软件设计师必考精华 – 操作系统

目录

1、处理机管理

2、存储管理

3、文件管理

4、嵌入式操作系统

常见题型

1、处理机管理

1.1 程序和进程

程序：一个在时间上按严格次序、顺序执行的操作序列，指令结合，是静态的

进程：是一个具有独立功能的程序关于某个数据集的一次运行活动，是系统资源分配和调度的基本单位，有并发性和动态性

运行的程序是进程，打开任务管理器，QQ音乐、浏览器

线程：处理器分配的最小单位，包含在进程中，是进程的实际运作单位

• 线程共享的内容包括：进程代码段、进程的公有数据（利用这些共享的数据，线程很容易的实现相互之间的通讯）、进程打开的文件描述符、信 的处理器、进程的当前目录、进程用户ID与进程组ID 。

• 线程独有的内容包括：线程ID、寄存器组的值、线程的堆栈指针、错误返回码、线程的信 屏蔽码。

进程的组成：程序、数据、进程控制块PCB（操作系统核心的数据结构，表示进程的状态）

进程转换状态：

• 运行的进程由于时间片用完了，可以进入就绪状态；也可能由于I/O请求资源得不到满足，进入阻塞状态

• 就绪的进程被调度，进入运行状态

• 阻塞的进程由于I/O操作完成，从阻塞状态中唤醒，进入就绪状态

PCB进程块的组织方式

• 线性表方式：连续存放在系统

• 索引方式：建立就绪表、索引表，升级的线性方式

• 链接方式：就绪队列、阻塞队列、运行队列

1.2 进程的互斥和同步

PV操作（S为信 量，表示资源可用数，S >= 0，资源可用数量，S < 0，S的绝对值表示阻塞队列中等待该资源的进程数）

• P：申请资源，S = S -1

• V：释放资源，S = S + 1

PV操作实现进程互斥就是调度好共享资源

1.3 死锁

死锁的必要条件

• 资源互斥：一个资源一次只能被一个进程使用

• 保持和等待条件：一个进程因请求其他资源被阻塞时，不能释放已获得的资源

• 不剥夺：当某个进程获得某个资源后，只能等待进程完成后自己释放

• 环路等待：若干进程形成资源申请环路，每个都占用对方要申请的下一个资源

每个进程平均需要M个资源R，总共N个进程，至少需要 [(M -1) N]+1 才不会发生死锁

实时操作系统：被控对象规定的时间内做出及时响应并对其进行处理

1.4 资源是否可化简

• 通过计算资源数，判断节点是否为阻塞节点或非阻塞节点

资源R1已经分配给进程P1、P3,所以进程P2无法再请求到资源R1,会进入阻塞：资源R2已经全部分配给进程 P1、P2和P3,所以进程P1无法再请求到资源会进入阻塞：资源R3还进程P3申请时，可以顺利获得，故不会阻塞。

• 判断进程资源是否可化简：判断标准为是否在所有节点中，存在非阻塞节点，若存在，则可化简，若所有节点都是阻塞节点，则不可化简

图1可化简（P1节点没法判断为阻塞状态），图2不可化简（P1、P2、P3都为阻塞状态）

化简规则：去掉非阻塞节点的所有连线

注意：

• 图1，对于R2资源，总共有3个，释放给P2、P3各一个后，剩1个，此时P1、P3申请，当其中某一个申请到资源时候，执行完毕后会释放资源，所以P1、P3并不阻塞

• 同理，图2中，P2申请2个R1资源，此时R1只剩1个，当其中某一个申请到资源时候，执行完毕后会释放资源，所以P2仍然非阻塞

2、存储管理

逻辑地址 32位 = 页 + 业内地址 物理地址 = 物理块 + 业内地址

例1：某系统页面大小4K，若进程逻辑地址为2D16H，那么经过地址转换后的物理地址为多少/p>

逻辑地址 32位 = 页 + 业内地址 物理地址 = 物理块 + 业内地址

通过页面大小求得业内地址位数：4K = 212 代表 业内地址有12位

2D16H 32位 = D16H为业内地址，页 为2

查表，页 为2的物理块 ，加上业内地址，可得到物理地址

时间局部性：被引用过的存储区域位置，其有可能还会再次被引用，某条指令被执行，不久将来还要执行，原因是循环引起的

空间局部性：被引用过的存储区域位置，其附近的数据有可能还会再次被引用

共享锁和排斥锁

• 共享锁：一旦添加，其他事务只能添加共享锁

• 排斥锁：一旦添加，其他事物不能添加任和锁

3、文件管理

若系统在空闲块文件修改的结果写回磁盘时发生崩溃，对系统影响最大

3.0 访问和授权

审计对主体访问和适用客体的情况进行记录和审查，以保证安全规则被正确执行，并帮助分析安全事故产生的原因。与访问控制无关。

数据的完整性是指数据在传输过程中，未经授权不能被非法篡改

3.1 路径

文件全文件名：包括盘符及从根目录到当前目录+文件名

相对路径：从当前目录下的路径名

绝对路径：目录下的绝对位置，直接到达目标位置

3.2 文件存储

直接地址索引、一级间接索引、二级间接索引

4、嵌入式操作系统

自底而上的顺序依次为：片级、板级、系统级，系统初始化主要：以软件初始化为主，主要进行操作系统的初始化

• 微型化：从性能和成本考虑，占用的资源和代码尽可能的少

• 可定制：能运行在不同的微处理器平台上，能针对硬件变化进行结构和功能上的配置

• 实时性：多应用与快速反应的场合

• 可靠性：构件、模块、结构可靠，对关键应用提供容错和防故障

• 易移植性：采用硬件抽象层

看门狗技术，保证系统可靠性，监测程序循环运行时间的技术，一旦发现程序运行的时间超过循环设定的时间，认为系统陷入死循环，然后强迫程序返回已安排出错处理的程序入口地址处。因此，看门口狗中断触发的条件是看门狗定时器超时

常见题型

磁盘读取和数据处理

假设磁盘块与缓冲区大小相同，每个盘块读入缓冲区的时间为10us,由级冲区送至用户区的时间是5us,系统对每个磁盘块数据的处理时间为2us。若用户需要将大小为10个磁盘块的Doc文件逐块从磁盘读入綬冲区，并送至用户区进行处理，那么采用单绶冲区需要花费的时间为（）us;采用双缓冲区需要花费的时间为（）us。

• 读取总时间 = 磁盘读取时间(磁盘读取到缓冲区 + 缓冲区读取到用户)

• 数据处理仅处理一次，因此不需要参与流水线

• 单缓冲区：由于整个过程只有一个缓冲区，读取数据时流水线无法并行处理

  • T = (10+5+2) + 9 (10+5)

• 双缓冲区：由于整个过程有两个缓冲区，读取数据时可以采用并行流水线处理

  • T = (10+5+2) + 9 10