操作系统辅导.ppt

1,操作系统辅导,2,第一章操作系统引论操作系统的目标、作用和模型,l操作系统是裸机上的第一层软件，它是对硬件系统功能的首次扩充，是填补人与机器之间的鸿沟。,用户,计算机,OS,3,操作系统的目标,设置操作系统的目的：1、方便性:操作系统使计算机更易于使用2、有效性:操作系统允许以更有效的方式使用计算机系统资源。3、可扩展性:在操作系统中,允许有效地开发，测试和引进新的系统功能。4、开放性:实现应用程序的可移植性和互操作性,要求具有统一的开放的环境。,4,OS的作用,计算机用户需要的用户命令由OS实现的所有用户命令所构成的集合常被人们称为OS的Interface(用户接口)；有时也称为命令接口。命令的表示形式：字符形式：较灵活但因繁琐而难记；菜单形式：(试图在字符终端上提供友好的用户界面)图形形式：因直观而易记但不灵活。应用软件需要的SystemCall(系统调用)由OS实现的所有系统调用所构成的集合被人们称为程序接口或应用编程接口(ApplicationProgrammingInterface,API)。,5,操作系统作为计算机系统资源管理者。1、处理机管理：分配和控制CPU。2、存储器管理：内存分配与回收。3、I/O设备管理：I/O设备的分配与操纵。4、文件管理：文件的存取、共享和保护。操作系统用作扩充机器功能，使其便于使用，这种只安装了OS的机器又称为虚拟机。,6,操作系统的发展,7,无操作系统时的计算机系统,1、人工操作方式一台计算机的所有资源由用户独占，降低了计算机资源利用率，人操作慢，出现了严重的人机矛盾。2、脱机输入输出方式在外围计算机的控制下，实现输入输出。主要解决了CPU与设备之间不匹配的矛盾,8,单道批处理系统,1、在内存中仅存一道作业运行，运行结束或出错，才自动调另一道作业运行。2、单道批处理系统主要特征：自动性、顺序性、单道性。3、单道批处理系统主要优点：减少人工操作，解决了作业的自动接续。4、单道批处理系统主要缺点：平均周转时间长，没有交互能力。,9,多道批处理系统,一、多道程序的概念：在内存中存放多道作业运行，运行结束或出错，自动调度内存中的另一道作业运行。多道程序带来的好处：1、提高CPU的利用率。2、提高内存和I/O设备利用率。3、增加系统吞吐率。,10,二、多道批处理系统主要特征：多道性、无序性、调度性（进程调度和作业调度）。三、多道批处理的主要优点：提高了资源利用率和吞吐能力。多道批处理的主要缺点：平均周转时间长，没有交互能力。,11,例1设在内存中有三道程序A、B和C，按A、B、C的优先次序运行，其内部计算和IO操作时间由下图给出。若处理机调度程序每次进行状态转换需要的时间为1ms，试画出按多道程序运行的时间关系图。并计算完成这三道程序共使用了多少时间？并计算比单道运行节省多少时间？,B,C,12,答：多道程序运行时间关系图如下图所示：由图可计算出在多道程序运行下执行了196ms的时间，而在单道运行的时间为：301+401101+601301161+20140120274ms多道运行的时间为：30+1+40+1+10+1+20+1+30+1+40+1+20=196则多道程序比单道程序节省的时间为：274一19678ms,A30B40A10B20C20B16C20,CPU,A40B30C40,I/O,13,分时操作系统(time-sharingsystem)70年代中期至今,“分时”的含义：分时是指多个用户分享使用同一台计算机。多个程序分时共享硬件和软件资源。分时(TimeSharing)操作系统的工作方式是：一台主机连接了若干个终端，每个终端有一个用户在使用。用户交互式地向系统提出命令请求，系统接受每个用户的命令，采用时间片轮转方式处理服务请求，并通过交互方式在终端上向用户显示结果。用户根据上步结果发出下道命。分时操作系统将CPU的时间划分成若干个片段，称为时间片。操作系统以时间片为单位，轮流为每个终端用户服务。每个用户轮流使用一个时间片而使每个用户并不感到有别的用户存在。,14,分时系统,分时系统实现中的关键问题：及时接收：实现多个用户的信息及时接收。及时处理：及时控制作业的运行。,15,分时系统的特征：多路性：同时有多个用户使用一台计算机，宏观上看是多个人同时使用一个CPU，微观上是多个人在不同时刻轮流使用CPU。独立性：用户感觉不到计算机为其他人服务，就像整个系统为他所独占。及时性：系统对用户提出的请求及时响应。交互性：用户根据系统响应结果进一步提出新请求(用户直接干预每一步)。“影响响应时间的若干因素:Ti=NQ+To.s+Twap改善响应时间的方法采用重入码减少信息的对换量采用虚拟存储技术,减少信息对换量,16,实时系统,所谓实时系统：是计算机及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时设备和实时任务协调一致的运行。一、实时系统分为两类1、实时控制系统2、实时信息处理系统二、实时任务的类型1、按任务执行是否为周期性来划分2、按截止时间来划分,17,三、实时系统的特征1、多路性：能对多个对象进行控制。2、独立性：独立运行，不混淆，不破坏。3、交互性：仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。4、可靠性：高可靠性，应具有过载防护能力。5、及时性：不同的系统要求不一样，控制对象必须在截止时间内完成。,18,操作系统的定义,OS就是一个“大管家”，可以这样去定义：是一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地对各类作业进行调度以及方便用户的程序的集合。,19,操作系统的基本特征,现代OS的四个基本特征：1、并发2、共享3、虚拟4、异步并发是最重要的特征，其它特征都以并发为前提。,20,并发,并发并行性和并发性，并发执行的过程。-并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生。-并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。任务共行-从宏观上看，任务共行是指系统中有多个任务同时运行-从微观上看，任务共行是指单处理机系统中的任务并发（TaskConcurrency：即多个任务在单个处理机上交替运行）或多处理机系统中的任务并行（TaskParallelism：即多个任务在多个处理机上同时运行）。,21,共享,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。1、互斥共享方式：-把在一段时间内只允许一个进程访问的资源，称为临界资源。-系统中的临界资源可以提供给多个进程使用，但一次仅允许一个进程使用，称为互斥共享方式。例如打印机。,22,2、同时访问方式：-从宏观上看，资源共享是指多个任务可以同时使用系统中的软硬件资源-从微观上看，资源共享是指多个任务可以交替互斥地使用系统中的某个资源。例如磁盘。,23,虚拟,所谓虚拟是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。虚拟处理机：分时实现虚拟设备：SPOOLING技术虚拟存储器：虚拟存储管理实现,24,异步性,异步性是指进程以异步的方式执行，进程是以人们不可预知的速度向前推进。内存中的每个进程何时执行,何时暂停,以怎样的速度向前推进,每道程序总共需要多少时间才能完成等,都是不可预知的,25,操作系统的结构设计,操作系统是一个大型系统软件，其结构已经历了四代的变革：整体式结构、核心结构和层次结构。,26,整体式结构是指将整个操作系统作为一个整体运行操作系统时，不能响应其他中断。核心结构是指把操作系统分为外壳部分和核心部分。CPU在执行外壳部分时，可以响应其他中断；而在执行核心部分时，禁止响应中断。通常核心部分只是操作系统的一小部分，每次运行时间较短。核心部分通常包括进程控制和调度，进程的通信原语中断和中断处理，时钟处理，外设驱动等。层次结构是把操作系统的功能分层，每层有明确的功能，提供接口与上下层联系，上层软件调用下层软件提供的服务。对层次结构实现功能描述的另一种方法是把层次画为同心圆，内层的环比外层的环有较高的特权，当外层环的过程调用内层环的过程时要进行严格的检查。操作系统的核心和层次结构如图所示。,27,28,第二章进程的描述与控制,29,一、相关概念,1、前趋图有向无循环的图。表示程序执行的偏序关系。2、程序的顺序执行严格按照程序给定的顺序执行，仅当前一个执行结束才执行后一个。3、程序的顺序的特征：顺序性封闭性可再现性4、程序的并发执行是指两个或两个以上程序段在执行的时间上是重叠的，即使这种重叠只有一小部分，则称这些程序为共行执行。,30,5、程序并发执行的特征：间断性失去封闭性不可再现性例2：若程序Pa、Pb和Pc单独执行时间分别Ta、Tb和Tc，Ta=1小时，Tb=1.5小时，Tc=2小时，其中处理机工作时间分别为Ta=10分钟，Tb=15分钟，Tc=35分钟。如果采用多道程序设计的方法，让Ta、Tb和Tc并行工作，假定处理机利用率达到60%，另加20分钟系统开销，请问系统效率能提高百分之几？,31,答：Ta、Tb和Tc并行工作共用CPU时间：（10+15+35）/60%=100Ta、Tb和Tc顺序工作共用CPU时间：（60+90+120）=270系统效率提高：（270-（100+20）/270=150/270=55.5%,32,二、进程的基本概念,1、进程的定义可并发执行的程序在一个数据集合上的运行过程。（程序、数据、进程控制块）2、进程的基本特征动态性并发性独立性异步性交往性3、进程的基本状态及其转变,33,进程的三种基本状态及其转换,34,4、进程控制块描述和控制进程运行，系统为每个进程定义的一个数据结构。5、进程控制块的组织方式进程描述信息处理机状态信息进程的调度信息进程的控制信息进程控制块是操作系统最重要的数据结构，是进程存在的唯一标志。进程控制表。6、进程的挂起状态,35,三、进程控制,1、进程管理进程图：表明进程的创建关系，创建的进程和被创建的进程可以并发执行。2、引起进程创建的原因用户登录：为终端用户建立进程。作业调度：选中的作业建立进程。提供服务：为用户提供的服务进程。例如：I/O进程等。应用请求：应用程序自己创建的进程。3、原语：由若干条指令构成，用于完成一定功能的一个过程。不允许被中断的程序段，不许并发执行。4、原子操作（原子性）：一个操作中的所有动作，要么全做，要么全不做。是一个不可分割的操作。,36,创建原语撤销原语阻塞原语唤醒原语挂起与激活原语,37,5、线程的基本概念（1）线程：一个被调度和分派的基本单位并可独立运行的实体。（2）线程分类：内核支持线程：依赖于内核进行控制和管理。用户级线程：在用户级创建、撤消和切换。（3）在引入线程的OS中，则把线程作为调度和分派的基本单位，而把进程作为资源的拥有的基本单位。（4）在同一进程中的线程切换不会引起进程切换。（5）在不同一进程中的线程切换会引起进程切换。,38,进程同步的基本概念,1、进程的相互制约间接相互制约资源共享引起互斥关系直接相互制约相互合作引起进程同步2、临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。（排他性资源）3、临界区：访问临界资源的那段代码称为临界区。4、同步机制应遵循的准则：空闲让进充分利用资源忙则等待保证同步与互斥有限等待防止陷入“死等”让权等待防止陷入“忙等”,39,进入控制临界区解除限制互斥的加锁实现：临界区有空闲和占有两个状态whilelock=1doskiplock=1;临界区lock=0;借助硬件来实现,40,信号量机制,1、经典信号量表示资源的物理实体。2、记录型信号量更有效的利用资源，解决忙等的问题。3、AND型信号量机制防止系统出现不安全性。AND型信号量机制的概念化（见P72-6行或P43）Swait操作（SP操作）：（见P72或P43）Ssignal操作（SV操作）：（见P72或P43）4、信号量应用实例互斥前趋同步,41,信号量为一个整数，我们设这个信号量为：sem。很显然，我们规定在sem大于等于零的时候代表可供并发进程使用的资源实体数，sem小于零的时候，表示正在等待使用临界区的进程的个数。根据这个原则，在给信号量附初值的时候，我们显然就要设初值大于零。P原语操作的动作是：（1）sem减1；（2）若sem减1后仍大于或等于零，则进程继续执行；（3）若sem减1后小于零，则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中，然后转进程调度。V原语操作的动作是：（1）sem加1；（2）若相加结果大于零，则进程继续执行；（3）若相加结果小于或等于零，则从该信号的等待队列中唤醒一等待进程，然后再返回原进程继续执行或转进程调度。需要提醒大家一点就是P,V操作对于每一个进程来说，都只能进行一次。而且必须成对使用。且在P,V愿语执行期间不允许有中断的发生。,42,一、经典信号量（整型信号量）,P操作Wait(s):whiles=0dono-op;s:=s-1;V操作signal(s):S:=s+1;,43,二、记录型信号量,让权等待结构体：整形变量，进程链表Typesemaphore=recordvalue:integer;l:listofprocess;endWait(s):vars:semaphore;begins.value:=s.value-1;ifs.value0thenblock(s.l)End,44,Signal(s):vars:semaphore;begins.value:=s.value+1;ifs.value=0thenwakeup(s.l)end,45,信号量操作：1)初始化2)P操作a)S-b)if(Sp0(3)-p2(4)-p4(5),进程,MaxABC,AllocationABC,NeedABC,AvailableABC,P0,753,130,623,12(3)753,P1,321,200,122,(2)623,P2,902,302,600,(4)1055,P3,222,211,011,(1)423,P4,433,002,431,(5)1057,85,第四章存储器管理,86,一、程序的装入,1、绝对装入方式直接用物理地址编制程序。2、可重定位装入方式（静态重定位）重定位把在装入时对目标程序中的指令和数据地址的修改过程称为重定位。3、动态运行时装入方式（动态重定位）作业在存储空间的位置，也是装入时确定的，但在作业运行过程中，每次存访内存之前，将程序的地址（逻辑地址）变为内存的物理地址。这种变换是依靠硬件地址变换机构、自动连续实施，这样程序在内存的地址是可变的，可申请临时空间。,87,二、程序的链接,1、静态链接事先进行链接，以后不再拆开的链接方式，称为静态链接。2、装入时动态链接编译后的目标模块，是在装入内存时，边装入，边链接的。3、运行时动态链接将某些目标模块的链接推迟到执行时才进行，即在执行过程中，若发现一个被调用模块尚未装入内存时，再由操作系统去找到该模块，将它装入内存，并把它链接到调用者模块上。4、静态链接需要共享目标模块的拷贝，而动态链接不需要共享目标模块的拷贝。,88,三、连续分配存储管理方式,1、固定式分区2、动态分区分配根据用户实际需要，动态的分配连续空间。l拼接技术3、动态重定位分区分配采用动态重定位技术的分区分配。l紧凑技术,89,四、分区管理的算法,1、首次适应算法：每个空白区按地址顺序链接在一起，表头指向第一个空白区。2、循环首次适应算法：将空白区构成循环链表。表头指向当前开始查找的第一个空白区。3、最佳适应算法：空白区按尺寸大小递增顺序构成队列。表头指向第一个空白区。,90,五、对换技术（交换技术）,就是将主存中的信息以文件的形式写入到辅存，接着将指定的信息从辅存读入主存，并将控制转给它，让其在系统上运行。,91,六、分页存储器管理,1、在分页存储管理方式中，一个进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的片，称为页面。内存空间也分成与页相同大小的存储块，并将进程的每一个页面离散地存储在内存的任一物理块中，建立相应的页表，由系统实现进程的正确运行。2、快表为了提高地址变换速度，可在地址变换机构中，增设一个具有并行查寻能力的特殊高速缓冲存储器，称为快表。,92,例：有一页式系统，其页表存放在主存中：如果对主存的一次存取需要1.5s,试问实现一次页面访问的存取时间是多少?如果系统加有快表,平均命中率为85%,当页表项在快表中时,其查找时间忽略为0,试问此时的存取时间是多少?,93,答：若页表存放在主存中，则要实现一次页面访问需两次访问主存：一次是访问页表，确定所存取页面的物理地址（称为定位）。第二次才根据该地址存取页面数据。页表在主存的存取访问时间=1.5*2=3(s)增加快表后的存取访问时间=0.85*1.5+(1-0.85)*2*1.5=1.725(s),94,七、分段存储管理,在分段存储管理方式中，一个作业的地址空间分成若干个段，每一段定义了一组逻辑信息，则为每个段分配连续的分区，而进程中的各段可以离散地存储在内存中不同的分区中，建立相应的段表，由系统实现进程的正确运行。分页与分段存储管理的区别？答：P160或P121,95,八、段页式管理,（1）基本思想（见P162或P123）（2）地址变换机构（见P164或P124）,96,虚拟存储管理,1、虚拟存储器的概念？使用虚拟存储管理技术，用户将会感觉到系统的内存空间比实际内存大。系统的可用内存空间并非计算机系统中的实际物理内存，它包含物理内存及一部分磁盘空间。习惯上，人们把这种用户感觉上存在但实际上并不存在的内存称为虚拟内存。,97,2、请求分页存储管理方式,基本思想在请求分页存储管理方式中，不限定把进程的整个地址空间全部装入主存，而只要求把当前需要的一部分装入主存，由系统实现进程的正确运行，其它的页面当需要时才去调用。这样实现了主存的“扩充”。地址变换机构（见P170或P129）页面的管理：页面调入策略请求式调页预先调页,98,页面置换算法：FIFO例如,P175或P134最近最久不用页面置换算法LRU例如,(P176或P135)简单的Clock置换算法例如,(P178或P136)3、系统抖动？（P183-18行）,99,3、请求分段存储管理方式,（1）基本思想在请求分段存储管理方式中，把作业的所有分段的副本保存在辅存中，当其运行时，只要求把当前需要的一段或数段装入主存，其它的段当需要时才装入，由系统实现进程的正确运行。这样实现了主存的“扩充”。（2）地址变换机构（见P186或P139）分段保护：越界检查（段长值）存取控制检查,100,例1.页式系统中地址结构长度为24位，页面大小为1K，作业地址空间为5K，该作业的各页依次存放在2,9,7,5,11号物理块中,相对地址2000处有一条指令Store1,4500，请给出该作业的页表，该指令的物理单元和数据存放的物理单元。,2000对应为111，1101，0000物理单元为：100111，1101，0000即：1024997610192,4500对应为：102411+404,101,例2.在一个请求页式存储系统中，一个程序的页面走向为4，3，2，1，4，3，5，4，3，2,1，5，并采用LRU页面置换算法。假设分配给该程序的存储块数M分别为3和4时，求出在防问过程中发生的缺页次数和缺率，比较所得结果，从中得到什么启发？,102,第五章设备管理,一、I/O系统的组成1、I/O系统的结构,103,（1）设备,独占设备在一段时间内只允许一个用户访问的设备。共享设备在一段时间内允许多个用户访问的设备。虚拟设备将一台独占物理设备变换为若干台逻辑设备。,104,（2）设备控制器,是CPU与I/O设备之间的接口，它接收从CPU发来的命令，并控制I/O设备工作。设备控制器是可编址设备。当用于控制多台设备时，则具有多个地址。,105,（3）通道,通道控制方式的引入DMA方式显著地减少了CPU的干预。当CPU要完成一组相关的读（或写）操作及有关控制时，只需向I/O通道发送一条IO指令。通道接到该指令后，通过执行通道程序便可完成CPU指定的IO任务。可实现CPU、通道和IO设备三者的并行操作，从而更有效地提高整个系统的资源利用率。而当我们需要一次去读多个数据块且将它们分别传送到不同的内存区域，或者相反时；则须由CPU分别发出多条IO指令及进行多次中断处理，才能完成。,106,通道分类：字节多路通道,107,数组选择通道按数组方式进行数据传送，但在一段时间内只能为一台设备占用，执行一道通道程序。数组多路通道按数组方式进行数据传送，但能为多台设备占用，高速的进行数据传送。,108,二、I/O控制方式,1、程序I/O方式（查询方式）(P203或P151）2、中断驱动方式(P203或P152）3、DMA方式(P203或P153）4、I/O通道控制方式方式(P203或P154）通道是通过执行通道程序，并与设备控制器共同实现对IO设备的控制的。通道程序是由一系列通道指令（或称为通道命令）所构成的。通道又称为特殊的处理机。,109,三、缓冲管理,引入缓冲原因（见P207或P155）（1）缓和CPU与IO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IO设备之间的并行性。例如：单缓冲、双缓冲、循环缓冲、缓冲池缓冲技术是以空间换取时间，而且只能在设备使用不均衡时起到平滑作用。,110,四、设备分配设备管理是通过一些数据结构来实现对其设备进行管理和控制的。1。设备控制表、通道控制表、系统设备表、控制器控制表2、设备分配中应考虑的若干因素（1）设备的固有属性：独享设备、共享设备、虚拟设备（2）设备的分配算法：FIFO、优先级高者优先（3）设备分配中的安全性3、设备固有属性不同，其分配算法不同4、SPOOLING技术可将一台物理设备虚拟为多台逻辑设备，可为多个用户所共享。SPOOLing技术的核心思想是：在快速辅助存储设备中建立I/O缓冲区用于缓存从慢速输入设备流入内存的数据或缓存从内存流向慢速输出设备的数据。,111,五、设备处理1、设备处理程序又称为设备驱动程序，它是I/O进程与设备控制器之间的通信程序。初始化I/O设备设备与进程之间的数据传送当数据传完之后，将产生中断信号将它换醒，进入中断处理过程。2、中断处理过程（见P224或P171）3、用户请求设备使用的是逻辑设备名。由系统通过逻辑设备表实现逻辑设备到物理设备的映射。当更换物理设备时，用户的程序不用改，仅修改逻辑设备表。,112,磁盘存储器管理,一、早期磁盘调度算法1、先来先服务（见P261或P174）2、最短寻道时间优先（见P261或P1743、扫描法（见P262或P175）4、循环扫描法（见P262或P175）,113,第六章文件系统,114,一、文件和文件系统的基本概念1、数据项记录文件（见P228或P182图）2、文件系统模型（见P229或P184图）3、文件的操作（见P231或P185）二、文件逻辑结构1、顺序文件（见P234或P187）优点：可以快速实现批量存取，可存储在磁带上缺点：增删困难2、索引文件（见P235或P189）优点：实现直接存取、快速缺点：增加空间开销,115,三、外存分配方法1.连续分配将文件信息存放在连续编号的物理块中。（见P264图9-6或P192）优点：结构简单，存取速度快。缺点：长度事先确定，随后不允许增加长度。2、链接分配将文件信息存放在非连续编号的物理块中。(见P265图9-7或P194）优点：插入、删除方便，文件长度可变。缺点：查找困难。3、索引分配（见P267、图9-10或P195）优点：可以随机存取。缺点：增加空间的开销。,116,四、目录管理1、对文件目录管理要求（见P236或P198）2、文件控制块与文件目录（见P237或P198）3、单级文件目录（见P239或P201）缺点：查找速度慢、不允许重名、不便于实现文件共享4、两级目录和多级目录（见P240或P201）l当前目录工作目录l优点：检查速度快不同目录可以重名不同用户可使用不同名字，来访问系统中的同一个共享文件。,117,索引结点的引入在检索目录文件的过程中，只用到了文件名，仅当找到一个目录项（即其中的文件名与指定要查找的文件名相匹配）时，才需从该目录项中读出该文件的物理地址。而其它一些对该文件进行描述的信息，在检索目录时一概不用，显然，这些信息在检索目录时，不需调入内存。为此，在有的系统中，如UNIX系统，便采用了把文件名与文件描述信息分开的办法，亦即，使文件描述信息单独形成一个称为索引结点的数据结构，简称为i结点。在文件目录中的每个目录项，仅由文件名和指向该文件所对应的i结点的指针所构成。,118,五、空闲存储空间的管理方法1、空闲表法（见P270或P205）2、空闲链表法（见P271或P206）3、位示图法（见P271或P206）4、成组链接法（见P272、或P207）,119,第七章操作系统接口,120,用户与操作系统的接口,操作系统,用户,处理结果输出返回,命令接口,图形接口,程序接口,121,用户接口可以多种形式呈现在用户面前：一种是联机命令形式，直接提供给用户在终端上使用；一种是系统调用形式，提供给用户在编程时使用。人们通常把上述两种形式分别称为联机命令接口和程序接口。一、命令接口命令接口由命令解释程序对用户键入的命令进行解释，并转入相应的命令处理程序去执行。二、程序接口1、系统调用就是用户在程序中调用操作系统所提供的一些子功能。2、系统调用在本质上是应用程序请求OS内核完成某功能时的一种过程调用，但它是一种特殊的过程调用，它与一般的过程调用有下述几方面的明显差别：,122,（1）运行在不同的系统状态。一般的过程调用，其调用程序和被调用程序都运行在相同的状态系统态或用户态；而系统调用与一般调用的最大区别就在于：调用程序是运行在用户态，而被调用程序是运行在系统态。（2）通过软中断进入。由于一般的过程调用并不涉及到系统状态的转换，故可直接由调用过程转向被调用过程。但在运行系统调用时，由于调用和被调用过程是工作在不同的系统状态，因而不允许由调用过程直接转向被调用过程。通常都是通过软中断机制（既访管指令），先由用户态转换为系统态，经核心分析后，才能转向相应的系统调用处理子程序。,123,（3）返回问题。在采用了抢占式（剥夺）调度方式的系统中，在被调用过程执行完后，要对系统中所有要求运行的进程做优先权分析。当调用进程仍具有最高优先级时，才返回到调用进程继续执行；否则，将引起重新调度，以便让优先权最高的进程优先执行。此时，将把调用进程放入就绪队列。（4）嵌套调用。系统调用也可以嵌套进行，即在一个被调用过程的执行期间，还可以利用系统调用命令去调用另一个系统调用。当然，每个系统对嵌套调用的深度都有一定的限制，例如最大深度为6。,124,三、图形用户接口窗口是作为用户与应用程序之间的交互接口应用程序可通过窗口向用户展示系统所提供的各种服务及其需要用户输入的信息。用户可通过窗口去查看和操作应用程序或文档。,125,研究生入学试题分析,126,2000年操作系统入学试题一、单选题（每小题1分，共7分）1、线程是进程的实体，意味着（）线程在进程中是唯一的线程可以使用进程中的资源线程在运行中不能中断在同一进程中的多个线程具有不同的地址空间2、检测死锁的算法是在（）程序中申请资源时使用死锁出现之后使用死锁即将出现时使用定时检查系统状态时使用3、在下列问题中，哪一个不是设备中应考虑的问题（）设备的固有属性与设备无关性安全性及时性,127,4、在下列哪一个不是外存分配方式（）连续分配链接分配互斥分配索引分配5、联想存储器就是（）快表页表段表内存6、磁盘为共享设备的主要原因是（）多个用户可同时访问磁盘磁盘空间可让多个用户共享磁盘可支持SPOOLING技术磁盘有多个磁头7、指出以下非临界资源（）变量数据结构队列纯代码,128,二、填空题（每小题1分，共6分）1、用户与操作系统的接口是：_和_。2、多处理机有两种结构：_和_.3、I/O控制方式_，_和_。4、产生死锁的原因：_和_。5、文件保护的方法有：_，_和_。6、用于磁盘的主要调度算法有：_，_和_。,129,三、判断改错题（每小题2分，共16分）1、（）缓冲技术是以空间换时间，而且只能在设备使用均衡时起到平滑作用。2、（）动态重定位与装入时动态链接在概念上是相同的。3、（）在分时系统中采用虚拟存储技术可以改善响应时间。4、（）在现代的分时系统中，逻辑处理机隐含了虚拟处理机的功能。5、（）独享设备与共享设备的属性不同，其共享方式也不同。,130,6、（）采用AND型信号量机制是为了防止系统的不安全。7、（）如果一个站点既可以作为客户，又可以作为服务器向其它站点提供服务，称为客户/服务器模式。8、（）设备处理程序是I/O进程与设备控制器之间的通信程序。,131,四、问答题（每小题7分，共21分）1、为什么在页式存储管理中实现程序共享时，必须对共享程序给出相同的页号，而段式存储管理系统中实现程序共享时，共享段的段号是否一定要相同？如相同，为什么相同？如不相同，为什么不相同？,132,2、假定一个操作系统的进程调度采用抢占式短进程优先调度策略（单CPU），系统中各进程到达的时间如下表所示。请给出各进程的调度次序，并计算平均周转时间和平均代权周转时间。注：表中的时间均为基本单位时间。,133,0,10,20,30,p1,p2,p3,p4,18-1=17,6-2=4,27-3=24,11-4=7,134,2001年操作系统入学试题一、单项选择题（每小题1分，共10分）1.进程被阻塞以后，代表进程在阻塞队列的是它的()文件控制块进程控制块作业控制块设备控制块2.在以下哪种状态下，作业已获得虚处理机。（）提交状态运行状态输入状态输出状态3.进程调度程序的主要功能是（）在作业和作业之间切换CPU防止死锁在进程和进程之间切换CPU实现进程之间的同步与互斥,135,4.衡量系统的调度性能主要是（）作业的周转时间作业的输入/输出时间作业的等待时间作业的响应时间5.批处理系统的主要缺点是（）无交互性输入/输出设备利用率低CPU利用率低失去了多道性6设备处理程序就是（）通道处理程序I/O进程与设备控制器之间的通信程序设备分配程序缓冲管理程序,136,7AND信号量机制是为了（）信号量的集中使用解决结果的不可再现性问题防止系统的不安全性实现进程的相互制约8将硬盘信息存到内存之前的磁盘访问需要三个延迟时间，请按从最慢到最快的次序，正确选择访问数据的延迟时间。（）旋转延迟时间，快表的开销时间，寻道时间快表的开销时间，旋转延迟时间，寻道时间数据读出或写入磁盘时间，旋转延迟时间，寻道时间寻道时间，旋转延迟时间，数据读出或写入磁盘时间,137,9使用访问位的目的是:（）实现LRU页面置换算法实现NRU页面置换算法在快表中检查页面是否进入检查页面是否最近被写过10可能出现抖动的存储管理方法有：（）固定式分区动态分区分配动态重定位分区分配请求分页存储管理,138,二、填空题（每小题1分，共9分）1.某页式存储管理系统中，地址结构的低9位表示页内位移量，则页面大小最多为_字节。2.在多级目录下，对文件的查找可以从_目录开始，也可以从_目录开始查找。3.文件在文件存储空间的组织方式，称为文件的_结构。,139,4.一个操作中的所有动作，要么全做，要么全不做，这叫做_。5要实现程序运行中的结果的可再现性，可采用_来保证。6产生死锁的原因是：_和_。7高级通信方式有：_、_和_。8作业的控制方式有：_和_。9通道的类型有：_、_和_。,140,七、判断题（每小题1分，共10分，）1（）在段页式管理中，既有段表又有页表，就不能再使用快表了。2（）实现虚拟存储器的关键技术是提供快速有效地自动地址变换的硬件机构和相应的软件算法。3（）一个操作系统的系统调用越多，系统的功能就越强，用户使用就越复杂。4（）磁盘是共享设备，所以允许多个进程同时在存储空间中进行访问。,141,5（）作业调度程序本身作为一个进程在系统中执行，它是在系统初始化时被创建的。6（）响应比高者优先调度算法解决了长作业死等的问题。7（）必须在分时系统的情况下，进程才能并发执行。8（）检测死锁的算法是按照死锁定理来实现的，必须在死锁发生时调用。9（）在引入线程的操作系统中，则把进程作为调度和分派的基本单位，而把线程作为资源拥有的基本单位。10（）虚拟存储器的最大容量是由主存和辅存的容量之和决定的。,142,四、问答题（每小题7分，共21分）1一个单CPU的终端，如果所有用户的40%不等待使用终端，所有用户的平均等待时间是50个单位时间，其它用户的平均等待时间是多少？50/0.6=250/32在一个请求页式存储管理系统中，采用LRU页面置换算法，假设一进程分配了4个页框，按下列页面运行：1，8，1，7，8，2，7，2，1，8，3，8，2，1，3，1，7，1，3，7请给出缺页的次数和缺率。,143,3在一页式存储管理系统中，访问一个高速的联想存储器中的页面需要40ns，并有80%成功访问率。而一般的页面的访问需要100ns，CPU访问存储器的平均有效时间是多少？,(40+100)*0.8+(40+200)*0.2=160,144,2002年操作系统部分一、单项选择题（每小题1分，共10分）1.进程间的同步是指进程间在逻辑上的相互（）关系。联接制约继续调用2.在操作系统中，用户使用I/O设备时，通常采用（）物理设备名逻辑设备名虚拟设备名设备出厂号3.SPOOLING技术的实质是（）。以空间换取时间将独享设备改造为共享设备在进程和进程之间切换设备虚拟设备,145,4.不是内核的基本功能（）中断处理时钟管理原语操作命令接口5.给定一个连续文件有100个存储块，由于磁盘操作需要一块插入在文件中间，现已插入该块，该块的最小编号为多少？（）2521011516资源的按序分配策略可以破坏哪个条件（）互斥使用资源占有且等待资源非抢夺资源循环等待资源7在各种作业调度算法中，若所有作业同时到达，则平均等待时间最短的算法是：（）FCFS/FIFO优先数最高响应比优先短作业优先,146,8不是由内核为之创建的进程（）用户登录作业调度应用请求提供服务9不能体现多处理机性能的描述（）管理科学，提高了单机的运行速度增加了系统的吞吐量性价比高提高了系统的可靠性10为了变换页表的整个空间，需要确定相应的一些（）页面和在进程中的段号页面与在进程中的段号相乘在物理存储器中的页帧以上都不正确,147,二、填空题（每小题1分，共9分）1.采用多道程序设计能充分发挥_与_并行工作的能力。2.信号量的物理意义是当信号量大于零时表示_，当信号量小于零时，其绝对值为：_。3.AND机制能实现系统的_，并能防止_出现。4.采用_能保证程序的偏序执行。5程序的顺序执行时的特征有：_、_和_。,148,6系统调用有五大类，它们是：进程控制类、文件操作类、设备管理类、_和_。7分布式操作系统的特征有：分布性、并行性、共享性、_和_。8在分时系统中，改善响应时间的方法是：_和_。9对于请求式页式管理系统中，提取页面的策略有：_和_。,149,三、判断题（每小题1分，共10分，）1（）程序链接就是将程序调入内存。2（）线程是进程的实体，线程的控制块就是进程的控制块。3()命令解释程序是用于对选择的命令进行解释，以便用户了解其含义，而不是执行命令。4.（）应用程序可通过终端窗口向用户展示系统所提供的各种服务及其需要用户输入的信息。5（）通过采用死锁定理的原则能够找到进程的安全序列。,150,6（）作业的周转时间包含有响应时间。7（）在存储器管理中，采用了重定位技术实现虚拟存储管理，因此虚拟存储空间可以无限大。8（）设备管理是通过一些数据结构来实现对其设备进行管理和控制的。9（）目录级安全管理，是为保护系统中的各种目录而设计的，它与用户权限无关。10（）控制器能接收CPU发来的命令，并去控制I/O设备工作。它是驱动程序所依赖的硬件之一。,151,四、问答题（每小题7分，共21分)1有一个磁盘组共用10个盘面，每个盘面上有100个磁道，每个磁道有16个扇区，假定以扇区为单位，若使用位示图管理磁盘空间，问位示图需要占多少空间？若空闲表的每个空闲表项占用5个字节，问什么时候空闲表大于位示图？,2请解释进程同步机制中的让权等待的概念？并说明为什么要采用让权等待？,10*100*16=16000扇区；16000/8=2000字节；当空闲区项超过2000/5=400时。,152,3假设有两类资源A和B，A类资源10个，B类资源14个，当前系统的资源分配情况如下表所示。根据分配表，回答下面两个问题：请填写系统的需求矩阵。使用银行家的算法，确定系统是否死锁状态？如果不死锁给出安全序列，如果死锁给出死锁的四个条件。,153,2003年操作系统一、单项选择题（在每小题1分，共20分）1.若有一进程拥有100个线程，这些线程属于用户级线程，则该进程在系统调度执行时间上占用（）时间片。11001/10002.能从一种状态转变为3种状态的是（）就绪阻塞完成执行3.不是信号量能实现的功能（）进程互斥进程同步执行的前趋关系进程的并发执行,154,4.作业的周转时间与响应时间的时序关系是（）重叠的相邻接的有间隔的不存在的5.下面哪一个不会引起进程创建(）用户登录作业调度设备分配应用请求6.不是同步机制应遵循的准则（）让权等待空闲让进忙则等待AND条件7.死锁定理是用于处理死锁的那一种方法（）预防死锁避免死锁检测死锁解除死锁,155,8.当分配一通道给进程，由该进程传送完数据之后才能给别的进程占用，这种情况是属那一种通道类型。()字节多通道数组选择通道数组多路通道PIPE9.段式存储管理中，处理零头问题可采用（）方法。重定位拼接spooling技术覆盖技术10.适合多道程序运行的存储管理中，存储保护是为了()防止一个作业占用同一个分区防止非法访问磁盘文件防止非法访问磁带文件防止各道作业相互干扰,156,11.分页存储管理中,主存的分配是（）。以块为单位进行以作业的大小分配以物理段进行分配以逻辑记录大小进行分配12.请求页式存储管理系统可能出现（）问题。抖动不能共享外零头动态链接13.缓冲池管理中着重考虑的问题是（）。选择缓冲区的大小决定缓冲区的数量实现进程访问缓冲池的同步限制进程的数量14.设置当前目录的主要原因是（）。节省主存空间加快文件查找速度节省辅存空间便于打开文件,157,15.建立多级目录（）。便于文件的保护便于关闭文件解决文件的重名与共享提高系统的效率16.各站点既可以作为客户去访问其它站点，又可以为其它站点服务，这种方式称为（）服务器模式客户模式对等模式客户/服务器模式17.文件的顺序存取是（）。按终端号依次存取按文件的逻辑号逐一存取按物理块号依次存取按文件逻辑记录的大小逐一存取18.AND信号量机制是为了（）信号量的集中使用解决结果的不可再现性问题防止系统的不安全性实现进程的相互制约,158,19.使用修改位的目的是:（）实现LRU页面置换算法实现NRU页面置换算法在快表中检查页面是否进入检查页面是否最近被写过20通道程序是（）。由一系列机器指令组成由一系列通道指令组成可以由高级语言编写就是通道控制器二、判断改错题（将正确的划上“”错误的划上“”每小题1.5分，共15分）1.（）可变式分区采用紧凑技术,可构成大的空白存储区。,159,2.（）多级反馈队列调度算法是属静态优先权调度算法。3.（）静态链接需要共享目标模块的拷贝，而动态链接不需要共享目标模块的拷贝。4.（）在页面置换算法中，最近最久不用页面置换算法LRU与简单的Clock置换算法是相同的。5.（）设备控制器是可编址设备。当用于控制多台设备时，则具有多地址。6.（）缓冲技术是以空间换取时间，而且只能在设备使用不均衡时起到平滑作用。7.（）由系统通过逻辑设备表实现逻辑设备到物理设备的映射。当更换物理设备时，用户的程序不用改，仅修改逻辑设备表,160,8（）采用多级目录不能实现不同用户可使用不同名字，来访问系统中的同一个共享文件。9（）用户对文件的访问：将由用户访问表、目录访问权限及文件属性三者的权限所确定。10.（）请求页式管理系统中，既可以减少外零头，又可以消除内零头。三、填空题（每小题1分，共10分）1.系统调用有五大类，它们是进程控制类、文件操作类、设备管理类、_和_。2.在引入线程的操作系统中，把进程作为_的基本单位、而把线程作为_的基本单位。,161,3分布式操作系统的特征有：分布性、并行性、共享性、_和_。4.在I/O系统中引入缓冲的原因有：_、_和_。5.并发执行程序有三个特征，它们是：_、_和_。6.外存的分配方法有：_、_和_。7.产生死锁的原因：_和_。8多处理机操作系统的类型有：_和_。9若有两个进程P1和P2能并发执行，则