操作系统(含课程设计).pdf

学生个人信息 学号 201405 姓名 罗 年级 2014 年春 专业 计算机科学与技术 层次 高中起点专科 第一章 操作系统引论第一章 操作系统引论 1 什么是操作系统 从用户的观点和资源管理的观点来看操作系统各有什么作 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 从用户角度 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 试从交互性 及时性以及可靠性方面 将分时系统与实时系统进行比较 答 1 从交互性分析 分时系统是一种通用系统主要用于运行终端用户程 序 因而它具有较强的交互能力 而实时系统虽然也有交互能力但其 交互能力不及前者 2 从及时性分析 实时信息系统对实用性的要求与分时系统类似 都是 以人所能接收的等待时间来确定 而实时控制系统的及时性则是以控 制对象所要求的开始截止时间和完成截止时间来确定的 3 从可靠性分析 实时系统对系统的可靠性要求比分时系统对系统的可 靠性要求高 3 操作系统需要管理哪些资源 它的基本功能是什么 答 操作系统需要管理设备资源和信息资源两大类 设备资源设备资源指的是组成计算机的硬件设备 如中央处理器 主存储器 磁 盘存储器 打印机 磁带存储器 显示器 键盘输入设备和鼠 标等 信息资源信息资源指的是存放于计算机内的各种数据 如文件 程序库 知识库 系统软件和应用软件等 大体上可以叫软硬件资源 所以操作 系统管理包括进程管理 处理器管理 内存管理 设备管理 文件管理 4 操作系统有哪几大特征 其最基本的特征是什么 答 操作系统有以下四大基本特征 并发性 共享性 虚拟性和异步性 其中 并发性和共享性是最基本的特征 第二章 进程管理第二章 进程管理 1 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 1 PCB 的作用 PCB 用于描述进程的基本情况以及进程运行和变化的过程 它与进程一一对应 当系统创建进程时 系统为进程分配一个 PCB 在 进程运行过程中 系统通过 PCB 对进程实施管理和控制 进程结束时 系统将收回 PCB 2 PCBPCB 中的内容主要包括中的内容主要包括调度信息和现场信息两大部分 调度信息包括进 程名 进程号 优先级 当前状态 资源信息 程序和数据的位置信息 隶属关系和各种队列指针信息等 现场信息主要包括程序状态字 时钟 寄存器和界限寄存器等描述进程运行情况的信息 3 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 系统 是根据进程的 PCB 而不是任何别的什么而感知到该进程的存在 所以说 PCB 是进程存在的唯一标志 2 请画出进程在三种基本状态之间转换的转换图并指出发生转换的原因 答 进程状态转换图如下所示 3 进程在运行时存在那两种制约关系 并举例说明之 答 进程在运行时存在间接相互制约 直接制约两种制约关系 间间接制约关系接制约关系是多个进程间彼此无任何逻辑上的关系 仅由于他们同处 于一个系统共享系统资源而发发生了制约关系 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 他们间存在着间接制约关系 直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 他们间存在着直接制 约关系 因为两个进程必须同步才能完成共同的任务 4 设 S1 S8 为 8 个进程 用信号量 signal 和 wait 操作 实现下图所示进程之 间的前趋关系 答 wait s while S 0 do no op S S 1 Single S S S 1 5 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 根据进程通信时信息量大小的不同 可以将进程通信划分为两大类 型 控制信息的通信和大批数据信息的通信 前者称为低级通信 后者 称为高级通信 用户用低级通信工具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 而高级通信工具高级通信工具则可以弥补这些缺陷 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 低级通信低级通信主要用于进程之间的同步 互斥 终止 挂起等等控制信息的 传递 高级通信高级通信主要用于进程间数据块的交换和共享 当前常见的高级通信工具当前常见的高级通信工具有有管道 PIPE 消息队列 MESSAGE 共 享内存 SHARED MEM0RY 等 第三章 处理机调度与死锁第三章 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 高高级调度级调度又称为作业调度 长程调度 用于决定把外存上后备队列中的 哪些作业调入 内存 并为他们创建进程 分配必要的资源排在 就绪队列上 中级调度中级调度为平衡负载调度 中程调度 低级调度低级调度为进程调度 短程调度 高级调度的主要任务高级调度的主要任务是用于决定把外存上处于后备队列中的作业调入内 存 并为他们创建进程 分配必要的资源 然后再将新创建的 进程插入就绪队列上准备执行 中级调度的主要任务根据存储 资源量和进程的当前状态来决定辅存和主存中进程的对换 低 级调度的主要任务用于绝对就绪队列中的哪个进程应获得处 理机 然后再由分派程序执行 将处理机分配给该程序的具体 操作 2 什么是死锁 产生死锁的原因和必要条件是什么 答 死锁死锁是指多个进程在运行过程中因争夺资源而陷入僵局 产生死锁的原因产生死锁的原因是 1 因为系统资源不足 2 进程运行推进的顺序不合适 3 资源分配不当等 如果系统资源充足 进程的资源请求都能够 得到满足 死锁出现的可能性就很低 否则就会因争夺有限的资 源而陷入死锁 其次 进程运行推进顺序与速度不同 也可能产 生死锁 产生死锁的四个必要条件产生死锁的四个必要条件 1 互斥条件 一个资源每次只能被一个进程使用 2 请求与保持条件 一个进程因请求资源而阻塞时 对已获得的资 源保持不放 3 不剥夺条件 进程已获得的资源 在末使用完之前 不能强行剥夺 4 循环等待条件 若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关 系 3 计算下列 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 每个进程的带权周转时间 进程名 到 达 时 间 服 务 时 间 A 0 1 B 1 100 C 2 1 D 3 100 答 平均周转时间 T 1 1 100 2 1 3 100 4 52 调度先后顺序为 ABCD 4 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 答 1 不安全 2 不会分配给它 第四章 存储器管理第四章 存储器管理 1 为什么采用存储器的层次结构 画出存储器层次结构示意图并指出每层存放 什么数据 每层的作用是什么 答 采用存储器的层次结构 这是因为 1 设置多个存储器可以使存储器两端的硬件能并行工作 2 采用多级存储系统 特别是 Cache 技术 这是一种减轻存储器带宽对系 统性能影响的最佳结构方案 3 在微处理机内部设置各种缓冲存储器 以减轻对存储器存取的压力 增 加 CPU 中寄存器的数量 也可大大缓解对存储器的压力 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 分区存储管理中常用有 固定分区存储管理和可变分区存储管理分配策略 1 固定分区存储管理 固定分区存储管理其基本思想是将内存划分成若干固定大小的 分区 每个分区中最多只能装入一个作业 当作业申请内存时 系统 按一定的算法为其选择一个适当的分区并装入内存运行 由于分区大 小是事先固定的 因而可容纳作业的大小受到限制 而且当用户作业 的地址空间小于分区的存储空间时造成存储空间浪费 2 可变分区存储管理 可变分区存储管理不是预先将内存分区 而是在作业装入内存时 建立分区 使分区的大小正好与作业要求的存储空间相等 这种处理 方式使内存分配有较大的灵活性 也提高了内存利用率 但是随着对 内存不断地分配 释放操作会引起存储碎片的产生 3 虚拟存储器有那些特征 其中最本质的特征是什么 答 1 虚拟存储器具有离散性 多次性 对换性和虚拟性的特征 2 其中最本质的特征是离散性 4 在请求分页系统中 常采用哪几种页面置换算法 指出每种算法的基本思想 5 在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 答 第五章 设备管理第五章 设备管理 1 计算机系统中 I O 设备有哪些分类方式 答 可以从多方面对 I O 设备进行分类 1 按使用特性分类可以划分为 A 存储设备如磁盘 磁带 光盘等 B 输入 输出设备如打印机 键盘 显示器 音声输入 输出设备等等 C 终端设备包括通用终端 专用终端和虚终端 D 脱机设备 2 按所属关系分类可划分为 A 系统设备指在操作系统生成时已经等机载系统中的标准设备如打印 机 磁盘等时钟也是一系统设备 B 用户设备指在系统生成时未登记在系统中的非标准设备 3 按资源分配分类可划分为 A 独占设备通常分配给某个进程在该进程释放之前其他进程不能使用 如打印机和纸带读入机 B 共享设备允许若干个进程同时使用 如磁盘机 C 虚拟设备通过假脱机技术把原来的独占设备改造成若干进程所共享 的设备以提高设备的利用率 4 按传输数据数量分类可划分为 A 字符设备如打印机 终端 键盘等低速设备 B 块设备如磁盘 磁带等高速外存储器 2 简要叙述四种 I O 控制方式的工作过程 并指出每种方式适用于何种场合 答 四种 I O 控制方式 1 程序直接控制方式 CPU 指挥控制器启动设备工作后 反复测试设 备的忙闲标志位 I O 部件状态寄存器中某一位 决定内存和外设 之间是否继续交换一个字节 适用于结构简单 只需少量硬件的电 路 2 中断控制方式 CPU 向外设发出命令后 转去做其他工作 当数据 到达控制器的数据寄存器后 控制器发中断信号 要求 CPU 服务 CPU 执行下一步数据传输 适用于高效场合 3 DMA 方式 允许 DMA 控制器 接管 总线的控制权 直接控制外设 与内存的数据交换 适用于无须 CPU 介入的控制器来控制内存与外 设之间的数据交流的场合 4 通道方式 把对一个数据块的读 或写 为单位的干预 减少为对一 组数据块的读 或写 及有关的控制和管理为单位的干预 同时 又 可实现 CPU 通道和 I O 设备三者的并行操作 适用于以字节为单 位的干预 同时实现 CPU 通道和 I O 设备三者并行操作的场合 3 什么是设备独立性 如何实现设备独立性 答 设备独立性是指操作系统把所有外部设备统一当作成文件来看待 只要 安装它们的驱动程序 任何用户都可以象使用文件一样 操 纵 使用这些设备 而不必知道它们的具体存在形式 为了实现设备的独立性 应引入逻辑设备和物理设备两个概念 在应用程序中 使用逻辑设备名称来请求使用某类设备 而系统执 行时 是使用物理设备名称 鉴于驱动程序是一个与硬件 或设备 紧 密相关的软件 必须在驱动程序之上设置一层软件 称为设备独立性软 件 以执行所有设备的公有操作 完成逻辑设备名到物理设备名的转换 为此应设置一张逻辑设备表 并向用户层 或文件层 软件提供统一 接口 从而实现设备的独立性 4 磁盘访问时间由哪几部分组成 每部分时间应如何计算 答 磁盘访问时间包括以下三个部分 1 寻道时间 Ts 指把磁臂从当前位置移动到指定磁道上所经历的时 间 该时间是启动磁盘的时间 s 与磁头移动 n 条磁道所花费的时间 之和 即 Ts m n s 其中 m 是一常数 与磁盘驱动器的速度 有关 2 旋转延迟时间 Tr 是指定扇区旋转到磁头下面所经历的时间 3 传输时间 Tt 指把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时 间 其与每次所读 写的字节数 bytes 及旋转速度 r 有关 具体为 Tt bytes r bytesPerTrack 其中 bytesPerTrack 为一条磁 道上的字节数 当一次读 写的字节数相当于半条磁道上的字节数 时 Tt 与 Tr 相同 也即 Tr 1 2r 因此可将访问时间 Ta 表示 为 Ta Ts 1 2r bytes r bytesPerTrack 5 目前常用的磁盘调度算法有哪些 每种算法优先考虑的问题是什么 答 目前常用的磁盘调度算法有 3 种 包括 FCFS SSTF 和 SCAN 它们优先考虑的问题分别如下 FCFS 即先来先服务 优先考虑请求的先后次序 SSTF 即最短寻道优先 优先考虑寻道时间短的请求 SCAN 即扫描算法 主要从寻道较短且无 饥饿 现象两方面考虑 目前该算法又发展了多个修正版本 电梯调度算法就是其中之 一 第六章 文件管理第六章 文件管理 1 什么是文件的逻辑结构和物理结构 按照这两种结构文件可以分为哪些类 别 各有什么特点 答 文件的逻辑结构 从用户观点出发所观察到的文件组成形式 是用户可 以直接处理的数据及其结构 独立于文件的物理特性 又称文件组织 文件的物理结构 又称为文件的存储结构 是指文件在外存上的存储组 织形式 文件的逻辑结构可分为有结构文件和无结构文件 有结构文件是指由一个 以上的记录构成的文件 又称为记录式文件 根据记录的长度又可分为定长和不定长两类 定长记录 指文件中所有记 录的长度都是相同的 变长记录 指文件中各记录的长度不相同 根据组织方式不同又分为顺序文件 索引文件 索引顺序文件和无结构文 件 2 外存分配有哪些方式 答 外存分配方式有 连续分配方式 链接分配方式和索引分配方式 3 什么是目录 什么是目录文件 文件控制块中包含什么信息项 答 1 目录 是文件的索引 2 文件目录是一种数据结构 用于表示系统中的文件及其物理地址 供 检索时使用 3 文件控制块中包含 基本信息 存储控制信息和使用信息 4 常用的文件存储空间管理方法有哪些 答 常用的文件存储空间管理方法有 空闲表法 空闲链表法 位示图法和成 组链接法 第七章 操作系统接口第七章 操作系统接口 1 操作系统用户接口中包括哪几种接口 它们分别适用于哪种情况 答 操作系统包括四种类型的用户接口 命令接口 分为联机与脱机命令接口 程序接口 图形化用户接口和网络用户接口 命令接口和图形化用户接口支持用户直接通过终端来使用计算机系统 程序接口提供给用户在编制程序时使用 网络用户接口是面向网络应用的接 口 2 为什么在访问文件之前 要用 open 系统调用先打开该文件 答 系统将在用户与该文件之间建立一条快捷通路 在文件被打开后 系统 将给用户返回一个该文件的句柄或描述符 进程要访问一个文件 必须 首先获得一个文件描述符 这是通过 open 系统调用来完成的 第八章 网络操作系统第八章 网络操作系统 1 简述 OSI RM 与 TCP IP 模型的特点 答 OSI RM 模型 简写 OSI 开放系统互联参考模型 open system interconnection reference model 由国际标准化组织 ISO 制定 OSI 参考模型分为 7 层 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话 层 表示层 应用层 TCP IP 模型是因特网 Internet 的基础 TCP IP