中级软件设计师（软考）笔记——操作系统

操作系统

1、进程管理

进程的概念

• 进程是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。它由 程序块、数据块、进程控制块（PCB）组成
• 运行的进程会随着作业运行正常和不正常结束而撤销

• ☆进程与程序的区别：进程是程序的一次执行过程，没有程序就没有进程

  1、进程是动态的，程序是静态的 —— 程序是有序代码的集合，进程是程序的执行
  2、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
  3、进程与程序的组成不同 —— 进程的组成包括程序、数据、PCB，程序是程序语句的集合
  4、进程与程序的对应关系 —— 通过多次执行，一个程序对应多个进程；通过调用关系，一个进程对应多个程序

进程的状态

进程的三种基本状态

三种基本状态的转换

进程的同步与互斥

1. 两种形式的制约关系

2. 临界资源

☆PV操作

• 临界资源：诸进程需要互斥方式对齐进行共享的资源，如打印机……
• 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 量：是一种特殊的变量（可正可负）
• P是荷兰语Passeren，V是荷兰语的Verhoog

• 单缓冲（一次只有一个进程执行）区生产者、消费者问题（同步模型）

银行家算法

分配资源的原则：

• 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

2、存储管理

页式存储组织

页式存储：将程序与内存均划分为同样大小的块，以页为单位将程序调入内存。
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
页面越大，则缺页中断次数就越低。

段式存储组织

段式存储：按用户作业中的自然段来划分逻辑空间，然后调入内存，段的长度可以不一样
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（会形成内存空隙）

段页式存储组织

段页式存储：段式与页式的综合体。先分段，再分页。1个程序有若干段，每个段中可以有若干页，每个页的大小相同，但每个段的大小不同。
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。

页面置换算法

• 最优算法（Optimal，OPT）：理想状态下的算法，不可能实现
• 随机算法（RAND）：随机的
• 先进先出算法（FIFO）：总是淘汰最先进入内存的页面，容易形成抖动
• 最近最少使用（LRU）算法：LRU的理论依据是“局部性原理”，内存中最近一段时间内最长时间未被使用的页面予以淘汰

时间局部性：刚被访问的内容，立即又会被访问
空间局部性：刚被访问的内容，临近的空间很快被访问

磁盘管理

磁盘调度算法

• 先来先服务（FCFS）：根据进程请求访问磁盘的先后次序进行调度 —— 有利于CPU繁忙型的作业，不利于I/O繁忙型的作业
• 最短寻道时间优先（SSTF）：该算法选择这样的进程 —— 其要求访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离最近，使得每次的寻道时间最短
• 扫描算法（SCAN，电梯算法）：不停扫描，碰到一个处理一个，不管时间先后，对于磁盘外围和里层效果差
• 循环（单向）扫描算法（CSCAN）：单边操作，磁头只做单向移动

3、作业管理

作业状态与作业管理（了解，少考）

作业的四种状态：提交、后备、执行（操作系统的五态模型）、完成

相对路径、绝对路径

空闲存储空间的管理

位示图法（类似订票系统）考察：求容量，每一位对应文件存储器上的一个物理块，取值0和1分别表示空闲和占用

5、设备管理

☆数据传输控制方式

• 程序控制（查询）方式：分为无条件传送和程序查询方式两种 —— 方法简单，硬件开销小，但I/O能力不高，严重影响CPU的利用率
• 中断控制方式：与程序控制方式相比，中断方式因为CPU无需等待而提高了传输请求的响应速度
• ☆DMA方式（CPU下指令，不参与，交给硬件处理，但要求回馈）：DMA方式是为了在主存与外设之间实现高速、批量数据交换而设置的。DMA方式比程序控制方式与中断方式都高效
• 通道控制方式：专门开通道给某一操作，成本很高
• I/O处理机

虚设备与Spooling技术

SPOOLing是关于慢速字符设备如何与计算机主机交换信息的一种技术，通常称为“假脱机技术”。SPOOLing技术通过磁盘实现。
使用Spooling系统的目的是为了提高I/O设备的使用效率
虚拟内存是可以容纳总和超过主存容量的多个作业同时运行的一个地址空间