《操作系统原理》期末复习笔记

た入场券 2023-05-21 05:57 106阅读 0赞

华科软院的操作系统原理期末复习的一些粗略的笔记

中断技术：CPU收到外部信号（中断信号）后，停止当前工作，转去处理该外部事件，处理完毕后回到原来工作的中断处（断点）继续原来的工作。

通道技术：专门处理外设与内存之间的数据传输的处理机。

Unix：第一个实用化的分时操作系统

Minix：微内核架构

Linux：层次式结构，单体内核、宏内核

层次式结构：把所有功能模块按照调用次序分别排成若干层，确保各层之间只能是单向依赖或单向调用

分层原则：

硬件相关——最底层

外部特性——最外层

中间层——调用次序或消息传递顺序

共性的服务——较低层

活跃功能——较低层

管态：介于核态和用户态之间

Intel CPU的态：Ring 0 ~ Ring 3（Ring 0最核心，Ring 3最外层）

用户态向核态转换的情形：用户请求OS提供服务、发生中断、用户进程产生错误（内部中断）、用户态企图执行特权指令

核态向用户态转换的情形：一般是中断返回IRET

引入中断的目的：实现并发活动、实现实时处理、故障自动处理

1.  实模式（实地址模式）
    
    1.  程序按照8086寻址方法访问0h—FFFFFh（1MB）空间
    2.  寻址方式：物理地址（20位）=段地址：偏移地址。
    3.  CPU单任务运行
2.  保护模式（内存保护模式）
    
    1.  寻址方式：段（32位）和偏移量（32位），寻址4GB
        
        1.  段的属性：起始地址，存取属性，权限级别，…
            
            1.  段页式寻址机制(段，页）
            2.  新增32位寄存器：GDR,LDR,CR0,CR1,CR2,…
    2.  虚拟地址，进程，封闭空间
    3.  应用程序和操作系统的运行环境都被保护
    4.  CPU支持多任务

1.  实模式存取的1M空间
    
    1.  前面640K 【00000 -- 9FFFF】 ：基本内存
    2.  中间128K 【A0000 -- BFFFF】 ：显卡显存
    3.  末尾256K 【C0000 -- FFFFF】 ： BIOS
        
        1.  C0000 -- C7FFF：显示卡BIOS
        2.  C8000 -- CBFFF：IDE控制器BIOS
        3.  F0000 – FFFFF：最后64KB，系统BIOS

BIOS使用的中断类型号为10H ~ 1FH

按下PowerOn或者Reset键：开始执行（ FFFF0 ）单元的指令JUMP POST；POST位于系统BIOS内部

MBR：512 BYTES，以AA55h结束

操作系统的用户界面：操作界面和系统调用

管道：特殊的重定向操作把一个程序的输出作为另一个程序的输入

DOS 09号调用：显示字符串

具体OS中系统调用的实现

DOS： INT 21H

LINUX：INT 80H

守护进程：即使控制终端关闭，它也不会结束，独立于控制终端

要使普通进程脱离控制终端的约束，必须把它变成一个守护进程

进程没有从阻塞到运行或从就绪到阻塞的状态转换

进程控制块(PCB)：描述进程的状态、资源、和相关进程的关系的一种数据结构，PCB是进程的标志，创建进程时创建PCB；进程撤销后PCB同时撤销。

子进程是父进程的复制

关于fork 的返回值：pid，在子进程中，pid =0，在父进程中，pid > 0（子进程ID），出错：pid=-1

Linux的第一个进程是init进程

所有进程都是init子孙进程

调用exit后进程变为僵尸状态，放弃了几乎所有内存空间，不再被调度，但保留有pcb信息供wait收集

线程是CPU的调度单位

Windows：

CreateProcess 创建进程

CreateThread 创建线程

ExitProcess 撤销进程

Linux：

pthread\_create 创建线程

S=0：上锁，S=1：开锁

1.  空闲让进
    
    1.  当无进程处于临界区时，任何有权进程可进入临界区。
2.  忙则等待
    
    1.  当临界区忙时，其他进程必须在临界区外等待。
3.  有限等待
    
    1.  进程进入临界区的请求应在有限时间内得到满足
    2.  思考：临界区的设置大些好还是小些好？
4.  让权等待
    
    1.  等待进程放弃CPU。（让其它进程有机会得到CPU）。

1.  P操作的原理（P(S,q) ，简记P(S)）
    
    1.  S值减1；
    2.  若差大于或等于零，该进程继续；
    3.  若差小于零，则该进程阻塞并加入到队列q中，并转调度函数。

1.  V操作的原理（V(S,q) ，简记V(S)）
    
    1.  s值加1a；
    2.  若和大于零，该进程继续；
    3.  若和小于或等于零，该进程继续同时从q中唤醒一个进程。

1.  信号量的物理含义：
    
    1.  S>0,表示有S个资源可用
    2.  S=0,表示无资源可用
    3.  S<0,则|S|表示S等待队列中的进程个数
    4.  P(S):表示申请资源
    5.  V(S)表示释放资源。信号量的初值应该大于等于0
2.  P-V操作必须成对出现，有一个P操作就一定有一个V操作
    
    1.  当为互斥操作时，它们同处于同一进程
    2.  当为同步操作时，则不在同一进程中出现
    3.  如果两个P操作在一起，顺序很重要。\[同步P操作在互斥P操作前\]，两个V操作的顺序无关紧要。

1.  关于死锁的一些结论
    
    1.  参与死锁的进程至少是2个
        
        1.  两个以上进程才会出现死锁
    2.  参与死锁的进程至少有2个已经占有资源
    3.  参与死锁的所有进程都在等待资源
    4.  参与死锁的进程是当前系统中所有进程的子集
    5.  死锁会浪费大量系统资源，甚至导致系统崩溃

预防死锁：破坏条件，较易实现，资源利用率和吞吐量降低

避免死锁：需要较弱的限制条件，可获得较高的资源利用率和系统吞吐量，实现较难

检测和恢复死锁：允许死锁发生，但可通过检测机制及时检测出死锁状态，并精确确定与死锁有关的进程和资源，然后采取适当措施，将系统中已发生的死锁清除，将进程从死锁状态解脱出来。实现难度大，但可获得较好的资源利用率和系统吞吐量。

有序资源分配法：破坏环路条件，使得环路无法构成。

schedule函数：实现进程调度

1.  静态地址映射
    
    1.  逻辑地址：VA(Virtual Addr. Register )
    2.  装入基址：BA(Base Addr. Register)
    3.  物理地址：MA(Memory Addr. Register)
    4.  MA = BA + VA

动态地址映射：在程序执行过程中把逻辑地址转换为物理地址

虚拟存储：把进程当前正在运行的部分装入内存（迁入），把当前不运行的部分暂时存放在辅存上（迁出），尽量腾出足够的内存供进程正常运行

内存分配

存储保护

单一区存储管理：DOS

页式存储管理：

1.  1.  把进程空间（虚拟）和内存空间都划分成等大小的小片
        
        1.  小片的典型大小：1K，2K或4K…
        2.  进程的小片——页（虚拟页或页面）
        3.  内存的小片——页框（物理页）
2.  进程装入和使用内存的原则
    
    1.  内存以页框为单位分配使用。
    2.  进程以页为单位装入内存
        
        1.  只把程序部分页装入内存便可运行。
        2.  页在内存中占用的页框不必相邻。
        3.  需要新页时，按需从硬盘调入内存。
        4.  不再运行的页及时删除，腾出空间

页编号 = VA / 页大小

页内偏移 = VA % 页大小

页面映射表：记录页与页框之间的对应关系。也叫页表。

1.  实模式（Real Mode）
    
    1.  20位地址
        
        1.  20位:1M内存空间
        2.  段地址(16位):偏移地址(16位)
        3.  段地址16字节对齐
2.  保护模式（Protect Mode）
    
    1.  32位地址空间：4G物理内存
    2.  支持多任务，能够快速地进行任务切换和保护任务环境
    3.  支持资源共享，能保证代码和数据的安全和任务隔离
    4.  支持分段机制和分页机制

文件的逻辑结构：流式文件(现代操作系统)和记录式文件

文件的存取方法：顺序存取和随机存取