标签：文件 期末考试 内存 进程 共享 CPU 设备

进程管理

1.进程和线程的概念 

    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元。

    线程是进程内的独立执行代码的实体和调度单元。

2.进程的基本状态及状态转换的原因

3.PCB的作用

    作为独立运行基本单位的标志；能实现间断性运行方式；提供进程管理所需要的信息；提供进程调度所需要的信息；实现与其它进程的同步与通信。

    在进程的整个生命周期中，系统总是通过其PCB对进程进行控制，系统是根据进程的PCB而不是任何别的什么而感知到该进程存在的，所以说PCB是进程存在的唯一标志。

    PCB特征：

4.进程控制的原语操作

5.进程互斥：对临界资源的访问，需要互斥的进行。同一个时间段内只允许一个进程访问该资源。

    临界区：进程中访问临界资源的那段代码

    进程同步：并发进程在执行次序上的协调，以达到有效的资源共享和相互合作，使程序执行有可再现性。 

    同步准则：1)空闲让进 2)忙则等待 3)有限等待 4)让权等待 

6.进程间通信的原理

    （1）共享存储器系统：基于共享数据结构的通信方式（仅适用于传递相对少量的数据，通信效率低，属于低级通信）/基于共享存储区的通信方式
    （2）管道通信系统：管道是指用于连接一个读进程和一个写进程以实现它们之间通信的一个共享文件（pipe文件）。需要提供一下几点的协调能力：互斥，即当一个进程正在对pipe执行读/写操作时，其它进程必须等待；同步，当一个进程将一定数量的数据写入，然后就去睡眠等待，直到读进程将数据取走，再去唤醒；确定对方是否存在
    （3）消息传递系统：直接通信方式（发送进程利用OS所提供的发送原语直接把消息发给目标进程）；间接通信方式（发送和接收进程都通过邮箱进行消息的发送和接收）
    （4）客户机服务器系统：套接字 

存储管理

2.存储器管理的基本任务：为多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用存储器，提高存储器的利用率以及能从逻辑上扩充内存。 

  功能：（1）内存分配 （2）内存保护 （3）地址映射 （4）内存扩充 

3.重定位：把在装入时对目标程序中指令和数据地址修改的过程

   静态重定位：在逻辑地址转换为物理地址的过程中，地址变换是在进程装入时一次完成的，以后不再改变。

  动态重定位：动态运行的装入程序把转入模块装入内存之后，并不立即把装入模块的逻辑地址进行转换，而是把这种地址转换推迟到程序执行时随着每条指令的数据自动地、连续地进行，装入内存后的所有地址都仍是逻辑地址。这种方式需要寄存器的支持（重定位寄存器RR），其中放有当前正在执行的程序在内存空间中的起始地址。

4.连续分配：单一连续分配，固定分区分配（分区大小相等/不等），动态分区分配（算法：BF/WF/FF/NF/QF/伙伴系统/哈希），动态可重定位分区分配

5.提高内存利用率：

    离散分配：分页，分段，段页式

    对换机制：整体对换（以进程为单位，“挂起”，处理机中程调度），部分对换（以页面或段为单位，实现请求分页和请求分段系统的基础，目的是支持虚拟存储器系统）

    动态链接：运行时动态链接

    虚拟存储器：请求分页，请求分段

    存储器共享 

6.基本分页存储管理方式：

    为什么引入：在连续存储管理方式中，固定分区会产生内部碎片，动态分区会产生外部碎片。这两种技术对内存的利用率都比较低。而分页式存储管理方式把主存空间划分为大小相等且固定的块，块相对较小，作为主存的基本单位，每个进程也以块为基本单位划分，进程在执行时，以块为单位逐个申请主存中的块空间，比进行紧凑的开销更小。

    地址变换机构：功能是将用户的逻辑地址转变为内存中的物理地址。页号到物理块号的转换，由页表完成。 

    页表太大，找不到连续的存储空间来储存：多级页表，离散地进行存储；请求分页系统，将当前需要的部分页表项调入内存， 其余的页表项仍驻留在磁盘上，需要时再调入。

    过程（含具有快表的情况）：

7.基本分段存储管理方式：

    为什么引入：每个段大多都是一个相对独立的逻辑单位；更符合用户和编程人员以下的需求：方便编程；分段共享；分段保护；动态链接；动态增长 。

    地址变换机构：

    过程（含具有快表的情况）：

     信息的共享和保护：可重入代码是一种允许多个进程同时访问的代码（可共享），且是一种不允许任何进程对其进行修改的代码。分段的共享是通过两个作业段表的相应表目都指向COS过程的同一物理副本来实现的。 

8.段页式存储管理：

9.虚拟存储器的基本概念：是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统。

    为什么要引入：计算机系统时常出现内存空间不够用，主要目的是提高系统的内存利用率和系统吞吐量

     特征：多次性，对换性，虚拟性（虚拟性是以多次性和对换性为基础的；而多次性和对换性又必须建立在离散分配的基础上。）

    理论依据：程序执行的局部性原理 

    实现虚拟存储的关键技术 ：覆盖（应用程序手动把需要的指令和数据保存在内存中，解决一次性），对换（操作系统自动把暂时不能执行的程序保存到外存中，解决驻留性）

10.请求分页系统的基本原理：作业运行时，只将当前的一部分装入内存其余的放在辅存，一旦发现访问的页不在主存中，则发出缺页中断，由OS将其从辅存调入主存，如果内存无空块，则根据某种算法选择一个页淘汰以便装入新的页面。

    请求分页的页表机制

    地址变换过程：

 

    页面置换算法：OPT（最佳置换）,FIFO（先进先出）,LRU（最近最久未使用）,LFU（最少使用）,NRU,改进型CLOCK

设备管理

1.设备管理的基本任务： 完成用户提出的I/O请求 提高I/O速率 提高I/O设备的利用率 为用户提供一个友好的透明接口 

  功能：缓冲区管理 设备分配 设备处理 虚拟设备 实现设备独立性 

2.设备驱动程序

    功能：(1)接收由I/O进程发来的命令和参数, 并将命令中的抽象要求转换为具体要求。 (2)检查用户I/O请求的合法性,了解I/O设备的状态,传递有关参数,设置设备的工作方式。 (3)发出I/O命令并检查设备状态。 (4)及时响应由控制器或通道发来的中断请求并处理。 

    I/O 控制方式：

    （1）轮询的可编程I/O方式：CPU需花代价不断查询I/O状态，CPU资源浪费极大 

    （2）使用中断的可编程I/O方式：以字/字节为传输单位。每完成一个字/字节的传输，设备均要向CPU请求一次中断。 

    （3）DMA方式：I/O设备和内存之间开辟直接的数据交换通路，基本单位是数据块。仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需CPU干预，整块数据的传送是在 DMA控制器的控制下完成的。

    （4）I/O通道控制方式：把对一个数据块的读(写)为单位的干预，减少为对一组数据块的读(写)及有关的控制和管理为单位的干预。 一个通道控制多台设备。 

3.设备独立性软件

    设备独立性：应用程序独立于具体使用的物理设备。

    设备独立性软件功能：对独立设备的分配与回收；将逻辑设备名映射为物理设备名；缓冲管理,；差错控制；向用户层软件提供统一接口 

4.缓冲管理（软件缓冲）

    为什么引入缓冲：(1)缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾  (2)减少对CPU的中断频率,放宽对CPU中断响应时间的限制 (3)解决数据粒度不匹配的问题 (4)提高CPU和I/O设备之间的并行性  

    单缓冲：一个缓冲区，CPU和外设轮流使用，一方处理完之后接着等待对方处理。生产者和消费者使用缓冲区必须互斥，不能同时传送和输入。

    双缓冲：两个缓冲区，CPU和外设都可以连续处理而无需等待对方。要求CPU和外设的速度相近。 效率有所提高，收发可双向同时传送。 

    循环缓冲：用户进程处理数据的速度较快、外部设备处理数据的速度较慢时考虑。缓冲区类型（空，满，当前）

    缓冲池：当系统中的设备很多时，将会有许多这样的循环缓冲区，消耗大量的内存空间，而且其利用率也不高。 为了提高缓冲区的利用率，可以采用公共缓冲池技术，其中的缓冲区可为多个设备和进程服务。  收容输入，收容输出，提取输入，提取输出。

5.SPOOLing技术（位于用户层软件）

    多道程序技术将一台物理CPU虚拟为多台逻辑CPU，从而允许多个用户共享一台主机；SPOOLing技术将一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑I/O设备，同样允许多个用户共享一台物理I/O设备 

    通过独占设备来模拟共享设备，将独占设备改造成共享设备，从而提高了设备利用率和系统效率，这种技术被称为Spooling技术。 

     

 

     将一台独享打印机改造为可供多个用户共享的打印机，是应用SPOOLing技术的典型实例。具体做法是：系统对于用户的打印输出，但并不真正把打印机分配给该用户进程，而是先在输出井中申请一个空闲盘块区，并将要打印的数据送入其中；然后为用户申请并填写请求打印表，将该表挂到请求打印队列上。若打印机空闲，输出程序从请求打印队首取表，将要打印的数据从输出井传送到内存缓冲区，再进行打印，直到打印队列为空。 

6.磁盘存储管理

    访问时间：寻道，旋转延迟，数据传输

    磁盘调度算法：FCFS（简单公平，但效率不高，对机械不利；适合请求磁盘IO的进程较少的场合）,SSTF（改善了平均服务时间，但造成某些访问长时间等待，“饥饿”）,SCAN（寻道性能较好，防止“饥饿”，广泛运用）,CSACN（减少延迟）“磁臂黏着”

    实际系统相当普遍采用最短寻道时间优先算法，因为它简单有效，性价比好。 扫描算法更适于磁盘负担重的系统。 磁盘负担很轻的系统也可以采用先来先服务算法 

文件管理

    1.文件的逻辑结构又称为文件组织，是用户可以直接处理的数据及其结构：顺序文件，索引文件，索引顺序文件，哈希文件

    2.文件的物理结构，又称为文件的存储结构，文件在外存上的存储组织形式：连续分配（有磁盘碎片，插入删除不灵活，应事先知道文件长度），链接分配（隐式，显式；不能高效地直接存取，FAT占较大内存空间），索引分配 （支持直接访问，但要花费较多外存空间；一级，两级，增量式）

    3.文件存储空间管理

    空闲表（连续分配方式，为每个文件分配一块连续的存储空间），空闲链表（离散），位示图法，成组链接法 

    4.目录管理

      文件控制块（FCB）：文件控制块是操作系统为管理文件而设置的数据结构，存放了管理文件所需的所有信息（文件属性） 

       将文件的描述信息单独形成称为索引结点的数据结构，即 i 结点 ；文件目录的每个目录项中，仅包含文件名和指向该文件的 i 结点的指针 

      目录结构：单级，二级，树形（优点：层次结构清晰，便于管理和保护；有利于文件分类；解决重名问题；提高文件检索速度；能进行存取权限的控制   缺点：查找一个文件按路径名逐层检查，由于每个文件都放在外存，多次访盘影响速度 ）

 

标签：文件,期末考试,内存,进程,共享,CPU,设备
From： https://www.cnblogs.com/05-ReFrain-19/p/17489592.html