操作系统期末复习.docx
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操作系统期末复习
第一章操作系统概述
1、什么是操作系统？
它的基本功能是什么？
操作系统是计算机系统中最基本的软件，是一些程序模块的集合，控制盒管理计算机资源，方便用户使用计算机。
功能：
进程管理、存储管理、设备管理、文件管理、作业管理
2、操作系统在计算机系统中处于什么地位？
计算机系统由硬件和软件组成。
操作系统是在硬件基础上的第一层软件，是其他软件和硬件之间的接口
3、操作系统的三种基本类型是什么？
各自有什么特点？
三种基本类型是：
多道批处理操作系统；分时操作系统；实时操作系统
各自的特点】多道批处理操作系统：
多道性、成批性、调度性
分时操作系统：
同时性、交互性、独立性、及时性
实时操作系统：
与分时比较，
（1）多路性多个控制对象；
（2）交互性少；
（3）及时性用于过程控制时要由控制对象决定；
（4）可靠性高
第四章进程管理
1、什么是进程？
为什么要引入进程概念？
是系统进行资源分配和调度的独立
（1）进程是具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，单位
（2）进程是为了刻画并发程序的执行过程而引入的概念，为了描述程序在并发执行时对系统资源的共享，所需的一个描述程序执行时动态特征的概念。
2、进程的基本特征是什么？
它与程序的主要区别是什么？
进程的基本特征是：
动态性、并发性、独立性、异步性
与程序的区别：
（1）进程更能真实地描述并发，而程序不能；
（2）程序是静态的，而进程是动态的；
（3）进程有生命周期，有诞生有消亡，短暂的，而程序是相对长久的；
（4）一个程序可对应多个进程，反之亦然；
（5）进程具有创建其他进程的功能，而程序没有
3、简述进程的基本状态以及进程状态的转换
进程的基本状态是：
运行态、就绪态、等待态
【转换】：
就绪T运行：
调度程序选择一个新的进程运行
运行T就绪：
运行进程用完了时间片，运行进程被中断，因为一高优先级进程处于就绪状态
运行-等待：
当一进程必须等待时，OS尚未完成任务；对一资源的访问尚不能进行；初始化I/O,且必须等结果；等待某一个进程提供输入。
等待T就绪：
当所等待的事件发生时
4、进程控制块的作用是什么？
它通常包括哪些内容？
进程控制块的作用：
记录进程的外部特征；描述进程的运动变化过程
包括的内容：
进程描述信息
进程控制和调度信息
资源信息
现场信息
5、什么是临界资源和临界区？
什么是进程的互斥和同步？
临界资源是一次仅允许一个进程使用的资源
临界区是程序中访问临界资源的程序片段
进程的互斥就是禁止多个进程同时进入各自的访问同一临界资源的临界区，以保证对临界资源的排它性使
用
进程的同步是指进程间为合作完成一个任务而互相等待、协调运行步调
6、什么是死锁？
产生死锁的原因和必要条件是什么？
（1）死锁是指系统中若干个进程相互“无知地”等待对方所占有的资源而无限地处于等待状态的一种僵持
局面，其现象是若干个进程均停顿不前，且无法自行恢复
（2）原因：
系统资源有限，而多个并发进程因竞争资源而相互制约
（3）必要条件：
资源的独占使用；资源的非抢占式分配；对资源的保持和请求；对资源的循环等待
7、什么是线程？
说明线程与进程的区别与联系？
（1）线程是构成进程的可独立运行的单元，是一个CPU调度单位
（2）区别与联系：
进程和线程都是用来描述程序的运行活动的，它们都是动态实体，有自己的状态，整个
生命周期都在不同状态之间转换，它们的不同表现在：
进程是操作系统资源分配的基本单位，每个进程都
有自己独立的地址空间和各种系统资源；线程基本上不拥有自己的资源，只拥有一点在运动中必不可少的
资源；线程之间相互通信更容易，进程间通信一般必须通过系统提供的进程间通信机制。
第五章存储管理
1、什么是逻辑地址？
什么是物理地址？
为什么要进行地址变换?
逻辑地址：
目标代码所占有的地址范围成为逻辑地址空间，逻辑地址空间中的地址称为逻辑地址物理地址：
物理内存由一系列的内存单元组成，这些存储单元从0开始按字节编址，称为内存地址，当目标程序加载到内存中时，它所占据的实际内存空间就是它的物理存储空间，物理空间中的地址称为物理地址地址变换的原因：
当程序装入内存时，操作系统要为改程序分配一个合适的内存空间，由于程序的逻辑地址与分配到内存物理地址不一致，而CPU执行指令时，是按物理地址进行的，所以要进行地址变换
2、简述页式分配思想和地址变换机制
（1）页式分配思想是以页为单位为程序分配内存，每个内存块装一页
（2）地址变换机制：
将逻辑地址按位分成页号和页内位移两部分，再以页号为索引去检索页表，得到该页号对应的物理块号，将页内位移作为块内位移与块号拼接即得到实际的内存地址
3、页式和段式内存管理有什么区别？
（1）页是信息的物理单位，段则是信息的逻辑单位。
页的大小相等，是由系统硬件决定的；而段的大小不相等，是由程序的逻辑关系决定
（2）分页存储管理中进程的地址空间是一维的，是单一的线性地址。
分段存储管理中进程的地址空间是二维的，程序员在标识一个地址时，要给出段号和段内地址
（3）分页存储管理中存在页内碎片，而分段存储管理中存在外部碎片
4、简述虚拟存储器的原理。
虚拟存储器的容量受什么限制？
虚拟存储器的原理是用外存模拟内存，实现内存空间的扩充虚拟存储器的容量受：
外部存储器的大小限制；指令中地址场长度的限制
5、在页式存储系统中，如何实现存储保护和扩充？
页式存储的保护是通过控制访问地址的页号来实现的；页式存储的存储扩充功能是通过页式虚拟存储器来实现的
6、什么是抖动？
产生抖动的原因是什么？
（1）在虚存中，页面在内存与外存之间频繁调度，以至于调度页面所需时间比进程实际运行的时间还多，此时系统效率急剧下降，甚至导致系统崩溃，这种现象称为抖动。
（2）原因：
页面置换算法不合理；分配给进程的物理页面数太少
第六章文件管理
1、什么是文件？
什么是文件系统？
文件系统的功能是什么？
（1）文件是具有名字的一组相关信息的有序集合，存放在外部存储器中
（2）文件系统是操作系中统一管理信息资源的一种软件，管理文件的存储、检索、更新，提供安全可靠的
共享和保护手段，并且方便用户使用
（3）文件系统的功能：
a、实现文件的“按名存取”，包括按名建立、读/写、检索、修改、删除文件等操作;
b、管理分区存储空间，实施存储空间的分配、回收与重组；
c、实现对文件的共享、保密和保护措施；
d、提供文件访问接口
2、什么是文件的逻辑结构和物理结构？
文件的逻辑结构是文件系统的直接用户所看到的文件结构
文件的物理结构是文件在外存中的组织和存放形式，是文件系统底层所使用的文件结构。
3、文件的物理结构主要有哪几种？
它们有什么特点？
文件的物理结构主要有3种，分别是：
连续结构、链接结构、索引结构
连续结构的特点：
简单
支持顺序存取和随机存取
顺序存取速度快
所需的磁盘寻道次数和寻道时间最少
链接结构的特点：
提高了磁盘空间利用率,不存在外部碎片问题
有利于文件插入和删除
有利于文件动态扩充
索引结构的特点：
保持了链接结构的优点，又解决了其缺点：
即能顺序存取，又能随机存取
满足了文件动态增长、插入删除的要求
能充分利用外存空间
4、什么是目录？
目录的作用是什么？
（1）把所有的FCB组织的一起，就构成了文件目录，即文件控制块的有序集合
（2）目录的作用：
实现了文件的“按名存取”；实现了文件名到文件物理存放位置的映射；合理地组织文
件
5、什么是符号链接和硬链接？
两者有什么区别？
（1）符号链接是指建立一个符号链接文件，其内容是到一个实际存在的文件的路径描述
（2）硬链接则是将两个或多个文件通过i节点物理地链接在一起
（3）区别：
硬链接的文件是具有不同的文件名和同一个i节点，而符号链接文件与目标文件是两个独立的文件，有着各自的i节点和数据块
6、打开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）打开文件的操作主要是：
①根据文件路径名查目录，找到FCB主部；
2根据打开方式、共享说明和用户身份检查访问合法性；
3根据文件号查系统打开文件表，看文件是否已被打开；
是T共享计数加1
否则-将外存中的FCB主部等信息填入系统打开文件表空表项，共享计
数置为1;
4在用户打开文件表中取一空表项，填写打开方式等，并指向系统打开文
件表对应表项返回信息：
fd
（2）文件描述符是一个非负整数
（3）它的作用是用于以后读写文件
第七章设备管理
1、I/O传输控制方式有哪几种？
比较它们的优缺点。
（1）I/O传输控制方式主要有：
程序I/O方式、中断I/O方式、DMA方式、通道方式
（2）它们的优缺点：
A、程序I/O方式下，CPU与外设实际上是串行工作的，CPU的利用率非常低；它不需要额外的硬件支持，甚至不需要驱动程序；
B、中断I/O方式下，CPU与I/O设备是并行执行的，这样可以使CPU和I/O设备都处于忙碌状态，从而提高了整个系统资源的利用率和吞吐量，但中断方式需要硬件和软件上的支持。
C在DMA方式中，整个数据块的传输过程不需要CPU的干预，较之中断方式又大大降低了CPU的
负担，进一步提高了CPU和I/O设备的并行操作程度。
DMA方式的缺点是会降低进程的运行效率，尤其是DMA设备较多时，需要占用较多的CPU工作周期，对其他进程的影响会很大。
D、通道方式下，由于通道是可独立运行的硬件，所以它的运行不会影响到CPU的执行效率。
通道承
担了所有的I/O控制工作，使得CPU可以完全摆脱对I/O操作的干涉，因而采用通道结构的系统具有非常高的I/O性能。
2、什么是中断？
为什么要引入中断？
中断处理过程包括哪些步骤？
（1）在计算机运行期间，当系统内部或外部发生了某个异步事件需要CPU处理时，CPU将暂时中止当前正
在执行的程序，而转去执行相应的事件处理程序，待处理完毕后又返回原来被中断处，继续执行或者调度新的进程执行，这个过程称为“中断”
I/O性能
（2）引入中断是为了提高数据传输速率和系统的并发程度，优化系统的整体
（3）中断处理过程包括：
保存现场、处理中断、恢复现场
3、什么是缓冲？
为什么引入缓冲？
缓冲指的是读入一个记录后，CPU正在启动对它的操作，输入设备被指示立即开始下面的输入。
缓冲是为了解决设备和CPU之间处理速度不匹配的问题而引入的。
【计算题】
一、磁盘调度算法
先来先服务算法：
按访问请求到达的先后次序服务最短寻道时间优先：
优先选择距当前磁头最近的访问请求进行服务，主要考虑寻道优先扫描算法（电梯算法）（题中应加上磁头移动方向，此题磁头向增大方向移动）克服了最短寻道优先的缺点，既考虑了距离，同时又考虑了方向具体做法：
当设备无访问请求时，磁头不动；当有访问请求时，磁头按一个方向移动，在移动过程中对遇到的访问请求进行服务，然后判断该方向上是否还有访问请求，如果有则继续扫描；否则改变移动方向，并为经过的访问请求服务，如此反复
单向扫描调度算法
总是从0号柱面开始向里扫描，按照各自所要访问的柱面位置的次序去选择访问者，移动臂到达最后个一个柱面后，立即带动读写磁头快速返回到0号柱面，返回时不为任何的等待访问者服务，返回后可再次进行扫描。
例1：
假设磁盘访问序列：
98，183，37，122，14，124，65，67，读写头起始位置：
53安排磁头服务序列并计算磁头移动总距离（道数）
（1）先来先服务算法：
磁头服务序列：
53t98t183T37t122~14~12467
磁头移动总距离：
（98-53）+（183-98）+（183-37）+（122-37）+（122-14）+（124-14）+（124-65）+（67-65）=640
（2）最短寻道时间优先：
磁头服务序列：
53T65T67T37T14T98T122T124T183
磁头移动总距离：
（65-53）+（67-65）+（67-37）+（37-14）+（98-14）+（122-98）+（124-122）+（183-124）=236
（3）扫描算法（电梯算法）（题中应加上磁头移动方向，此题磁头向增大方向移动）
磁头服务序列：
53T65T67T98T122T124T183T37T14
磁头移动总距离：
（65-53）+（67-65）+（98-67）+（122-98）+（124-122）+（183-124）+（183-37）+（37-14）=279
（4）单向扫描调度算法
（题中加上向增大方向移动）
磁头服务序列：
53~65t67t98t122~124—183~14—37
磁头移动总距离：
（65-53）+（67-65）+（98-67）+（122-98）+（124-122）+（183-124）+（183-14）+（37-14）=312
例2：
磁盘请求以10、22、20、2、40、6、38磁道的序列到达磁盘驱动器，寻道时每一个柱面移动需要6ms，
以下各算法的寻道时间是多少？
假设磁臂的起始位置位于磁道18
（1）
先来先服务算法
（2）
最短寻道时间优先调度算法
（3）
电梯调度算法（初始为向小磁道移动）
解答：
（1）
先来先服务：
磁道访问序列18—10—22—20—2—40—6—38
移动磁道数：
8+12+2+18+38+34+32=144
寻道时间=144X6=864ms
（2）最短寻道时间优先
磁道访问序列：
18—20—22—10—6—2—38—40
移动磁道数=2+2+12+4+4+36+2=62
寻道时间=62X6=372ms
（3）电梯调度算法
磁道访问序列：
18—10—6—2—20—22—38—40
移动磁道数=8+4+4+18+2+16+2=54
寻道时间=54X6=324ms
二、伙伴算法
三、进程调度算法
先进先出法：
按照进程在就绪队列中的先后次序来调度。
优先级调度法：
为每个进程设置优先级，调度时优先选择优先级高的进程运行
同时到达：
例3:
有5个作业A-E几乎同时到达一计算中心。
它们估计运行的时间分别为10、6、2、4、和8分钟。
对
于下面每种调度算法，计算其完成时间，求岀进程平均周转时间（周转时间=完成时间-到达时间）。
（1）
优先级调度。
其优先数分别为
3、5、2、1、和4，其中5级最高
（2）
先来先服务。
按A-E的顺序。
（1）
优先级调度：
执行作业次序是
BteTatCtD
作业
所需运行时间
开始时间
结束时间
周转时间
B
6
0
6
6
E
8
6
14
14
a
10
14
24
24
C
2
24
26
26
d
4
26
30
30
平均周转时间=（24+6+26+30+14）/5=20
（2）先来先服务算法：
执行作业次序为AtBTCTDtE
作业
所需运行时间
开始时间
结束时间
周转时间
a
10
0
10
10
B
6
10
16
16
C
2
16
18
18
D
4
18
22
22
E
8
22
30
30
平均周转时间=（10+16+18+22+30）/5=19.2
不是同时到达
例4:
设有4个作业，它们的到达时刻、所需运行时间及优先数如表所示，若采用先来先服务和优先级调度算法，则平均周转时间分别是多少？
其中优先数越小越优先运行。
作业号
到达时刻
所需运行时间（小时）
优先数
1
0
2
4
2
1
5
9
3
2
8
1
4
3
3
8
解答：
（1）先来先服务：
执行作业次序为1、2、3、4
作业
到达时刻
运行时间
等待时间
开始时间
结束时间
周转时间
1
0
2
0
0
2
2
2
1
5
1
2
7
6
3
2
8
5
7
15
13
4
3
3
12
15
18
15
周转时间=结束时间-到达时间
平均周转时间=（2+6+13+15）/4=9小时
（2）优先级调度：
在时刻0,只有作业1到达，执行作业1,在时刻2结束，此时到达的作业有2和3,
但作业3的优先级较高，执行作业3，在时刻10结束，此时到达的作业有2和4，但作业4的优
先级较高，执行作业4，最后执行作业2,整个作业的执行次序为1、3、4、2
作业
到达时刻
运行时间
等待时间
开始时间
结束时间
周转时间
1
0
2
0
0
2
2
3
2
8
0
2
10
8
4
3
3
7
10
13
10
2
1
5
12
13
18
17
平均周转时间=（2+8+10+17）/4=9.25小时
四、地址转换
例5：
在页式存储系统中，若页面大小为2KB,系统为某进程的0、1、2、3页面分配的物理块为分别5、
10、4、7，求出逻辑地址5678对应的物理地址
解答：
0
5
1
10
2
4
3
7
L页长=2X1024=2048A逻辑地址=5678贝UP页号=[A/L]=2d页内位移=AmodL=1582
P'帧号=4
^W物理地址=P'XL+d=4X2048+1582=9774
解答:
P'帧号=7
^W物理地址=P'XL+d=7X1024+228=7396
五、页面置换算法（求缺页次数）
先进先出法（FIFQ）:
优先淘汰最先进入内存的页面，即在内存中驻留时间最久的页面。
最近最少使用法（LRU）:
选择淘汰在最近期间最久未被访问的页面
最佳页面算法（QPT）:
置换以后不再需要或最远地将来才会用到的页面
例7:
某程序在内存中分配了3个页帧，初始为空，页面访问序列为2、4、0、2、3、6、3、2、4、3、6请
使用FIFOLRU、QPT页面置换算法计算缺页次数
页面访问序列
2
4
0
2
3
6
3
2
4
3
6
FIF0算法
2
2
2
3
3
3
4
4
4
4
4
4
6
6
6
3
3
0
0
0
2
2
2
6
缺页标记
X
X
X
X
X
X
X
X
X
缺页次数
9次
页面访问序列
2
4
0
2
3
6
3
2
4
3
6
LRU算法
2
2
2
2
2
2
6
4
4
3
3
3
3
0
0
6
4
4
缺页标记
X
X
X
X
X
X
X
缺页次数
7次
页面访问序列
2
4
0
2
3
6
3
2
4
3
6
OPT算法
2
2
2
2
2
4
4
4
4
6
6
0
3
3
3
缺页标记
X
X
X
X
X
X
缺页次数
6次
例8:
考虑下面页面走向：
4,3,4,1,4,3,5,4,3,2,1,5,2,3设分给该进程3个页帧，初始时页帧为空，如果我们采用LRU替换算法，缺页多少次？
如果采用最优淘汰算法，其缺页多少次？
（请画图表示）
页面访问序列
4
3
4
1
4
3
5
4
3
2
1
5
2
3
LRU算法
4
4
4
4
4
1
1
3
3
3
3
3
3
5
5
1
5
2
2
2
2
缺页标记
X
X
X
X
X
X
X
X
缺页次数
8次
页面访问序列
4
3
4
1
4
3
5
4
3
2
1
5
2
3
OPT算法
4
4
4
4
2
2
3
3
3
3
3
1
1
1
5
5
5
5
缺页标记
X
X
X
X
X
X
X
缺页次数
7次
六、动态分区分配算法
首次适应算法：
在分配内存时，从链首开始顺序查找，直至找到一个大小能满足要求的空闲分区为止，然
后按照作业的大小，从该分区中划岀一块内存空间分配给请求者，余下的空闲分区仍留在空闲链中，若从
头到尾不存在满足要求的分区则分配失败。
最佳适应算法：
每次为作业分配内存时，总是把能满足要求又是最小的空闲分区分配给作业。
例9:
用可变分区方式管理主存时，假定内存中按地址顺序依次有5个空闲区，空闲区的大小依次为30K、
10K、5K、228K、100K。
现有5个作业，各需内存1K、10K108K、28K、115K。
问若采用最先适应分配算
法能把这五个作业按J1-J5的次序全部装入内存吗？
如果不能，该按怎样的次序？
画图表示
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