《现代操作系统》知识点整理.pdf

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余运?时间最短的那个进程运?。再次提醒,有关的运?时间必须提前掌握。当?个新的作业到达时,其整个时间同当前进程的剩余时间做?较。如果新的进程?当前运?进程需要更少的时间,当前进程就被挂起,?运?新的进程。?轮转法?种最古?、最简单、最公平且使?最?的算法是轮转调度。每个进程被分配?个时间段,称为时间?,即允许该进程在该时间段中运?。如果在时间?结束时该进程还在运?,则将剥夺CPU并分配给另?个进程。如果该进程在时间?结束前阻塞或结束,则CPU?即进?切换。?个隐含的假设,即所有的进程同等重要,?拥有和操作多?户计算机系统的?对此常有不同的看法。优先级调度的基本思想很清楚:每个进程被赋予?个优先级,允许优先级最?的可运?进程先运?。实时系统中的调度实时系统是?种时间起着主导作?的系统。典型地,?种或多种外部物理设备发给计算机?个服务请求,?计算机必须在?个确定的时间范围内恰当地做出反应。实时系统通常可以分为硬实时(hardrealtime)和软实时(softrealtime),前者的含义是必须满?绝对的截?时间,后者的含义是虽然不希望偶尔错失截?时间,但是可以容忍。实时系统的调度算法可以是静态或动态的。前者在系统开始运?之前作出调度决策;后者在运?过程中进?调度决策。只有在可以提前掌握所完成的?作以及必须满?的截?时间等全部信息时,静态调度才能?作,?动态调度算法不需要这些限制。第三章内存管理概述内存(RAM)是计算机中?种需要认真管理的重要资源。经过多年探索,?们提出了分层存储器体系(memoryhierarchy)的概念,即在这个体系中,计算机有若?兆(MB)快速、昂贵且易失性的?速缓存(cache),数千兆(GB)速度与价格适中且同样易失性的内存,以及?兆兆(TB)低速、廉价、?易失性的磁盘存储,另外还有诸如DVD和USB等可移动存储装置。操作系统的?作是将这个存储体系抽象为?个有?的模型并管理这个抽象模型。操作系统中管理分层存储器体系的部分称为存储管理器。它的任务是有效地管理内存,即记录哪些内存是正在使?的,哪些内存是空闲的;在进程需要时为其分配内存,在进程使?完后释放内存。:..,直接使?物理地址进?存储,这种?法会带来严重的问题:如果?户程序可以寻址内存的每个字节,它们就可以容易地破坏操作系统,从?使操作系统停?运?。想要同时运?多个程序很困难,因为使?物理地址很容易将数据覆盖。要保证多个应?程序同时存在于内存并且不互相影响,要解决两个问题:保护和重定位。?个很好的解决?法是创造?个内存抽象:地址空间。地址空间为程序创造了?种抽象的内存,地址空间是?个进程可?于寻址内存的?套地址集合。每个进程都有?个??的地址空间,并且这个地址空间独?于其他进程的地址空间(在特殊情况下想要共享除外)。?的进程所需要的内存?于计算机的物理内存时,就不能把所有进程?直保存在内存中。这种情况叫做内存超载。要想解决这种问题,有两种?法。交换技术:即把?个进程完整调?内存,使该进程运??段时间,然后把它存回磁盘。空闲进程主要存储在磁盘上,就不会占?内存。虚拟内存:可以使程序在只有?部分被调?内存的情况下运?。虚拟内存1.?个进程是和其他进程共享CPU和主存的,但是主存的空间是有限的,当同时运?多个进程时,就会使内存不够?。这个时候,我们就引?了虚拟内存的概念,它是?种对主存的抽象的计算机内存管理技术。:每个程序拥有??的地址空间,这个空间被分割成多个块,每个块称作?页或页?,每?页?连续的地址范围。这些页被映射到物理内存,但并不是所有的页都必须在内存才能运?程序。当程序引?到?部分在物理内存的地址空间时,由硬件?刻执?必要的映射。当程序引?到?部分不在物理内存的地址空间时,由操作系统负责将缺失的部分装?物理内存并重新执?失败的指令。:优点:可以弥补物理内存??的不?;?定程度的提?反映速度;减少对物理内存的读取从?保护内存延长内存使?寿命;可在较?的可?内存中执?较?的?户程序;可在内存中容纳更多程序并发执?;不必影响编程时的程序结构(与覆盖技术?较)缺点:占??定的物理硬盘空间;加?了对硬盘的读写;设置不得当会影响整机稳定性与速度虚拟内存和物理内存1.?户编制程序时使?的地址称为虚地址或逻辑地址,其对应的存储空间称为虚存空间或逻辑地址空间计算机物理内存的访问地址则称为实地址或物理地址,:在应?中,真实存在的,插在主板内存槽上的内存条的容量的??。从本质上来说,物理内存是代码和数据在其中运?的窗?。虚拟内存:使程序认为它拥有连续的可?的内存(?个连续完整的地址空间),?实际上,它通常是被分隔成多个物理内存碎?,还有部分暂时存储在外部磁盘存储器上,在需要时进?数据交换。若计算机运?程序或操作所需的随机存储器(RAM)不?时,则Windows会?虚拟存储器进?补偿,即拿出?部分硬盘空间来充当内存使?,这部分空间即称为虚拟内存,??件。它将计算机的RAM和硬盘上的临时空间组合。将数据移?分页?件可释放RAM,以便完成?作。若计算机的速率由于RAM可?空间匮乏?减缓,则可尝试通过增加虚拟内存来进?补偿。但是,计算机从RAM读取数据的速率要?从硬盘读取数据的速率快,因?扩增RAM容量(可加内存条)是最佳选择。内存的分页机制实际上存储在物理内存上(磁盘上),运?时?页?:?户程序的地址空间(虚拟地址空间)被划分成若?固定??的区域,称为“页”,相应地,内存空间分成若?个物理块,页和块的??相等。可将?户程序的任?页放在内存的任?块中,实现了离散分配。:..:系统将程序的逻辑空间按照同样??也划分成若?页?,称为逻辑页?也称为页。程序的各个逻辑页?从0开始依次编号,称作逻辑页号或相对页号。每个页?内从0开始编址,称为页内地址。程序中的逻辑地址由两部分组成:页号P和页内位移量W。若给定?个逻辑地址为A,页???为L,则页号P=INT[A/L],页内地址W=:分页系统中,允许将进程的每?页离散地存储在内存的任?物理块中,为了能在内存中找到每个页?对应的物理块,系统为每个进程建??张页表,?于记录进程逻辑页?与内存物理页?之间的对应关系。页表的作?是实现从页号到物理块号的地址映射,地址空间有多少页,该页表?就登记多少?,:进程线性地址空间?的页?不必常驻内存,在执??条指令时,如果发现他要访问的页没有在内存中(即存在位为0),那么停?该指令的执?,并产??个页不存在的异常,对应的故障处理程序可通过从外存加载该页的?法来排除故障,之后,原先引起的异常的指令就可以继续执?,?不再产?异常。,它是根据?户的需要划分的,因此段对?户是可见的;页是信息的物理单位,是为了管理主存的?便?划分的,对?户是透明的。??不固定,有它所完成的功能决定;页???固定,?户提供?维地址空间;页向?户提供的是?,便于存储保护和信息的共享,页的保护和共享受到限制。页?置换算法程序运?过程中,有时要访问的页?不在内存中,?需要将其调?内存。但是内存已经?空闲空间存储页?,为保证程序正常运?,系统必须从内存中调出?页程序或数据送到磁盘对换区,此时需要?定的算法来决定到底需要调出那个页?。通常将这种算法称为“页?置换算法”。(OPT)(理想置换算法)实现原理:每次选择未来长时间不被访问的或者以后永不使?的页?进?淘汰。从主存中移出永远不再需要的页?;如?这样的页?存在,则选择最长时间不需要访问的页?。于所选择的被淘汰页?将是以后永不使?的,或者是在最长时间内不再被访问的页?,这样可以保证获得最低的缺页率。即被淘汰页?是以后永不使?或最长时间内不再访问的页?。优点:最佳置换算法可以保证获得最低的缺页率缺点:最佳置换算法是?种理想化算法,具有较好的性能,但是实际上?法实现(?法预知?个进程中的若?页?哪?个最长时间不被访问)?算法(NRU)实现原理:为使操作系统能够收集有?的统计信息,在?部分具有虚拟内存的计算机中,系统为每?页?设置了两个状态位。当页?被访问(读或写)时设置访问位R位;当页?(即修改页?)被写?时设置修改位M位。?R位和M位来构造?个简单的页?置换算法:当启动?个进程时,它的所有页?的两个位都由操作系统设置成0,R位被定期地(?如在每次时钟中断时)清零,以区别最近没有被访问的页?和被访问的页?。当发?缺页中断时,操作系统检查所有的页?并根据它们当前的R位和M位的值,把它们分为4类:第0类:没有被访问,没有被修改00第1类:没有被访问,已被修改01第2类:已被访问,没有被修改10第3类:已被访问,已被修改11NRU算法随机地从类编号最?的?空类中挑选?个页?淘汰之。这个算法隐含的意思是,在最近?个时钟滴答中(典型的时间是?约20ms)淘汰?个没有被访问的已修改页?要?淘汰?个被频繁使?的“?净”页?好。优点:易于理解和能够有效地被实现,虽然它的性能不是最好的,但是已经够?(FIFO):..实现原理:当需要淘汰?个页?时,总是选择驻留主存时间最长的页?进?淘汰,即先进?主存的页?先淘汰。其理由是:最早调?主存的页?不再被使?的可能性最?。即优先淘汰最早进?内存的页?。优点:先进先出算法实现简单,是最直观的?个算法缺点:先进先出的性能最差,因为与通常页?的使?规则不符合,所以实际应??次页?置换算法实现原理:FIFO算法可能会把经常使?的页?置换出去,为避免该问题,对该算法做?个简单的修改:检查最?页?的R位。如果R位是0,那么这个页?既??没有被使?,可以?刻置换掉;如果是1,就将R位清0,并把该页?放到链表的尾端,修改它的装?时间使它就像刚装?的?样,然后继续搜索。?置换算法实现原理:尽管第?次机会算法是?个?较合理的算法,但它经常要在链表中移动页?,既降低了效率?不是很有必要。?个更好的办法是把所有的页?都保存在?个类似钟?的环形链表中,?个表针指向最?的页?。当发?缺页中断时,算法?先检查表针指向的页?,如果它的R位是0就淘汰该页?,并把新的页?插?这个位置,然后把表针前移?个位置;如果R位是1就清除R位并把表针前移?个位置,重复这个过程直到找到了?个R位为0的页?为?。?置换算法(LRU)实现原理:利?局部性原理,根据?个作业在执?过程中过去的页?访问历史来推测未来的?为。它认为过去?段时间?不曾被访问过的页?,在最近的将来可能也不会再被访问。所以,这种算法的实质是:当需要淘汰?个页?时,总是选择在最近?段时间内最久不?的页?予以淘汰。即淘汰最近最长时间未访问过的页?。内存的分段机制段式管理的基本思想是:把程序按内容或过程(函数)关系分成段,每个段有??的名字(编号)。在程序员眼中的程序是分为很多段的,每?段都有不同的特点。适?于不同的领域。每?段都是从该段的地址0开始的。就是说主程序存放的地?地址应该是从零开始的,变量存放的地?地址也应该是从零开始的,其他区域也是如此。?户程序??每个区域都有其??的特点,?如主程序这部分应该是只读的,变量所在的区域是可写的,函数库应该是可以可以链接也可以不链接的,栈应该只能单向增加。如果是将整个程序都放在?块的话这些要求肯定不能保证。因此程序应该是要分段保存的,并且这些段都有??的特点。既然是分段的,那么是怎么定义地址的呢?还是基址+偏移。只不过这?的基址不再是这个程序的起始位置了,?是这?段程序的起始地址。这个基址放在段表??CPU每执??条牵涉到地址的指令都会查?下PCB??这个进程段表,从?确定物理地址。这个表其实就是LDT表,有?个专门存放该表地址的寄存器LDTR寄存器。到?前为?内存已经可以使?起来了。因为地址已经设定好了。,???样。但是程序运?的时候内存的需求有?有?,如果采?这种?式势必会造成很?的浪费。:..可变分区的基本思想是建?已分配分区表和空闲分区表,已分配分区表中记录了已经使?了的内存有哪些,注明了这?段内存是哪个程序使?了,起始地址和长度是多少。空闲分区表记录了内存中的空闲区域,包括起始地址和长度。这时候如果有段内存请求,根据请求的内存??以及空闲分区表上?空闲分区的??来给这个请求分配内存,同时更新这两张表;如果有进程运?完了也同样更新这两张表。这样做的好处是:可以给需要?内存的程序分配?块内存,给需要?内存的程序分配?内存,提?内存利?率。?式?如有?个请求需要40K内存,空闲分区表??有很多个?于40K的内存区域,应该选择哪?个分配呢??次适配:顾名思义,就是将第?个符合该请求的内存分配出去。这样的好处是:快下次适配:分配时,从上次扫描结束处继续查找,从第?个满?要求的空闲去中分配最佳适配:把所有的空闲内存块都看?遍,将最接近40K并且?于40K的内存分配给它。这样的好处是可以可以提?内存的使?率最差适配:把所有的空闲内存块都看?遍,将最?块的内存分配给它,并且该内存块?定?于40K。这样的好处是剩下的内存块都??的容量,溢出的数据覆盖在合法数据上。:程序崩溃,导致拒绝额服务;跳转并且执???户输?。第四章?件系统?件系统?件系统是操作系统?于明确存储设备(常见的是磁盘,也有基于NANDFlash的固态硬盘)或分区上的?件的?法和数据结构;即在存储设备上组织?件的?法。操作系统中负责管理和存储?件信息的软件机构称为?件管理系统,简称?件系统。?件系统由三部分组成:?件系统的接?,对对象操纵和管理的软件集合,对象及属性。从系统?度来看,?件系统是对?件存储设备的空间进?组织和分配,负责?件存储并对存?的?件进?保护和检索的系统。具体地说,它负责为?户建??件,存?、读出、修改、转储?件,控制?件的存取,当?户不再使?时撤销?件等。在计算机中,?件系统是命名?件及放置?件的逻辑存储和恢复的系统。1.?件系统种类ext2:早期Linux中常?的?件系统ext3:ext2的升级版,带?志功能RAMFS:内存?件系统,速度很快iso9660:光盘或光盘镜像NFS:?络?件系统,由SUN发明,主要?于远程?件共享MS-DOS:MS-DOS?件系统FAT:WindowsXP操作系统采?的?件系统NTFS:WindowsNT/XP操作系统采?的??件系统?持