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《操作系统——精髓与设计原理》复习整理.pdf

按照老师的复习大纲,对《操作系统——精髓与设计原理》这本书相关的知识点汇总,如果是SCAU的学生是最适用了,考研也可以用。
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特点:
四、高速缓存
为了解决处理器和内存速度不匹配的问题,利用局部性原理,在处理器和内存之间提供一个容量小且速
度快的存储器,称为高速缓存(Cache)。用于在内存和处理器寄存器之间分段移动数据,提高数据访
问的性能。(要会计算平均存取时间)
五、局部性原理
在执行程序期间,处理器的指令访存和数据访存呈现“簇”状(一组数据集合)。
操作系统概述
一、概述
操作系统是控制应用程序执行的程序,是应用程序和计算机硬件间的接口。
操作系统的三个目标:方便、有效、扩展能力
二、多道程序设计
多道程序设计是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序,使它们在管理程序控制之下,相互穿插
的运行。(要掌握多个作业并发执行时资源利用率的计算)
目的:为了让处理器和I/O设备(包括存储设备)同时保持忙状态,以实现最大效率。
三、操作系统的发展历程
串行处理(没有操作系统,主要问题:调度和准备时间)
简单批处理系统(中心思想:监控程序)
多道批处理系统(采用多道程序设计,提高资源(CPU)的利用率)
分时系统(采用多道程序设计,减小系统响应时间)
进程描述和控制

一、进程的定义和组成
1、定义
一个正在执行的程序
一个能在计算机上执行的程序实例
能分配给处理器并由处理器执行的实体
由一组执行的指令、一个当前状态和一组相关的系统资源表征的活动单元
2、组成
程序代码
相关数据
进程控制块(PCB)
执行上下文(进程状态):上下文包括操作系统管理进程及处理器正确执行进程所需的所有信
息。
它包括各种处理器(CPU)寄存器的内容、操作系统使用的信息
二、五状态模型
新建态、就绪态、运行态、阻塞/等待态、退出态
运行-->就绪:
正在运行的程序已到达“允许不中断执行” 的最大时间段
被高优先级的进程所抢占
进程自愿释放对处理器的控制
运行-->阻塞:进程必须等待某些事件时(例如:I/O操作)
阻塞-->就绪:所等待的事件发生时
三、进程挂起
由于处理器远快于I/O,可能会出现内存中所有的进程都处于阻塞状态。
解决这个问题的方法之一就是交换,即把内存中某个进程的一部分或全部移到磁盘中。因此在五状态模
型的基础上增多了两个挂起态:阻塞/挂起态、就绪/挂起态。
挂起进程的特点:

项目 说明
用户数据 用户空间中的可修改部分,包括程序数据、用户栈区域和可修改的程序
用户程序 将被执行的程序
系统栈 每个进程有一个或多个系统栈,用于保存参数、过程调用地址和系统调用地址
进程控制块 操作系统控制进程所需要的数据
进程不能立即执行
该进程可能在也可能不在等待一个事件。若进程正在等待一个事件,阻塞条件不依赖于挂起条件,
阻塞事件发生不会使进程立即被执行
为阻止进程执行,可以通过代理把这个进程置于挂起状态,代理可以是进程自己,也可以是父进程
或操作系统
除非代理显式地命令系统进行状态转换,否则进程无法从这个状态中转移
四、操作系统的控制结构
内存表:用于跟踪内(实)存和外(虚)存
I/O表:管理计算机系统中的I/O设备和通道
文件表:提供文件的相关信息(非全部信息)
进程表:管理进程
内存、I/O和文件是代表进程而被管理的,因此进程表中必须有对这些资源的直接或间接引用。
五、进程的控制结构
1、进程映像
程序、数据、栈和属性(进程控制块)的集合称为进程映像
2、进程控制块(PCB)
信息分为三类:
进程标识信息
进程ID、父进程ID、用户ID
进程状态信息
用户可见寄存器、控制和状态寄存器(程序状态字PSW)、栈指针
进程控制信息
调度和状态信息、数据结构、进程通信、进程特权、存储管理、资源的所有权和使用情况
六、进程控制
1、两种模式
用户模式(用户态):运行用户程序
系统模式、控制模式或内核模式(系统态、控制态或内核态):执行特权指令
处理器如何获知和改变所处模式?

程序状态字中有表示执行模式的位,并且该位应某些事件要求而改变
2、进程创建
分配唯一进程标识符
分配空间
初始化进程控制块
设置正确的连接
创建或扩充其它数据结构
当操作系统为另一个进程的显式请求创建一个进程时,这个动作称为进程派生。
(进程间的派生:父进程派生子进程)
3、进程切换和模式切换
(1)、进程切换
进程切换是让处于运行态的进程中断运行,让出处理器,让操作系统指定的新进程运行。被中断
进程的上下文环境需要保存。
切换时机(但中断不一定会发生进程切换):
系统中断
中断(与外部事件相关)
时钟中断
I/O中断
内存失效
陷阱(进程产生的错误或异常条件相关)
系统调用
(2)、模式切换
出现中断时,处理器会做如下工作:
把程序计数器置成中断处理程序的开始地址
从用户态切换到内核态,以便中断处理代码包含特权指令
此时,将已中断进程的上下文保存到已中断程序的进程控制块中,保存的内容包括:
所有中断处理可能改变的信息
恢复被中断程序时所需要的信息
模式切换可以不改变正处于运行态的进程状态,保存和恢复上下文环境开销小
进程切换涉及进程状态的变化,开销较大。
4、额外知识点
UNIX中,父进程通过系统调用fork()创建子进程(在父进程的内核模式下完成),之后可能进行下面三
种操作之一:
在父进程中继续执行。控制权返回到用户态下父进程调用fork的位置。
处理器控制权交给子进程。子进程开始执行代码,执行点与父进程相同,即在fork调用的返回处。
控制转交给另一个进程。父进程和子进程都置于就绪态。
从fork中返回时,测试返回参数:
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