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自考《操作系统》名词解释性总括

2007-01-08 09:23   【 】【我要纠错

  操作系统具有层次结构

  层次结构最大特点是整体问题局部化来优化系统,提高系统的正确性、高效性使系统可维护、可移植。

  主要优点是有利于系统设计和调试;主要困难在于层次的划分和安排。

  多道程序设计系统

  “多道程序设计系统” 简称“多道系统”,即多个作业可同时装入主存储器进行运行的系统。在多道系统中一点必须的是系统须能进行程序浮动。所谓程序浮动是指程序可以随机地从主存的一个区域移动到另一个区域,程序被移动后仍不影响它的执行。多道系统的好处在于提高了处理器的利用率;充分利用外围设备资源;发挥了处理器与外围设备以及外围设备之间的并行工作能力。可以有效地提高系统中资源的利用率,增加单位时间内的算题量,从而提高了吞吐率。

  程序浮动

  若作业执行时,被改变的有效区域依然能正确执行,则称程序是可浮动的。

  进程

  进程是一个程序在一个数据集上的一次执行。由定义知进程关键组成是程序、数据集。

  进程通过一个控制块来被系统所指挥,因此进程由程序、数据集和进程控制块三部分组成。进程控制块是进程存在的唯一标志 .进程是要执行的,据这点可分将进程的状态分为等待态然后是就绪态最后是运行态。

  进程的基本队列也就是就绪队列和等待队列,(因为进程运行了,也就用不上排队了,也就没有运行队列了。)

  重定位

  重定位即把逻辑地址转换成绝对地址。

  重定位的方式有“静态重定位”和“动态重定位”两种。

  (1)静态重定位

  在装入一个作业时,把作业中的指令地址和数据地址全部转换成绝对地址。这种转换工作是在作业开始前集中完成的,在作业执行过程中无需再进行地址转换。所以称为“静态重定位”。

  (2)动态重定位

  在装入一个作业时,不进行地址转换,而是直接把作业装到分配的主区域中。在作业执行过程中,每当执行一条指令时都由硬件的地址转换机构转换成绝对地址。这种方式的地址转换是在作业执行时动态完成的,所以称为动态重定位。

  动态重定位由软件(操作系统)和硬件(地址转换机构)相互配合来实现。动态重定位的系统支持“程序浮动”,而静态重定位则不能。

  单分区管理

  除操作系统占用的一部分存储空间外,其余的用户区域作为一个连续的分区分配给用户使用

  固定分区的管理

  分区数目、大小固定 设置上、下限寄存器 逻辑地址+下限地址→绝对地址。

  可变分区的管理

  可变分区管理方式不是把作业装入到已经划分好的分区中,而是在作业要求装入主存储器时,根据作业需要的主存量和当时的主存情况决定是否可以装入该作业。

  分区数目大小不定 设置基址、限长寄存器

  逻辑地址+基址寄存器的值→绝对地址。 基址值≤绝对地址≤基址值+限长值

  页式存储管理

  主存储器分为大小相等的"块".程序中的逻辑地址进行分"页“,页的大小与块的大小一致。 用页表登记块页分配情况 逻辑地址的页号部分→页表中对应页号的起始地址→与逻辑地址的页内地址部分拼成绝对地址。 由页表中的标志位验证存取是否合法,根据页表长度判断是否越界

  段存储管理 程序分段 每一段分配一个连续的主存区域,作业的各段可被装到不相连的几个区域中。 设置段表记录分配情况 逻辑地址中的段号→查段表得到本段起始地址+段内地址→绝对地址 由段表中的标志位验证存取是否合法,根据段表长度判断是否越界

  页式虚拟存储管理 类似页式管理将作业信息保存在磁盘上部分装入主存 类似页式管理:逻辑地址的页号部分→页表中对应页号的起始地址→与逻辑地址的页内地址部分拼成绝对地址。

  若该页对应标志为0,则硬件形成"缺页中断"先将该页调入主存 类似页式管理

  段式虚拟存储管理

  类似段式管理将作业信息保存在磁盘上部分装入主存 类似段式管理

  存储介质是指可用来记录信息的磁带、硬磁盘组、软磁盘片、卡片等。 存储介质的物理单位定义为“卷”。

  存储设备与主存储器之间进行信息交换的物理单位是块。块定义为存储介质上存放的连续信息所组成的一块区域。

  逻辑上具有完整意义的信息集合称为“文件”。

  用户对文件内的信息按逻辑上独立的含义划分的信息单位是记录,每个单位为一个逻辑记录。

  2、文件的分类

  文件可以按各种方法进行分类:

  按用途 系统文件、库文件、用户文件

  按保护级别 可执行文件、只读文件、读写文件

  按信息流向 输入文件、输出文件、输入输出文件

  按存放时限 临时文件、永久文件、档案文件

  按设备类型 磁盘文件、磁带文件、卡片文件、打印文件

  按文件组织结构 逻辑文件、物理文件(顺序文件、链接文件、索引文件)

  文件结构

  文件结构分为逻辑结构和物理结构

  逻辑结构

  用户构造的文件称为文件的逻辑结构。如用户的一篇文档、一个数据库记录文件等。逻辑文件有两种形式:流式文件和记录式文件。

  流式文件是指用户对文件内信息不再划分的可独立的单位,如我们的word文件,图片文件等。整个文件是以顺序的一串信息组成。

  记录式文件:是指用户对文件内信息按逻辑上独立的含义再划分信息单位,每个单位为一个逻辑记录。记录式文件可以存取的最小单位是记录项。每个记录可以独立存取。这个在数据库中我们学得比较多,容易理解。

  2、物理结构

  由文件系统在存储介质上的文件构造方式称为文件的物理结构。物理结构有

  1)顺序结构:在磁盘上就是一块接着一块地放文件。逻辑记录的顺序和磁盘顺序文件块的顺序一致。顺序文件的最大优点是存取速度快(可以连续访问)。

  2)链接结构:把磁盘分块,把文件任意存入其中,再用指针把各个块按顺序链接起来。这样所有空闲块都可以被利用,在顺序读取时效率较高但需要随机存取时效率低下(因为要从第一个记录开始读取查找)。

  3)索引结构:磁盘不分块,文件的逻辑记录任意存放在磁盘中,通过一张“索引表”指示每个逻辑记录存放位置。这样,访问时根据索引表中的项来查找磁盘中的记录,既适合顺序存取记录,也可以随机存取记录,并且容易实现记录的增删和插入,所以索引结构被广泛应用。

  记录的成组与分解

  1记录的成组与分解的原因:由于磁盘块的大小是预先划分好的,大小固定,而逻辑记录的大小是用户文件性质决定的,不一定和块大小一致。

  2记录的成组:把若干个逻辑记录存入一个块的工作称为“记录的成组”。每块中逻辑记录的个数称“块因子”。

  3、记录的分解:这是记录成组的一个逆过程。经程是先从磁盘中找到记录所在的块,并将本块读入主存缓冲区,再从缓冲区取出所需要的记录送到用户工作区。如果用户所需的记录已经在缓冲区中,则不需要启动外设读块信息,这也可以提高系统工作效率。

  作业和作业步

  1、作业:我们把用户要求计算机系统处理的一个问题称为一个“作业”

  2、作业步:完成作业的每一个步聚称为“作业步”。

  作业控制方式

  1、作业控制方式,包括批处理方式和交互方式。

  批处理控制方式:也称脱机控制方式或自动控制方式。就是一下子交待任务,执行过程中不再干涉。

  批处理作业:采用批处理控制方式的作业称为“批处理作业”

  批处理作业进入系统时必须提交:源程序、运行时的数据、用作业控制语言书写的作业控制说明书。

  交互控制方式:也称联机控制方式。就是一步一步地交待任务。做好了一步,再做下一步。

  2、批处理作业的控制(领会)

  1) 按用户提交的作业控制说明书控制作业的执行。

  2) 一个作业步的工作往往由多个进程的合作来完成。

  3) 一个作业步的工作完成后,继续下一个作业步的作业,直至作业执行结束。

  3、交互式作业的管理(领会)

  1)交互式作业的特点: 交互式作业的特点主要表现在交互性上,它采用人机对话的方式工作。

  2)交互式作业的控制:一种是操作使用接口,另一种是命令解释执行。

  操作使用接口包括操作控制命令 ,菜单技术 ,窗口技术

  命令的解释执行 一类是操作系统中的相应处理模块直接解释执行; 另一类必须创建用户进程去解释执行。

  死锁:

  若系统中存在一组进程(两个或多个进程),它们中的每一个进程都占用了某种资源而又都在等待其中另一个进程所占用的资源,这种等待永远不能结束,则说系统出现了“死锁”。或说这组进程处于“死锁”状态。

  相关临界区

  1、并发进程中与共享变量有关的程序段称为“临界区” .并发进程中涉及到相同变量的那些程序段是相关临界区

  2、对相关临界区的管理的基本要求。

  对相关临界区管理的基本原则是:如果有进程在相关临界区执行,则不让另一个进程进入相关的临界区执行。

  进程同步的含义:进程的同步是指并发进程之间存在一种制约关系,一个进程的执行依赖另一个进程的消息,当一个进程没有得到另一个进程的消息时应等待,直到消息到达才被唤醒。

  中断:一个进程占有处理器运行时,由于自身或自界的原因使运行被打断,让操作系统处理所出现的事件到适当的时候再让被打断的进程继续运行,这个过程称为“中断”。

  中断机制

  在它执行程序的时候,如果有另外的事件发生(比如用户又打开了一个程序)那么这时候就需要由计算机系统的中断机制来处理了。

  中断机制包括硬件的中断装置和操作系统的中断处理服务程序。

  中断响应 (硬件即中断装置操作)

  处理器每执行一条指令后,硬件的中断位置立即检查有无中断事件发生,若有中断事件发生,则暂停现行进程的执行,而让操作系统的中断处理程序占用处理器,这一过程称为"中断响应".

  中断屏蔽

  中断屏蔽技术是在一个中断处理没有结束之前不响应其他中断事件,或者只响应比当前级别高的中断事件。

  存储保护:防止主存储器稳中有降个程序的相互干扰和保护稳中有降区域内的信息安全,限定各程序在规定的主存区域内执行,称为存储保护。

  特权指令:即可能影响系统安全的指令。全文是为保护输入输出的完整性,把“启动I/O”等的一类可能影响系统安全的指令定义为特权指令。优点在于:这种方式不但保证安全地使用外围设备,正确地传送信息,而且可减少用户为启动设备而必须了解外围设备特性以及启动等工作,大大方便了用户。)

  文件的保护与保密

  1)文件的保护是防止文件被破坏,。文件的保密是防止文件被窃取。

  2)文件的保护措施:

  可以采用树形目录结构、存取控制表和规定文件使用权限的方法。

  3)文件的常用保密措施:隐藏文件目录、设置口令和使用密码(加密)等。

  UNIX系统结构

  1、UNIX的层次结构。

  UNIX可以分为内核层和外壳层两部分。//内核层是UNIX是核心。/外壳层由shell解释程序(即为用户提供的各种命令。)、支持程序设计的各种语言(如C、PASCAL和BASIC等)、编译程序和解释程序、实用程序和系统库等组成。

  UNIX系统的主要特点。

  短小精悍 //简洁有效 //易移植 //可扩充 //开放性

  线程的概念

  线程是进程中可独立执行的子任务,一个进程中可以有一个或多个线程,每个线程都有一个唯一的标识符。

  进程与线程有许多相似之处,所以线程又称为轻型进程。

  支持线程管理的操作系统有Mach,OS/2,WindowsNT,UNIX等。

  通道命令

  通道命令规定设备的操作,每一种通道命令规定了设备的一种操作,通道命令一般由命令码/数据

  主存地址/传送字节个数及标志码等部分组成。

  通道程序

  是一组通道命令规定通道执行一次输入输出操作应做的工作,这一组命令就组成了一个通道程序。

  管道机制

  把第一条命令的输出作为第二条命令的输入,如此进行连接的技术。

  操作系统概述

  移动技术

  移动技术是把某个作业移到另一处主存空间去(在磁盘整理中我们应用的也是类似的移动技术)。最大好处是可以合并一些空闲区。

  对换技术

  把一个分区的存储管理技术用于系统时,可采用对换技术把不同时工作的段轮流装入主存储区执行。

  UNIX系统的存储管理

  1、对换(Swapping)技术:这就是前面我们所学的虚拟存储器在UNIX中的应用。磁盘上设置开辟一个足够大的区域,为对换区。当内存中的进程要扩大内存空间,而当前的内存空间又不能满足时,则可把内存中的某些进程暂换出到对换区中,在适当的时候又可以把它们换进内存。因而,对换区可作为内存的逻辑扩充,用对换技术解决进程之间的内存竞争。

  UNIX对内存空间和对换区空间的管理都采用最先适应分配算法。

  2、虚拟页式存储管理技术。 UNIX把进程的地址空间划分成三个功能区段:系统区段、进程控制区段、进程程序区段。系统区段占用系统空间,系统空间中的程序和数据常驻内存。其余两个区段占用进程空间,是进程中非常驻内存部分。

  通过页表和硬件的地址转换机构完成虚拟地址和物理地址之间的转换。

  UNIX系统的I/O系统

  缓冲技术:这个技术就是前面我们学过的虚拟设备(SPOOL技术)在UNIX中的实际应用UNIX采用缓冲技术实现设备的读写操作。

  进程的调度

  我们使用不同的调度是为了优化,具体说来是提高处理器利用率,增大吞吐量,减少等待时间,缩短响应时间。

  页式存储管理中为什么要设置页表和快表?

  在页式存储管理中,主存被分成大小相等的若干块,同时程序逻辑地址也分成与块大小一致的若干页,这样就可以按页面为单位把作业的信息放入主存,并且可以不连续存放,为了表示逻辑地址中的页号与主存中块号的对应关系,就需要为每个作业建立一张页表,。

  页表一般存放在主存中,当要按给定的逻辑地址访问主存时,要先访问页表,计算出绝对地址,这样两次访主存延长了指令执行周期,降低了执行速度,而设置一个高速缓冲寄存器将页表中的一部分存放进去,这部分页表就是快表,访问主存时二者同时进行,由于快表存放的是经常使用的页表内容,访问速度很快,这样可以大大加快查找速度和指令执行速度。

  虚拟存储器

  虚拟存储器是为“扩大”主存容量而采用的一种设计技巧,就是它只装入部分作业信息来执行,好处在于借助于大容量的辅助存储器实现小主存空间容纳大逻辑地址空间的作业。

  虚拟存储器的容量由计算机的地址结构(地址总线位数)决定。如32位的,则最大的虚存容量为2^32=4294967296B=4GB

  叙述页式虚拟存储器的基本原理。

  页式虚拟存储器是在页式存储的基础上实现虚拟存储器的,其工作原理是:

  首先把作业信息作为副本存放在磁盘上,作业执行时,把作业信息的部分页面装入主存,并在页表中对相应的页面是否装入主存作出标志。

  作业执行时若所访问的页面已经在主存中,则按页式存储管理方式进行地址转换,得到绝对地址,否则产生“缺页中断”由操作系统把当前所需的页面装入主存。

  若在装入页面时主存中无空闲块,则由操作系统根据某种“页面调度”算法选择适当的页面调出主存换入所需的页面。

  死锁的防止(简单应用)

  1、系统出现死锁必然出现以下情况:

  1)互斥使用资源

  2)占有并等待资源

  3)不可抢夺资源

  4)循环等待资源

  2、死锁的防止策略:破坏产生死锁的条件中的一个就可以了。

  常用的方法有:静态分配、、按序分配、抢夺式分配3种。

  死锁的避免(简单应用)

  1、死锁的避免是让系统处于安全状态,来避免发生死锁。

  安全状态:如果操作系统能保证所有的进程在有限的时间内得到需要的全部资源,则称系统处于“安全状态”。

  银行算法是怎样避免死锁的:

  计算机银行家算法是通过动态地检测系统中资源分配情况和进程对资源的需求情况,在保证到少有一个进程能得到所需要的全部资源,从而能确保系统处于安全状态进,才把资源分配给申请者,从而避免了进程共享资源时系统发生死锁。

  采用银行家算法时为进程分配资源的方式

  1)对每一个首次申请资源的进程都要测试该进程对资源的最大的需求量。如果系统现存资源可以满足他的最大需求量,就按当前申请量为分配资源。 否则推迟分配。

  2)进程执行中继续申请资源时,先测试该进程已占用资源数和本次申请资源总数有没有超过最大需求量。超过就不分配。

  若没有超过,再测试系统现存资源是否满足进程尚需的最大资源量,满足则按当前申请量分配,否则也推迟分配。

  总之,银行家算法要保证分配资源时系统现存资源一定能满足至少一个进程所需的全部资源。

  中断的响应。

  中断响应 (硬件即中断装置操作)

  处理器每执行一条指令后,硬件的中断位置立即检查有无中断事件发生,若有中断事件发生,则暂停现行进程的执行,而让操作系统的中断处理程序占用处理器,这一过程称为"中断响应".

  中断响应过程中,中断装置要做以下三项工作:

  1)是否有中断事件发生

  2)若有中断发生,保护断点信息

  3)启动操作系统的中断处理程序工作

  中断装置通过"交换PSW"过程完成此项任务,

  4中断处理 (软件即操作系统操作)

  操作系统的中断处理程序对中断事件进行处理时,大致要做三方面的工作:

  1)保护被中断进程的现场信息

  2)分析中断原因

  根据旧PSW的中断码可知发生该中断的具体原因。

  3)处理发生的中断事件

  请求系统创建相应的处理进程进入就绪队列。

  阐述硬件的中断装置的作用。

  答:中断是计算机系统结构一个重要的组成部分。在中断机制中的硬件部分(中断装置)的作用就是在CPU每执行完一条指令后,判别是否有事件发生,如果没有事件发生,CPU继续执行;若有事件发生,中断装置中断原先占用CPU的程序的执行,把被中断程序的断点保存起来,让操作系统的处理服务程序占用CPU对事件进行处理,处理完后,再让被中断的程序继续占用CPU执行下去。

  (所以中断装置的作用总的来说就是使操作系统可以控制各个程序的执行。)

  操作系怎样让多个程序同时执行?

  答:中央处理器在任何时刻最多只能被一个程序占用。通过中断装置

  系统中若干程序可以交替地占用处理器,形成多个程序同时执行的状态。利用CPU与外围设备的并行工作能力,以及各外围设备之间的并行工作能力,操作系统能让多个程序同时执行。

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