2操作系统课程复习2.docx
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2操作系统课程复习2
操作系统课程复习
计算机操作系统教程(第四版)
各个章节的复习提纲:
操作系统定义:
计算机操作系统是方便用户、管理和控制计算机软硬件资源的系统软件(或程序集合)。
操作系统的五大功能:
作业管理、文件管理、存储管理、设备管理和进程管理。
操作系统五大类型:
批处理、实时、分时、网络、分布
1、操作系统基本概念p2
2、用户接口,每种接口的含义p13
3、批处理技术、分时系统、实时系统p8,p9
分时系统与实时系统:
分时系统通用性强,交互性强,及时性要求一般(通常数量级为秒);实时系统往往是专用的,系统与应用很难分离,常常紧密结合在一起,实时系统并不强调资源利用率,而更关心及时性(通常数量级为毫秒或微秒),可靠性等。
4、并发和并行的概念、区别
程序并发与程序并行:
程序并发是指多道程序在宏观上同时向前推进,如用户程序与用户程序之间的并发执行;用户程序与操作系统程序之间并发执行等。
程序并行与程序并发完全不相同,并行要求微观上的同时,即在绝对的同一时刻同时推进多道程序。
并发实质上宏观上并行,而微观上串行的意思。
进程管理
进程的概念、特征、基本状态p44,p45
进程调度算法:
先来先服务(FCFS)、轮转法(RR)、优先数法、多级反馈轮转法
P、V操作算法
进程同步、互斥、死锁p69、临界区、信号量、信号、共享缓冲区,管道p66。
多道程序设计:
指在计算机内存中同时存放多个程序,在管理程序的控制下交替的执行。
进程:
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。
它是操作系统动态执行的基本单元,在传统的操作系统中,进程既是基本的分配单元,也是基本的执行单元。
在采用微内核结构的现代操作系统中,进程的功能发生了变化:
它只是资源分配的单位,而不再是调度运行的单位,其调度运行的基本单位是线程
5、进程的概念、进程和程序的区别
6、进程的基本状态(就绪、执行、等待)及不同状态之间转换的条件
7、进程控制、PCB和进程的关系,是进程存在的唯一标志,进程的组成
8、用户态和系统态、进程上下文
10、临界资源、临界区、直接制约、间接制约、互斥概念
11、互斥的加锁实现
12、信号量和P、V原语
13、利用P、V原语实现进程互斥
14、进程同步的概念
15、私有和公有信号量的含义
16、生产者消费者问题,哲学家进餐问题,读者写者问题
17、进程通信,进程的同步和互斥属于低级通信
18、死锁的概念
19、产生死锁的原因
20、死锁的四个必要条件
21、死锁的解决方案:
预防、避免及检测与恢复;银行家算法属于死锁避免算法
22、线程的概念,优点?
处理机管理:
作业管理的任务和功能:
审查系统是否能满足用户作业的资源要求以及按照一一的算法来选取作业。
作业调度算法:
先来先服务(FCFS)、最短作业优先法(SJF)、最高响应比优先法(HRN)、定时轮转法、优先数法、多级反馈轮转法。
23、作业调度、交换调度、进程调度、线程调度
24、周转时间,平均周转时间,响应比
25、调度算法
存储管理:
存储管理的任务和功能:
解决多道作业的主存空间的分配问题。
包括:
内存区域的分配的管理、地址变换、内存的扩充技术、内存的共享和保护技术
存储管理方法:
分区(动态分区、内存紧缩)、分页、分段;地址结构;地址映射寄存器硬件
页面置换算法:
先进先出算法(FIFO)、最近最少使用算法(LRU)、最优淘汰算法(OPT)
分页是将一个进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的部分,每一个部分称作页面。
分段是一组逻辑信息的集合,即一个作业中相对独立的部分。
逻辑地址、物理地址:
在具有地址变换机构的计算机中,允许程序中编排的地址和信息实际存放在内存中的地址有所不同。
逻辑地址是指用户程序经编译后,每个目标模块以0为基地址进行的顺序编址。
逻辑地址又称相对地址。
物理地址是指内存中各物理存储单元的地址从统一的基地址进行的顺序编址。
物理地址又称绝对地址,它是数据在内存中的实际存储地址。
重定位:
把逻辑地址转变为内存的物理地址的过程。
虚拟存储器:
虚拟存储器是一种存储管理技术,用以完成用小的内存实现在大的虚空间中程序的运行工作。
它是由操作系统提供的一个假想的特大存储器。
但是虚拟存储器的容量并不是无限的,它由计算机的地址结构长度所确定,另外虚存容量的扩大是以牺牲CPU工作时间以及内、外存交换时间为代价的。
26、逻辑地址、物理地址
27、地址重定位,静态和动态
28、内存扩充,覆盖技术和交换技术
29、分区存储管理
30、页式存储管理抖动原因
31、段式和段页式存储管理
设备管理:
设备管理的任务和功能:
分配设备、控制和实现输入输出操作、管理输入输出缓冲区、实现虚拟设备技术
引入缓冲的目的
设备分类
设备I/O方式:
询问、中断、通道
32、设备的种类,块设备、字符设备
33、数据传送控制方式
34、中断技术,中断处理流程
35、通道技术
36、缓冲技术
37、设备的独立性、设备分配原则和策略
38、设备分配的数据结构
39、虚拟设备、SPOOL技术,
文件管理:
文件管理的任务和功能:
分配与管理外部存储器,实现“按名存取”;提供合适的存储方法;文件的共享与保护。
文件:
具有符号名的一组相关元素的有序序列,是一段程序或数据的集合。
文件系统:
包含文件管理程序(文件与目录的集合)和所管理的全部文件。
文件的逻辑组织:
用户对文件的观察和使用是从自身处理文件中数据时采用的组织方式来看待文件组织形式。
从用户观点出发所见到的文件组织形式。
文件的物理组织:
文件在存储设备上的存储组织形式。
40、文件和文件系统概念文件操作:
创建、打开、关闭、读、写、复制等
41、透明存取概念,文件层次模型
42、文件的逻辑组织,记录式文件、流式文件
43、常见的文件存取方式
顺序存取方式
随机(直接)存取方式
按键存取方式
44、文件的物理组织
文件的物理组织:
连续文件、链接文件、索引文件,
磁带和磁盘中的文件结构,连续结构、链接结构、索引结构
45、文件目录,一级目录、二级目录和树形目录(多级目录)
文件目录:
把所有的FCB组织在一起,就构成了文件目录,即文件控制块的有序集合
目录项:
构成文件目录的项目(目录项就是FCB)
目录文件:
为了实现对文件目录的管理,通常将文件目录以文件的形式保存在外存,这个文件就叫目录文件
文件目录内容参见后面的自主复习材料
46、文件共享,保密和保护概念,文件存取控制方式(存取控制矩阵、用户权限表、使用口令、使用密码的特点)
银行家算法:
2.设系统中有4个进程P1,P2,P3和P4.在某一时刻系统状态如下:
(10分)
进程已分配资源量还需要的资源
P124
P243
P321
P402
剩余资源量1
(1)系统是否处于安全状态?
如是,则给出一个进程安全序列.
(2)如果进程P4申请1个资源,能否实施分配?
为什么?
答:
(1)系统处于安全状态。
分配顺序:
P3,P2,P1,P4;P3,P2,P4,P1;
P3,P4,P2,P1;之一
(2)进程P4申请一个资源,不能实施分配,若分配则会产生死锁。
一台计算机有5台磁带机,它们由4个进程竞争使用,每个进程可能需要n台磁带机,规定每个进程一次仅允许申请一台,请问n为多少时,系统没有死锁危险,请说明其原因。
答:
n为1,2时,系统没有死锁危险.
分析:
若要系统不死锁,则4个进程中,必有一个进程可以获得n台磁带机,此时,其他进程最多可获得n-1台磁带机,于是有4*(n-1)+1<=5,从而有n<=2,取整数有n=2.
书上Page100(这里的条件:
单道串行非抢占试调度)
(注:
条件也可以是按优先级、按响应比高者优先等)
一、先来先服务FCFS,第一个作业到达时刻开始调度。
作业号提交时刻开始时刻执行时间完成时间周转时间带权周转时间
110:
0010:
00212:
00120分120/120
210:
2012:
00113:
00160分160/60
310:
4013:
000.513:
30170分170/30
410:
5013:
300.313:
48178分178/18
调度次序:
1-2-3-4
周转时间T=(120+160+170+178)/4.0=157分钟;(约2.62小时)
带权周转时间W=(120/120.0+160/60.0+170/30.0+178/18.0)/4.0=4.81;
二、短作业优先,附加条件:
第一个作业到达时刻开始调度。
作业号提交时刻开始时刻执行时间(hr)完成时间周转时间带权周转时间
110:
0010:
00212:
00120分120/120
410:
5012:
000.312:
1888分88/18
310:
4012:
180.512:
48128分128/30
210:
2012:
48113:
48208分208/60
调度次序:
1-4-3-2
周转时间T=(120+88+128+208)/4.0=136分钟;(约2.27小时)
带权周转时间W=(120/120.0+88/18.0+128/30.0+208/60.0)/4.0=3.41;
三、短作业优先,附加条件:
三个作业都到达时刻开始调度。
作业号提交时刻开始时刻执行时间完成时间周转时间带权周转时间
410:
5010:
500.311:
0800:
1818/18
310:
4011:
080.511.3800:
5858/30
210:
2011:
38112.3802:
18138/60
110:
0012:
38214.3804:
38278/120
调度次序:
4-3-2-1
周转时间T=(4*60+38+2*60+18+58+18)/4=(18+58+138+278)/4=123分钟(2.05小时)
带权周转时间W=(18/18.8+58/30.0+138/60.0+278/120.0)/4=1.89
某餐厅最多同时可容纳20名顾客就餐,当餐厅中就餐者少于20名时,则厅外顾客可进入就餐,否则需在外面等待。
若把每一名就餐顾客看作一个进程,请回答如下问题:
(1)用PV操作管理这些并发进程时,应如何定义信号量,写出信号量的初值以及信号量各种取值的含义。
答:
定义信号量s,初始值为20
意义:
s>0 s的值表示可继续进入餐厅的人数
s=0 表示餐厅中已有20名顾客就餐
s<0 |s|的值为等待进入餐厅的人数
(2)根据所定义的信号量,把应执行的PV操作及就餐过程填入begin...end之间,以保证进程能够正确地并发执行。
答:
COBEGINPROCESSPI(I=1,2,……)
Begin
P(s);
进入餐厅;
就餐;
退出餐厅;
V(s);
end
COEND
下面是自主复习参考资料:
1、简述操作系统的定义。
操作系统是计算机系统的一种系统软件,它统一管理计算机系统的资源和控制程序的执行。
2、在多道程序设计技术的系统中,操作系统怎样才会占领中央处理器?
只有当中断装置发现有事件发生时,它才会中断当前占用中央处理器的程序执行,让操作系统的处理服务程序占用中央处理器并执行之。
3、简述“删除文件”操作的系统处理过程。
用户用本操作向系统提出删除一个文件的要求,系统执行时把指定文件的名字从目录和索引表中除去,并收回它所占用的存储区域,但删除一个文件前应先关闭该文件。
4、对相关临界区的管理有哪些要求?
为了使并发进程能正确地执行,对若干进程共享某一变量(资源)的相关临界区应满足以下三个要求:
①一次最我让一个进程在临界区中执行,当有进程在临界区中时,其他想进入临界区执行的进程必须等待;②任何一个进入临界区执行的进程必须在有限的时间内退出临界区,即任何一个进程都不应该无限逗留在自己的临界区中;
③不能强迫一个进程无限地等待进入它的临界区,即有进程退出临界区时应让下一个等待进入临界区的进程进入它的临界区。
5、简述解决死锁问题的三种方法。
①死锁的防止。
系统按预定的策略为进程分配资源,这些分配策略能使死锁的四个必要条件之一不成立,从而使系统不产生死锁。
②死锁的避免。
系统动态地测试资源分配情况,仅当能确保系统安全时才给进程分配资源。
③死锁的检测。
对资源的申请和分配不加限制,只要有剩余的资源就呆把资源分配给申请者,操作系统要定时判断系统是否出现了死锁,当有死锁发生时设法解除死锁。
6、从操作系统提供的服务出发,操作系统可分哪几类?
批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统、分布式操作系统。
7、简述计算机系统的中断机制及其作用。
中断机制包括硬件的中断装置和操作系统的中断处理服务程序。
中断装置由一些特定的寄存器和控制线路组成,中央处理器和外围设备等识别到的事件保存在特定的寄存器中,中央处理器每执行完一条指令,均由中断装置判别是否有事件发生。
若无事件发生,CPU继续执行;若有事件发生,则中断装置中断原占有CPU的程序的执行,让操作系统的处理事件服务程序占用CPU,对出现的事件进行处理,事件处理完后,再让原来的程序继续占用CPU执行。
8、选择进程调度算法的准则是什么?
由于各种调度算法都有自己的特性,因此,很难评价哪种算法是最好的。
一般说来,选择算法时可以考虑如下一些原则:
①处理器利用率;②吞吐量;③等待时间;④响应时间。
在选择调度算法前,应考虑好采用的准则,当确定准则后,通过对各种算法的评估,从中选择出最合适的算法。
9、独占设备采用哪种分配方式?
独占设备通常采用静态分配方式。
即在一个作业执行前,将作业要使用的这类设备分配给作业,在作业执行期间均归该作业占用,直到作业执行结束才归还。
10、产生死锁的原因是什么?
①系统资源不足;②进程推进顺序不合适。
在早期的系统中,由于系统规模较小,结构简单,以及资源分配大多采用静态分配法,使得操作系统死锁问题的严重性未能充分暴露出来。
但今天由于多道程序系统,以至于数据系统的出现,系统中的共享性和并行性的增加,软件系统变得日益庞大和复杂等原因,使得系统出现死锁现象的可能性大大增加。
11、何谓批处理操作系统?
用户准备好要执行的程序、数据和控制作业执行的说明书,由操作员输入到计算机系统中等待处理。
操作系统选择作业并按作业说明书的要求自动控制作业的执行。
采用这种批量化处理作业的操作系统称为批处理操作系统。
12、对特权指令的使用有什么限制?
只允许操作系统使用特权指令,用户程序不能使用特权指令。
13、影响缺页中断率有哪几个主要因素?
影响缺页中断率的因素有四个:
①分配给作业的主存块数多则缺页率低,反之缺页中断率就高。
②页面大,缺页中断率低;页面小缺页中断率高。
③程序编制方法。
以数组运算为例,如果每一行元素存放在一页中,则按行处理各元素缺页中断率低;反之,按列处理各元素,则缺页中断率高。
④页面调度算法对缺页中断率影响很大,但不可能找到一种最佳算法。
14、磁盘移臂调度的目的是什么?
常用移臂调度算法有哪些?
磁盘移臂调度的目的是尽可能地减少输入输出操作中的寻找时间。
常用的移臂调度算法有:
①先来先服务算法②最短寻找时间优先算法③电梯调度算法④单向扫描算法。
15、常用的作业调度算法有哪些?
①先来先服务算法②计算时间短的作业优先算法③响应比最高者优先算法④优先数调度算法⑤均衡调度算法
16、计算机系统的资源包括哪些?
计算机系统的资源包括两大类:
硬件资源和软件资源。
硬件资源主要有中央处理器、主存储器、辅助存储器和各种输入输出设备。
软件资源有编译程序、编辑程序等各种程序以及有关数据。
17、CPU在管态和目态下工作有何不同?
当中央处理器处于管态时,可以执行包括特权指令在内的一切面器指令,而在目态下工作时不允许执行特权指令。
18、何为页表和快表?
它们各起什么作用?
页表指出逻辑地址中的页号与所占主存块号的对应关系。
作用:
页式存储管理在用动态重定位方式装入作业时,要利用页表做地址转换工作。
快表就是存放在高速缓冲存储器的部分页表。
它起页表相同的作用。
由于采用页表做地址转换,读写内存数据时CPU要访问两次主存。
有了快表,有时只要访问一次高速缓冲存储器,一次主存,这样可加速查找并提高指令执行速度。
19、作业在系统中有哪几种状态?
一个作业进入系统到运行结束,一般要经历进入、后备、运行和完成四个阶段,相应地,作业亦有进入、后备、运行和完成四种状态。
①进入状态:
作业的信息从输入设备上预输入到输入井,此时称为作业处于进入状态。
②后备状态:
当作业的全部信息都已输入,且由操作系统将其存放在输入井中,此时称作业处于后备状态。
系统将所有处于后备状态的作业组成后备作业队列,等待作业调度程序的调度。
③运行状态:
一个后备作业被作业调度程序选中,分配了必要的资源,调入内存运行,称作业处于运行状态。
④完成状态:
当作业正常运行完毕或因发生错误非正常终止时,作业进入这完成状态。
20、为什么说批处理多道系统能极大地提高计算机系统的工作效率?
①多道作业并行工作,减少了处理器的空闲时间。
②作业调度可以合理选择装入主存储器中的作业,充分利用计算机系统的资源。
③作业执行过程中不再访问低速设备,而直接访问高速的磁盘设备,缩短执行时间。
④作业成批输入,减少了从操作到作业的交接时间。
21、操作系统为用户提供哪些接口?
操作系统为用户提供两种类型的使用接口:
一是操作员级的,它为用户提供控制作业执行的途径;二是程序员级的,它为用户程序提供服务功能。
22、什么是线程?
多线程技术具有哪些优越性?
线程是进程中可独立执行的子任务,一个进程可以有一个或多个线程,每个线程都有一个惟一的标识符。
线程与进程有许多相似之处,往往把线程又称为“轻型进程”,线程与进程的根本区别是把进程作为资源分配单位,而线程是调度和执行单位。
多线程技术具有多个方面的优越性:
①创建速度快、系统开销小:
创建线程不需要另行分配资源;
②通信简洁、信息传送速度快:
线程间的通信在统一地址空间进程,不需要额外的通信机制;
③并行性高:
线程能独立执行,能充分利用和发挥处理器与外围设备并行工作的能力。
23、主存空间信息保护有哪些措施?
保存主存空间中的信息一般采用以下措施:
①程序执行时访问属于自己主存区域的信息,允许它既可读,又可写;②对共享区域中的信息只可读,不可修改;③对非共享区域或非自己的主存区域中的信息既不可读,也不可写。
24、共享设备允许多个作业同时使用,这里的“同时使用”的含义是什么?
“同时使用”的含义是多个作业可以交替地启动共享设备,在某一时刻仍只有一个作业占有。
25、简述“打开文件”操作的系统处理过程。
用户要使用一个已经存放在存储介质上的文件前,必须先提出“打开文件”要求。
这时用户也必须向系统提供参数:
用户名、文件名、存取方式、存储设备类型、口令等。
系统在接到用户的“打开文件”要求后,找出该用户的文件目录,当文件目录不在主存储器中时还必须把它读到主存储器中;然后检索文件目录,指出与用户要求相符合的目录项,取出文件存放的物理地址。
对索引文件还必须把该文件的索引表存放在主存储器中,以便后继的读写操作能快速进行。
26、什么是“前台”作业、“后台”作业?
为什么对“前台”作业要及时响应?
批处理操作系统实现自动控制无需人为干预,分时操作系统实现了人机交互对话,这两种操作系统具有各自的优点。
为了充分发挥批处理系统和分时系统的优点,在一个计算机系统上配置的操作系统往往既具有批处理能力,又有提供分时交互的能力。
这样,用户可以先在分时系统的控制下,以交互式输入、调试和修改自己的程序;然后,可以把调试好的程序转交给批处理系统自动控制其执行而产生结果。
这些由分时系统控制的作业称为“前台”作业,而那些由批处理系统控制的作业称为“后台”作业。
在这样的系统中,对前台作业应该及时响应,使用户满意;对后台作业可以按一定的原则进行组合,以提高系统的效率。
27、存储型设备和输入输出型设备的输入输出操作的信息传输单位有何不同?
存储型设备输入输出操作的信息传输单位是“块”,而输入输出型设备输入输出操作的信息传输单位是“字符”。
38、简述信号量S的物理含义。
S>0时,S表示可使用的资源数;或表示可使用资源的进程数;S=0时,表示无资源可供使用;或表示不允许进程再进入临界区;S<0时,-S表示等待使用资源的进程个数;或表示等待进入临界区的进程个数;当S>0时,调用P(S)的进程不会等待;调用V(S)后使可用资源数加1或使可用资源的进程数加1;当S<0时,调用P(S)的进程必须等待;调用V(S)后将释放一个等待使用资源者或释放一个等待进入临界区者。
29、简述“关闭文件”操作的系统处理过程。
执行“关闭”操作时先要检查读到主存中的文件目录或索引表是否被修改过,若被修改过,则应把修改过的文件目录或索引表重新保存好。
用户提出“关闭”要求时,必须说明关闭哪个文件。
30、什么是计算机系统?
它由哪几部分组成?
计算机系统是按用户的要求接收和存储信息,自动进行数据处理并输出结果信息的系统。
计算机系统由硬件系统和软件系统组成。
硬件系统是计算机系统赖以工作的实体,软件系统保证计算机系统按用户指定的要求协调地工作。
31、计算机系统怎样实现存储保护?
一般硬件设置了基址寄存器和限长寄存器。
中央处理器在目态下执行系统中,对每个访问主存的地址都进行核对,若能满足:
基址寄存器值≤访问地址≤基址寄存器值+限长寄存值,则允许访问,否则不允许访问。
并且不允许用户程序随意修改这两个寄存器的值。
这就实现了存储保护。
32、给出系统总体上的中断处理过程。
CPU每执行完一条指令就去扫描中断寄存器,检查是否有中断发生,若没有中断就继续执行下条指令;若有中断发生就转去执行相应的中断处理程序。
中断处理过程可粗略的分为以下四个过程:
①保护当前正在运行程序的现场;②分析是何种中断,以便转去执行相应的中断处理程序;③执行相应的中断处理程序;④恢复被中断程序的现场。
33、死锁发生的必要条件有哪些?
发生死锁的必要条件有四点:
互斥条件、不可抢占条件、部分分配条件和循环等待条件。
①互斥条件:
系统中存在一个资源一次只能被一个进程所使用;②非抢占条件:
系统中存在一个资源仅能被占有它的进程所释放,而不能被别的进程强行抢占。
③占有并等待条件:
系统中存在一个进程已占有了分给它的资源,但仍然等待其他资源。
④循环等待条件:
在系统中存在一个由若干进程形成的环形请求链,其中的每一个进程均占有若干种资源中的某一种,同时每个进程还要求(链上)下一个进程所占有的资源。
34、用户程序中通常用什么方式指定要使用的设备?
为什么?
用户程序中通常用“设备类、相对号”请求要使用的设备,即不具体指定要哪一台设备,而是提出要申请哪类设备多少台。
这种方式使设备分配适应性好、灵活性强。
否则若用绝对号来指定设备,如果这台设备已被占用或有故障时,该作业就无法装入主存中。
35、进程调度中“可抢占”和“非抢占”两种方式,哪一种系统的开销更大?
为什么?
可抢占式会引起系统的开销更大。
可抢占式调度是严格保证任何时刻,让具有最高优先数(权)的进程占有处理机运行,因此增加了处理机调度的时机,引起为退出处理机的进程保留现场,为占有处理机的进程恢复现场等时间(和空间)开销增大。
36、一个含五个逻辑记录的文件,系统把
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