计算机四级网络工程师（操作系统2.3.4）

第二章：操作系统运行机制

考试内容：

1. 内核态与用户态

2. 中断与异常

3. 系统调用接口

4. 存储系统

5. I/O系统

6. 时钟（clock）

1. CPU的构成与基本工作方式

（1）处理器

运算器：实现指令中的算术和逻辑运算

控制器：控制程序运行的流程

一系列寄存器：用户可见寄存器；控制和状态寄存器

高速缓存：处于CPU和物理内存之间

（2）寄存器

用户可见寄存器：

①数据寄存器

②地址寄存器

③条件寄存器

控制和状态寄存器：

①程序计数器（PC）

②指令寄存器（IR）

③程序状态字（PSW）

（3）处理器状态

管态（特权态、系统态、核心态）；目态（普通态、用户态）

or核心状态；管理状态；用户程序状态（目标状态）

目态→中断 转换→管态     管态→设置PSW（修改程序状态字）→目态

补充：程序状态字

条件码：反应指令执行后的结果特征

中断屏蔽码：指出是否允许中断

CPU的工作状态码：管态、目态的转换

2. 中断

（1）中断特点：

随机

可恢复

自动处理

（2）中断系统的组成：

硬件中断装置

软件中断处理程序

（3）中断的分类

①广义中断：

中断（外中断）：

I/O中断

时钟中断

硬件故障中断

异常（内中断）：

系统调用

缺页异常

断点指令

其他程序性异常（eg.算术溢出）

②狭义中断：

中断：与正执行命令无关，可屏蔽

异常：与正执行命令有关，不可屏蔽

总结：常见的中断有

I/O中断

时钟中断

硬件故障中断

程序性中断

系统调用（访管中断）

（4）中断寄存器

中断扫描机构检测

中断信号规定值为1——中断

中断信号规定值为0——无

由中断位组成

（5）影响中断次序的技术：

中断优先级

中断屏蔽

3. 系统调用组成程序接口：用户取得OS服务的唯一途径

系统调用与一般过程调用的区别：运行在不同的系统状态

①系统调用（调：用户态  被调：系统态）

②一般过程调用（调与被调都相同）

4. 存储保护功能：

界地址寄存器（界限寄存器）

存储键

5. I/O控制方式

通道（I/O处理机）

DMA技术：成块

缓冲技术：解决部件间速度不匹配问题——单缓冲区；多缓冲区（Cache）技术

6. 时钟→由硬件提供

（1）时钟工作

多道程序→死循环→防止机时浪费：提高CPU利用率

分时系统→间隔时钟→时间片轮转

实时系统

（2）时钟分类

硬件时钟

软件时钟

（3）时钟用途分类

绝对时钟

相对时钟（间隔时钟）：eg.定时

 

第三章：进程线程模型（重点）

考试内容：

1. 并发环境与多道程序设计

2. 进程的基本概念，进程控制块（PCB）

3. 进程状态及状态转换

4. 进程控制：创建、撤销、阻塞、唤醒

UNIX类进程操作的应用（fork()、exec()、wait()、signal()）

5. 线程的基础概念，线程的实现机制，Pthread线程包的使用

6. 进程的同步与互斥：信号量及PV操作，管程，Pthreads中的同步互斥机制

7. 进程间通信

8. 处理机调度

1. 顺序执行特征：

顺序性

封闭性

程序执行结果的确定性

程序结果的可行性

2. 多道程序特点：

独立性

随机性

资源共享性

3. 并发特征：

并发程序在执行期间具有相互制约关系

程序与计算不再一一对应

并发执行结果不可再现

eg.k=5  A：k=k-1  B：Print k；k=k+3

①先A后B：k=4；k=4；k=7

②先B后A：k=5；k=8；k=7

③先B再A后B：k=5；k=4；k=7

4. 进程：动态（正在执行的程序）——系统进程；用户进程

程序：静态

5. （1）进程特性：

并发性、动态性（最基本特征）

独立性

交往性

异步性

（2）进程组成：

程序

数据

进程控制块（PCB）

（3）进程控制块（PCB）：

信息：

调度信息——当前

现场信息——运行

PCB表组织方式：

线性方式

索引方式

链接方式

6. 进程的基本状态（不同设置进程状态数不同）：进程是资源拥有的基本单位

（1）三状态：（线程的基本状态）

就绪状态

运行状态（单处理器；多处理器）

等待状态

（2）五状态：

前面的三状态

创建状态

结束状态

（3）七状态：

前面的五状态

挂起状态（内存→外存）

激活状态（外存→内存）

7. 进程状态间的转换：

新状态→就绪状态：就绪队列能接纳新的进程

就绪状态→执行状态：算法，处于执行……=当前状态

执行状态→阻塞状态：发生某种事件

执行状态→就绪状态：时间片结束；优先权较低

阻塞状态→就绪状态：需资源得到满足或完成输入输出响应

执行状态→终止状态：正常结束或异常错误结束

8. 进程控制特定功能原语：

创建原语

撤销原语

阻塞原语

唤醒原语

补充：阻塞发生的原因   唤醒事件

请求系统服务     →    得到满足

启动某种操作     →    完成

新数据尚未到达   →    到达

无新工作可做     →    有新

9. 线程实现机制

用户级线程

内核级线程

混合实现方式

10. 线程与进程的比较：

（1）调度并发性

进程间并发执行

一个进程中的多个线程间并发

（2）拥有资源

线程不拥有系统资源，但线程可访问属于进程的资源

（3）系统开销

进程切换的开销远大于线程

11. （1）线程、进程调度算法：

先来先服务调度算法（FCFS）：最简单、非抢占式、利于长进程

最短作业优先调度算法（SPF）：就绪、运行时间最短、非抢占式、不利于长进程

最短剩余时间优先调度算法：抢占式、动态

时间片轮转调度算法（RR）：分时系统、时钟中断、轮转规则、交互进程

最高优先级调度算法

多级反馈队列调度算法（MLF）

实时系统中方的调度算法

（2）进程调度层次：

高级调度

中级调度：调度算法

低级调度：进程调度

（3）调度算法设计原则：

面向用户的原则——周转时间短

面向系统的原则——系统吞吐量高

12. 进程间的关系：

（1）进程同步遵循原则：

空闲让进

忙则等待

有限等待

让权等待

（2）进程互斥（解决互斥，平等协商，进程管理者）：

①软件算法：单标志算法；双标志、先检查算法；双标志、后检查算法；先修改、后检查、后修改者等待算法

②硬件方法：TS指令；Swap指令

③操作系统方法：信号量（Dijkstra提出）

补充：资源共享程度的三个层次：

互斥

死锁

饥饿

13. 临界资源访问过程：

进入区→临界区→退出区→剩余区

14. 信号量：

（1）最常用：

整型信号量→整型变量：

①>0 可用资源数

②<0 阻塞进程数

③=0 资源已用完

（2）整型信号量的原语：

P操作：进入临界区前——wait（s）

V操作：退出临界区后——signal（s）≤0

15. 管程：

（1）管程的组成：

管程名称

共享数据的说明

对该数据进行操作的一组过程

对共享数据设置初始值的语句

（2）管程的特征：

模块化

抽象数据类型

信息隐蔽

（3）实现同步（进/线程的阻塞和唤醒）：

wait原语：阻塞

signal原语：唤醒队首

16. 通信分类：

（1）低级通信

（2）高级通信（管道通信）：

共享内存；消息机制（消息缓冲通信——直接；信箱通信方式——间接）；通过共享文件

补充：信箱通信：

（1）信箱通信操作：

创建原语

撤销原语

发送原语

接收原语

（2）信箱分类：

私有信箱

共有信箱

共享信箱

17. 管道通信系统：首创UINX系统

读进程 —（共享文件、连接）— 写进程

 

第四章：存储管理方案

考试内容：

1. 存储管理的基本概念，存储管理的基本任务

2. 分区存储管理方案

3. 覆盖技术与交换技术

4. 虚存概念与虚拟存储技术

5. 虚拟页式存储管理方案

1. 存储体系：

（自下而上依次存取器存取时间减少、存取速度增加、每位存储器成本增加、容量减少）

高速缓存器

内存

外存

2. 存储器：

（1）存储器的组成：

内存（空间）→系统区；用户区

外存（辅助存储器）

（2）存储器管理任务：

内存的分配和回收（实现方式）：位示图表示法；空闲页面表；空闲块表

内存共享：代码共享；数据共享

存储保护（内容）地址越界保护；权限保护；存储键保护→（目的）避免各程序间相互干扰

补充：内存

（1）分配方式：

静态分配

动态分配

（2）扩充内存方式：

虚拟存储技术（虚拟页式——动态扩充内存）

交互技术

3. 分区：

（1）固定分区：

全装主存（虚拟存储是部分），连续存储空间，大小固定，数目固定（限制并发）

①主存分配：状态“0”表可用

②主存回收：状态“0”表空闲

（2）可变分区：

①主存空间分配（算法）：

最先适应分配算法（FF）——地址递增，找第一个作业的空闲区

最优适应分配算法（BF）——长度递增，最小能装作业的区，顺序

最坏适应分配算法（WF）——长度递减，最大能装作业的区，顺序

下次分配算法

②主存空间回收

③总结：

动态分区，大小不变，数目不变

算法：移动技术（“碎片整理”）→开销增加，有条件的

数目结构：已分分区表；空闲分区表

分配：先小地址，排列一样的，首次分配只有一个空闲区

④回收：

无上邻，无下邻：起始不变  空闲分区变大  数目+1

有上邻，无下邻：起始不变  空闲分区变大  数目不变

有下邻，无上邻：起始变     空闲分区变大  数目不变

有上邻，有下邻：起始不变  空闲分区变大  数目-1

4. 地址转换（地址映射/重定位）：逻辑地址→物理地址

（1）分类：

静态重定位：程序开始执行前→绝对地址（一次性）

动态重定位：程序执行过程中（多次）

（2）计算方法：

页号=逻辑地址/页长（商）

页内地址=逻辑地址mod页长（余数）

物理地址=块号*块长+块内地址+用户区地址+用户区基址

→（逻辑地址 - 页内地址）/页号=页长=块长

5. 页式管理（可离散）：

（1）数据结构：

主存分配表：存储页表在内存中位置

位示图：块的可用与否，空闲块数

页表：存储块和页的对应关系

（2）特点：

有效解决“碎片”多的问题

位示图、页表→作业分配，硬件支持

页的大小固定，使共享困难

（3）页式虚拟存储管理系统：

纯分页                                                       位示图

请求调页功能               →数据结构           页表→分类：多级；散列 ；反置

页面置换功能                                             主存分配表

①调入策略：请求调页；预调页

②置页策略

③置换策略：固定分配局部置换；可变分配全局置换；可变分配局部置换

CPU在存取数据时，要访问两次

①访问主存中的页表，块号与页内地址→物理地址

②根据①得到的物理地址，到主存中获取数据

降低计算机处理速度→为提高速度：

快表（TLB）：页式存储管理快表存放 CACHE（高速缓存）

两级页表

6. 虚拟存储管理方式：

（1）虚拟存储器：

逻辑容量=最大容量（eg. 24位为2的24次方B）

物理容量=实际容量：

①主存+硬盘≤最大容量

②主存+硬盘＞最大容量

（2）页面置换算法（→不合理：抖动）

先进先出置换算法（FIFO）：淘汰队首的那一页 贝莱迪异常（Belady）现象

最近最久未使用算法（LRU）：淘汰最近最久没用的页，程序局部性原理

最近最不经常使用算法（LFU）：访问计算器“1”；“0”

理想页面置换算法（最佳OPT）：移出不需要、长时间不用的页

最近未使用页面置换算法（NRU）：

①第0类：没访问、没修改

②第1类：没访问、被修改

③第2类：被访问、没修改

④第3类：被访问、被修改

7. 缺页中断率：中断次数/页面访问总次数

8. 段式存储管理方式：

段内地址＞段长为地址越界  段号不符为段号越界

段始址+段内地址=物理地址 （段号，段内地址）为逻辑地址

段页式存储管理方式：

感谢可爱帅气的你们的关注和点赞(^_−)☆

（整理不易，可自用，不要二次复制到其他APP哦）