[系统运维]【软考-软件设计师自学】操作系统基本原理

操作系统 - 概述

进程管理 - 进程状态

1. 状态定性：

• 运行：这个进程所需要的所有资源都已经配楚了，并且给它CPU资源
• 就绪：其它所有资源都已经配齐，唯独缺CPU资源
• 等待：除了没有CPU资源，还缺其它资源

2. 状态间转换：

• 运行 ——> 等待：缺某种资源，等待某件事发生，就转换为等待状态
• 等待 ——> 就绪：资源配齐
• 就绪 ——> 运行：得到CPU资源
• 运行 ——> 就绪：时间片的一个时间到了，撤销CPU资源给另一个进程

3. 五态模型

• 阻塞和三态模型的等待是一个意思，多出静止的两态
• 挂起：指认为的停止

进程管理 - 前趋图

1. 考虑哪些任务有先后顺序，哪些任务可以并行做
2. 表达先后的约束关系

进程管理 - 进程的同步与互斥

1. 互斥：在同一时刻，只允许某一个进程使用某个资源，一个资源不能同时服务多个进程
2. 同步：当差距较大，需要某一进程停止，从而达到一致
3. 互斥与同步并不矛盾存在

进程管理 - PV操作

1. 临界资源：各个进程间需用用互斥的方式，去进行共享的，那么一个资源叫临界资源
2. 操作步骤：

• P操作
  1）、将信号量S放入 自减操作 当中去
  2）、接着判断，如果S<0，则阻塞当前进程的继续状态，把进程放入 进程队列里面去，此时进程处于等待状态
  3）、如果S不小于0，则继续执行程序
• V操作（相反的操作）
  1）、先进行自加的操作
  2）、进行判断，如果S<=0，则从进程队列中，取出 一个进程 将其唤醒继续执行程序，否则继续往底下走

3. 例题
   

• 如果没有PV操作将会面临怎样的问题

进程管理 - PV操作 - 例题

1.例题一

1. ——》考点：进程之间的一些约束关系，在哪些位置应该阻塞起来，等待在另外一个进程进行操作，等操作之后再进行下一步的流程
2. 解决问题的核心点：找出约束关系

• V前P后，V因P果，即购书付款 —(引发)— 收银员收钱；收银员结账 —— 购买者才能走

进程管理 - PV操作与前趋图结合

1. 例题二
   

• 从左到右，从上到下，标信号量；一个箭头一个信号量
• 箭头的起点位置是V操作，末尾位置是P操作

进程管理 - 死锁问题

1. ——》考点：
   1）、 给定一定数量的进程，每个进程需要多少资源，然后计算最少系统西药多少资源，才不可能发生这类死锁
   2）、 死锁的预防和避免问题
2. 死锁：系统将所有资源释放出去，每个进程需要的资源都不能得到满足，而系统已经没有多余的资源，从而导致程序一直不能得到结果
3. 解题思路：先将每个进程分配（所需要的资源 - 1），系统里面还有一个资源就不会产生死锁
   即系统至少需要的资源为： k【k个进程】 * (n【每个进程所需要的资源】 - 1) + 1

进程管理 - 死锁问题（2）

1. 产生死锁的四大条件：缺一不可，只要缺了一个就不会产生死锁
   1）、互斥
   2）、保持和等待：保持自己的资源并且等待别人释放更多的资源给自己
   3）、不剥夺：系统不会去将分配给某个进程的资源给剥夺掉，分配给其它进程
   4）、环路等待：A——>B——>C——>A,相互等待资源

进程管理 - 银行家算法

1. ——》思路：以银行家放贷的想法资源分配，着重看资源是否能收的回来，如果给你分配资源你又无法完成任务，就不会再给你分配资源
2. 例题：

求剩资源数

检查

步骤一：计算系统还剩多少个资源
步骤二：看选项A，先将剩下的资源分配给P1，发现 2 < 5 ， 1 < 3 ， 0 < 1 ，所以会造成死锁状态发生；因此除了P2进程，其它进程的R1、R2、R3都不能完全满足，就会造成死锁，所以第一步只能选P2
步骤三：当P2执行完后，给予的资源和先前占用的资源都会释放出来，所以总剩余有 4 - 2 -1
步骤四：再分析能运行哪个进程，然后执行完所有进程

存储管理 - 分区存储组织

1. 算法

• 首次适应算法：从上往下检查，如果遇到空间满足的就放进去
• 最佳适应算法：将剩余的空间从小到大排序，一次检查是否满足大小需要
• 最差适应算法：与最佳适应算法相反
• 循环首次适应法： 将空间由上至下依次循环排序，每次配置作业选择上一次的下一个空间填充

存储管理 - 页式存储组织

1. ——》考点：逻辑地址与物理地址之间的转换，还需了解页式存储、段式存储、段页式存储之间基本的特点以及运作的基本方式
2. 通过逻辑地址求物理地址的方式
   1）、找到逻辑地址L中，哪块是页号，哪块是页内地址
   2）、将页内地址直接写下，就是物理地址的页内地址
   3）、通过页号查找块号，将块号与页内地址拼接，得到物理地址
3. 例题
   

• 如何将逻辑地址的页号与页内地址分开，通过页面大小这个参数进行分析
  1）、,由题目可知，页面大小为4k ——> 4k = 2¹² (k——>2¹⁰，4——>2²)
  2）、12说明什么问题？说明一个页的页内地址是12位，高于12位的就是页号
  3）、因为5A29H是十六进制，所以每位表示4位2进制，也就是后3位A29为页内地址
  4）、因为逻辑地址的页号为5，所以对应的块号（页帧号）为6
  5）、从状态位来看页号为4的页面为0，即不在内存，页面的淘汰只能考虑在内存里面的
  6）、所以只能从页号0、1、2、5中淘汰一个，又因为页号0、2、5的访问位为 1 ，不能被淘汰，所以只能淘汰访问位为 0 的页号 1

存储管理 - 段式存储组织

1. 段式与页式的分割方式有较大的差异
   1）、段式是按逻辑结构来划分的
   2）、将Mian主函数作为一个段，第一个子函数做一个段，下一个子函数也作为一个段，段的大小不要求一致（页式不允许的），好处：便于共享
   

存储管理 - 段页式存储组织

存储管理 - 快表

1. 特点：按内容存取，速度非常快，效率非常高
2. 快表是放在Cache中，慢表是放在内存中

存储管理 - 页面置换算法

1. 抖动：分配多资源反而让进程的效率降低；分配更多的资源反而让缺陷页增加
   

2. 例题

• 缺页页数：9 < 10 ；产生抖动

3. 例题2

• 步骤：
  1）、FIFO：到第五个数0的时候，因为012有0所以没有缺页，所以三个页中还是012
  9）、LRU：看最近那个最迟动的那个，就淘汰掉

4. 例题4
   

1）、没有使用快表说明什么？先要在内存中查一下表，才能够读取相应的内存块，所以每个块需要2次内存的访问，有6个块（6个页面），所以需要访问12次内存
2）、有个约定俗成：指令一次性融入，所以是 1 次 缺页中断
3）、操作数A：上半部分 1 次，下半部分 1 次 ； 操作数B，同理，一共两次
4）、所以，1+2+2 = 5 次缺页中断

文件管理 - 索引文件结构

1. 如果没有直接说明结点的个数，那么就是标准的13个结点，否则会指明每个结点的作用

2. 0-9结点存的是物理盘块的内容；10存的不再是物理盘块的直接内容，而是存放物理盘块的地址

3. 例题
   

1）、一个物理盘块1k大，一个地址4个字节，2¹⁰ / 4 = 256 ，即每个物理盘块可以存放256个地址（不懂）
2）、因为101号是i-addr[7]，所以是二级地址索引

文件管理 - 文件和树形目录结构

1. ——》考点：相对路径和绝对路径的比较
2. 绝对路径：从根结点（当前所在目录）开始的路径 ，比如找f1——> /D1/W1/f1
3. 相对路径：假设当前目录为D1，找f1 ——> W1/f1 即可

文件管理 - 空闲存储空间的管理

1. 定义：管理大量空闲空间，当一个文件申请空间的时候，能够有依据地分配给它
2. 管理方法
   1）、空闲区表法：用张表，记录空闲区
   2）、空闲链表法：将空闲存储链接起来，需要的时候再划分出来
   3）、位示图法：1表示空闲，0表示占用（计算重点）
   4）、成组链接法：
3. 例题
   

1）、4195号物理块，实际上有4196块物理块（从0开始计算）
2）、(4195+1) / 32 = 131.125 ，所以表示要将前131个字填满，并且当前的这个物理块要占用一个（132个字当中）
3）、
第一行：表示4195在第132字当中；
第二行：算出前131个字的地址范围，求出第132字的地址开始位置
第三、四行：从第0个位置开始算起，第4195号处于，第132字的第3位置
4）、因为是分配，所以是变1，表示占用，排除AC

• ——》注意：第几个字，是从1开始算；第几个位置，是从0开始算

设备管理 - 数据传输控制方式

1. ——》考点：
   1）、通道、输入输出处理机是专用计算机处理方式，不再讨论范围内
   2）、程序控制方式：外设处于一种被动的方式，不能主动反馈信息
   3）、程序中断方式：外设完成后发一个中断信号，系统就会做出下一步的处理
   4）、DMA方式：直接存取控制方式，思路：专门的DMA控制器，再由CPU接手，效率大大提高

设备管理 - 虚设备与SPOOLING技术

1. ——》考点：理解基本原理即可
   1）、开辟了缓冲区，按队列先后顺序处理

微内核操作系统

1. ——》考点：1）、系统的可靠性、稳定性和安全性；2）、哪些属于用户态，哪些属于核心态
2. 微内核：重启一下内核即可，不需要操作整个系统
3. 单体内核：内核出问题，整个系统都出问题