2022年操作系统期末复习提纲 .pdf

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1、- 1 - 第一章1操作系统的定义操作系统 (operation system) ：控制和管理计算机硬件和软件资源，合理组织计算机的工作流程以及方便用户使用计算机的系统软件2计算机系统由哪两部分组成？软件包括哪两部分？哪些软件属于系统软件？哪些软件属于应用软件？硬件部分：计算机的物理装臵本身，包括处理器、存储器、输入/ 输出控制器和各种外设软件部分：由计算机硬件执行的用以完成一定任务的所有程序以及数据系统软件 :OS, 编译，解释，汇编，编辑等程序应用软件 :各类工具软件，数据库管理系统，图象处理软件等3裸机的定义一台没有配备任何软件的计算机4主要的三种操作系统是哪些？每种操作系统实现的思想和

2、特点是什么？（批处理系统，分时系统，实时系统分别是如何实现的？各自的特点是什么？）（1）批处理系统：将一批作业输入到计算机的辅存中，系统运行时，一个接一个的调入主存运行，这种采用批量化处理作业技术的OS 称为批处理系统。1）批处理系统的特点：充分利用资源、体统吞吐量大、系统开销小、不具备交互性、作业平均周转时间长（2）分时系统（ time-sharing system)：一台计算机与多个终端设备连接，每个用户通过终端联机操作， 系统将处理机时间划分为时间片轮流地分配给每个联机终端作业。每个用户的请求都能快速响应，用户感到像独占计算机1）分时系统的特征：及时性、独立性、交互性、同时性（3）实时系

3、统(real-time system) ：实时就是立即，马上之意。实时系统是一种能在限定时间内对输入数据快速处理并做响应的计算机系统。1）实时系统的特点：高及时性、高可靠性、较少人为干预、软件单一5操作系统的基本特征是什么？（1）并发性（ concurrency）（2）共享性（ sharing）（3）虚拟性（ virtual）（4）不确定性（ undeterminacy）或异步性（ asynchronism）6什么是并行？什么是并发？并发（ concurrent） ：指多个事件在同一段时间内同时发生，并行（ parallel） ：指多个事件在同一时刻发生7什么是特权指令？什么是非特权指令？处理

4、机的工作状态分为哪两种？什么是管态？什么是目态？特权指令：只允许操作系统程序使用的指令，如修改程序状态字，开关中断，清内存等非特权指令：既允许操作系统程序使用，又允许用户程序使用的指令，如算术运算、逻辑运算、取数存数以及访管指令等处理机的工作状态分为：管态（核心态、系统态） ：操作系统的程序运行时CPU 所处的状态目态（用户态） ：用户程序运行时CPU 所处的状态8. 多道程序设计的前提条件是什么？CPU 与外设并行工作名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 10

5、 页 - - - - - - - - - - 2 - 第二章1进程的定义是什么？进程的特征是什么？进程由哪三部分构成？（1）进程 (process) 的概念： 进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动（2）进程的特征：动态性：有一定的生命周期并发性：独立性：独立运行、分配资源异步性：进程按照各自独立的、不可预知的速度向前推进，具有间断性结构特征：由程序段、数据集合和PCB 构成进程实体（3）进程由2进程与程序的区别是什么？（1）程序是一组指令的有序集合，是一个静态的概念；进程是程序的一次执行，是一个动态的概念。（2）进程是暂时存在的；程序是永久存在于系统中的。（3）进程和

6、程序并非一一对应。（4）进程是能独立运行的基本单位，可以与其他进程并发执行；程序不能作为独立单位参加运行，不能并发执行3进程的三种基本状态是什么？它们之间是如何转换的？进程的三种基本状态：就绪 (Ready) 状态：进程获得除了CPU 以外的所有资运行 (Running)状态：进程获得必要的资源在CPU 上运行阻塞（等待） (Blocked)状态：进程运行时等待某一类事件的发生而暂时停止运行状态间的转换：4什么是进程控制块PCB ？PCB 的作用是什么？进程控制块（ PCB）的定义： OS 为了便于管理和控制进程的运行设臵的一个数据结构，存放进程的各种管理信息。PCB 的作用：（1）PCB 是

7、进程存在的物理标志和体现，系统通过PCB 对进程控制（2）PCB 是进程存在的唯一标志名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 3 - （3）为系统提供可并发执行的独立单位（4）为系统控制和管理进程提供所需的一切信息5什么是临界资源？什么是临界区？临界资源 (critical resource): 一次只允许一个进程使用的资源临界区 (critical section)：每个进程中访问临界资源的那段代码6P、V 操作

8、原语的作用是什么？信号量的初值和不同取值分别表示什么？P操作原语：分配资源，每执行一次P（S）操作，为进程请求一个单位的S类资源V 操作原语：释放资源，每执行一次V（S）的操作，为进程释放一个单位的S类资源信号量的初值和不同取值分别表示7会用信号量机制和P、V 操作求解进程互斥和同步问题。（生产者消费者问题，吃水果问题）分析清楚题目涉及的进程间的制约关系设臵信号量（包括信号量的个数和初值）把 P、 V 操作加到程序的适当处，给出进程相应程序的算法描述或流程控制生产者与消费者问题问题描述：1）只要缓冲区中有空闲单元，生产者便可存放产品；2）只要缓冲区中有产品，消费者进程就可以从缓冲区中取产品；3

9、）生产者进程和消费者进程对缓冲区进行读写操作时必须互斥。代码：P、V 操作实现：int mutex=1,empty=k,full=0; int arrayk; int pr=pw=0; producer() do produce a new message m; P(empty); P(mutex); Arraypr=m; pr=(pr+1) % k; V(mutex); V(full); While(TRUE); consumer() do P(full); P(mutex); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - -

10、名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 4 - m=arraypw; pw=(pw+1) % k; V(mutex); V(empty); Consume message m; while(TRUE); 放水果问题问题描述：桌上有个只能盛得下一个水果的盘子，爸爸可向盘中放苹果或桔子，儿子专吃盘中的桔子，女儿专吃盘中的苹果。规定：当盘子空时，一次只能放入一个水果供吃者取用。试用信号量和 P、V 操作实现爸爸、儿子和女儿这3 个进程之间的同步。代码：P、V 操作实现：int empty=1; int orange=0; int a

11、pple=0; 爸爸进程（） P(empty); 将水果放入盘中；若放入的是桔子则 V(orange); 否则， V(apple); 儿子进程（）P(orange); 从盘中取走桔子；V(empty); 吃桔子； 女儿进程（）P(apple); 从盘中取走苹果；V(empty); 吃苹果； 8什么是死锁？产生死锁的原因是什么？产生死锁的必要条件是什么？定义：两个以上的进程为竞争对方进程占有的资源而相互之间无休止地等待而造成的僵局，形成不可终止的状态产生死锁的原因：系统资源不足；进程推进顺序不当名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - -

12、- - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 5 - 产生死锁的必要条件：互斥条件；请求和保持条件；不剥夺条件；环路等待条件9解决死锁的方法有哪些？每种方法如何实现？死锁的预防：静态资源分配法；有序资源使用法死锁的避免10 会用银行家算法避免死锁。（会计算）银行家算法的基本思想银行家有一笔资金，n 个顾客需要提供贷款，顾客所需的全部资金可分期付给，当顾客获得全部资金后，可在一定期间内将资金全部归还银行家。n 个顾客所需全部资金总数比银行家拥有的资金要多银行家算法的实现：保证系统动态分配资源后不进入不安全状态，避免可能产生

13、死锁进程提出资源请求时，如果系统的资源能够满足该请求，判断分配后系统是否安全如果处于安全状态，分配；否则放弃举例： 假定系统中有4 个进程 P1、P2、P3、P4和 3 类资源 R1、R2、R3 （资源数量分别为9、3、6） ，在 t0 时刻的资源分配情况如下表所示。11 什么叫处理机调度？进程（处理机）调度算法有哪些？每种调度算法如何实现？进程调度（处理机调度、低级调度）：按照某种原则为处于就绪状态的进程分配处理机进程调度算法：（1）先来先服务调度算法（2）优先数优先调度算法（3）时间片轮转调度算法（4）多级反馈轮转算法第三章1什么是逻辑地址？什么是物理地址？物理地址（绝对地址） ：实际存储

14、单元在内存中的物理位臵。逻辑地址（相对地址） ：用户程序中使用的从“0”开始的地址。2什么是重定位？重定位分为哪两种？地址重定位（地址转换，地址映射）：将进程地址空间中的逻辑地址转化为存储空间的物理地址的过程。静态重定位：在程序运行之前一次性地将全部的逻辑地址转换为物理地址。动态重定位：在程序运行期间随着指令的执行逐步完成地址转换。3 单一连续区存储管理、 固定分区存储管理、 可变分区存储管理的实现原理和特点是什么？1）单一连续区分配基本思想：内存空间分成两部分：系统区：仅供操作系统使用用户区：除系统外的全部内存空间，供用户使用保护机制：基址寄存器：存放程序的起始物理地址界限寄存器：存放程序的

15、逻辑地址范围特点：优点：管理方法简单，不需要复杂的软，硬件支持；易于用户使用缺点：处理机的利用率不高：资源利用率不高2）固定分区存储管理基本思想：将内存中用户空间划分成若干个固定大小的区域；每个分区中装入一道作业分区划分方法：分区大小相等；分区大小不等存储分配：分区说明表：每个分区在内存中的起始地址；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 6 - 各个分区的大小；分区的状态（标志该分区是否被占用）；各分区号3）可变

16、分区存储管理4分区分配算法有哪些？如何实现？各自的特点是什么？（1）最先（首次）适应算法（FF）将空闲分区按照地址由小到大的顺序排序；从空闲分区表的起始位臵查找第一个满足的空闲分区；优先利用内存中低地址部分的空闲分区。（2）最佳适应算法把能满足要求、 又是最小的空闲分区分配给作业；能够保留大的空闲分区，也容易产生很小的空闲分区。（3）最坏适应法将空闲分区按照大小递减的顺序排序；挑选满足作业要求的最大的分区分配给作5什么是紧凑？紧凑的目的是什么？紧凑（拼接） ：移动主存中所有已分配分区到主存的一端，使多个分散的小分区合并成一个大分区。紧凑的目的：6分页存储管理的实现思想是什么？逻辑地址由哪两部分

17、构成？页号和页内地址偏移量分别表示什么意思？ （页号的位数表示一个进程最多包含多少页，页内地址偏移量的位数表示一页最多包含多少字节？）分页存储管理中地址如何转换？会计算。（1）基本原理：以页为单位分配内存，一页分配一个块，每页可以不连续（2）逻辑结构：物理块（页框） ：将内存空间分成大小相同的若干个存储块，从“0”开始编号页面（页）：将一个进程的逻辑地址空间分成与物理块相同大小的片，从“0”开始编号（3）地址结构：页号（ P） ：指明该地址在进程地址空间中的哪一页页内偏移量（ D） ：表明该地址在该页内的相对地址。（4）页号和页内偏移量的计算页号： P=INTA/L 页内偏移量： D=A MO

18、D L A：逻辑地址L：页面大小7什么是虚拟存储器？虚拟存储器的实现思想是什么？虚拟存储器的容量由什么决定？虚拟存储器的定义：仅把作业的一部分装入主存，其余部分放在外存上，当作业运行过程中需要其中某一部分时，从外存调入内存，提供一个比实际主存空间大得多的存储器虚拟存储器的容量由辅存容量和CPU 的地址结构来决定8页面置换算法有哪些？每种算法如何实现？给出一组页面访问序列，能够用图示的方式给出不用的置换算法的页面置换顺序。哪种页面淘汰算法会产生Belady现象？（会计算）（1）最佳页面臵换算法由 Belady于 1966年提出的一种理论上的算法；是一种理想化的算法，具有最好的性能，但是在实际上难

19、于实现；淘汰永不使用的，或是在最长时间内不被访问的页面（2）先进先出页面替换算法（FIFO）最早的一种页面臵换算法，实现起来比较容易；淘汰在内存中驻留时间最久的页面；会产生belady现象（3）最近最少使用算法(LRU) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 7 - 淘汰没有被使用的时间最长的页；用进程过去的对页面的使用情况来预测其将来的行为；需要一定的硬件成本以记录各页面所经历的访问时间先进先出页面替换算法会产

20、生belady现象。页面臵换算法还有：最近未用页面替换算法（NRU ） ；最近未用页面替换算法（NRU ） ；时钟页面替换算法（CLC 算法）9分段和分页的区别是什么？（1）页是信息的物理单位，分页是出于系统管理的需要；段是信息的逻辑单位，分段是为了更好的满足用户的需要（2）页的大小固定且由系统确定，段的长度不固定（3）分页的作业地址空间是一维的，分段的作业地址空间是二维的（4）页面对于用户是不可知的，分段则对用户是可见的第四章1什么是通道？通道：又称为I/O处理机，负责控制I/O 设备与内存之间的数据传输2什么是中断？中断：系统发生某一事件后，CPU 暂停正在执行的程序，转去执行处理该事件的

21、程序的过程3引入缓冲技术的目的是什么？（1）改善 CPU 和 I/O 设备之间速度不匹配的矛盾（2）暂存 I/O 信息，减少CPU 的中断次数（3）提高 CPU 与 I/O 设备之间的并行性5什么叫做设备独立性（设备无关性）？用户编制程序时， 不直接使用物理设备名来指定特定的物理设备，而是使用逻辑设备名来请求使用该类设备， 这样使得用户程序独立于具体的物理设备，而由操作系统中的设备管理程序建立逻辑设备与物理设备的对应关系6SPOOLing系统的实现原理是什么？有什么作用？在一大容量的直接存取共享设备中，开辟一些区域代替某台独占设备，把多个用户所使用的信息集中起来保存，当需要某一用户信息时，直接

22、从共享设备中读取代替从独占设备输入，把一个可共享的磁盘装臵，改造成了若干台输入设备和输出设备。7磁盘中物理块的定位需要哪三个参数？磁盘的访问时间由哪三部分构成？柱面号：由相同半径的圆形磁道形成的柱面，由外向里依次编号为：0、1、2、磁头号：将一个盘片组的全部有效盘面从上至下依次编的顺序号扇区号：每个盘面划分成相等数量的扇形区域8磁盘的调度算法有哪些？如何实现？会计算。（1）先来先服务（FCFS ）算法根据进程请求访问磁盘的先后次序进行调度；优点是公平、 简单，每个进程的请求都能依次得到处理；适用于访问请求不是很多，磁盘I/O 负担较轻且每次读/ 写多个连续扇区的情况（2）最短寻道时间优先（SS

23、TF ）算法选择从当前磁头位臵出发，移动距离或时间最少的磁盘I/O请求；目标是使每次磁头移动时间最少；可以得到比较好的吞吐量，有较低的平均响应时间名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 8 - 对用户的服务请求的响应机会不是均等的（3）扫描算法（ SCAN ）算法选择在磁头前进方向上从当前位臵移动最少的磁盘I/O请求执行；没有前进方向上的请求时才改变方向（4）循环扫描（ CSCAN ）算法总在一个方向上使用扫描算法

24、，当到达边沿时直接移动到另一边沿的第一个位臵；该算法可以改进扫描对中间磁道的偏好（5）其它算法1）优先级算法：根据进程优先级来调整磁盘I/O 请求的执行顺序2）后进先出算法：后产生的磁盘I/O 请求先执行3）N 步扫描算法： 把磁盘 I/O 请求队列分成长度为N 的段， 依次使用扫描算法处理各段的N 个请求4）双队列扫描算法：把磁盘I/O 请求分成两个队列，交替使用扫描算法处理一个队列，新生成的磁盘I/O 请求放入另一队列中注 1：磁盘的访问时间柱面定位时间（寻道时间、寻找时间）：磁头在磁臂带动下移动到指定柱面所花费的时间旋转延迟时间：指定扇区旋转到磁头下所需的时间数据传输时间：由磁头从指定扇

25、区进行读/ 写完成信息传送的时间第五章1从用户的角度看，引入文件系统的目的是什么？从用户的角度看： 用户可以用统一的文件观点去对待和处理各种存储介质中的信息，实现了按名存取2从逻辑结构上，文件分为哪两种？文件的逻辑结构：从用户角度看到的文件信息的组织形式从逻辑结构上文件分为：有结构文件（记录式文件）；无结构式文件3从物理结构上，文件分为哪几种？如何实现？各自的特点是什么？（1）顺序文件：逻辑文件中的记录顺序的存储到连续的物理盘块中特点： 1）将一个在逻辑上连续的信息依次存放在外存上连续的物理块中2）逻辑记录的次序与物理记录的次序完全一致优点： 1）存取速度较快，适用于系统文件2）当文件是定长记

26、录时，可以实现随机访问缺点： 1）不能充分利用外存空间，不是连续的外存块不能利用2）修改，插入，删除操作有困难，只能在文件末尾进行（2）链接文件：文件中的各个记录可以存放在不相邻接的各个物理盘块中，通过指针链接特点： 1）将连续的逻辑记录存放在不连续的物理块中2）每一个物理块的头一个或最后一个字节作为指针，指出下一逻辑记录存放的物理块地址优点： 1）可以提高外存利用率，同时文件能动态增长，不用事先确定文件的长度2）记录的删除与增加操作容易实现名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - -

27、 第 8 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 9 - 缺点： 1）不便于对文件的随机存取2）查找效率低（3）索引文件：每一文件建立一张索引表，实现记录和物理块之间的映射特点： 1）文件的各个逻辑记录离散的分布在各个物理块中2）为每一个文件建立一张索引表，索引表中的每一个表目指出逻辑记录对应的物理块号优点： 1）适于顺序存取，也适于随机存取2）便于记录的增删操作缺点： 1）增加存储空间的开销2）查找时间比较长4什么是 FCB ？ FCB 的作用是什么？文件控制块 (file control block, FCB) ：又称为文件目录项，描述和控制文件的数据结构，记录了文件的所

28、有属性信息，方便对文件进行存取文件控制块的作用：1）便于实现对文件的各种操作2）文件与 FCB 是一一对应的3）FCB 是系统中一个文件存在的唯一标志5文件的目录结构有哪几种？如何实现？各自有什么特点？（1）单级文件目录实现思想： 1）最简单的一种文件目录结构2）整个系统中只建立一张目录表，每个文件占用一个目录项3）目录项中包含FCB 中的全部信息特点：查找速度慢；不允许重名；不便于实现文件共享（2）二级文件目录实现原理： 1）系统中目录分为主文件目录(MFD) 和用户文件目录(UFD) 两级2）主文件目录中的每一个目录项包含用户名和指向该用户文件目录的指针3）每个用户文件目录在主文件目录中占

29、有一项4）每个用户都建立一个单独的用户文件目录，由该用户的所有FCB 组成特点：提高了检索目录的速度：不同用户可以使用相同的文件名；不同用户可以用不同的文件名共享同一文件；使用不灵活；同一用户不允许文件同名；（3）多级文件目录及其变形实现原理： 1）允许用户根据需要创建自己的子目录，组织文件2）包括目录文件节点和叶子节点（树叶节点）特点：可重名：只要两个文件不在同一目录内就允许重名；可共享；检索速度快；便于用户分类管理文件第七章1什么是作业控制块？作业控制块 (JCB Job Control Block) ：OS 为了管理进入系统中的每一个作业，为其建立一个作业控制块，保存作业管理所需的全部信

30、息。2什么是作业调度？作业调度 （高级调度、 宏观调度）：按照某种调度策略从后备队列中选取作业进入主存运行。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 10 - 3什么是周转时间？周转时间：从作业提交给系统开始，到作业运行完毕为止的时间间隔。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 10 页 - - - - - - - - -