操作系统复习答案

操作系统复习 第一部分 操作系统引论(1) 操作系统的主要功能及基本特征 操作系统的主要功能 一、处理机管理功能 1. 进程控制2. 进程同步 3. 进程通信 4. 调度 二、存储器管理功能 1. 内存分配 2.地址映射 3.内存保护 4.内存扩充 三、设备管理功能 缓冲管理、设备分配和设备处理，以及虚拟设备等功能 四、文件管理功能 1. 文件存储空间的管理 2. 目录管理3. 文件的读/写管 理和保护 文件安全性管理 提供用户接口 五、OS 为用户提供良好接口 基本特征：1.并发 并行性与并发性这两个概念是既相似又区别的两个概念。并行性是指两个 或者多个事件在同一时刻发生，这是一个具有微观意义的概念，即在物理上这 些事件是同时发生的；而并发性是指两个或者多个事件在同一时间的间隔内发 生，它是一个较为宏观的概念。 2.共享 (sharing) 所谓共享是指，系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。由 于资源的属性不同，故多个进程对资源的共享方式也不同，可以分为：互斥共 享方式 和 同时访问方式 3.虚拟 (virtual) 是指通过技术把 一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。在操作系统中虚 拟的实现主要是通过分时的使用方法。显然，如果 n 是某一个物理设备所对应 的虚拟逻辑设备数，则虚拟设备的速度必然是物理设备速度的 1/n。 4.异步 (asynchronism) 进程以人们不可预知的速度向前推进，即进程异步性 基本的操作系统及各自的特征 单道批处理系统（1、自动性 2、顺序性 3、单道性） 多道批处理系统 :(1) 资源利用率高。 (2) 吞吐量大。 (3) 周转时间长。 （4）无交互能力 （网：1、多道性 2、无序性 3、调度性） 分时系统（1、多路性 2、独立性 3、及时性 4、交互性） 实时系统（1、多路性 2、独立性 3、及时性 4、交互性 5、可靠性。多级容 错保证） 操作系统的基本职能 操作系统的主要功能 ：1 处理机管理功能 2 存储器管理功能 3 设备管理功 能 4 文件管理功能 操作系统具有如下几方面功能。 1. 存贮管理。为每个程序分配足够的存贮空间。 2. CPU 管理。为每一道程序分配一个优先数，优先数大的程序总是优先 占有 CPU。采用一定调度方法，使各个终端按一定的时间片轮转方式轮流占 用 CPU。 3. 设备管理。控制外部设备的操作，以及在多个作业间分配设备。从分 配的角度看，外部设备可分为共享设备（可以同时为多个用户服务，例如磁 盘机）和独占设备（在一段时间内只能为一个用户服务，如打印机） 。对于 独占设备，系统可以按照一定策略把它轮流分配给请求使用的用户，也可以 采用虚拟设备的方法，例如将行式打印机作为虚拟设备，用户的打印输出申 请由操作系统先转换成写盘操作，待将打印信息暂时存盘，到适当时候由操 作系统控制，成批向打印机输出，这种方法也叫假脱机打印。它提供了设备 效率，也避免了在用计高峰时间因输出操作而过多占用 CPU 时间。 4. 文件管理。向用户提供有关文件的建立、删除、读取、或写入信息方面 的服务。 为了使系统中所有的用户都能得到及时的响应，该操作系统应该是（分 时系统） 第一部分 操作系统引论(2) 设计批处理多道系统时，首先要考虑的是（系统效率和吞吐量） 操作系统是一种（B ） 。 A.应用软件 B. 系统软件 C.通用软件 D. 工具软件 引入多道程序的目的 引入多道程序的目的在于充分利用CPU，减少CPU等待时间在计算机内存中同 时存放若干道已开始运行且尚未结束的程序，它们交替运行，共享系统中的 各种硬,软件资源，从而使出立即得到充分利用 （书）提高CPU的利用率；可提高内存和I/O设备利用率；增加系统吞吐量 并发性 并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。在多道程序环境下， 并发性是指在一段时间内，宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理机系 统中，每一时刻却仅能有一道程序执行，故微观上这些程序只能是分时地交 替执行。倘若在计算机系统中有多个处理机，则这些可以并发执行的程序便 可被分配到多个处理机上，实现并行执行，即利用每个处理机来处理一个可 并发执行的程序，这样，多个程序便可同时执行。 第二部分 进程管理(1) 进程的定义、结构、特征 较典型的进程定义有： (1) 进程是程序的一次执行。 (2) 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动。 (3) 进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调 度的一个独立单位。 在引入了进程实体的概念后，我们可以把传统 OS 中的进程定义为： “进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位”。 结构：进程控制块（PCB）+ 数据段+程序段 特征： 1) 结构特征：进程控制块（PCB）+ 数据+程序段 2) 动态性 ：进程一次执行过程；产生、灭亡 3) 并发性 ：并发执行 4) 独立性：独立运行、独立分配资源、独立调度单位 5) 异步性 ：不可预知速度运行 进程和程序的区别 进程与程序的区别 (1)程序是指令的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概 念。而进程是程序在处理机上的一次执行过程，它是一个动态的概念。 (2)程序可以作为一种软件资料长期存在，而进程是有一定生命期的。程序 是永久的，进程是暂时的。 (3)进程更能真实地描述并发，而程序不能 (4)进程包括程序和数据+PCB 两部分 (5)进程具有创建其他进程的功能，而程序没有 (6)同一程序同时运行于若干个数据集合上，它将属于若干个不同的进程。 也就是说同一程序可以对应多个进程 前趋图 P35 前趋图是一个有向无循环图，记为 DAG，用于描述进城之间执行的前 后关系 前趋图中的每个结点可以表示一个程序段或一个进程乃至一条语句，结 点间的有向边表示两个结点之间存在偏序或前趋关系。 进程的三种基本状态及转换图 (1)就绪(Ready)状态 (2)执行状态 (3) 阻塞状态 具有挂起状态的进程转换图 临界资源？临界区？访问临界区的原则 答：临界资源：一次仅允许一个进程使用的共享资源 临界区：在每个进程中访问临界资源的那段程序 访问临界区应遵循下述四条准则： (1) 空闲让进。当无进程处于临界区时，应允许一个请求进入临界区的 进程立即进入自己的临界区。 (2) 忙则等待。当已有进程进入临界区时，其它试图进入临界区的进程 必须等待，以保证对临界资源的互斥访问。 (3) 有限等待。对要求访问临界资源的进程，应保证在有限时间内能进 入自己的临界区，以免陷入“死等”状态。 (4) 让权等待。当进程不能进入自己的临界区时，应立即释放处理机， 以免进程陷入“忙等”状态。 进程间同步和互斥的含义 同步：同步是进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系，同步进 程间具有合作关系，在执行时间上必须按一定的顺序协调进行 互斥：互斥是并发执行的多个进程由于竞争同一资源而产生的相互排斥的关 系，互斥进程彼此在逻辑上是完全无关的，它们的运行不具有时间次序的特 征 在操作系统中，P 操作和 V 操作的内容 P 操作 (Wait 操作)：申请一个单位资源 V 操作 (Signal 操作)：释放一个单位资源 程序的并发执行和顺序执行特征 并发执行特征： (1)间断性：执行-暂停-执行 (2) 失去封闭性：资源共享 (3) 不可再现性：结果不同 间断性；失去封闭性；不可再现性 顺序执行特征：顺序性；封闭性；可再现性 第二部分 进程管理(2) 对于整形信号量，在执行一次 V 操作时，信号量的值应( +1) 当前进程因时间片用完而让出处理机时，该进程的状态转换( 从执行状态到就绪状 态) 进程控制块是描述进程状态和特性的数据结构，一个进程（ D ） 。 A、可以有多个进程控制块 B、可以和其他进程共用一个进程控制块 C、可以没有进程控制块 D、只能有惟一的进程控制块 进程的高级通信机制不包括（ D ） A、共享存储器系统 B、消息传递系统 C、管道通信 D、RAID 第二部分 进程管理(3) 多个进程的实体能存在于同一内存中，在一段时间内都得到运行。这种 性质称作进程的（ B ） 。 A、动态性 B、并发性 C、调度性 D、异步性 某进程由于需要从磁盘上读入数据而处于阻塞状态。当系统完成了所需 的读盘操作后，此时该进程的状态将（从阻塞到就绪） 。 任何两个并发进程之间可能存在(同步或互斥关系) 操作系统中，进程分类 第二部分 进程管理(4) 桌上有一空篮，最多允许放一只彩球。爸爸可向盘中放一个红色彩球或 放一个绿色彩球，儿子专等拿取盘中的红球玩耍，女儿专等拿取绿球玩 耍。用 P、V 操作实现爸爸、儿子、女儿三个并发进程的同步 。 类似：桌上有一空盘，允许存放一只水果。爸爸可向盘中放苹果，也可 向盘中放桔子，儿子专等吃盘中的桔子，女儿专等吃盘中的苹果。规定当盘 空时一次只能放一只水果供吃者取用，请用 P、V 原语实现爸爸、儿子、女 儿三个并发进程的同步。 分析 在本题中，爸爸、儿子、女儿共用一个盘子，盘中一次只能放一个水果。 当盘子为空时，爸爸可将一个水果放入果盘中。若放入果盘中的是桔子，则 允许儿子吃，女儿必须等待；若放入果盘中的是苹果，则允许女儿吃，儿子 必须等待。本题实际上是生产者-消费者问题的一种变形。这里，生产者放入 缓冲区的产品有两类，消费者也有两类，每类消费者只消费其中固定的一类 产品。 解：在本题中，应设置三个信号量 S、So 、Sa，信号量 S 表示盘子是否为 空，其初值为 l；信号量 So 表示盘中是否有桔子，其初值为 0；信号量 Sa 表 示盘中是否有苹果，其初值为 0。同步描述如下： int S1; int Sa0; int So0; main() cobegin father(); /*父亲进程*/ son(); /*儿子进程*/ daughter(); /*女儿进程*/ coend father() while(1) P(S); 将水果放入盘中; if（放入的是桔子）V(So); else V(Sa); son() while(1) P(So); 从盘中取出桔子; V(S); 吃桔子; daughter() while(1) P(Sa); 从盘中取出苹果 V(S); 吃苹果; 第二部分 进程管理(5) 四个进程 A、B、C、D 都要读一个共享文件 F，系统允许多个进程同时读 文件 F，但限制是：进程 A 和进程 C 不能同时读文件 F，进程 B 和进程 D 也不能同时读文件 F。 请回答下面的问题： (1)应定义的信号量及初值： (2)试采用适当的 P、V 操作来完成各进程对文件的读操作，以保证它们能正确 并发工作： A() B() C() D() 1; 3; 5; 7; read F; read F; read F; read F; 2; 4; 6; 8; 思考题解答： （1）定义二个信号量 S1、S2 ，初值均为 1，即： S1=1，S2=1。其中进程 A 和 C 使用信号量 S1，进程 B 和 D 使用信号量 S2。 （2）从1到 8分别为： P(S1) V(S1) P(S2) V(S2) P(S1) V(S1) P(S2) V(S2) 第二部分 进程管理(6) 用 P、V 操作解决下图之同步问题：一组 get 进程负责往缓冲池 S 中输入 数据， 一组 put 进程负责从缓冲池 S 中取出数据用于处理（设缓冲池中 有缓冲区 N 个） 。 第二部分 进程管理(7) 如图所示，四个进程和四个信箱 ，进程间借助相邻信箱传递消息，即 Pi 每次从 Mi 中取一条消息，经加工后送入 Mi+1 ，其中 Mi(i=03)分别 可存放 3，3，2，2 个消息。初始状态下，M0 装了 3 条消息，其余为空。 试以 P、V 操作为工具，写出 Pi (i=03)的同步工作算法。 答： 同步信号量：SMi（i=03 ） ，信箱 Mi 中的消息数目，初值分别为 3，0，0，0 TMi（i=03） ，信箱 Mi 中还可容纳的消息数目，初值分别为 0，3，2，2 互斥信号量：Mutexi（i=03） ， 临界资源信箱 Mi，初值分别为 1，1，1，1 Pi （i=03）： P(SMi); P(Mutexi); 从信箱 Mi中取消息； V(Mutexi); V(TMi); 加工； P(TM(i+1)mod 4); P(Mutex(i+1)mod 4); 放入信箱 M(i+1)mod 4中； V(Mutex(i+1)mod 4); V(SM(i+1)mod 4); 第二部分 进程管理(8) 动物园的饲养员喂黑熊，饲养员苹果到盆中，黑熊从盆中抓走苹果吃掉， 盆中只能放一个苹果。分别用饲养员进程、黑熊进程模拟饲养员喂黑熊 的过程，请用 P、V 操作（即 wait 和 signal）利用信号量机制实现这两 个进程同步 （提示：进程饲养员、黑熊互斥使用盆，饲养员要用空盆，黑熊要吃盆中的苹 果） 解 设置三个信号量:互斥信号量 S=1盆、S1=1 空间、S2=0苹果 饲养员 黑熊 P（S1） P（S2） P（S） P（S） 放 取 V（S） V（S ） V（S2） V（S1） 第二部分 进程管理(9) 设有一台计算机，有两条 I/O 通道，分别接一台卡片输入机和一台打印机。卡 片机把一叠卡片逐一输入到缓冲区 B1 中，加工处理后再搬到缓冲区 B2 中，并 在打印机上印出，问： （1）系统要设几个进程来完成这个任务？各自的工作是什么？ （2）这些进程间有什么样的相互制约关系？ （3）用 P、V 操作写出这些进程的同步算法。 答：系统可设三个进程来完成这个任务：R 进程负责从卡片输入机上读入卡 片信息，输入到缓冲区 B1 中；C 进程负责从缓冲区 B1 中取出信息，进行加工 处理，之后将结果送到缓冲区 B2 中；P 进程负责从缓冲区 B2 中取出信息，并 在打印机上印出。 R 进程受 C 进程影响，B1 放满信息后 R 进程要等待等 C 进程将其中信息 全部取走，才能继续读入信息；C 进程受 R 进程和 P 进程的约束：B1 中信息放 满后 C 进程才可从中取出它们，且 B2 被取空后 C 进程才可将加工结果送入其中； P 进程受 C 进程的约束：B2 中信息放满后 P 进程才可从中取出它们，进行打印。 第二部分 进程管理(10) 有两个优先级相同的进程 P1 和 P2，各自执行的操作如右，信号量 S1 和 S2 初 值均为 0。 试问 P1、P2 并发执行后，x、y、z 的值各为多少？ P1： P2： begin begin y:=1; x:=1; y:=y+3 /y=4; x:=x+5; /x=6 V(S1); P(S1); z:=y+1 /z= 5; x:=x+y;/x=10 P(S2); V(S2); y:=z+y z:=z+x; end. end. 10 ，9 ，15 x=10 ， y=19， z=15 ; 10，9，5 第二部分 进程管理(11) 有一个阅览室，读者进入时必须先在一张登记表上进行登记，该表为每一座位 列一表 目，包括座号和读者姓名，读者离开时，要删掉登记的信息，阅览室共有 100 个座试 问：（1）为描写读者动作，应编写几个程序，应设置几个进程？进程与程序间 关系如何？（2）试用 P、V 操作写出这些进程间的同步算法。 答：(1) 应编写 1 个程序；设置 2 个进程； 进程与程序间的对应关系是：多对 1。 (2) begin 信号量 S1:=100 (有 100 个座位) 信号量 S2:=0 (阅读者) 信号量 S: =1 cobegin P1: repeat P(S1); P(S); 登记信息; V(S); V(S2) 就座，阅读； until false coend end 第二部分 进程管理(12) 动物园的饲养员喂黑熊，饲养员苹果到盆中，黑熊从盆中抓走苹果吃掉，盆中 只能放一个苹果。分别用饲养员进程、黑熊进程模拟饲养员喂黑熊的过程，请 用 P、V 操作（即 wait 和 signal）利用信号量机制实现这两个进程同步 解： 设置三个信号量:互斥信号量 S=1盆、S1=1 空间、S2=0苹果 饲养员 黑熊 P（S1） P（S2） P（S） P（S） 放 取 V（S） V（S ） V（S2） V（S1） 第二部分 进程管理(13) 设公共汽车上有一位司机和一位售票员，它们的活动如下，请分析司机与售票 员之间的同步关系，如何用 PV 操作实现。 司机 售票员： 启动车辆 售票 正常行车 开车门 到站停车 关车门 分析：第一步：确定进程间的关系。司机到站停车后，售票员方可工作。同样， 售票员关车门后，司机才能工作。所以司机与售票员之间是一种同步关系。第 二步：确定信号量及其值。由于司机与售票员之间要互通消息，司机进程设置 一个私有信号量 run，用于判断司机能否进行工作，初值为 0。售票员进程设置 一个私有信号量 stop，用于判断是否停车，售票员是否能够开车门，初值为 0。 实现： begin stop ,run:semaphore stop:=0;run:=0; cobegin driver: begin L1: P(run); 启动车辆； 正常行车； 到站停车； V(stop); goto L1; end; conductor:begin L2:上乘客； 关车门； V(run); 售票； P(stop); 开车门； 下乘客； goto L2; end; coend; end; 第二部分 进程管理(14) 设自行车生产线上有一只箱子，其中有 N 个位置（N=3）每个位置可放一个车 架或一个车轮；又设有三个工人，其活动分别为：工人 1 生产车架，工人 2 生 产车轮；工人 3 组装自行车，用 PV 操作实现三个工人的合作 。 信号量：s 箱子空位置=n；s1 车架=0；s2 车轮=0；mutex=1 信号量： s 箱子空位置=n ; s1 车架=0； s2 车轮=0； mutex=1 cj 车架最多位置=n-2; cl 车轮最多位置=n-1 工人 1 工人 2 Repeat Repeat 加工一个车架 加工一个车轮 P(cj) P(cl) P(s) P(s) P(mutex) P(mutex) 车架放入箱中 车轮放入箱中 V(mutex) V(mutex) V(s1) V(s2) 工人 3 Repeat P(s1);P(mutex) 取一个车架; V(mutex) P(s2); P(s2);P(mutex) 取 2 个车轮; V(mutex) V(s);V(s);V(s) V(cj);V(cl);V(cl) 组装一台自行车 第二部分 进程管理(15) 用 P.V 操作解决下图之同步问题：get 进程负责往单缓冲区 S 中输入数据， copy 进程负责将单缓中区 S 中的数据复制到单缓冲区 T， put 进程负责从单缓 中区 T 中取出数据用于处理。 信号量 ms:1，s12:0,mt:1,s23:0 Get 进程 copy 进程 put 进程 Repeat Repeat Repeat 生产数据 P（s12） P（s23） P(ms) 复制 S 数据 从 T 中取数 据 放入 s 中 V（ms） V（mt） V（s12） P(mt) Until false Until false 数据放入 T 中 V（s23） Until false 第三部分 处理机调度(1) 处理机调度 答： 进程的调度方式（抢占式调度和非抢占式调度） 调度算法 答：先来先服务调度算法FCFS 短作业(进程)优先调度算法SJ(P)F 高优先权优先调度算法 基于时间片的轮转调度算法 死锁的原因，四个必要条件 答：原因：竞争资源引起进程死锁；进程推进顺序不当引起死锁 条件：1.互斥条件：指进程对所分配到的资源进行排他性使用，即在一 段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其他进程请求 该资源，则请求者只能等待，直至占有该资源的进程用毕释放。 2.请求和保持条件：指进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的 资源请求，而该资源又被其他进程占有，此时请求进程阻塞，但又对 自己已获得的其他资源保持不放。 3.不剥夺条件：指进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺， 只能在使用完时由自己释放。 4.环路等待条件：指在发生死锁时，必然存在一个“进程资源” 的环 形链，即进程集合P0,P1,P2,Pn中的 P0 正在等待一个 P1 占用的资 源；P1 正在等待一个 P2 占用的资源，Pn 正在等待一个已被 P0 占用的资源。 处理死锁的方法 答：一、预防死锁消除产生死锁的必要条件 二、避免死锁分配资源时防止进入不安全状态 三、检测死锁不预防死锁，出现死锁就解除 四、解除死锁与检测死锁配合使用 死锁的预防措施、优缺点 答：1、摒弃“请求和保持”条件 静态资源分配法 优点：算法简单、易于实现且很安全 缺点：资源浪费严重，进程延迟运行。 2、摒弃“不剥夺”条件 系统规定，进程是逐个地提出对资源的要求的。当一个已经保持了某些 资源的进程，提出新的要求不被满足时必须释放它已经保持的所有资源，待 以后需要时再重新申请。从而摒弃了“不剥夺”条件。 该方法实现起来比较复杂且付出很大代价。可能会造成前功尽弃，反复 申请和释放(抖动)情况。 3、摒弃“环路等待”条件 有序资源分配法：与前两种策略比较，资源利用率和系统吞吐量都有较明显 的改善。但也存在严重问题：为资源编号限制新设备的增加；进程使用设备 顺序与申请顺序相反；限制用户编程自由。 银行家算法 银行家算法 设 Requesti 是进程 Pi 的请求向量，如果 Requesti j=K，表示进程 Pi 需 要 K 个 Rj 类型的资源。当 Pi 发出资源请求后，系统按下述步骤进行检查： 第三部分 处理机调度(2) 为了使系统中各部分资源得到均衡使用，就必须选择对资源需求不同的 作业进行合理搭配。这项工作是由（作业调度 ）完成的。 一种既有利于短小作业又兼顾到长作业的作业调度算法是( C ) A、先来先服务 B、时间片轮转 C、最高响应比优先 D、短作业优先 在单处理器的多进程系统中，进程什么时候占用处理器和能占用多长时 间，取决于( C 进程自身和进程调度策略 ) 第三部分 处理机调度(3) 某作业 8：00 到达系统，估计运行时间为 1 小时，若 10：00 开始执行该 作业，其响应比是( 3 ) 资源预先分配策略可以实现死锁的（ 预防 ） 若系统中有五台打印机，有多个进程均需要使用两台，规定每个进程一 次仅允许申请一台，则至多允许( D )个进程参于竞争，而不会发生 死锁。 A、5 B、2 C、3 D、4 第三部分 处理机调度(4) 假定在单 CPU 条件下有下列要执行的作业： （1）分别用一个执行时间图描述在下列算法时各自执行这些作业的情况： FCFS、RR（时间片1）和非抢占式优先级。 （2）对于上述每种算法，计算各个 作业的周转时间、平均周转时间、带权周转时间、平均带权周转时间是多少 5 4 5 2 答案为五个作业 第三部分 处理机调度(5) 假设某系统有同类资源 12 个，有三个进程 P1，P2，P3 来共享，已知 P1、P2、P3 所需要资源总数分别为 8，6，9，它们申请资源的次序和数 量如表所示，系统采用银行家算法为它们分配资源。 （1）试分析哪次申请分配会使系统进入不安全状态？ （2）在安全分配资源前提下，执行完序号为 6 的申请后，各进程的状态和各进 程已占用的资源数？ 此时的安全序列？ 答 ： (1)若序号为 4 或 5 的申请被满足，则系统会进入不安全状态；因为若序 号 4 的申请被满足，则此系统还剩下 1 个资源，这一个资源不能满足任何一个 进程的最大需求，进入了不安全状态，同样，序号为 5 的申请若被满足，则每 个进程仍然需要再申请资源，而此时系统已没有资源可分。(4 分) (2)序号为 1、2、3、6 的申请可以得到满足，序号 4、5 的申请将被拒绝，这个 时候，各个进程的状态和所占有资源数如下： P1：处于等待状态，占有 4 个资源。 (2 分) P2：处于就绪状态或等待状态，占有 6 个资源。 (2 分) P3：处于等待状态，占有 2 个资源。 (2 分) 第四部分 存储器管理(1) 内存管理的功能 答：存储管理的功能主要有下列四个方面：(1)主存空间的分配和去 配，以主存空间分配表为依据作主存分配，并在作业撤离后回收主 存空间。(2)实现逻辑地址到绝对地址的转换，这种转换需要与硬件 配合完成。(3)主存空间的共享与保护。(4) 主存空间的扩充，采用 某些技术，为用户提供一个虚拟存储器。 分页和分段的区别 答：分页和分段有许多相似之处，但是在概念上两者完全不通，主要表现在： 页是信息的物理单位，分页是为了系统管理内存的方便而进行的，故 对用户而言，分页是不可见的，是透明的；段是信息的逻辑单位，分段是作 业逻辑上的要求，对用户而言，分段是可见的页的大小是固定的，由系统 决定；段的大小是不固定的，由用户作业本身决定从用户角度看，分页的 地址空间是一维的，而段的地址空间是二维的 缺页中断和普通中断的异同点 答：缺页中断同一般中断都是中断，相同点是： 保护现场 中断处理 恢复现场 不同点： 一般中断是一条指令完成后接受和处理中断，缺页中断是一条指令执行 过程中产生和处理中断 一条指令执行时可能产生多个缺页中断。如指令可能访问多个内存地址， 这些地址在不同的页中。 （网）缺页中断与一般中断的区别；页面分配与置换策略；页面置换算法，注 意比较；有效访问时间、工作集概念；抖动的产生和预防；请求分段，硬件支 持，缺段中断与地址变换 虚拟存储器？虚拟存储器的特征 答：虚拟存储器:具有请求调入和置换功能,能从逻辑上对内存容量加以扩充 的一种存储器系统.其容量=内存+外存,速度-内存,成本-外存 虚拟存储器的特征 ： 1. 多次性：一个作业被分成多次调入内存运行 2. 对换性：允许在作业的运行过程中进行换进、换出。 3. 虚拟性：能够从逻辑上扩充内存容量，使用户所看到的内存容量远大于 实际内存容量。 支持虚拟存储器的技术 答：1）硬件支持： （1） 请求分页的页表机制 （2） 缺页中断机构 （3） 地址变换机构 2）实现请求分页的软件 这里包含有用于实现请求调页的软件和实现页面置换的软件。 分页式虚拟存贮，页表的内容及涵义 答： 第四部分 存储器管理(2) 可变分区存储管理系统中，若采用最佳适应分配算法， “空闲区表”中的 空闲区可按（长度递增 ）顺序排列 虚拟存储管理策略可以（ (A)扩大逻辑内存容量 ） (A)扩大逻辑内存容量 (B)扩大物理内存容量 (C)扩大逻辑外存容量 (D)扩大物 理外存容量 请求分页存储管理中，若把页面尺寸增加一倍，在程序顺序执行时，则 一般缺页中断次数会（ 减少 ） 在可变分区存储管理中，循环首次适应算法要求对空闲区表项按( 地址 从小到大)进行排列 在分页存储管理系统中，从页号到物理块号的地址映射是通过（ 页表 ）实现的 第四部分 存储器管理(3) 在以下存贮管理方案中，不适用于多道程序设计系统的是( A ) A.单用户连续分配 B.固定式分区分配 C.可变式分区分配 D.页式存贮管理 在可变式分区分配方案中，某一作业完成后，系统收回其主存空间，并 与相邻空闲区合并，为此需修改空闲区表，造成空闲区数减 1 的情况是( D ) A.无上邻空闲区，也无下邻空闲区 B.有上邻空闲区，但无下邻空闲区 C.有下邻空闲区，但无上邻空闲区 D.有上邻空闲区，也有下邻空闲区 第四部分 存储器管理(4) 在请求分页系统中，地址变换过程产生中断的原因 答：（网）在采用请求分页式存储管理的系统中，地址变换过程可能会因为 缺页和越界和访问权限错误等原因而产生中断。 设有 8 页的逻辑空间，每页有 1024B，它们被影射到 32 块的物理内存中， 那么逻辑地址的有效位是 13 ；物理地址至少 15 位 在请求分段存储管理中，系统必须至少具有三种支持机构 P144 答：（1）请求分段的段表机制 （2）缺段中断机构 （3）地址变化机构 程序在装入内存三种方式 答：（网）将一个装入模块装入时，可采用以下三种方式： 1、绝对装入方式： 由装入程序根据装入模块中的地址，将程序和数据装入内存； 2、可重定位方 式：由装入程序根据内存当时的实际使用情况，将装入模块装入到内存中的适 当地方； 3、动态运行时装入方式。 1绝对装入方式(Absolute Loading Mode) 在编译时，编译程序将产生绝对地址的目标代码-绝对装入。 2可重定位装入方式(Relocation Loading Mode) 在多道程序环境下，所得到的目标模块的起始地址通常是从 0 开始的，程 序中的其它地址也都是相对于起始地址 0 计算的。此时应采用可重定位装入方 式。 3动态运行时装入方式(Dynamic Run-time Loading) 在运行过程中它在内存中的位置可能经常要改变，此时就应采用动态运 行时装入的方式。 装入内存的所有地址都仍是相对地址，地址变换在运行时才执行 内存中无法被利用的存储空间称为 （ ） 第四部分 存储器管理(6) 在分页存储管理系统中，逻辑地址的长度为 16 位，页面大小为 8K，现 有两个逻辑地址分别为 2F6AH、1E5BH，且第 0、1、2 页依次存放在物理 块 5、10、11 中，问相应的物理地址是多少 第四部分 存储器管理(7) 段表如右，回答下列问题： （1）计算该作业访问 0，216，1，120，2，210，3，456 时的绝对地 址； （2）总结段式存储管理的地址转换过程。 第四部分 存储器管理(5) 在一个采用页式虚拟存储管理的系统中，有一用户作业，它依次要访问 的字地址序列是： 115，228，120，88，446，102，321，432，260，167，若该作业的第 0 页已经装入主存，现分配给该作业的主存共 300 字，页的大小为 100 字， 请回答下列问题： （1）按 FIFO 调度算法将产生几次缺页中断，依次淘汰的页号为多少，缺页中 断率为？ （2）按 LRU 调度算法将产生几次缺页中断，依次淘汰的页号为多少，缺页中断 率为？ （3）按 OPT 调度算法将产生几次缺页中断，依次淘汰的页号为多少，缺页中断 率为？ 第五部分 设备管理(1) 设备管理的主要功能 答：主要功能：缓冲区管理、设备分配、设备处理、虚拟设备及设备独立性等 I/O 设备分类 答：1按操作特性分类 (1) 存储设备(辅存) (2) 输入/输出(I/O)设备 (3) 交互式设备(交互式电子白) 2按信息交换的单位分类 (1) 字符设备 (慢) (2) 块设备 (快) 3按设备的共享属性分类 (1) 独占设备 (2) 共享设备 (3) 虚拟设备 4按设备的传输速率分类 (1) 低速设备 (2) 中速设备 (3) 高速设备 通道是一种特殊的处理机 ？ 答：实际上 I/O 通道是一种特殊的处理机，它具有执行 I/O 指令的能力，并 通过执行通道程序来控制 I/O 操作。与一般处理机不同于两方面： 1.指令类型单一，只用于 I/O 操作； 2.通道没有内存，它与 CPU 共享内存。 设备 I/O 方式 答：程序 I/O 方式 (programmed I/O) CPU and Device can not work in parallel 中断方式 (interrupt) CPU and device can work in parallel, too many interrupts for CPU 通道方式 (channel) special processor for dealing with i/o operations 直接存储器访问方式 (DMA) DMA controller in charge of block i/o 引入缓冲的原因 答：引入缓冲区的主要原因归结为以下几点： 1. 缓和 CPU 与 I/O 设备间速度不匹配的矛盾。 2. 减少对 CPU 的中断频率，放宽对 CPU 中断响应时间的限制。 3. 提高 CPU 和 I/O 设备之间的并行性。 设备独立性 答：为了提高 OS 的可适应性和可扩展性，在现代 OS 中都毫无例外地实现了设 备独立性(Device Independence)，也称为设备无关性。其基本含义是: 应用程 序独立于具体使用的物理设备。为了实现设备独立性而引入了逻辑设备和物理 设备这两个概念。 在应用程序中，使用逻辑设备名称来请求使用某类设备；而系统在实际执 行时，还必须使用物理设备名称。因此，系统须具有将逻辑设备名称转换为某 物理设备名称的功能. 在实现了设备独立性的功能后，可带来以下两方面的好 处。 1) 设备分配时的灵活性 2) 易于实现 I/O 重定向:用于 I/O 操作的设备可以更换 Spooling 系统的组成 、处理过程、 （特点=主要功能） 答：主要有三大部分 1. 输入井和输出井。是磁盘上开辟的两个大存储空间。输入井模拟脱机输 入的磁盘设备，输出井模拟脱机输出时的磁盘。 2. 输入缓冲区和输出缓冲区。输入缓冲区暂存由输入设备送来的数据，后 送输入井；输出缓冲区暂存从输出井送来的数据，后送输出设备。 3. 输入进程和输出进程。利用两个进程模拟脱机 I/O 时的外围处理机。 处理过程：用进程 Spi 模拟脱机输入时的外围控制机，将用户要求的数据从 输入机通过输入缓冲区再送到输入井。当 CPU 需要输入数据时，直接从输入 井读入内存。 用 SPO 进程模拟脱机输出时的外围控制机，把用户要求输出的数据先从内存 送到输出井，待输出设备空闲时，再将输出井中的数据经过输出缓冲区送到 输出设备上。 特点： 1. 提高了 I/O 的速度。CPU-输入输出井 ，提高了 I/O 速度,缓和了 CPU 和 I/O 设备速度不匹配的矛盾。 2. 将独占设备改造为共享设备。并没有为进程分配设备，只是在输入井或 输出井中为进程分配一个存储区和建立一张 I/O 请求表。这样，便把独 占设备改造为共享设备。 3. 实现了虚拟设备功能。 SPOOLing 系统实现了将独占设备变换为若干台 对应的逻辑设备的功能。 主要功能： 第五部分 设备管理(2) 磁盘调度算法 答：先来先服务 FCFS：公平，简单，每个进程的请求都能依次得到处理。没有 对寻道优化，平均寻道时间长。 最短时间优先调度算法 SSTF：要求访问的磁道是当前磁头所在的磁道最近， 每次寻道时间最短。可能导致一些请求无限期推延。 电梯调度算法 SCAN：不仅考虑当前磁道的距离，优先考虑在磁道前进方向 的最短时间，排除磁头在盘面上的往复运动。电梯原理。 N-SCAN：是 SCAN 的改良。磁头改变方向时，以到达请求服务的最短时间。 对中间请求服务更有利。 C-SCAN：磁头单项移动。消除 N-SCAN 对两端请求的不公平。 程序中的输入，输出操作实际上是由( C )完成。 A、程序设计语言 B、编译系统 C、操作系统 D、标准库程序 计算机系统中判别是否有中断事件发生应是在( B ) A、进程切换时 B、执行完一条指令后 C、执行 P 操作后 D、由用户态转入核心态时 第五部分 设备管理(3) CPU 输出数据的速度远远高于打印机的打印速度，为了解决这一矛盾， 可采用（ 缓冲技术 ） 使用户所编制的程序与实际使用的物理设备无关，这是由设备管理的（ 设备独立性 ）功能实现的 SPOOLing 技术可以实现设备的（ C ）分配。 A独占 B共享 C虚拟 D物理 设备的打开、关闭、读、写等操作是由（ 设备驱动程序 ）完成的 第五部分 设备管理(4) 若干个等待访问磁盘者依次要访问的柱面为 20，44，41，4，80，12，76，假设每移动一个柱面需要 3 毫秒时间，移 动臂当前位于 40 号柱面，请按下列算法分别给出各算法的柱面访问序列 并计算为完成上述各次访问总共花费的寻找时间。 （1）先来先服务算法； （2）最短寻道时间优先算法； （3）扫描算法（假设此时磁臂向小号柱面方向移动） 第六部分 文件管理(1) 文件和文件系统，文件管理的功能 答：文件: 具有文件名的一组相关元素集合. 有结构文件:由若干记录组成 无结构文件:字符流 文件系统模型 操作系统中与管理文件有关的软件和数据称为文件系统。文件系统 作为一个统一的信息管理机制，应具有下述功能： （1） 统一管理文件存储空间（即外存） ，实施存储空间的分配 与回收。即在用户创建新文件时为其分配空闲区，而在用户删除或 修改某个文件时，回收和调整存储区。 （2） 确定文件信息的存放位置及存放形式。 （3） 实现文件从名字空间到外存地址空间的映射，实现文件的 按名存取。即文件有一个用户可见的逻辑结构，用户按照文件逻辑 结构所给定的方式进行信息的存取和加工，并且这种逻辑结构是独 立于物理存储设备的，从而使用户不必了解文件存放的物理结构和 查找方法等与存取介质有关的部分，只需给定一个代表某一文件的 文件名，文件系统就会自动地完成对与给定文件名相对应文件的有 关操作。 （4） 有效实现对文件的各种控制操作（如建立、撤销、打开、 关闭文件等）和存取操作（如读、写、修改、复制、转储等） 。 （5） 实现文件信息的共享，并且提供可靠的文件保密和保护措 施。 文件的逻辑组织和物理组织？ 答：1 文件的逻辑组织 文件的逻辑组织通常分为两种形式，即有结构文件和无结构文件。 1）有结构文件 又称作记录式文件，它在逻辑上可被看成一组连续记录的集合，即文件是由 若干个相关的记录组成。每个记录是一组相关的数据集合，用于描述一个对 象某个方面的属性。 记录式文件按其记录的长度是否相同又可分为：定长记录文件和变长记录文 件两种。 2）无结构文件 无结构文件是指文件内部不再划分记录，它是由一组相关信息组成的有序字 符流，即流式文件，其长度直接按字节计算。如大量的源程序、可执行程序、 库函数等采用的文件形式是无结构文件形式。在 UNIX 系统中，所有的普通 文件都被看做是流式文件，系统不对文件进行格式处理。 2 文件的物理组织 几种基本的文件物理存储组织形式： 1）连续文件 连续文件（又称做顺序文件）是基于磁带设备的最简单的物理文件结 构，它是把一个逻辑上连续的文件信息存放在连续编号的物理块（或 物理记录）中。 2）串连文件 为克服连续文件的缺点，可把一个逻辑上连续的文件分散存放在不同 的物理块中，这些物理块不要求连续，也不必规则排列。为了使系统 能找到下一个逻辑块所在的物理块，可在各物理块中设立一个指针 （称为连接字） ，它指示该文件的下一个物理块。 3）FAT 文件 串连文件的缺点可通过把连接字放在一个内存表格中的方式加以克服。 这种在内存中的表格就称为文件分配表（FAT，File Allocation Table） 。 4）索引文件 索引文件是实现非连续分配的另一种方案：系统为每个文件建立一个 索引表。其中的表项指出存放该文件的各个物理块号，而整个索引表 由文件说明项指出。 5）多重索引文件 为了用户使用方便，系统一般不应限制文件的大小。如果文件很大， 那么不仅存放文件信息需要大量盘块，而且相应的索引表也必然很大。 在这种情况下把索引表整个放在内存是不合适的，为此引出多重索引 结构（又称多级索引结构） 。 文件目录管理的要求 答：对目录管理的要求如下： (1)实现“按名存取” 。 (2) 提高对目录的检索速度。合理组织目录结构 (3) 文件共享。 (4) 允许文件重名。 文件存储空间的管理 答: 空闲表法和空闲链表法 外存分配方式和各自的优缺点