操作系统复习题-概念

1 操作系统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 配置操作系统的主要目标配置操作系统的主要目标 方便用户使 用 扩大机器功能 管理系统资源 提高系统效率 构筑开放环境 2 系统调用系统调用是一种中介角色 把用户和硬件隔离开来 应用程序只 有通过系统调用才能请求系统服务并使用系统资源 系统调用是应 用程序获得操作系统服务的唯一途径 系统调用可分为系统调用可分为 进程管理 文件操作 设备管理 贮存管理 进程通信 信息维护六类 3 3 系统调用的实现原理 系统调用的实现原理 编写系统调用处理程序 设计一张系 统调用入口地址表 每个入口地址都指向一个系统调用的处理程序 有的系统还包含系统调用自带参数的个数 陷入处理机制 需开辟 现场保护 以保存发生系统调用时的处理器现场 4 4 系统调用与过程调用的主要区别 系统调用与过程调用的主要区别 调用形式不同 被调用代 码的位置不同 提供方式不同 调用的实现不同 5 5 系统调用的作用 系统调用的作用 1 内盒可以基于权限和规则对资源访问进行 裁决 保证系统的安全性 2 系统调用对资源进行抽象 提供一致性 接口 避免用户使用资源时发生错误且提高编程效率 5 5 用户态转向核心态 用户态转向核心态 程序请求操作系统服务 执行系统调用 在 程序运行时产生中断或异常事件 6 6 中断的概念 中断的概念 指在程序执行过程中 遇到急需处理的事件时 暂 时中止现行程序在 CPU 上的运行 转而执行相应的事件处理程序 待处理完成后再返回断点或调度其他程序执行 进程线程区别联系 进程线程区别联系 进程 进程 是一个可并发执行的具有独立功能的程序关于某个数据集合 的一次执行过程 也是操作系统进行资源分配和保护的基本单位 线程 线程 是操作系统进程中能够独立执行的实体 也是处理器调度和 分派的基本单位 是进程的组成部分 每个进程内允许包含多个并 发执行的实体 引入进程的原因 引入进程的原因 一是刻画系统的动态性 发挥系统的并发性 提 高资源利用率 二是解决共享性 正确描述程序的执行状态 8 8 进程最基本的状态有三种 进程最基本的状态有三种 运行态 进程占有处理器正在运行 就绪态 进程具备运行条件 等待系统分配处理器以便运行 等待 态 又称为Error Error Error Error 态或睡眠态 指进程不具备运行条件 正 在等待某个事件的完成 进程状态转换的具体原因 进程状态转换的具体原因 运行态 等待 态 等待使用资源或某事件发生 如等待外设传输 等待人工干预 等待态 就绪态 资源得到满足或某事件已经发生 如外设传输结束 人工干预完成 运行态 就绪态 运行时间片到 或出现有更高优先 权进程 就绪态 运行态 CPU 空闲时被调度选中一个就绪进程执行 9 9 进程控制块 进程控制块 PCB PCB 的概念和组成 的概念和组成 每个进程有且仅有一个进程控 制块 PCB 或称进程描述符 它是进程存在的唯一标识 是操 作系统用来记录和刻画进程状态及有关信息的数据结构 是进程 动态特征的一种汇集 也是操作系统掌握进程的唯一资料结构和 管理进程的主要依据 包含三类 标识信息 现场信息 控制信 息 1010 临界区管理的基本原则 临界区管理的基本原则 一次至多一个进程能够在它的临界区 内 不能让一个进程无限地留在它的临界区内 不能强迫一个进程 无限地等待进入它的临界区 特别 进入临界区的任一进程不能妨 碍正等待进入的其它进程的进展 1111 信号量 信号量 一个进程在某一关键点上被迫停止执行直至接收到对 应的特殊变量值 通过这一措施 任何复杂的进程交互要求均可得 到满足 这种特殊变量就是信号量信号量的组成 信号量是一种变 量类型 用一个结构型数据结构表示 有两个分量 一个是信号量 的值 另一个是信号量队列的指针 1212 什么是死锁 什么是饥饿 试举日常生活中的例子说明之 什么是死锁 什么是饥饿 试举日常生活中的例子说明之 如果在一个进程集合中的每个进程都在等待只能由该集合中的其它 一个进程才能引发的事件 则称一组进程或系统此时发生了死锁 教材 268 页 饥饿是指一个进程由于其它进程总是优先于它而被 无限期拖延 1313 形成死锁的四个必须条件形成死锁的四个必须条件 互斥条件 系统中存在临界资源 进程应互斥地使用这些资源 占有和等待条件 进程在请求资源得 不到满足而等待时 不释放已占有资源 不剥夺条件 已被占用的 资源只能由属主释放 不允许被其他进程剥夺 循环等待条件 存 在循环等待链 其中 每个进程都在链中等待下一个进程所持有的 资源 造成这组进程处于永远等待状态 1414 何谓地址转换 重定位 有哪些方法可以实现地址转换 何谓地址转换 重定位 有哪些方法可以实现地址转换 为 了保证程序的正确运行 必须把程序和数据的逻辑地址转换为物理 地址 这一工作称为地址转换或重定位 地址转换有两种方式 一 种方式是在作业装入时由作业装入程序 装配程序 实现地址转换 称为静态重定位 这种方式要求目标程序使用相对地址 地址变换 在作业执行前一次完成 另一种方式是在程序执行过程中 CPU 访 问程序和数据之前实现地址转换 称为动态重定位 1515 1 1 静态 地址 重定位 静态 地址 重定位 由装入程序实现装载代码模块 简 单的说 就是链接后的程序 详见 p235 的加载和地址转换 把它 装入分配给进程的主存指定区域 其中的所有逻辑地址修改成主存 物理地址 称静态重定位 2 2 动态 地址 重定位 动态 地址 重定位 由装入程序实 现装载代码模块的加载和地址转换 把它装入分配给进程的主存指 定区域 但对链接程序处理过的应用程序的逻辑地址不做任何修改 程序主存起始地址被置入硬件专用寄存器 重定位寄存器 程序 在执行的过程中 每当 cpu 引用主存地址 访问程序和数据 时 由硬件截取此逻辑地址 并在它被发送到主存储器之前加上重定位 寄存器的值 以便实现地址转换 称动态重定位 1616 虚拟存储器 虚拟存储器 在具有层次结构存储器的计算机系统中 自动实 现部分装入和部分替换功 使得进程运行空间的一部分在主存中 另外某些部分在其他辅助存储器中 当需要时再将其动态装入 2323 请求分页虚拟存储系统 请求分页虚拟存储系统 将作业信息的副本存放在磁盘这一类 辅助存储器中 当作业被调度投入运行时 并不把作业的程序和数 据全部装入主存 而仅仅装入立即使用的那些页面 至少要将作业 的第一页信息装入主存 在执行过程中访问到不在主存的页面时 再把它们动态地装入 请求分页式存请求分页式存 储管理页表的引用 修改内存驻留标志与虚拟存储器实现联系储管理页表的引用 修改内存驻留标志与虚拟存储器实现联系 常 驻内存标志位主要判断页是否在主存中 引用位主要用于替换策略 修改位主要用于替换策略以及清除策略 1717 分页式存储管理和分段式存储管理的比较 分页式存储管理和分段式存储管理的比较 分段是信息的逻辑单位 由源程序的逻辑结构及含义所决定 是用户可见的 段长由用户根 据需要来决定 段起始地址可从任何主存地址开始 在分段方式中 源程序 段号 段内位移 经链接装配后仍保持二维 地址 结构 引入目的是满足用户模块化程序设计的需要 分页是信息的物理单 位与源程序的逻辑结构无关 是用户不可见的 页长由系统 硬件 确定 页面只能从页大小的整数地址开始 在分页方式中 源程序 页号 页内位移 经链接装配后变成一维 地址 结构 引入目 的是实现离散分配并提高主存利用率 2222 固定分区存储管理 固定分区存储管理 主存空间被划分成数目固定不变的分区 各分区的大小不等 每个分区只装入一个作业 若多个分区中都装 有作业 则他们可以并发执行 按名存取功能及其实现与按名存取功能及其实现与 FCBFCB 之间关系 之间关系 按名存取是操作系统文件 管理的主要目的及其核心功能 主要指信息管理一方面对用户 另 一方面对存储设备组织管理 用户通过文件名使用操作文件 文件 系统将用户的逻辑操作转换为物理操作 将逻辑文件转换为物理文 件 它的实现可以借助文件目录完成 在文件目录中包含文件名 文件物理结构 逻辑结构 操作系统通过文件目录管理的管理控制 FCB 包含文件管理控制的基本信息 按名存取时先通过文件名查找 文件的 FCB 在通过 FCB 找到文件首块 1 操作系统的资源管理技术操作系统的资源管理技术 资源复用 资源虚化 资源抽象 2 操作系统操作系统是用户与计算机之间的接口 2 操作系统对资源的最基础抽象操作系统对资源的最基础抽象 进程抽象 运行的程序 虚存抽 象 运行程序的位置 包括文件和主存 文件抽象 对I O设备及其 信息的抽象 3 操作系统的功能 操作系统的功能 处理机管理 存储管理 设备管理 信息管理 3 3 操作系统的主要特性 并发性 共享性 操作系统的主要特性 并发性 共享性 异步性 虚拟性 4 4 计算机物理资源 计算机物理资源 计算类 存储及接口类 5 5 三种基本的操作系统类型 三种基本的操作系统类型 批处理操作系统 分时操作系统 实 时操作系统 6 6 UNIXUNIX是唯一跨平台操作系统 是多用户多任务的 7 多道程序设计技术能充分发挥 处理器 与 外设 并行工 作的能力 7 7 处理器的状态 处理器的状态 核心态 用户态 7 7 进程的三种状态 进程的三种状态 运行态 就绪态 等待态 7 7 进程的属性 进程的属性 结构性 共享性 动态性 独立性 制约性 并发 性 8 8 进程映像 进程映像 某时刻进程的内容及其状态集合 9 9 进程四要素 进程四要素 进程控制块 进程程序块 进程核线栈 进程数据 块 1010 进程控制块组成 进程控制块组成 标识信息 现场信息 控制信息 1111 多线程实现分 多线程实现分 用户级线程 内核级线程 混合式线程 1212 进程之间关系 进程之间关系 互斥 同步 1313 实现临界区管理的硬件设施 实现临界区管理的硬件设施 关中断 测试并建立指令 对换 指令 1414 死锁防止解决的方法 死锁防止解决的方法 死锁防止 死锁避免 死锁检测和恢 复 1414 可防止死锁的资源分配 可防止死锁的资源分配 静态分配 层次分配 剥夺式分配 1515 形成死锁的必须条件 形成死锁的必须条件 互斥条件 占有和等待条件 不剥夺 条件 循环等待条件 1616 地址重定位分 地址重定位分 静态地址重定位 动态地址重定位 把逻辑地 址转成物理地址 1717 I OI O控制方式 控制方式 轮询方式 中断方式 DMA方式 通道方式 1818 SpoolingSpooling实现实现 预输入程序 井管理程序 缓输出程序 2323 文件的逻辑结构分两种形式 文件的逻辑结构分两种形式 流式文件 无结构 记录式文件 有结构 2424 文件的物理结构 文件的物理结构 顺序文件 连接文件 索引文件 2525 逻辑记录 逻辑记录是文件内独立的最小信息单位 25 25 操作系统驱动力 操作系统驱动力 中断技术 2626 实现互斥 实现互斥 软件 peterson算法 dekker算法 硬件 TEST测 试与建立指令与交换指令 2727 操作系统管理控制线程 操作系统管理控制线程 TCB 感知进程的唯一依据 感知进程的唯一依据 PCB 2828 用户接口类型 用户接口类型 程序接口 操作接口 2929 I OI O软件四层次 软件四层次 I O中断处理程序 I O设备驱动程序 独立于 设备的I O软件 用户空间的I O设备 3030 原语 原语 一段程序一段程序 P 申请资源 V 释放资源 3131 多道程序设计 多道程序设计 增加单位时间算题量 提高资源利用率 充分 并行 增加计算时间 3232 当前目录项 父目录项 3232 文件存取方法 文件存取方法 顺序存取 直接存取 索引存取 3333 文件系统分三层 文件系统分三层 文件管理 目录管理 磁盘主存映射管理 3333 文件系统负责文件目录 文件系统负责文件目录 建立 维护 检索 3434 流式文件 流式文件 从用户角度划分的一种逻辑文件类型 3535 如果一个进程的部分内容在辅助存储器中 则说明管理控制该 进程的操作系统实现了虚拟存储器功能虚拟存储器功能 3636 设备独立性 设备独立性 设备管理提供了使用在编写程序时不用考虑具体 逻辑设备的物理特性 3737 访问磁盘上文件由 访问磁盘上文件由 寻道时间 旋转延迟时间 读出 写入时间 组成 电梯 电梯 减少寻道时间 3838 系统调用 系统调用是操作系统提供给编程人员的唯一接口 39 实现虚拟存储器存储管理 实现虚拟存储器存储管理有多种 如请求页式存储管理 4141 分时系统中进程调度算法 分时系统中进程调度算法 时间片轮转法 4242 管理临界区的方法 管理临界区的方法 关中断 测试并建立指令 1919 引入缓冲技术的理由 引入缓冲技术的理由 1 改善中央处理器与外围设备之间速度 不匹配的矛盾 2 协调逻辑记录大小与物理记录大小不一致的问题 3 提高 CPU 和 I O 设备的并行性 4 减少 I O 对 CPU 的中断次数 和放宽对 CPU 中断响应时间的要求 2020 文件 文件 由文件名字标识的一组信息的集合 文件名 文件名 字母 数 字组成的字母数字串 格式和长度因系统而异 2121 文件控制块 文件控制块 文件系统给每个文件建立唯一的管理数据结构 2222 文件控制块文件属性信息 文件控制块文件属性信息 文件标识和控制信息 文件用户名 权限 类型 口令 文件逻辑结构信息 记录 成组 文件物理结 构信息 盘块设备 文件使用信息 长度 大小 文件管理信息 日 期 3434 存储保护 存储保护 操作系统必须对主存中的程序和数据进行保护 以免 其他程序有意或无意的破坏这一工作 3636 进程同步 进程同步 是指为完成共同任务的并发进程基于某个条件来协 调其活动 因为需要在某些位置上排定执行的先后次序而等待 传 递信号或消息所产生的协作制约关系 3737 进程互斥 进程互斥 是指若干进程因相互争夺独占型资源而产生的竞争 关系 3838 临界资源 临界资源 共享变量所代表的资源 3939 临界区 临界区 并发进程中与共享变量 访问临界资源 有关的程序段 40 两个进程同时进入临界区会造成与时间有关系与时间有关系错误 4040 固定分区存储 固定分区存储 定长分区 静态分区定长分区 静态分区 支持多道程序设计的最 简单的存储技术 4141 虚拟存储器 虚拟存储器 在具有层次结构存储器的计算机系统中 自动实 现部分装入和部分替换功 能从逻辑上为用户提供一个比物理主存 容量大的多的 可寻址的 主存储器 4242 缓冲区 缓冲区 缓冲用于平滑两种不同速度的硬件部件或设备之间的 信息传输 在主存器中开辟一个存储区 称为缓冲区 专门用于临 时存放I O操作的数据 4343 驱动调度 驱动调度 在繁重的I O负载下 同时会有若干传输请求来到并 等待处理 系统必须采用一种调度策略 能够按最佳次序执行要求 访问的诸多请求 能减少为若干I O请求服务所需消耗的总时间 从 而提高系统效率 4444 1 1 预输入程序 预输入程序 将信息从输入设备输入到辅助存储器缓冲区域 2 缓输出程序 将信息从辅助存储器输出缓冲区域输出到输出设备 3 井管理程序 控制作业和辅助存储器缓冲区域之间交换信息 并发性 并发性 指两个或两个以上的事件或活动在同一时间间隔内发生 共享性共享性指操作系统中的资源 包括硬件资源和信息资源 可被多个 并发执行的进程共同使用 而不是被一个进程所独占 异步性异步性 在 多道程序环境中 允许多个程序并发执行 并发活动会导致随机事 件的发生 2 2 操作系统的主要类型 三类 及各类型的主要特点 批处理操作 操作系统的主要类型 三类 及各类型的主要特点 批处理操作 系统系统 根据预先设定的调度策略选择若干作业并发地执行 系统 的资源利用率高 作业吞吐量大 缺点 作业的周转时间延长 不具备交互式计算的能力 不利于程序的开发和调试 特征 脱 机工作 成批处理 单 多道程序运行 分时操作系统分时操作系统 允许多个 联机用户同时使用一个计算机系统进行交互式计算的操作系统 特点 同时性 独立性 及时性 交互性 实时操作系统 实时操作系统 当外 部事件或数据产生时 能够对其予以接收并以足够快的速度进行 处理 所得结果能够在规定的时间内控制产生过程或对控制对象 做出快速响应 并控制所有实时任务协调运行的操作系统 组成 数据采集 加工处理 操作控制 反馈处理 3 3 三种典型的实时系统 三种典型的实时系统 过程控制系统 生产过程控制 信息查询 系统 情报检索 事务处理系统 银行业务 4 4 什么是 什么是多道程序设计多道程序设计 多道程序设计技术有什么特点 多道程序设计技术有什么特点 答 多道 程序设计是允许多个作业 程序 同时进入计算机系统的主存并启动 交替计算的方法 主存中多个相互独立的程序均处于开始和结束之 间 从宏观上看是并行的 躲到程序都处于运行过程中 但尚未运 行结束 从微观上看是串行的 各道程序轮流占用 CPU 以交替进行 引入多道程序设计 可以提高 CPU 的利用率 充分发挥计算机硬部 件的并行性 5 分时与批处理操作系统的区别 分时与批处理操作系统的区别 目标不同 适应作业的性质不同 资源使用率不同 作业控制方式不同 7 7 核心态和用户状态 核心态和用户状态 当处理器处于核心态时 CPU 运行可信软件 硬件允许执行全部机器指令 可以访问所有主存单元和系统资源 并具有改变处理器状态的能力 当处理器处于用户态时 CPU 运行 非可信软件 程序无法执行特权指令 且访问权限仅限于当前 CPU 上进程的地址空间 这样就能防止内核受到应用程序的侵害 9 线程的组成和状态 线程的组成和状态 线程的组成 1 线程的唯一标识符及线 程状态信息 2 未运行时所保存的线程上下文 可以把线程看成 进程中一个独立的程序计数器 3 核心栈 在核心态工作时保存 参数 在函数调用时的返回地址 等等 4 用于存放线程局部变 量和用户栈的私有存储区 线程的状态 运行 就绪和等待 11 试说明进程的互斥和同步两个概念之间的异同 进程的互斥是 解决进程间竞争关系 间接制约关系 的手段 进程互斥是指若干 个进程要使用同一资源时 任何时刻最多允许一个进程去使用 其 它要使用该资源的进程必须等待 直到占有资源的进程释放该资源 进程的同步是解决进程间协作关系 直接制约关系 的手段 进程 同步指两个以上进程基于某个条件来协调它们的活动 一个进程的 执行依赖于另一个协作进程的消息或信号 当一个进程没有得到来 自于另一个进程的消息或信号时则需等待 直到消息或信号到达才 被唤醒 12 解释进程的竞争关系和协作关系 竞争关系 系统中的多个进 程之间彼此无关 它们并不知道其它进程的存在 并且也不接受其 它进程执行的影响 协作关系 某些进程为完成同一任务需要分工 协作 由于合作的每一个进程都是独立地以不可预知的速度推进 这就需要相互协作的进程在某些协调点上协调各自的工作 当合作 进程中的一个到达协调点后 在尚未得到其伙伴进程发来的消息或 信号之前应阻塞自己 知道其它合作进程发来协调信号或消息后方 被唤醒并继续执行 这种协作进程之间相互等待对方消息或信号的 协调关系称为进程同步 13 SPOOLing 外部设备联机并行操作 组成及工作原理 SPOOLing 称为假脱机 即在联机情况下实现的同时外围操作 主要 分成三部分 输出井 输入井 输入缓冲区和输出缓冲区 缓输入 进程 spi 缓输出进程 spo 和井管理程序 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设备通过输入缓冲区传 送到输入井 当 CPU 需要数据时 直接冲输入井中送入内存 Spo 进程模拟脱机输出时的外围控制机 吧用户的数据