第二章 - 网络操作系统基本功能（一）
发布时间：2019-12-29 14:47来源：未知
第二章 网络操作系统基本功能
一、本章复习建议
在历年考题中，本章是重点章节，其知识点在试卷各个题型中均占相当比例，且难度和灵活度最大的应用题多数来自本章知识点，因而学员必须高度重视本章节的学习。学习层次涵盖识记、领会和应用各个层面，建议学员不仅仅要求在学习和复习阶段透彻理解本章节的相关内容，而且需要平时针对进程调度算法、内存管理等知识点多做相关应用题（包括历年真题）的练习，打好基础。二、本章重要知识点讲解
第一节 2.1 网络操作系统的用户接口用户接口可以分为：命令接口和系统调用接口
（一）2.1.1 命令接口
命令接口可进一步分为联机用户接口和脱机用户接口：
1.联机用户接口：命令行输入和图形用户接口
2.脱机用户接口：脚本文件
（二）2.1.2 系统调用
系统调用就是用户在程序中调用操作系统所提供的相关功能，是操作系统提供给编程人员的唯一接口。
第二节 2.2 进程（线程）管理
（一）2.2.1 进程的概念 ★
进程是具有一定独立功能的程序在某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配的一个独立单位。进程分为系统进程和用户进程。
【例题】操作系统中，资源分配的基本单位是
A．进程
B．线程
C．对象
D．程序
【答案】A
【解析】进程是具有一定独立功能的程序在某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配的一个独立单位。所以A选项正确。
1. 进程和程序的区别和联系
进程和程序的主要联系是：进程是由程序、数据和进程控制块三部分组成，一个进程的运行目标是执行它所对应的程序，如果没有程序，进程就失去了存在的意义。它们的区别是：程序是静态的，而进程是动态的。进程是程序的一个执行过程，而进程是为了程序的一次执行而暂时存在的。
2. 可再入程序：能被多个用户同时调用的程序称为“可再入程序”。
3. 进程的特性：并发性、动态性、独立性、异步性、结构性
（二）2.2.2 进程的状态与转换 ★
进程的基本状态有运行状态、就绪状态和等待（阻塞或封锁）状态三种。
它们的变化关系主要有： ★
1.就绪状至运行态（获得CPU）；
2.运行态至就绪态（时间片用完）；
3.运行态至等待态（等待某事件发生）；
4.等待态至就绪态（被阻塞的原因消失）。 如图：
 |
（三）2.2.3 进程的组织与控制 ★
操作系统利用PCB来描述进程的基本情况以及进程的运行变化过程，PCB是进程存在的唯一标志。
1. 进程控制块的内容：进程控制块的内容可以分成调度信息和现场信息两大部分。
2. 进程的组成：进程由程序、数据和进程控制块三部分组成。PCB是进程的灵魂，程序和数据是进程的“躯体”。
3. 进程的队列：为了实现对进程的管理，系统将所有进程的PCB排成若干个队列。进程队列为分为运行队列、就绪队列、等待队列。 （进程队列可以用PCB的链接来形成，常见的有单向链接、双向链接）
4. 进程控制：进程有一个从创建到消亡的生命周期，这就需要对进程在整个生命周期中各种状态之间的转换进行有效的控制，称为进程控制。进程控制是通过进程控制原语来实现：①创建原语 ②撤销原语 ③挂起原语 ④激活原语 ⑤阻塞原语 ⑥唤醒原语。
（四）2.2.4 进程同步 ★
1．进程的同步：是指进程之间一种直接的协同工作关系，一些进程相互合作共同完成一项任务。是进程间的一种直接制约关系。
2．进程的互斥：在系统中，许多进程常常需要共享资源，而这些资源往往要求排他性地使用，即一次只能为一个进程服务。因此，各个进程之间只能互斥地使用这些资源，进程间的这种关系就是进程的互斥。进程的互斥是进程间的一种间接制约关系。
3．临界区：若系统中的某些资源一次只允许一个进程使用，则这类资源称为临界资源（或共享变量），而在进程中访问临界资源的那一段程序称为临界区。如果有若干进程共享某一临界区，则该临界区称为相关临界区。对相关临界区的管理要求是实行互斥，保证在同一时刻只有一个进程访问临界区。对相关临界区的调度原则可归纳为：有空让进、无空等待、多中择一、有限等待、让权等待。
4．用于进程同步的信号量以及P、V操作
信号量S的初值为1，实现进程间的互斥；信号量S的初值为0，实现进程间的同步。
（五）2.2.5 线程的概念及多线程模型
1.什么是线程：线程是进程中的一个实体，是CPU调度和分派的基本单位（线程作为系统的调度单位，而进程作为系统的资源分配单位）。线程自己基本上不拥有系统资源，只拥有在运行中必不可少的资源（如程序计数器、一组寄存器和栈等），但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。
2.线程的属性：（1）每个线程有一个唯一的标识符和一张线程描述表；（2）不同的线程可以执行相同的程序；（3）同一个进程中的各个线程共享该进程的内存地址空间；（4）线程是处理机的独立调度单位，多个线程可以并发执行；（5）一个线程在被创建后便开始了它的生命周期，直至终止。
3.引入线程的好处：①减少了系统的时空开销。②便于线程间通信。③增强了系统的并行能力。
（六）2.2.6 死锁
死锁是指在多道程序系统中，一组进程中的每一个进程均无限期地等待被该组进程中的另一个进程所占有且永远不会释放的资源，这时称系统处于死锁状态。系统发生死锁时，死锁进程至少为两个，所有死锁进程都在等待资源，并且其中至少有两个进程已占有资源。
第三节 2.3 处理机调度
（一）2.3.1 调度的基本概念
处理机调度也称为进程（线程）调度或低级调度。其任务是记录系统中所有进程的执行状况，根据一定的调度算法，从就绪队列中选出一个进程把CPU分配给它。
（二）2.3.2 调度的时机、切换与过程
需要执行进程调度的情况主要有：（1）正在执行的进程运行完毕、（2）正在执行的进程进入等待状态、（3）进程的进间片用完、（4）就绪队列中某个进程优先级高于正在运行进程的优先级。
（三）2.3.3 调度的基本准则则 ★
（1）处理机利用率；（2）吞吐量；（3）等待时间；（4）响应时间
【例题】下面对选择进程调度算法的准则论述错误的是( )
A．适当增长进程在就绪队列中的等待时间
B.尽量提高处理器的利用率
C．尽可能提高系统的吞吐量
D.尽快响应交互式用户的请求
【答案】A
【解析】根据处理机调度的基本准则（1）提高处理机利用率；（2）提高吞吐量；（3）减少等待时间；（4）减少响应时间，所以A选项是错误的。
（四）2.3.4 调度方法
（五）2.3.5 调度算法 ★
（1）先进先出算法FIFO；（2）时间片轮转算法RR（主要用于分时系统）；（3）基于优先级的调度算法HPF（静态优先级、动态优先级）；（4）多级队列反馈法，综合了前三种算法。
第四节 2.4 存储管理
（一）2.4.1 存储管理概述
 |
2．存储管理的任务
（1）存储器由内存和外存组成。内存空间分为系统区、用户区。
（2）存储管理的主要功能应包括：
l 内存的分配和回收：分配方法有静态分配和动态分配
l 存储共享；
l 存储保护：地址越界保护、权限保护
l “扩充”内存容量。
（3）地址转换 ★
l 物理地址（绝对地址）、逻辑地址（相对地址）；
l 地址重定位：把逻辑地址转换成物理地址的工作称为地址重定位或地址转换，也称地址映射。分为静态重定位、动态重定位。
【例题】下面对重定位的描述中错误的是( )
A．物理地址是主存空间的地址编号
B.静态重定位中装入主存的作业仍保持原地址
C．动态重定位中装入主存的作业仍保持原地址
D.将逻辑地址转换为物理地址称为重定位
【答案】C
【解析】静态重定位的地址转换工作在程序开始执行前集中完成，执行过程中就无需再转换，保持原地址，而动态重定位的地址转换是在程序执行时动态完成，不能保持原地址，所以C选项是错误的。
【例题】在采用页式存储管理的系统中，某作业A的逻辑地址空间为6页（每页1024字节），且已知该作业的页表如下：
| 页号 | 块号 |
|
0 1 2 3 4 5 |
2 4 7 9 10 11 |
【答案】物理地址为
；【解析】一页为1024字节，则逻辑地址4237对应的页号和页内地址分别为：页号：4237/1024的商为4，所以页号为4；页内地址：
，所以页内地址为141；物理块号：通过页表可知页号4对应于物理块号为10；物理地址：物理地址为
（二）2.4.2 虚拟存储管理 ★
虚拟存储管理是由操作系统在硬件支持下对两级存储器（内、外存）统一实施管理，达到“扩充”内存的目的。呈现给用户的是一个远远大于内存容量的编程空间，即虚存。
1. 程序运行所需的内存空间的大小可以超过实际内存的大小，操作系统把程序当前使用的部分保留在内存，而把其他部分保存在磁盘上，并在需要时在内存和磁盘之间动态交换。虚拟存储管理支持多道程序设计技术。
2. 实现虚拟存储器需要的硬件支持：1）容量足够大的外存、2）有一定容量的内存、3）硬件提供实现虚/实地址映射的机制。
（三）2.4.3 页式存储管理 ★
1.基本思想：首先将内存分成大小相等的块，称为页框，作为主存分配的物理单位；同时，要求程序中的逻辑地址也分页，页的大小与页框大小一致；逻辑地址由页号和页内地址组成。
2.存储空间的分配和回收
（四）2.4.4 请求分页存储管理 ★
1.基本思想：进程开始运行前，先不装入全部页面，之后根据进程运行的需要，动态装入其他页面。当内存空间已满，这根据某算法淘汰某个页面，以便装入新页面。
2.缺页中断流程如图：
【例题】在下列存储管理方案中，能“扩充”主存容量的是( )
A.分页存储管理
B.请求分页存储管理
C.单一连续分配
D.分区分配
【答案】B
【解析】请求分页存储管理是指：进程开始运行前，先不装入全部页面，之后根据进程运行的需要，动态装入其他页面，因而能用外存扩充内存，所以B选项正确。
（五）2.4.5 页面分配和置换策略 ★
1.先进先出页面置换算法（FIFO）：简单，易于实现；
2.最近最少使用页面置换算法（LRU）：实现起来比较麻烦且开销较大；
3.理想页面置换算法（OPT）：不可能实现，可以作为衡量其他算法优劣的一个标准；
4. Belady异常：当用FIFO法进行页面置换，分配给进程的物理页面数增加时，缺页次数反而增加，这一现象称为Belady异常现象。
【例题】在请求分页存储管理系统中，运行一个共有5页的作业，作业执行时访问页面的顺序为：4,3,2,1,4,3,5,4,3,2,1,5。系统为该作业分配4个页面且初始状态为空。请用FIFO页面置换算法，用列表形式求出该作业执行完成后发生缺页次数和被淘汰的页号序列。
【解析】
| 4 | 3 | 2 | 1 | 4 | 3 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 5 |
| 4 | 3 | 2 | 1 | 1 | 1 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 5 |
| 4 | 3 | 2 | 2 | 2 | 1 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | |
| 4 | 3 | 3 | 3 | 2 | 1 | 5 | 4 | 3 | 2 | ||
| 4 | 4 | 4 | 3 | 2 | 1 | 5 | 4 | 3 | |||
| × | × | × | × | √ | √ | × | × | × | × | × | × |
| 4 | 3 | 2 | 1 | 5 | 4 |
