操作系统.docx

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操作系统

第一章：

操作系统引论

1.什么是操作系统？

可以从哪些角度阐述操作系统的作用？

答:

（1）操作系统是管理系统资源,控制程序执行,改善人机界面,提供各种服务,合理组织计算机工作流程和为用户使用计算机提供良好运行环境的一种系统软件.

（2）用户角度：

用户与计算机硬件系统之间接口

资源管理角度：

计算机资源的管理者，处理机管理、存储器管理、I/O设备管理、文件管理

2.简要叙述批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统的概念及特点。

答:

采用批量处理作业方式的操作系统叫多道批量操作系统（BatchOperatingSystem）.

实时操作系统（RealTimeOperatingSystem）是指外界事件或数据产生时,能够接收并以足够快的速度予以处理,其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出快速响应,并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统.

允许多个联机用户同时使用一台计算机系统进行计算的操作的系统统称分时操作系统（TimeSharingOperatingSystem）.

3.从交互性、及时性和和可靠性方面将分时系统和实时系统比较。

答:

（1）交互性：

实时信息处理系统具有交互性，但人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。

不像分时系统那样能向终端用户提供数据和资源共享等服务。

（2）及时性：

实时信息处理系统对实时性的要求与分时系统类似，都是以人所能接受的等待时间来确定；而实时控制系统的及时性，是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的，一般为秒级到毫秒级，甚至有的要低于100微妙。

（3）可靠性：

分时系统也要求系统可靠，但相比之下，实时系统则要求系统具有高度的可靠性。

因为任何差错都可能带来巨大的经济损失，甚至是灾难性后果，所以在实时系统中，往往都采取了多级容错措施保障系统的安全性及数据的安全性。

4.当代操作系统的四大基本特征是什么？

其最基本的特征是什么？

答:

（1）并发性（concurrence）是指两个或两个以上的事件或活动在同一时间间隔内发生.操作系统是一个并发系统,操作系统的并发性指它应该具有处理和调度多个程序同时执行的能力.

（2）共享性（sharing）是指OS中的资源（硬件/信息资源）可被多个并发执行的进程共同使用.有互斥访问共享,同时访问共享.

（3）异步性（asynchronism）,或称随机性,指进程按各自独立的，不可预知的速度向前推进，或说进程实体按异步方式运行.

（4）虚拟性（virtual）是指OS中的一个管理技术,它是把物理上的实体变成逻辑上的多个对应物,或把物理上的多个实体变成逻辑上的一个对应物的技术.

5.操作系统需要管理哪些资源？

它的基本功能是什么？

答:

操作系统（OperatingSystem，简称OS），是电子计算机系统中负责支撑应用程序运行环境以及用户操作环境的系统软件，同时也是计算机系统的核心与基石。

它的职责常包括对硬件的直接监管、对各种计算资源（如内存、处理器时间等）的管理、以及提供诸如作业管理之类的面向应用程序的服务等等。

6.操作系统对外提供了哪些接口？

答:

（1）操作系统的命令接口:

通过在用户和操作系统之间提供高级通信来控制程序运行，用户通过输入设备发出一系列命令告诉操作系统执行所需功能，它包括了键盘操作命令和作业控制命令，称为作业一级的用户接口。

命令接口的两种最普遍和主要的方式是直接命令方式（命令行）和间接命令方式（命令文件）。

（2）操作系统的程序接口:

它是用户程序和操作系统之间的接口，用户程序通过它们使用系统资源及系统服务，这种接口方式通常采用若干系统调用组成。

系统调用是操作系统对外提供的一批系统子功能，是一类特殊的过程调用，由机器指令完成。

（3）操作系统的交互界面:

它直接支持界面和程序界面，提供一个易用性的操作平台，使用户非常方便地寻找和使用各种命令、执行各类程序，完成各种操作。

第二章：

进程管理

1．试画出下面四条语句的前趋图：

S1：

a=x+y

S2:

b=Z+1

S3:

c=a-b

S4:

w=c+1

2．进程有什么特征？

答:

进程的特征是：

动态性,并发性,独立性,异步性,结构性

3．PCB有什么作用？

PCB中主要包括什么信息？

为什么说PCB是进程存在的唯一标志？

答:

进程控制块（ProcessContro1B1ock，简称PCB）是用来记录进程状态及其他相关信息的数据结构,PCB是进程存在的唯一标志，PCB存在则进程存在。

系统创建进程时会产生一个PCB，撤销进程时，PCB也自动消失.

4．请画出完整的进程状态转换图并说出在什么情况下进程会出生何种状态转换。

进程的状态反映进程执行进程的变化。

这些状态随着进程的执行和外界条件发生变化和转换。

5．进程的三种基本状态是什么？

请说明进程在三种基本状态之间转换的典型原因。

答:

进程的三种基本状态是运行态、就绪态和阻塞态。

就绪态，当进程已分配到除cpu以外的所以必要资源后只要能再获得处理机便可立即执行这时的进程状态转为就绪模式。

执行状态，指进程已获得处理机其程序正在执行。

阻塞状态，进程因发生某件事如请求io而暂停执行的状态。

6．进程在运行时存在那两种制约关系？

并举例说明。

答:

多进程并发执行时存在着间接制约和直接制约两种关系。

间接制约关系是多个进程间彼此无任何逻辑上的关系，仅由于它们同处于一个系统共享系统资源而发生了制约关系。

如分时系统中有两个用户进程分别编译他们的PASCAL源程序，在单CPU系统中这两个进程只能分时占用处理机编译各自的源程序，它们间存在着间接制约关系。

直接制约关系是多个协作进程之间存在的逻辑上制约关系，即一个进程的执行依赖于另一个进程的消息，当一个进程没有得到另一个进程的消息时应等待，直到消息到达被唤醒为止。

如共享一缓冲器的读进程和打印进程，它们间存在着直接制约关系，因为两个进程必须同步才能完成共同的任务。

7．进程同步应遵守哪些基本准则？

常用的同步机制有哪些？

答：

（1）同步机制应遵循的规则是：

空闲让进、忙则等待、有则等待、让权等待。

（2）同步机制包括：

原子操作、信号量（semaphore）、读写信号量（rw_semaphore）、spinlock、BKL（BigKernelLock）、rwlock、brlock（只包含在2.4内核中）、RCU（只包含在2.6内核中）和seqlock（只包含在2.6内核中）

8．用信号量（signal和wait操作）实现下图所示前趋关系：

wait（S）:

whileS≤0dono-op

S∶=S-1;

signal（S）:

S∶=S+1;

9．试比较进程间低级和高级通信工具。

当前有哪几种进程间高级通信工具？

答：

用户用低级通信工具实现进程通信很不方便,因为其效率低,通信对用户不透明,所有的操作都必须由程序员来实现.而高级通信工具则可弥补这些缺陷,用户可直接利用操作系统所提供的一组通信命令,高效地传送大量的数据。

第三章：

处理机调度与死锁

1．什么是处理机高级、中级和低级调度？

各级调度的主要任务是什么？

答：

（1）高级调度：

又称作业调度。

其主要功能是根据一定的算法，从输人的一批作业中选出若干个作业，分配必要的资源，如内存、外设等，为它建立相应的用户作业进程和为其服务的系统进程（如输人、输出进程），最后把它们的程序和数据调人内存，等待进程调度程序对其执行调度，并在作业完成后作善后处理工作。

（2）中级调度：

又称交换调度。

为了使内存中同时存放的进程数目不至于太多，有时就需要把某些进程从内存中移到外存上，以减少多道程序的数目，为此设立了中级调度。

特别在采用虚拟存储技术的系统或分时系统中，往往增加中级调度这一级。

所以中级调度的功能是在内存使用情况紧张时，将一些暂时不能运行的讲程从内存对换到外存上等待。

当以后内存有足够的空闲空间时，再将合适的进程重新换人内存，等待进程调度。

引人中级调度的主要目的是为了提高内存的利用率和系统吞吐量。

它实际上就是存储器管理中的对换功能。

（3）低级调度：

又称进程调度。

其主要功能是根据一定的算法将CPU分派给就绪队列中的一个进程。

执行低级调度功能的程序称做进程调度程序，由它实现CPU在进程间的切换。

进程调度的运行频率很高，在分时系统中往往几十毫秒就要运行一次。

进程调度是操作系统中最基本的一种调度。

在一般类型的操作系统中都必须有进程调度，而且它的策略的优劣直接影响整个系统的计能。

2．非抢占式调度中可能引起调度的原因有那些？

抢占调度方式中，抢占的原则是什么？

答：

（1）非抢占模式是指一旦将处理机时间分配给某个进程后，便让该进程一直运行，直到该进程因运行完毕或因发生某事件而被阻塞，才把处理机时间重新分配给其它进程。

否则，不允许其他进程抢占已经分配出去的处理机时间。

（2）“先来先服务”策略就是一种非抢占调度模式，先进入就绪队列的进程首先运行，直到运行结束或被阻塞为止。

3．比较FCFS和SPF两种进程调度算法。

答：

（1）先来先服务（FCFS,FirstComeFirstServe）是最简单的调度算法，按先后顺序进行调度.照作业提交或进程变为就绪状态的先后次序，分派CPU；当前作业或进程占用CPU，直到执行完或阻塞，才出让CPU（非抢占方式）。

在作业或进程唤醒后（如I/O完成），并不立即恢复执行，通常等到当前作业或进程出让CPU。

（2）短作业优先（SJF,ShortestJobFirst）又称为“短进程优先”SPN（ShortestProcessNext）；这是对FCFS算法的改进，其目标是减少平均周转时间.对预计执行时间短的作业（进程）优先分派处理机。

通常后来的短作业不抢先正在执行的作业。

4．何谓静态和动态优先级？

确定静态优先级的依据是什么？

答：

（1）静态优先级：

在创建进程时确定的，且在进程的整个运行期间保持不变

（2）动态优先级：

在创建进程时所赋予的优先权，是可以随进程的推进或随其等待时间的增加而改变的，以便获得更好的调度性能。

5．什么是死锁？

产生死锁的原因和必要条件是什么？

答：

（1）一组进程中,每个进程都无限等待被该组进程中另一进程所占有的资源,因而永远无法得到的资源,这种现象称为进程死锁,这一组进程就称为死锁进程。

（2）根本原因是:

资源有限且操作不当；

（3）必要条件:

互斥条件，不可抢占条件，占有且申请条件，循环等待条件。

6．处理死锁的四种方法是什么？

解除死锁的两种方法是什么？

答：

（1）处理死锁的四种方法：

预防死锁、避免死锁、检测死锁、解除死锁；

（2）解除死锁的两种方法时间戳定序方法和集中式及层次式死锁检测方法。

7．下列A、B、C、D四个进程在FCFS和SJF调度方式下的平均周转时间和调度先后顺序。

进程名

到达时间

服务时间

A

0

1

B

1

100

C

2

1

D

3

100

8．银行家算法中，若出现下述资源分配情况：

Process

Allocation

Need

Avilable

P0

0032

0012

1622

P1

1000

1750

P2

1354

2356

P3

0332

0652

P4

0014

0656

试问：

（1）该状态是否安全？

（2）若进程P2提出请求Request（1,2,2,2）后，系统能否将资源分配给它？

9．资源分配图法判断下图中是否存在死锁。

答：

第四章：

存储器管理

1．简述存储器层次结构分几层，每层存放什么数据，作用是什么？

答：

按照与CPU的接近程度，存储器分为内存储器与外存储器，简称内存与外存。

内存储器又常称为主存储器（简称主存），属于主机的组成部分；外存储器又常称为辅助存储器（简称辅存），属于外部设备。

CPU不能像访问内存那样，直接访问外存，外存要与CPU或I/O设备进行数据传输，必须通过内存进行。

在80386以上的高档微机中，还配置了高速缓冲存储器（chache），这时内存包括主存与高速缓存两部分。

对于低档微机，主存即为内存。

2．分区存储管理中常用哪些分配策略？

比较它们的优缺点。

答：

分区存储管理中常采用的分配策略有：

首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适应算法、最坏适应算法。

a.首次适应算法的优缺点：

保留了高址部分的大空闲区，有利于后到来的大型作业的分配；低址部分不断被划分，留下许多难以利用的、小的空闲区，且每次分区分配查找时都是从低址部分开始，会增加查找时的系统开销。

b.循环首次适应算法的优缺点：

使内存中的空闲分区分布得更为均匀，减少了查找时的系统开销；缺乏大的空闲分区，从而导致不能装入大型作业。

c.最佳适应算法的优缺点：

每次分配给文件的都是最适合该文件大小的分区；内存中留下许多难以利用的小的空闲区。

d.最坏适应算法的优缺点：

给文件分配分区后剩下的的空闲区不至于太小，产生碎片的几率最小，对中小型文件分配分区操作有利；使存储器中缺乏大的空闲区，对大型文件的分区分配不利。

3．分页和分段存储管理有何区别？

实现时需要什么硬件支持？

页表项和段表项中各含有什么信息项？

答：

（1）区别：

在分页式存储管理中,页的划分---即逻辑地址划分为页号和单元号是用户不可见的,连续的用户地址空间将根据页框（块）的大小自动分页。

在分段式存储管理中,地址结构是用户可见的,即用户知道逻辑地址如何划分为段号和单元号,用户在程序设计时,每个段的最大长度受到地址结构的限制,进一步,每一个程序中允许的最多段数也可能受到限制。

4．具有快表的段页式存储管理方式中，如何实现地址变换？

答：

首先设置一段表寄存器，在其中存放段表始址和段长SL，进行地址变换时，利用段号S与段长SL进行比较，若S

在具有快表的段页式存储管理方式中，段表和页表被放在快表内，每次访问它时，利用段号和页号去访问快表，若找到匹配项，便可以从中得到相应的物理块号，用来和业内地址一起生成物理地址；若找不到匹配项，则需3次访问内存，得到物理块号，并将其抄入快表。

快表已满时，则通过适当的算法，换出最近最久没有被访问的项。

5．虚拟存储器有那些特征？

其中最本质的特征是什么？

答：

a.虚拟存储器具有离散性，多次性，对换性和虚拟性的特征；b.其中最本质的特征是离散性。

6．图示并解释请求分页式存储管理地址转换过程。

答：

7．图示并解释请求分段式存储管理地址转换过程。

8．一个请求分页系统中，采用FIFO页面置换算法时，假如一个作业的页面走向为4、3、2、1、4、3、5、4、3、2、1、5，当分配给该作业的物理块数M分别为3和4时，试计算在访问过程中所发生的缺页次数和缺页率，并比较所得结果。

答：

M=3时

444111555555

33344444222

2223333311

调入调入调入替换替换替换替换命中命中替换替换命中

缺页率=9/12=75%

M=4时

444444555511

33333344445

2222223333

111111222

调入调入调入调入命中命中替换替换替换替换替换替换

缺页率=10/12=83.3%

9．一个作业按依访问如下页面7、0、1、2、0、3、0、4、2、3、0、3、2、1、2、0、1、7、0、1，若分配给该作业的物理块数M为3，计算在Optical、FIFO和LRU置换算法下的缺页中断次数和缺页率。

10．说明请求分段系统中缺页中断处理过程。

答：