操作系統(tǒng)期末復習

1、第一章 操作系統(tǒng)概述1、什么是操作系統(tǒng)？它的基本功能是什么？ 操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中最基本的軟件，是一些程序模塊的集合，控制盒管理計算機資源，方便用戶使用 計算機。功能：進程管理、存儲管理、設備管理、文件管理、作業(yè)管理2、操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中處于什么地位？計算機系統(tǒng)由硬件和軟件組成。操作系統(tǒng)是在硬件基礎上的第一層軟件，是其他軟件和硬件之間的接口3、操作系統(tǒng)的三種基本類型是什么？各自有什么特點？ 三種基本類型是：多道批處理操作系統(tǒng) ；分時操作系統(tǒng)；實時操作系統(tǒng)各自的特點】多道批處理操作系統(tǒng)：多道性、成批性、調度性分時操作系統(tǒng)：同時性、交互性、獨立性 、及時性實時操作系統(tǒng)：與分時比較， （1）多

2、路性 多個控制對象；（2）交互性 少；（3）及時性 用于過程控制時要由控制對象決定；（4）可靠性 高第四章 進程管理1、什么是進程？為什么要引入進程概念？是系統(tǒng)進行資源分配和調度的獨立（1）進程是具有獨立功能的程序關于某個數(shù)據(jù)集合上的一次運行活動， 單位 （2）進程是為了刻畫并發(fā)程序的執(zhí)行過程而引入的概念，為了描述程序在并發(fā)執(zhí)行時對系統(tǒng)資源的共享， 所需的一個描述程序執(zhí)行時動態(tài)特征的概念。2、進程的基本特征是什么？它與程序的主要區(qū)別是什么？進程的基本特征是：動態(tài)性、并發(fā)性、獨立性、異步性與程序的區(qū)別：（1）進程更能真實地描述并發(fā)，而程序不能；（2）程序是靜態(tài)的，而進程是動態(tài)的；（3）進程有生命

3、周期，有誕生有消亡，短暫的，而程序是相對長久的；（4）一個程序可對應多個進程，反之亦然；（5）進程具有創(chuàng)建其他進程的功能，而程序沒有3、簡述進程的基本狀態(tài)以及進程狀態(tài)的轉換進程的基本狀態(tài)是：運行態(tài)、就緒態(tài)、等待態(tài)【轉換】：就緒運行：調度程序選擇一個新的進程運行運行就緒：運行進程用完了時間片，運行進程被中斷，因為一高優(yōu)先級進程處于就緒狀態(tài)運行等待：當一進程必須等待時，OS尚未完成任務；對一資源的訪問尚不能進行；初始化I/O, 且必須等結果；等待某一個進程提供輸入。等待就緒：當所等待的事件發(fā)生時4、進程控制塊的作用是什么？它通常包括哪些內(nèi)容？進程控制塊的作用：記錄進程的外部特征；描述進程的運動變化

4、過程包括的內(nèi)容：進程描述信息進程控制和調度信息資源信息現(xiàn)場信息5、什么是臨界資源和臨界區(qū)？什么是進程的互斥和同步？臨界資源是一次僅允許一個進程使用的資源臨界區(qū)是程序中訪問臨界資源的程序片段進程的互斥就是禁止多個進程同時進入各自的訪問同一臨界資源的臨界區(qū)，以保證對臨界資源的排它性使用進程的同步是指進程間為合作完成一個任務而互相等待、協(xié)調運行步調6、什么是死鎖？產(chǎn)生死鎖的原因和必要條件是什么？（1） 死鎖是指系統(tǒng)中若干個進程相互“無知地”等待對方所占有的資源而無限地處于等待狀態(tài)的一種僵持局面，其現(xiàn)象是若干個進程均停頓不前，且無法自行恢復（2）原因：系統(tǒng)資源有限，而多個并發(fā)進程因競爭資源而相互制約（

5、3）必要條件：資源的獨占使用；資源的非搶占式分配；對資源的保持和請求；對資源的循環(huán)等待7、什么是線程？說明線程與進程的區(qū)別與聯(lián)系？（1） 線程是構成進程的可獨立運行的單元，是一個CPU調度單位（2）區(qū)別與聯(lián)系：進程和線程都是用來描述程序的運行活動的，它們都是動態(tài)實體，有自己的狀態(tài)，整個生命周期都在不同狀態(tài)之間轉換，它們的不同表現(xiàn)在：進程是操作系統(tǒng)資源分配的基本單位，每個進程都有自己獨立的地址空間和各種系統(tǒng)資源；線程基本上不擁有自己的資源，只擁有一點在運動中必不可少的資源；線程之間相互通信更容易，進程間通信一般必須通過系統(tǒng)提供的進程間通信機制。第五章存儲管理1、什么是邏輯地址？什么是物理地址？為

6、什么要進行地址變換? 邏輯地址：目標代碼所占有的地址范圍成為邏輯地址空間，邏輯地址空間中的地址稱為邏輯地址 物理地址：物理內(nèi)存由一系列的內(nèi)存單元組成，這些存儲單元從 0 開始按字節(jié)編址，稱為內(nèi)存地址，當目 標程序加載到內(nèi)存中時，它所占據(jù)的實際內(nèi)存空間就是它的物理存儲空間，物理空間中的地址稱為物理地 址 地址變換的原因：當程序裝入內(nèi)存時，操作系統(tǒng)要為改程序分配一個合適的內(nèi)存空間，由于程序的邏輯地 址與分配到內(nèi)存物理地址不一致，而 CPU執(zhí)行指令時，是按物理地址進行的，所以要進行地址變換2、簡述頁式分配思想和地址變換機制（1）頁式分配思想是以頁為單位為程序分配內(nèi)存，每個內(nèi)存塊裝一頁（2）地址變換機

7、制：將邏輯地址按位分成頁號和頁內(nèi)位移兩部分，再以頁號為索引去檢索頁表，得到該頁 號對應的物理塊號，將頁內(nèi)位移作為塊內(nèi)位移與塊號拼接即得到實際的內(nèi)存地址3、頁式和段式內(nèi)存管理有什么區(qū)別？（1）頁是信息的物理單位，段則是信息的邏輯單位。頁的大小相等，是由系統(tǒng)硬件決定的；而段的大小不 相等，是由程序的邏輯關系決定（2） 分頁存儲管理中進程的地址空間是一維的，是單一的線性地址。 分段存儲管理中進程的地址空間是二 維的，程序員在標識一個地址時，要給出段號和段內(nèi)地址（3）分頁存儲管理中存在頁內(nèi)碎片，而分段存儲管理中存在外部碎片4、簡述虛擬存儲器的原理。虛擬存儲器的容量受什么限制？ 虛擬存儲器的原理是用外存

8、模擬內(nèi)存，實現(xiàn)內(nèi)存空間的擴充 虛擬存儲器的容量受：外部存儲器的大小限制；指令中地址場長度的限制5、在頁式存儲系統(tǒng)中，如何實現(xiàn)存儲保護和擴充？ 頁式存儲的保護是通過控制訪問地址的頁號來實現(xiàn)的； 頁式存儲的存儲擴充功能是通過頁式虛擬存儲器來實現(xiàn)的6、什么是抖動？產(chǎn)生抖動的原因是什么？（1）在虛存中，頁面在內(nèi)存與外存之間頻繁調度，以至于調度頁面所需時間比進程實際運行的時間還多， 此時系統(tǒng)效率急劇下降，甚至導致系統(tǒng)崩潰，這種現(xiàn)象稱為抖動。（2）原因：頁面置換算法不合理；分配給進程的物理頁面數(shù)太少第六章 文件管理1、什么是文件？什么是文件系統(tǒng)？文件系統(tǒng)的功能是什么？（1）文件是具有名字的一組相關信息的有

9、序集合，存放在外部存儲器中（2）文件系統(tǒng)是操作系中統(tǒng)一管理信息資源的一種軟件，管理文件的存儲、檢索、更新，提供安全可靠的共享和保護手段，并且方便用戶使用(3) 文件系統(tǒng)的功能：a、實現(xiàn)文件的“按名存取”，包括按名建立、讀/寫、檢索、修改、刪除文件等操 作;b管理分區(qū)存儲空間，實施存儲空間的分配、回收與重組；c實現(xiàn)對文件的共享、保密和保護措施；d提供文件訪問接口2、什么是文件的邏輯結構和物理結構？文件的邏輯結構是文件系統(tǒng)的直接用戶所看到的文件結構文件的物理結構是文件在外存中的組織和存放形式，是文件系統(tǒng)底層所使用的文件結構。3、文件的物理結構主要有哪幾種？它們有什么特點？文件的物理結構主要有 3種

10、，分別是：連續(xù)結構、鏈接結構、索引結構連續(xù)結構的特點：簡單支持順序存取和隨機存取順序存取速度快所需的磁盤尋道次數(shù)和尋道時間最少鏈接結構的特點：提高了磁盤空間利用率,不存在外部碎片問題有利于文件插入和刪除有利于文件動態(tài)擴充索引結構的特點：保持了鏈接結構的優(yōu)點，又解決了其缺點：即能順序存取，又能隨機存取滿足了文件動態(tài)增長、插入刪除的要求能充分利用外存空間4、什么是目錄？目錄的作用是什么？(1) 把所有的FCB組織的一起，就構成了文件目錄，即文件控制塊的有序集合(2) 目錄的作用：實現(xiàn)了文件的“按名存取”；實現(xiàn)了文件名到文件物理存放位置的映射；合理地組織文件5、什么是符號鏈接和硬鏈接？兩者有什么區(qū)別

11、？(1 )符號鏈接是指建立一個符號鏈接文件，其內(nèi)容是到一個實際存在的文件的路徑描述( 2)硬鏈接則是將兩個或多個文件通過 i 節(jié)點物理地鏈接在一起(3) 區(qū)別：硬鏈接的文件是具有不同的文件名和同一個i節(jié)點，而符號鏈接文件與目標文件是兩個獨立的 文件，有著各自的 i 節(jié)點和數(shù)據(jù)塊6、打開文件的操作主要是什么？文件描述符是什么？它有什么作用？（1） 打開文件的操作主要是：根據(jù)文件路徑名查目錄，找到 FCB主部； 根據(jù)打開方式、共享說明和用戶身份檢查訪問合法性； 根據(jù)文件號查系統(tǒng)打開文件表，看文件是否已被打開；是共享計數(shù)加1否則將外存中的FCB主部等信息填入系統(tǒng)打開文件表空表項，共享計數(shù)置為1 ；

12、在用戶打開文件表中取一空表項，填寫打開方式等，并指向系統(tǒng)打開文件表對應表項返回信息：fd（2）文件描述符是一個非負整數(shù)（3）它的作用是用于以后讀寫文件第七章設備管理1、I/O傳輸控制方式有哪幾種？比較它們的優(yōu)缺點。（1）I/O傳輸控制方式主要有：程序 I/O方式、中斷I/O方式、DMA方式、通道方式（2）它們的優(yōu)缺點：A程序I/O方式下，CPU與外設實際上是串行工作的，CPU的利用率非常低；它不需要額外的硬件支持，甚至不需要驅動程序；B、中斷I/O方式下，CPU與I/O設備是并行執(zhí)行的，這樣可以使CPU和I/O設備都處于忙碌狀態(tài)，從而提高了整個系統(tǒng)資源的利用率和吞吐量，但中斷方式需要硬件和軟件

13、上的支持。C在DMA方式中，整個數(shù)據(jù)塊的傳輸過程不需要CPU的干預，較之中斷方式又大大降低了CPU的負擔，進一步提高了 CPU和I/O設備的并行操作程度。DMA方式的缺點是會降低進程的運行效率，尤其是 DMA設備較多時，需要占用較多的CPU工作周期，對其他進程的影響會很大。D、通道方式下，由于通道是可獨立運行的硬件，所以它的運行不會影響到CPU的執(zhí)行效率。通道承擔了所有的I/O控制工作，使得CPU可以完全擺脫對I/O操作的干涉，因而采用通道結構的系統(tǒng)具有非常 高的I/O性能。2、什么是中斷？為什么要引入中斷？中斷處理過程包括哪些步驟？（1）在計算機運行期間，當系統(tǒng)內(nèi)部或外部發(fā)生了某個異步事件需

14、要CPU處理時，CPU將暫時中止當前正在執(zhí)行的程序，而轉去執(zhí)行相應的事件處理程序，待處理完畢后又返回原來被中斷處，繼續(xù)執(zhí)行或者調度 新的進程執(zhí)行，這個過程稱為“中斷”I/O性能（2）引入中斷是為了提高數(shù)據(jù)傳輸速率和系統(tǒng)的并發(fā)程度，優(yōu)化系統(tǒng)的整體（3）中斷處理過程包括：保存現(xiàn)場、處理中斷、恢復現(xiàn)場3、什么是緩沖？為什么引入緩沖？緩沖指的是讀入一個記錄后，CPU正在啟動對它的操作，輸入設備被指示立即開始下面的輸入。緩沖是為了解決設備和 CPU之間處理速度不匹配的問題而引入的?！居嬎泐}】一、磁盤調度算法先來先服務算法：按訪問請求到達的先后次序服務 最短尋道時間優(yōu)先：優(yōu)先選擇距當前磁頭最近的訪問請求進

15、行服務，主要考慮尋道優(yōu)先 掃描算法（電梯算法） （題中應加上磁頭移動方向，此題磁頭向增大方向移動） 克服了最短尋道優(yōu)先的缺點，既考慮了距離，同時又考慮了方向 具體做法：當設備無訪問請求時，磁頭不動；當有訪問請求時，磁頭按一個方向移動，在移動過程 中對遇到的訪問請求進行服務，然后判斷該方向上是否還有訪問請求，如果有則繼續(xù)掃描；否則改變移動 方向，并為經(jīng)過的訪問請求服務，如此反復單向掃描調度算法總是從 0 號柱面開始向里掃描，按照各自所要訪問的柱面位置的次序去選擇訪問者，移動臂到達最后個一 個柱面后，立即帶動讀寫磁頭快速返回到 0 號柱面，返回時不為任何的等待訪問者服務，返回后可再次進 行掃描。例

16、 1：假設磁盤訪問序列： 98， 183， 37， 122， 14， 124， 65， 67，讀寫頭起始位置： 53 安排磁頭服務序列并計算磁頭移動總距離（道數(shù)）（1） 先來先服務算法：磁頭服務序列： 5398183371221412465 67磁頭移動總距離： （98-53 ）+（ 183-98 ）+（ 183-37）+（ 122-37）+（122-14）+（124-14 ）+（124-65 ）+（ 67-65） =640（ 2 ）最短尋道時間優(yōu)先：磁頭服務序列： 536567371498122 124 183磁頭移動總距離： （65-53）+（67-65）+（67-37）+（37-14）+

17、（98-14）+（122-98）+（124-122）+（183-124） =236（3）掃描算法（電梯算法） （題中應加上磁頭移動方向，此題磁頭向增大方向移動） 磁頭服務序列： 53656798122 124 183 3714磁頭移動總距離： （65-53）+（67-65）+（ 98-67）+（ 122-98）+（ 124-122）+（ 183-124 ）+（183-37 ）+（ 37-14） =279（4）單向掃描調度算法（題中加上向增大方向移動）磁頭服務序列： 53656798122 124 183 1437磁頭移動總距離： （65-53）+（67-65）+（98-67）+（122-98）

18、+（124-122）+（183-124）+（183-14）+（37-14）=312例 2：磁盤請求以 10、22、20、2、40、6 、38 磁道的序列到達磁盤驅動器， 尋道時每一個柱面移動需要 6ms， 以下各算法的尋道時間是多少？假設磁臂的起始位置位于磁道 18（1）先來先服務算法（2）最短尋道時間優(yōu)先調度算法（3）電梯調度算法（初始為向小磁道移動）解答：（1）先來先服務：磁道訪問序列 18 10 22 20 2 40 6 38移動磁道數(shù)： 8+12+2+18+38+34+32=144尋道時間 =144× 6=864ms（ 2 ） 最短尋道時間優(yōu)先磁道訪問序列： 18 20 22

19、 10 6 2 38 40移動磁道數(shù) =2+2+12+4+4+36+2=62尋道時間 =62× 6=372ms（3）電梯調度算法磁道訪問序列： 18 10 6 2 20 22 38 40移動磁道數(shù) =8+4+4+18+2+16+2=54尋道時間 =54× 6=324ms二、伙伴算法三、進程調度算法 先進先出法：按照進程在就緒隊列中的先后次序來調度。 優(yōu)先級調度法：為每個進程設置優(yōu)先級，調度時優(yōu)先選擇優(yōu)先級高的進程運行同時到達：例3:有5個作業(yè)A-E幾乎同時到達一計算中心。它們估計運行的時間分別為10、6、2、4、和8分鐘。對于下面每種調度算法，計算其完成時間，求岀進程平均周

20、轉時間(周轉時間=完成時間-到達時間)。(1)優(yōu)先級調度。其優(yōu)先數(shù)分別為3、5、2、1、和4 ,其中5級最高(2)先來先服務。按A-E的順序。(1)優(yōu)先級調度：執(zhí)行作業(yè)次序是B E A CD作業(yè)所需運行時間開始時間結束時間周轉時間B6066E861414A10142424C2242626D4263030平均周轉時間=(24+6+26+30+14) /5=20(2)先來先服務算法：執(zhí)行作業(yè)次序為A B C D E作業(yè)所需運行時間開始時間結束時間周轉時間A1001010B6101616C2161818D4182222E8223030平均周轉時間=(10+16+18+22+30) /5=19.2不是

21、同時到達例4:設有4個作業(yè)，它們的到達時刻、所需運行時間及優(yōu)先數(shù)如表所示，若采用先來先服務和優(yōu)先級調度 算法，則平均周轉時間分別是多少？其中優(yōu)先數(shù)越小越優(yōu)先運行。作業(yè)號到達時刻所需運行時間(小時)優(yōu)先數(shù)1024215932814338解答：(1)先來先服務：執(zhí)行作業(yè)次序為 1、2、3、4作業(yè)到達時刻運行時間等待時間開始時間結束時間周轉時間1020022215127632857151343312151815周轉時間=結束時間-到達時間平均周轉時間=(2+6+13+15) /4=9小時(2)優(yōu)先級調度：在時刻O,只有作業(yè)1到達，執(zhí)行作業(yè)1 ,在時刻2結束，此時到達的作業(yè)有 2和3,但作業(yè)3的優(yōu)先級

22、較高，執(zhí)行作業(yè) 3,在時刻10結束，此時到達的作業(yè)有2和4 ,但作業(yè)4的優(yōu)先級較高，執(zhí)行作業(yè) 4,最后執(zhí)行作業(yè)2,整個作業(yè)的執(zhí)行次序為1、3、4、2作業(yè)到達時刻運行時間等待時間開始時間結束時間周轉時間102002232802108433710131021512131817平均周轉時間=(2+8+10+17)/4=9.25小時四、地址轉換例5：在頁式存儲系統(tǒng)中，若頁面大小為2KB,系統(tǒng)為某進程的0、1、2、3頁面分配的物理塊為分別 5、10、4、7,求出邏輯地址 5678對應的物理地址解答：051102437L 頁長=2 × 1024=2048A 邏輯地址=5678貝U P 頁號=AL

23、=2d 頁內(nèi)位移=A mod L=1582p'幀號=4W物理地址 =P'× L+d=4× 2048+1582=9774例6:采用頁式存儲管理的系統(tǒng)中,下：某作業(yè)的邏輯地址空間為4頁（每頁1024字節(jié)）,已知該作業(yè)的頁表如頁號塊號248試借助地址變換圖（要求畫岀地址變換圖）求岀有效邏輯地址3400所對應的物理地址。解答:P'幀號=7則P頁號=AL=3d頁內(nèi)位移 =A mod L=228W物理地址 =P'× L+d=7× 1024+228=7396五、頁面置換算法（求缺頁次數(shù)）先進先出法（FIFQ）:優(yōu)先淘汰最先進入內(nèi)存的頁面，即在內(nèi)存中駐留時間最久的頁面。最近最少使用法（LRU）:選擇淘汰在最近期間最久未被訪問的頁面最佳頁面算法（QPT）:置換以后不再需要或最遠地將來才會用到的頁面例7:某程序在內(nèi)存中分配了3個頁幀，初始為空，頁面訪問序列為2、4、0、2、3、6、3、2、4、3、6請使用FlFQ LRU、QPT頁面置換算法計算缺頁次數(shù)頁面訪問序列24023632436FlF O算法222333444444666330002226缺頁標記×××××××××缺頁次數(shù)9次頁面訪問序列240