计算机操作系统名词解释简答计算.docx
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计算机操作系统名词解释简答计算
计算机操作系统2016复习资料
1.操作系统的基本特征P5
采用多道程序设计技术的现代操作系统都具有如下的基本特征。
1）并发性（名词解释）
并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
在多道处理程序额环境下，并发性是指一段时间内，宏观上有多个程序在同时进行。
2）共享性（名词解释）
共享性是指系统中的资源可供内存中多个并发程序执行的进程同时使用。
根据资源性质的不同可将资源共享分为以下两种。
1）互斥共享。
系统中可供共享的某些资源，如打印机，变量，队列等，一段时间内只能给一个进程使用，只有当这个进程使用完毕并且释放资源后，其他进程才能使用它们。
2）同时访问。
系统中的另一类资源，如磁盘，可写入代码等，它们在同一段时间内可以被多个进程同时访问。
虽然这种同时是指宏观上的同时，微观上可能时进程交替地访问该资源，但进程交替访问资源的顺序不会影响访问的结果。
3）虚拟性（名词解释）
虚拟性是指通过某种技术，将一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。
4）异步性（名词解释）
异步性是指在多道程序的环境下，每个程序何时执行、何时暂停都是未知的，即它们以不可预知的速度向前推进。
但同时操作系统应保证程序的执行结果是可再现的，即只要运行环境相同，一个作业的多次运行会得到相同的结果。
2、什么是多道程序设计？
在OS中引入该技术，带来了哪些好处？
P10
答：
多道程序技术是指在内存中同时存放若干个作业，并使他们共享系统的资源且同时运行的技术。
好处：
（1）提高CPU的利用率
（2）可提高内存和I/O设备的利用率
（3）增加系统的吞吐量
3、试从交互性、及时性以及可靠性三个方面，比较分时系统和实时系统P11
答：
1）交互性：
交互性问题时分时系统的关键问题。
在分时系统中，用户可以通过终端与系统进行广泛的人机交互，如文件编辑、数据处理和资源共享。
实时系统也具有交互性，但在实时系统中交互性仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序，也就是说它的交互性具有很大的局限性。
2）及时性：
分时系统的及时性是指用户能够在很短的时间内获得系统的响应，此时时间间隔是以人们能接受的等待时间决定的，一般为2~3秒。
对实时系统来说，及时性是它的关键问题之一，实时信息系统的及时性要求与分时系统相似，而实时控制系统的及时性要求由被控制对象所要求的开始截止时间和完成截至时间决定的，一般为秒及、百毫秒级直到毫秒级，甚至更低。
3）可靠性：
可靠性是实时系统的另一个关键问题，实时系统中的任何差错都可能带来巨大的经济损失，甚至带来无法预料的灾难性后果，所以实时系统往往采取多级容错措施来保证系统的高度可靠。
分时系统虽然也要求可靠，但比实时系统的要求低。
4、为了使操作系统内核代码和数据不会遭到用户程序的破坏，通常将处理机的执行状态分为系统态和用户态两种不同状态：
P20
1）系统态，也叫管态和内核态，具有较高的权限，能执行一切指令，访问所有寄存器和存储区
2）用户态：
页脚目态，是一种具有较低权限的执行状态，只能执行规定的命令，访问规定的寄存器和存储区。
5、临界资源和临界区P21
1）临界资源
答：
在计算机中许多资源一次只能允许一个进程使用，如果多个进程同时使用这些资源，则有可能造成系统的混乱，这些资源被称作临界资源。
2）临界区
答：
在每个进程中，访问临界资源的那段代码被称作临界区。
6、在操作系统中为什么要引入进程概念？
它会产生什么样的影响？
P36
答：
在操作系统中引入进程概念，是为了实现多个程序的并发执行。
传统的程序与其它程序并发执行时，其执行结果不可再现，因此，传统的程序不能与其他程序并发执行，只有为在之创建进程后，才能与其他程序并发执行。
这是因为并发执行的程序是“停停走走”地执行，只有在为他创建进程后，在他停下时，方能将其现场信息保存在它的PCB中，待下次被调度执行时，再从PCB中回复CPU现场而继续执行，而传统的程序却无法满足上述要求。
建立进程带来的好处是多个程序能并发执行，这极大地提高了资源利用率和系统吞吐量。
但管理进程也需要付出一定的代价，包括进程控制块及协调各运行的机构所占用的内存空间开销，以及为进行进程间的切换、同步及通信等所付出的时间开销。
7、PCB的作用是什么？
为什么说PCB是进程存在的唯一标识？
P37
答：
进程控制块是操作系统用来描述和管理进程的数据结构，其作用是使一个在多到处理程序环境下，不能独自运行的程序，成为一个能独立运行的基本单位，即一个能与其他程序并发执行的进程。
在创建进程时，系统将为他配置一个PCB，在进行进程调度时，系统将根据PCB中的状态和优先级等信息来选择新进程，然后将老进程的现场信息保存到他的PCB中，再根据新进程PCB中所保存的处理机状态信息来恢复运行的现场；执行中的进程，如果需要访问文件或者需要与合作进程实现同步或通信，也都需要访问PCB；当进程因为某种原因而暂停执行时，也必须将断点的现场信息保存到它的PCB中；当进程结束时，系统将回收它的的PCB。
可见，在进程的整个生命周期中，系统总是通过其PCB对进程进行控制和管理，亦即系统是根据其PCB而不是任何别的什么感知到某进程的存在，所以说，PCB是进程存在的唯一标志。
8、桌子上有个能盛下五个水果的空盘子，爸爸不停地向盘中放苹果或橘子，儿子不停地从盘中取出橘子享用，女儿不停地从盘中去除苹果享用。
规定三人不能同时从盘中取放水果。
试用信号量实现爸爸、儿子、女儿这三个进程间的同步。
P47
答：
为了描述上述同步问题，可定义如下的信号量：
semaphoreempty=5;orange=0;apple=0;mutex=1;
爸爸、儿子和女儿的算法可描述为：
Dad（）{
while
（1）{
wait（empty）;
wait（mutex）
將水果放入盤中;
signal（mutes）;
if（放入的是橘子）
signal（orange）;
else
signal（apple）;
}
}
Son（）{
while
（1）{
wait（orange）;
wait（mutex）
从盘中取出一个橘子;
signal（mutes）;
signal（empty）;
享用橘子;
}
}
Daughter（）{
while
（1）{
wait（apple）;
wait（mutex）
从盘中取出一个橘子;
signal（mutes）;
signal（empty）;
享用苹果;
}
}
9、试用记录型信号量写出一个不会死锁的哲学家进餐问题算法。
P49
答：
除了为每只筷子设置一个初值为{1，NULL}的记录型信号量chopstick[i]（i=0,1,2,3,4）外，还需再设置一个初值为{4，NULL}的记录型信号量Sm，以限制同时就餐的哲学家人数不超过4。
第i个哲学家的活动可描述为：
Pi（）{
while
（1）{
wait（&Sm）;
wait（&chopstick[i]）;
wait（&chopstick[（i+1）%5]）;
eat;
signal（&chopstick[i]）;
signal（&chopstick[（i+1）%5]）;
signal（&Sm）;
think;
}
}
10、处理机调度的层次P62
一个作业从提交开始，往往要经历下述三级调度。
1）高级调度（名词解释）
高级调度又称为作业调度或长程调度。
在批处理系统中，用户提交的作业先被存放在磁盘的后备队列中，高级调度用于决定把外存后备队列中的哪些作业调入内存，为他们分配必要的资源，并创建进程。
在批处理系统中，大多数配有作业调度，但在分时和事实系统中，却往往不配置作业调度。
作业调度的运行频率较低，通常为几分钟一次。
2）低级调度（名词解释）
低级调度又称为进程调度或短程调度，用来决定就绪队列中哪个进程先获得处理机，并将处理机分配给选中的进程，让它投入执行。
进程调度是最基本的调度，在三中类型的操作系统中都必须配置进程调度。
进程调度的主要任务有保存当前进程的处理机现场，按照某种调度算法选取投入执行的新进程，以及把处理器分配给新进程三个方面。
进程调度可采用下述两种方式：
1）非抢占式方式（名词解释）
采用这种方式时，一旦进程获得CPU，它将一直执行，直至进程完成或发生某事件而阻塞时，才将CPU分配给其他进程。
这种方式的优点是简单、系统开销小，但它难以满足紧急任务的要求，不适宜用于比较严格的实时系统中。
2）抢占方式（名词解释）
采用这种调度方式，当一进程正在处理机上执行时，系统可根据某种原则暂停他的执行，并将已分配给它的处理机重新分配给一个另一个进程。
抢占的原则有：
1优先权原则。
就绪的高优先权进程有权抢占低优先权进程的CPU。
2短作业优先原则。
就绪的短作业有权抢占长作业的CPU。
3时间片原则。
一个时间片用完后，系统重新进行进程调度。
3）中级调度（名词解释）
中级调度又称为内存调度或中程调度，他按一定的算法将外存中已具备运行条件的进程换入内存，而将内存中处于阻塞状态的某些进程换至外存。
中级调度的目的是解决内存紧张问题，它常用在分时系统及具有虚拟存储器的系统中。
它的运行频率介于上述两种调度之间。
11、死锁的基本概念P66
1）死锁的定义
一个进程集合中的每一个进程都在等待只能由该集合中的其它进程才能引发的事件，那么该组进程进入死锁状态。
2）产生死锁的原因
①竞争资源。
当系统中供多个进程共享的资源不足，而这些资源又属于不可抢占资源时，将引起进程对资源的竞争而产生死锁。
②进程推进顺序非法。
进程在运行过程中具有异步性特征，如果它们之间的推进顺序不当，也同样会导致进程产生思索。
4）产生死锁的必要条件
1）互斥条件。
进程所竞争的资源必须被互斥使用。
2）请求与保持条件。
当前已拥有的进程，仍能申请新的的资源，而且，当该进程因新的资源被其他进程占用而阻塞时，它对自己已获得的资源仍保持不放。
3）不剥夺条件。
进程已获得的资源，只能在使用完时自行释放，而不能被抢占。
4）环路等待条件。
存在一个至少包含两个进程的循环等待链，链中的每个进程都正在等待下一个进程所占有的资源。
12、说明低级调度的主要功能P72
答：
（1）保存当前进程的处理机现场信息
（2）按某种算法选择投入执行的新进程
（3）恢复新进程的现成，从而处理机分配给新进程
13、假设一个系统中有5个进程，它们的到达时间和服务时间如表所示，忽视I/O以及其它开销时间，若分别按先来先服务（FCFS）、非抢占及抢占的短作业优先（SJF）、高响应比优先（HRRN）、时间片轮转（RR、时间片=1）、多级反馈队列调度算法（FB，第i级队列的时间片=2^i-1）以及立即抢占的多级反馈队列调度算法（FB，第I级队列的时间片=2^i-1）进行CPU调度，请给出各进程的完成时间，周转时间，带权周转时间、平均周转时间和平均带权周转时间。
P72
进程
到达时间
服务时间
A
0
3
B
2
6
C
4
4
D
6
5
E
8
2
答：
各进程的完成时间、周转时间和带权周转时间（如表2所示
进程
A
B
C
D
E
平均
FCFS
完成时间
周转时间
带权周转时间
3
3
1.00
9
7
1.17
13
9
2.25
18
12
2.40
20
12
6.00
8.6
2.56
SPF（非抢占）
完成时间
周转时间
带权周转时间
3
3
1.00
9
7
1.17
15
11
2.75
20
14
2.80
11
3
1.5
7.6
1.84
SPF（抢占）
完成时间
周转时间
带权周转时间
3
3
1.00
15
13
2.16
8
4
1.00
20
14
2.80
10
2
1.00
7.2
1.59
HRRF
完成时间
周转时间
带权周转时间
3
3
1.00
9
7
1.17
13
9
2.25
20
14
2.80
15
7
3.5
8
2.14
RR（q=1）
完成时间
周转时间
带权周转时间
4
4
1.33
18
16
2.67
17
13
3.25
20
14
2.80
15
7
3.5
10.8
2.71
RR（q=2^i-1）
完成时间
周转时间
带权周转时间
3
4
1
17
15
2.50
18
14
3.50
20
14
2.80
14
6
3.00
10.4
2.56
RR（q=2^i-1）
（立即抢占）
完成时间
周转时间
带权周转时间
4
4
1.33
18
16
2.67
15
11
2.75
20
14
2.80
16
8
4.0
10.6
2.7
14、解除死锁，在选择撤销进程或被抢占资源的进程时，可考虑哪些因素？
P80
答：
1）优先权
2）进程已经执行时间
3）估计的剩余执行时间
4）已产生的输出量
5）已获得的资源量和资源类型
6）还需要的资源量
7）进程的类型
8）需要被撤销的进程数等
15、可重定位装入方式与静态重定位P85
一个装入模块的内存空间的起始地址一般不会是0，此时，必须将装入模块指令和数据的相对地址调整成相应内存单元的绝对地址后，程序才能正确运行，这种地址的转换的过程称作重定位。
如果重定位是在装入时，由重定位装入程序一次性完成的，则被称为静态重定位。
16、对换P89
所谓“对换“，是指把内存中暂时不能运行的进程或暂时不用的程序或数据，调到外存上，以便腾出足够的内存空间，再把具备运行条件的进程或进程所需要的程序和数据，调入内存。
这种技术能从逻辑上扩充内存空间，从而使整个系统资源的利用更为充分有效。
如果对换是以整个进程为单位，便称之为“整体对换”或“进程对换”，这种对换广泛用于分时系统中；如果对换是以“页”或“段”为单位，则分贝称之为“页面对换”或“分段对换”，又称之为“部分兑换”，它们是实现虚拟存储器的基础。
为了实现进程对换，系统必须能实现下面三方面的功能：
1）对换空间的管理
2）进程的换入
3）进程的换出
17、动态重定位的实现方式由哪几种？
P96
答：
1）连续分配方式下的动态重定位
2）离散分配方式下的动态重定位
18、提高内存利用率的途径主要有哪些？
P97
答：
（a）内存利用率不高，主要表现为以下四种形式
1）内存中存在大量的、分散的、难以利用的碎片
2）暂时或长期不能运行的程序和数据，占据了大量的存储空间
3）当作业较大时，内存中只能装入少量作业，它们被阻塞时，将使CPU空闲，从而降低内存的利用率
4）内存中存在着重复的拷贝
（b）针对上面的问题，可分别采用下述的方法提高内存的利用率
1）改连续分配方式为离散分配方式，以减少内存中的零头
2）增加对换机制，将那些暂时不鞥运行的进程，或暂时不需要的程序和数据，换至外存，以腾出内存来装入可运行的进程
3）引入动态链接机制，当程序在运行中需要调用某段程序时，才将该段程序由外存装入内存。
4）引入虚拟存储机制，让更多的作业能装入内存，并使CPU更加忙碌。
5）引入存储器共享机制，允许一个正文段或数据段被若干个进程共享，以减少内存中的拷贝。
19、已知某分页系统，主存容量为64K，页面大小为1K，对一个4页大的作业，其0、1、2、3页分别被分配到主存的2、4、6、7块中，试：
1）将十进制的逻辑地址1023、2500、3500、4500转换为物理地址；P102
答：
1逻辑地址1023。
1023/1K，得到页号为0，页内地址为1023，查页表找到对应的物理块号为2，故物理地址为2×1K+1023=3071。
2逻辑地址2500。
2500/1K，得到页号为2，页内地址为452，查页表找到对应的物理块号为6，故物理地址为6×1K+452=6596。
3逻辑地址3500。
3500/1K，得到页号为3，页内地址为428，查页表找到对应的物理块号为7，故物理地址为7×1K+428=7596
4逻辑地址4500。
4500/1K，得到页号为4，页内地址为404，因页号不小于页表长度，故产生越界中断。
20、虚拟存储器的基本概念：
（名词解释）
1）为什么要引入虚拟存储器：
引入虚拟存储器主要是为了解决内存空间不足的问题。
2）虚拟存储器具有哪些特征：
虚拟存储器具有离散性，多次性，对换性和虚拟性的特征。
3）实现虚拟存储器的关键技术是什么:
请求调页（段）技术和置换页（段）技术。
21、“整体对换从逻辑上也扩充了内存，因此也实现了虚拟存储器的功能”这种说法是否正确，请说明理由。
（简答）
答：
上述说明法是错误的。
整体对换将内存中暂时不用的某个程序及其数据换出至外存，腾出足够的内存空间以装入在外存中的、具备运行条件的进程所对应的程序和数据。
虚拟存储器是指仅把作业的一部分装入内存便可运行作业的存储器系统，是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统，它的实现必须建立在离散分配的基础上。
虽然整体对换和虚拟存储器均能从逻辑上扩充内存空间，但整体对换不具备离散性。
实际上，在具有整体对换功能的系统中，进程的大小仍受到实际内存容量的限制。
22、在一个请求分页系统中，假如一个作业的页面走向为4、3、2、1、4、3、5、4、3、2、1、5，目前它还没有任何页装入内存，当分配给该作业的物理块数目M分别为3和4时，请分别计算采用LRU和FIFO页面淘汰算法时，访问过程中所发生的缺页次数和缺页率，并比较所得结果。
（计算）
解：
（1）使用LRU算法时，访问过程中发生缺页的情况为：
当M=3时，缺页次数为10，缺页率为10/12；当M=4时，缺页次数为8，缺页率为8/12。
可见，增加分配给作业的内存块数，可减少缺页次数，从而降低缺页率。
（2）使用FIFO算法时，访问过程中发生缺页的情况为：
当M=3时，缺页次数为9，缺页率为9/12；当M=4时，缺页次数为10，缺页率为10/12。
可见，增加分配给作业的内存块数，反而增加了缺页次数，提高了缺页率，这种现象被称做Belady现象。
23、I/O控制方法：
（名词解释）P135
1）程序I/O方式：
因为当时尚未出现中断机构，在进行I/O时，CPU不得不花费大量的时间去测试I/O设备的工作状态，此时CPU完全陷入I/O工作中。
2）中断驱动I/O控制方式：
在系统中引入中断机构后，CPU就不必再不断测试。
在学习时，应清楚的了解和掌握在中断机构的支持下，其I/O控制是如何实现的，CPU的利用率提高了多少。
3）DMAI/O控制方式：
在系统中配置了DMA控制器后，去传输数据的基本单位是数据块，读者应很好了解此时I/O控制是如何实现的，CPU的效率又提高了多少。
4）I/O通道控制方式：
在系统中配置了通道控制器之后，在通道程序控制下，其传输的基本单位由一个数据块增为一组数据块，读者应了解什么是通道程序，它是如何实现I/O控制的。
24、请说明什么是中断，并给出CPU响应中断并进行中断处理的一般过程。
（简答）
答：
中断：
是指计算机在执行期间，系统内部或外部设备发生了某一急需处理的事件，
使得CPU暂时停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，继续执行被中断的过程。
（１）保存现场
（２）转中断处理程序进行中断处理
（3）中断返回
25、设备驱动程序具有哪些功能？
（简答）
答：
课本192页，书本四点，然后
（5）了解I/O设备状态，如果设备准备就绪，则可向设备控制器设置设备的工作方式、传递有关参数；否则，将请求者的请求挂到设备请求队列上等待。
26、假设磁盘有200个磁道，磁盘请求队列中是一些随机请求，它们按照到达的次序分别处于190、10、160、80、90、125、30、20、140、25号磁道上，当前磁头在100号磁道上，并正由外向里移动。
请给出按FCFS、SSTF、SCAN及CSCAN算法进行磁盘调度时满足请求的次序，并计算出它们的平均寻道长度。
（计算）
27、文件的使用（名词解释）
1）创建文件：
课本P225
2）删除文件：
课本P225
3）读文件：
课本P225
4）写文件：
课本P225
5）设置文件的读/写指针：
课本P225
6）打开文件：
课本P225
7）关闭文件：
课本P225
8）顺序文件：
课本P227
9）索引文件：
课本P227
10）索引顺序文件：
课本P227
28、将目录文件当作一般数据文件来处理有什么优缺点？
（简答）
答：
将目录文件作为一般数据文件来处理，可以简化操作系统对目录的实现。
但如果允许一个用户在某个目录下创建文件，则他必须有对该目录文件进行读写的权限，他同时便可直接从目录文件中读到该目录下所有文件的物理地址等信息，然后存取到他们的内容，因此这种方式难以实现对文件的保护。
为了解决上述问题，很多操作系统将目录当作特殊的文件看待，用户要获得目录中的文件属性信息或在创建一个文件时需在目录文件中建立一个目录项，都必须通过操作系统提供的例程来完成。
29、在树形目录结构中，利用链接方式共享文件有何好处？
（简答）
答{：
利用链接方式共享文件主要有以下几方面的好处：
（1）方便用户。
这种共享方式允许用户按自己的方式将共享文件组织到某个子目录下，并赋予它新的文件名，从而使用户可更方便地管理和使用共享文件。
（2）防止共享文件被删除。
每次链接时，系统将对索引结点中的链接计数字段i进行加1操作，而删除时，必须先对它进行减1操作，只有当I_nlink的值为0时，共享文件才被真正删除，因此可避免用户仍要共享的文件被删除的现象。
（3）加快检索速度。
为了加快检索文件的速度，一般系统都引入了当前目录的概念。
用户在设置了工作目录后，若共享文件己被链接到该工作目录下，则系统无需再去逐级检索树形目录，从而可加快检索速度。
30、提高磁盘I/O速度的途径（名词解释）
1）磁盘高速缓存：
课本P263
2）提前读：
课本P265
3）延迟写：
课本P265
4）优化物理块分布：
课本P265
5）虚拟盘：
课本P265
6）廉价磁盘冗余陈列：
课本P266
31、存放在某个磁盘上的文件系统，采用混合索引分配方式，其FCB中共有13个地址项，第0~9个地址项为直接地址，第10个地址项为一次间接地址，第11个地址项为二次间接地址，第12个地址项为三次间接地址。
如果每个盘块的大小为512字节，若盘块号需要用3个字节来描述，而每个盘块最多存放170个盘块地址：
（选择/填空）
（1）该文件系统允许文件的最大长度是多少？
（2）将文件的字节偏移量5000、15000、150000转换为物理块号和块内偏移量。
（3）假设某文件的FCB已在内存，但其他信息均在外存，为了访问该文件中某个位置的内容，最少需要几次访问磁盘，最多需要几次访问磁盘？
答：
（1）该文件系统中一个文件的最大长度可达：
10+170+170*170+170*170*170=4942080块=4942
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