《操作系统》复习知识点

40.什么是设备驱动程序？它的作用有哪些？* 18第1章1.操作系统的概念*操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合——它们管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源，合理组织计算机工作流程，以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强大、使用方便和可扩展的工作环境，从而在计算机与其用户之间起到接口的作用。2.操作系统的历史*操作系统的开展分为四个阶段：1946年～50年代末：第一代，电子管时代，无操作系统；50年代末～60年代中期：第二代，晶体管时代，批处理系统；60年中期～70年代中期：第三代，集成电路时代，多道程序设计；70年代末至今：第四代，大规模和超大规模时代，分时系统；3.操作系统的根本类型*操作系统的根本类型有批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、通用操作系统、个人计算机操作系统、网络操作系统、分布式操作系统、嵌入式系统。其中批处理操作系统的特征是：⑴用户脱机使用计算机，⑵成批处理，⑶多道程序运行。其优点是：系统资源共享，系统资源使用效率高，作业吞吐量大。其缺点是：无交互性，作业周转时间长，用户使用不方便。分时操作系统的特点是：⑴交互怍，⑵多用户的同时性，⑶独立性。实时操作系统的主要特点是：⑴及时性，⑵高可靠性。通用操作系统的主要特点是：具有批处理系统、分时操作系统、实时操作系统和多重处理中两种以上的功能。个人计算机操作系统的主要特点是：联机的交互性、单用户、多媒体化。网络操作系统的主要特点是：信息交换、资源共享、可互操作、协作处理、作业迁移。分时操作系统的主要特点是：信息交换、资源共享、可互操作、协作处理、作业迁移、系统的透明性等。4.操作系统的功能*5.研究操作系统的观点*研究操作系统的观点有多种：第一种是资源管理的观点，第二种观点是用户界面观点，第三种观点是进程管理的观点。等功能。对于每一种资源的管理都可以从资源情况记录、资源分配策略、资源分配和资源回收等几个方面来加以讨论。第2章操作系统用户界面6.操作系统的用户界面有哪些*操作系统的用户界面有两个，一个是系统为用户提供的各种系统调用，编程人员使用系统调用来请求操作系统提供效劳，例如申请和释放外设等类资源、控制程序的执行速度等。脱机方式和联机方式。所谓脱机方式出错停止之后查看执行结果或出错信息，以便修改作业内容或控制过程。所谓联机方式8.作业的的概念、作业状态及作业控制作业状态包括作业提交、作业后备、作业运行及作业完成等四种状态，每种状态的变迁都由操作系统相应的模块进行控制与管理，如以下列图所示。可见作业控制包括作业建立、作业调度、作业结束等。作业提交作业提交作业运行作业完成作业后备作业建立作业调度作业结束*〕用户提交作业的过程就是系统建立作业的过程。用户输入作业的方式有5种，即联机输入方式、脱机输入方式、直接耦合方式、SPOOLING系统以及网络输入方式等。在SPOOLING系统中，多台外围设备通过通道或DMA器件和主机与外存连接起来，作业的输入输出过程由主机中的操作系统控制。操作系统中的输入程序包念两个独立的过程，一个过程负责从外部设备把把信息读入缓冲区，另一个过程是写过程，负责把缓冲区中的信息送入到外存输入井中。在系统输入模块收到作业输入请求后，输入管理模块中的读过程负责将信息从输入装置读入缓冲区。当缓冲区满时，由写过程将信息从缓冲区写到外存输入井中。读过程和写过程反复循环，直到一个作业输入完毕。当读过程读到一个硬件结束标志后，系统再次驱动写过程把最后一批信息写入外存并调用中断处理程序结束该次输入。然后，系统为该作业建立作业控制块JCB，从而使输入井中的作业进入作业等待队列〔此时该作业处于后备状态〕，等待作业调度程序选中后进入内存。第3章进程管理10.在单道程序系统中和在多道程序系统中，程序执行的特点各有哪些？*单道程序系统中程序执行的特点有：⑴顺序性，⑵独占性，⑶封闭性，⑷再现性。多道程序系统中程序执行的特点有：⑴制约性，⑵失去封闭性，⑶失去再现性，⑷失去对应性。11.进程的概念*进程是并发程序〔段〕的执行，是多道程序系统中程序〔段〕的执行过程。12.进程的特征*进程的特征包括⑴动态性，⑵并发性，⑶独立性，⑷异步性，⑸结构性〔即进程由程序〔段〕、数据〔段〕和进程控制块组成〕。13.进程、程序和作业的联系与区别*进程和程序是两个既有联系又有区别的概念，它们的区别与关系可简述如下：⑴进程是一个动态概念，而程序是一个静态概念；⑵进程具有并行性，而程序没有；⑶进程是竞争资源的根本单位，从而其并行性受到系统自己的制约；⑷不同的进程可以包含同一程序，只要该程序所对应的数据集不同。进程和作业的关系：⑴作业是用户向计算机提交提交任务的任务实体，而进程是完成用户任务的执行实体，是向系统申请分配资源的根本单位。⑵一个作业可以由多个进程组成，并且至少由一个进程组成。⑶作业的概念主要用在批处理系统中，而进程的概念几乎可以用在所有多道程序系统中。14.进程的描述*一个进程的静态描述由三个局部构成：进程控制块PCB、有关程序段和该程序段对其进行操作的数据结构集。其中进程控制块PCB包含四类信息，即描述信息、控制信息、资源管理信息和CPU现场保护结构。15.进程状态及其转换*进程的根本状态包含执行、就绪和等待等三种状态。处于就绪状态的进程被进程调度程序调度时即进入运行状态；处于运行状态的进程因等待某些事件〔如完成输入输出〕的产生而进入等待状态，也会因为时间片用完或被剥夺而进入就绪状态；处于等待状态的进程因等待某些事件〔如完成输入输出〕已经发生而进入就绪状态。进程的根本状态及其状态变迁如以下列图所示运行阻塞运行阻塞就绪4132变迁2：正在执行的进程所分配的时间片用完，导致进程从处理机上退到就绪状态；或者在可抢占优先级的进程调度中，有更高优先级的进程进入就绪状态，导致正在执行的进程从执行状态退到就绪状态。变迁3：进程需要等待事件发生。变迁4：进程所等待的某事件发生〔如I/O完成〕。状态变迁之间可能发生的因果变迁：3—1：由于处于运行状态的进程转入阻塞状态，进程调度程序根据调度算法，又从就绪队列中选择一个进程投入运行；2—1：由于处于运行状态的进程时间片用完，重新转入就绪状态，从而使进程调度程序又从就绪队列中选择一个进程投入运行；3—2：此种变化不存在；4—1：4的发生与1的发生没有必然关系；3—4：3的发生与4的发生没有必然关系；无关变迁有：变迁1、2、3与处理机有关，必须引起其他变迁，变迁4不涉及处理机，不直接引起其他变迁。16.进程互斥与同步*一组并发进程中的一个或多个程序段，因共享某一公有资源而导致它们必须以一个不允许交叉执行的单位执行，这种情形称为互斥。互斥也可定义为不允许两个或两个以上的共享该资源的并发进程同时进入临界区。把异步环境下的一组并发进程，因直接制约而互相发送消息而进行互相合作、互相等待，使得各进程按一定的速度执行的过程称为进程间的同步。要能做作业2、4、6、8、9、10、11、14等题目。下面再举一例设某一家有一个果盘，最多可装三个水果。爸爸负责把苹果放入果盘，妈妈负责把香蕉放入果盘，儿子负责从果盘中取出香蕉，女儿负责从果盘中取出苹果，并且每次只能有一人放一个水果到果盘中或只能有一人从果盘中取走一个水果。问每一个人要如何来做才能顺利进行？分析：爸爸、妈妈、儿子和女儿之间都是互斥关系，爸爸与女儿在萍果上形成同步关系，妈妈与儿子在香蕉上形成同步关系。爸爸和妈妈与儿子和女儿之间在盘子上形成同步关系。解答：设爸爸的动作：LoopP(empty)P(mutex)把一个萍果放入果盘中；V(mutex)V(apple_count)endloop妈妈LoopP(empty)P(mutex)把一个香蕉放入果盘中；V(mutex)V(banana_count)endloop儿子LoopP(banana_count)P(mutex)从果盘中取出一个香蕉；V(mutex)V(empty)endloop女儿LoopP(apple_count)P(mutex)从果盘中取出一个萍果；V(mutex)V(empty)Endloop最后，请完成以下题目：〔1〕信箱通信如以下列图所示Send信箱头进程B进程AReceiveSendReceive其中信箱中有nSend信箱头进程B进程AReceiveSendReceive如果信箱中有空箱格，那么把信件存放于其中，否那么，发送进程进入等待状态；接收进程Receive〔信件〕的功能为：如果信箱中有信件，那么把信件从中取出，否那么，接收进程进入等待状态；再设发送进程Send和接收进程Receive使用信箱时是互斥进行的。请给分别给出发送进程Send和接收进程Receive的程序结构。〔3〕M0M0M3M1M2P3P0P1P217.在单机系统中进程通信有哪几种形式？其特点如何？各举一例在单机系统中进程通信有4种形式，即主从式、会话式、消息或邮箱机制、共享存储区方式。其中主从式通信系统的主要特点有：主进程可自由地使用从进程的资源或数据；从进程的动作受主进程的控制；主进程和从进程的关系是固定的。主从式通信系统的典型例子是终端控制进程和终端进程。会话式通信系统的主要特点有：会话双方分别称为使用进程和效劳进程，使用进程在使用效劳进程提供的效劳之前，需要得到效劳进程的许可；效劳进程根据使用进程的要求提供效劳，并完成纣该效劳的控制；使用进程和效劳进程在进行通信过程中具有固定的连接关系。例子：用户进程志磁盘管理进程。消息或邮箱机制的主要特点有：只要存在空缓冲区或邮箱，发送进程就可以发送消息；发送进程与接收进程之间无直接连接关系；发送进程和接收进程之间存在缓冲区或邮箱存放被传送消息。例子：用户和控制台的通信。共享存储区通信系统的主要特点有：两个需要通信的进程通过对同一个共享数据区的操作来实现通信；不需要数据移动。18.什么是死锁？死锁产生的原因？产生死锁的必要条件？进程互斥与同步*所谓死锁是多个进程间的一种僵持状态。在一组进程中，每个进程都占用了一些资源，同时又要占用其他进程所占用的资源，这样每个进程的要求都得不到满足，进程间陷入了一种相互等待、无法向前执行的状态，在无外力干预的条件下，这种状态将永远持续下下去。死锁的起因是并发进程的资源竞争。产生死锁的根本原因是，系统提供的资源个数少于并发进程所要求的该类资源数。死锁产生的必要条件有：〔1〕互斥条件；〔2〕不剥夺条件；〔3〕请求和保持条件；〔4〕环路等待条件。有：预防、防止、检测与恢复三种。死锁的预防是保证系统不进人死锁状态的一种策略。它的根本思想是要求进程申请资源时遵循某种协议，从而打破产生死锁的四个必要条件中的一个或几个，保证系统不会进人死锁状态。死锁的防止是一种死锁检测与恢复是制系统设有专门的机构，当死锁发生时，该机构能够检测到死锁发生的位置和原因，并通过外力破坏死锁发生的必要条件，从而使得并发进程从死锁状态中恢复出来。19.什么是线程？为什么要引入线程？线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的根本单位。之所以要引入线程，其目的是为了减少程序并发执行时所付出的时空开销，使OS具有更好的并发性能。20.进程和线程的关系有哪些？进程和线程的关系有：〔1〕线程是进程的一个组成局部。〔2〕进程的多个线程都在进程的地址空间活动。〔3〕资源是分给进程的，而不是分给线程的，线程在执行中需要资源时，系统从进程的资源配额中扣除并分配给它。〔4〕处理机调度的根本单位是线程，线程之间竞争处理机，真正在处理机上运行的是线程。〔5〕线程在执行过程中，需要同步。21.引入线程的好处有哪些？*引入线程的好处有：〔1〕以线程作为系统调度的根本单位，减少了系统时空开销。以进程为系统调度的根本单位的系统中，进程的切换是很频繁。在切换中由于要保存当时的运行环境，还要设置新选中的进程的运行环境，这既花费了处理机的时间，又增加了主存的空间，从而也限制了系统进程的数量和进程的切换速度。〔2〕引进线程提高了系统的并行能力。线程作为进程内的一个可执行实体，减少了并行粒度。线程作为调度的根本单位而不是资源分配的根本单位，调度更为容易，而且采用线程提高系统的并行能力比采用进程更为有效。〔3〕同一进程的线程共享进程的用户地址空间，所以同一进程的线程间的通信更容易实现。第4章处理机调度22.什么是作业调度？什么是进程调度？进程调度的时机有哪些？*作业调度是处理机调度中的高级调度，该调度将按照某种算法从后备作业中选择一个作业，将其装入内存并创立为进程。进程调度是处理机调度中的低级调度，该调度将按照某种算法从就绪队列中选择一个进程，让该进程使用CPU运行程序。进程调度的时机有：〔1〕当前运行进程已经执行完毕。〔3〕当前运行进程请求资源，假设得不到满足，只好调用阻塞原语，将自己阻塞。〔4〕当前进程执行了P操作。〔5〕在可抢占优先级调度中，当前执行的进程执行了V操作唤醒一个进程，并且被唤醒者的优先级高于当前进程时。〔6〕在可抢占优先级调度中，一个新进程被创立且优先级高于当前执行的进程时。〔7〕分时系统中的当前进程的时间片用完。23.常用的调度算法有哪些？它们适用范围如何？*常用的调度算法有：1〕先来先效劳〔FCFS〕，它适用于作业调度和进程调度；2〕轮转法〔RR〕，它适用于进程调度；3〕多级反响轮转法，它适用于进程调度；4〕优先级法，它适用于作业调度和进程调度；5〕最短作业优先法〔SJF〕，它适用于作业调度；6〕最高响应比优先法〔HRRN〕，它适用于作业调度，其中作业的响应比R为R=(W+T)/T=1+W/TT为作业估计需要执行的时间，W为作业在后备状态队列中的等待时间。24.完成以下各题：〔1〕假设有4道作业，它们的提交时刻及执行时间由下表给出：作业提交时刻〔小时〕执行时间〔小时〕110.002210.201310.400.5410.500.3计算在单道程序环境下，采用先来先效劳调度算法和最短作业优先调度算法时的平均周转时间和平均带权周转时间，并指出它们的调度顺序。〔2〕设有四个进程P1，P2，P3，P4，它们到达就绪队列的时刻、运行时间及优先级如下表所示：进程到达就绪队列时刻〔根本时间单位〕运行时间〔根本时间单位〕优先级P1091P2143P3282P43104问：①假设采用可剥夺的优先级调度算法，给出各进程的调度次序以及每个进程的等待时间。②假设采用时间片轮转调度算法，且时间片为2个根本时间单位，试给出各进程调度的次序及平均周转时间。〔3〕设在批处理系统中有4道作业，它们进入系统的时刻及运行时间如下：作业进入时刻〔h〕运行时间〔h〕18.002.0028.500.5039.000.1049.500.20设系统采用单道方式运行，分别给出在以下算法中各作业的运行顺序、平均周转时间平均带权周转时间：FCFS算法，SF算法〔短作业优先〕。〔4〕有五个任务〔A，B，C，D，E〕，它们几乎同时到达，预计它们的运行时间为〔10，6，2，4，8〕m。其优先级分别为3，5，2，1和4，这里5为最高的优先级。对于以下每一种调度算法。计算其平均进程周转时间〔进程切换开销可不考虑〕。〔1〕先来先效劳〔按A，B，C，D，E〕算法。〔2〕时间片轮转算法。〔3〕优先级调度算法第5章存储管理25.要求完成以下各题：HIJ。H，I，J：①固定分区法②动态分区法③覆盖与交换技术④请求分页法⑤动态的段式管理⑥静态页式管理〔2〕存储管理中，动态地址重定位的优点有哪些？〔3〕在页式虚存系统中，一程序的页面走向〔访问串〕为1，2，3，4，1，2，5，1，2，3，4，5，设分配给该程序的驻留集〔工作集〕为m，试分别计算m=3和m=4时，FIFO和LRU两种替换算法的页故障〔中断〕次数。结果说明了什么？〔3〕某操作系统采用页式虚存管理，允许编程空间为32个页面〔每页1KB〕，主存为16KB。如果一用户程序有10页长，且某时刻该用户进程的页表如下表所示。081724310如果分别遇到以下三个逻辑地址〔十六进制〕：0AC5、1AC5、3AC5处的操作，试说明存储管理系统将如何处理〔假定驻留集即工作集为4个页面〕。〔4〕1，2，3，4，3，1，4，5，6，3，7，1，3，1，4，5，6，7，1⑴⑵〔5〕某虚拟存储器的用户空间共有32个页面，每页1KB，主内16KB。试问：①逻辑地址的有效位是多少？②物理地址需要多少位？③0A5C和093C〔6〕有一个系统其内存容量为1024KB，有8个作业同时到达，各作业需要的内存容量和运行时间如下表需要内存容量〔KB〕运行时间〔s〕1140328013100346025501630371528203系统①1s后，内存空闲区分别按最先适应和最正确适应算法的链接方式链接，将如何链接？②2s后，内存空闲区分别按照上述两种算法将如何链接？③在②后，刚好有一个需要12KB内存容量的作业9要求进入内存，按照上述两种算法，将分别把哪一块空闲区分配给它？26.要求能做本章所有作业。*27.页式管理的优缺点。优点：〔1〕由于它不要求作业或进程的程序段和数据在内存中连续存放，从而有效地解决了碎片问题。〔2〕动态页式管理提供了内存和外存统一管理的虚存实现方式，使用户可以利用的存储空间大大增加。这既提高了主存的利用率，又有利于组织多道程序执行。缺点：〔1〕要求有相应的硬件支持〔例如，地址变换机构、缺页中断的产生和选择淘汰页面等都要求有相应的硬件支持〕，这增加了机器本钱。〔2〕增加了系统开销，例如缺页中断处理等。〔3〕请求调页的算法如选择不当，有可能产生抖动现象。〔4〕虽然消除了碎片，但每个作业或进程的最后一页内总有一局部空间得不到利用。28.段式管理的优缺点。优点：〔1〕段式管理提供了内存和外存统一管理的虚存实现方式，使用户可以利用的存储空间大大增加。这既提高了主存的利用率，又有利于组织多道程序执行。〔2〕在段式管理中，段长可根据需要动态增长。〔3〕便于对具有完整逻辑功能的信息段进行共享。〔4〕便于实现动态链接。缺点：〔1〕段式管理需要较多的硬件支持。〔2〕会产生外部碎片。〔3〕允许段的动态增长会给系统管理带来一定的难度和开销。〔4〕每个段的长度受内存可用区大小的限制。第829.要求完成以下题目:K和LM。UNIX系统把设备看作是NO。K，L，M：①②③④⑤⑥N：①②③④O：①绕道法②链接法③N、比较O、查看P等三步来验证。N，O，P：①用户的存取权限②读写权限③用户权限的本次存取要求是否一致④⑤⑥存取控制表与存取控制矩阵是否一致30.(BFD即FCB表)标识符012345678910…08121520〔I.txt的FCB〕18(Index.txt的FCB)23526067(pic1.bmp的FCB)89(pic2.bmp的FCB)…()MyDoc()()MyDoc3EXE7…………DOS6MATH8…………Index5I4…………()()Pic19…………Pic210……⑴⑵MyDoc⑶⑷MyDoc和DOSIndex.txt；〔2〕MyDoc.txt；pic1.bmp、pic2.bmp，其中第9章设备管理31.设备管理的功能和任务。*设备管理的任务：〔1〕选择和分配输入输出设备以便进行数据传输操作；〔2〕控制输入输出设备和CPU〔或内存〕之间交换数据；〔3〕为用户提供一个友好的透明接口，把用户和设备硬件特性分开，使得用户在编制应用程序时不必涉及具体设备，系统按用户要求控制设备工作。另外，这个接口还为新增加的用户设备提供一个和系统相连接的入口，以便用户开发新的设备管理程序；〔4〕提高设备和设备之间、CPU和设备之间，以及进程和进程之间的并行操作度，以使操作系统获得最正确效率。设备管理的功能〔1〕提供和进程管理系统的接口。〔2〕进行设备分配。〔3〕实现设备和设备、设备和CPU等之间的并行操作。〔4〕进行缓冲区管理。32.数据传送控制方式。*外围设备和内存之间的常用数据传送控制方式有4种，即：〔1〕程序直接控制方式；〔2〕中断控制方式；〔3〕DMA控制方式；〔4〕通道方式。其中通道方式的数据输入处理过程是：33.中断的处理过程。*中断的处理过程是：〔1〕首先，CPU检查响应中断的条件是否满足。CPU响应中断的条件是：有来自中断源的中断请求、CPU允许中断。如果中断条件不满足，那么中断处理就无法进行。〔2〕如果CPU响应中断，那么CPU关中断，使其进入不可再次响应中断的状态。〔3〕保存被中断进程现场。为了在中断处理结束后能使进程正确地返回到中断点，系统必须保存当前处理机状态字PSW和程序计数器PC等到的值。〔4〕分析中断原因，调用中断处理子程序。在多个中断请求同时发生时，处理优先级最高的中断源发出的中断请求。〔5〕执行中断处理子程序。〔6〕退出中断，恢复被中断进程的现场或调度新进程占据处理机。〔7〕开中断，CPU继续执行。34.中断的类型。*中断分为硬中断与软中断。硬