 无结构的文件
    由字符流构成(如mp3)
    源程序、可执行文件、库函数、mp3等,UNIX系统把所有文件都看作流式文件

2)文件的物理结构
磁盘可直接访问
外存分配方法(一个系统通常只采用一种):

1 连续分配
   顺序文件存储,每个文件分配一组相邻的盘块,紧凑消除建立删除善生的碎片
2 链接分配
  链接文件:通过每个盘块上的链接指针,将一个文件的多个离散的盘块链接成一链表
  缺点:不支持高效存取、FAT占用内存较大
3 索引分配
   单级索引
   多级索引
   混合索引

3 磁盘的空间管理
1)空闲表法 空闲链表法
2)位视图法
用一个位表示磁盘块的空闲状态
如 用0表示未使用,1表示已使用

0-31是第一个字
4096/32=128
200 x 1024x1024/1 x 1024 x 32 =6400
3)成组链接法

作业管理

1 作业状态
批处理型作业经历:提交 后备 执行 完成
2 调度层次
1)高级调度/作业调度/长程调度
决定后备队列中哪几个作业调用内存,仅用于多道批处理系统,周期最长
2)中级调度/对换调度
提高内存利用率和系统吞吐率。将不用的从 内存调出外存,用的调回来
3)低级调度/进程调度/短程调度
根据某种算法,决定就绪队列中的哪个进程应获得CPU,分给他,基本调度,应用于所有系统(多道批处理系统、分时、实时),周期最短
3 调度算法
先来先服务、短作业优先、高优先权优先、高响应比优先
4 用户接口
操作系统接口:命令接口、程序接口

网友评论

登录后评论
0/500
评论
阿墨呦
+ 关注