北林-操作系统-期末考试

操作系统考试题型：n概念题（12分：4题）n简答题（35分：5题）n计算题（13分：2题）n选择题（15分：15题）n判断题（10分：10题）n填空题（15分：15题）天涯古巷出品PartI概念题n题型1：原语原语：是由若干条机器指令构成的用于完成特定功能的一段程序。n题型2：进程，线程进程：是具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的独立单位。线程：是进程的一个实体，是CPU调度的基本单位。（不拥有系统资源，它与同属同一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源。）n题型3：死锁死锁：如果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他一个进程才能引发的事件，则称这一组进程或系统此时发生了死锁。n题型4：虚拟存储虚拟存储：利用大容量的外存来扩充内存，产生一个比有限的实际内存空间大得多的、逻辑的虚拟内存空间，简称虚存。n题型5：地址映射地址映射：将用户程序中的逻辑地址转换为运行时由机器直接寻址的物理地址。n题型6：内存交换、颠簸（抖动）内存交换：多个程序并发执行，将暂时不能执行的程序送到外存中，从而获得内存空间来装入新程序，或读入达就绪状态的进程。交换单位为整个进程的地址空间。颠簸（抖动）：在虚存中，页面在内存与外存之间频繁调度，以至于调度页面所需时间比进程实际运行的时间还多，此时系统效率急剧下降，甚至导致系统崩溃。这种现象称为颠簸或抖动。n题型7：文件和目录文件：是指具有符号名的数据信息的集合。目录：文件系统层次结构的一个非终结节点，一个目录通常包含有许多目录项，每个目录项可以是一个文件或目录（文件控制块或目录的有序集合）。n题型8：系统态和用户态系统态：系统程序工作的状态称为管态或系统态。用户态：用户工作的状态称为算态或用户态。n题型9：系统调用系统调用：指系统为用户程序调用操作系统核心实现系统功能的过程。【考试题】1、请简述以下名词的概念（共4题，每题3分）原语：文件和目录：虚拟存储：地址映射：2、请简述以下名词的概念（共4题，每题3分）进程、线程：内存交换、颠簸（抖动）：系统调用：死锁：系统态和用户态：PartII简答题n题型1：程序、进程、线程的基本概念及区别1、基本概念进程：具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的独立单位。线程：是进程的一个实体，是CPU调度的基本单位。（不拥有系统资源，它与同属同一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源）程序：程序是一组指令的有序集合。2、区别1进程与程序的区别：①进程是动态的；程序是静态的。②进程能真实描述并发执行；程序不能：③进程是暂时的；程序是永久的。④进程可以创建其它进程；程序不能；⑤进程通常不可在计算机之间迁移；程序对应的文件是静态、和可复制的。2进程和线程的区别：①资源分配 进程：是资源分配的基本单位。线程：与资源分配无关，只属于某一个进程，并与进程内其他线程一起共享进程的资源。②调度进程：发生调度时，不同的进程拥有不同的虚拟地址空间。线程：发生调度时，同一进程内的不同线程共享同一地址空间。③切换进程：切换时将涉及到有关资源指针的保存以及地址空间的变化等问题。线程：切换时，由于同一进程内的线程共享资源和地址空间，将不涉及上述内容的保存，故减少了操作系统的开销时间。④调度与切换的完成进程：调度与切换都是由操作系统内核完成。线程：既可由操作系统内核完成，也可由用户程序进行。⑤组成进程：包含了PCB，用户地址空间和堆栈。线程：只由相关的堆栈（用户栈和系统栈）、寄存器和线程控制表TCB组成。n题型2：进程的组成，基本状态，三状态模型，五状态模型1、进程的组成①程序。作用：描述进程要完成的功能。②数据集合。作用：程序在执行时所需要的数据和工作区。③程序控制块（PCB）。作用：包含进程的描述信息和控制信息。它是进程存在的唯一标志。2、基本状态①运行状态：占用处理机资源；②暂停状态：等待进程调度分配处理机资源。3、三状态模型①就绪态：一个进程已经具备运行条件，当调度给其CPU时，立即可以运行；②运行态：执行状态：③阻塞态：指进程因等待某种事件的发生而暂时不能运行的状态。4、五状态模型①就绪状态②运行状态③阻塞状态④创建（新建）状态⑤退出（终止）状态n题型3：临界资源、临界区、临界区访问原则1、临界资源:一次仅供一个进程使用的资源。2、临界区:在进程中涉及到临界资源的程序段。3、临界区的访问原则：①空闲让进：当无进程在临界区时，任何有权使用临界区的进程可进入。②忙则等待：不允许两个以上的进程同时进入临界区。③多中择一：当没有进程在临界区，而同时有多个进程要求进入临界区，只能让其中之一进入临界区，其他进程必须等待。④有限等待：任何进入临界区的要求应在有限的时间内得到满足。⑤让权等待：处于等待状态的进程应放弃占用CPU，以使其他进程有机会得到CPU使用权。n题型4：四种数据传送控制方式的工作过程（设备管理）1、程序直接控制方式工作过程：①外围设备接收到CPU的start命令，开始准备接收或发送数据；②设备标志位触发器置“done”时，CPU才执行下条指令开始数据传送；2、中断方式：工作过程：①外围设备接收到CPU的start命令，准备数据并将其置入缓冲寄存器；②数据缓冲寄存区满后，设备控制器发中断请求，CPU进行中断处理；3、DMA方式：工作过程：①DMA控制器接受start命令。②启动设备准备数据。③数据入数据缓冲寄存器。④缓冲寄存器内容入内存。⑤改变传送字节计数器和内存地址寄存器内容。⑥发中断信号，停止I/O操作。4、通道控制方式工作过程：①CPU：执行用户程序，当遇到I/O请求时，可根据该请求生成通道程序放入内存，并将该通道程序的首地址放入CAW中；之后执行“启动I/O”指令，启动通道工作。②通道：接收到“启动I/O”指令后，从CAW中取出通道程序的首地址，并根据首地址取出第一条指令放入CCW中，同时向CPU发回答信号，使CPU可继续执行其他程序，而通道则开始执行通道程序，完成传输工作。③当通道传输完成最后一条指令时，向CPU发I/O中断，并且通道停止工作。CPU接收中断信号，从CSW中取得有关信息，决定下一步做什么。n题型5：页式、段式、段页式的工作原理及区别1、页式管理的工作原理把用户程序划分成大小相等的页，从0开始编制页号，页内地址是相对于0编址进程。虚拟地址为页号P与页内地址W组成。内存空间也按页的大小划分为大小相等的内存块，以页为单位进行分配，并按作业的页数多少来分配。逻辑上相邻的页，物理上不一定相邻，通过页表把作业的各个页面与页框对应起来。2、段式管理的工作原理按程序自身的逻辑关系划分为若干程序段，每个程序段都有一个段名，且有一个段号。段号从0开始，每一段也从0开始编址，段内地址是连续的。虚拟地址为段号P与段内地址W组成。内存空间被动态的划分为若干个长度不相同的物理段，以段为单位分配内存，每一个段在内存中占据连续空间（内存随机分割，需要多少分配多少），但各段之间可以不连续存放。3、段页式管理的工作原理按程序的逻辑关系划分为段，并有各自的段号s，对于段s中的程序或数据，则按照一定的大小将其划分为不同的页。虚拟地址由段号s，页号p，和页内地址w三个部分组成。将存储空间分成大小固定的页，一个段中的程序或数据在内存中可以分开存放与不相邻的页。4、分页与分段的主要区别：①透明/可见页：对用户是透明的。段：对用户是可见的；②大小页：大小固定不变，由系统决定。段：大小是不固定的，它由其完成的功能决定。③空间维度页：向用户提供的是一维地址空间，其页号和页内偏移是机器硬件的功能。段：向用户提供的是二维地址空间。④保护/共享页：保护和共享受到限制。段：是信息的逻辑单位，因此便于存贮保护和信息的共享。n题型6：P/V操作的基本概念及基本工作机制1、P/V操作的基本概念P(S)：表示申请一个资源；P操作：（1）s减1；（2）若s减1后仍大于等于0，则进程继续执行；（3）若结果小于0，则该进程睡眠，进入等待队列。V(S)：表示释放一个资源；V操作：（1）s值加1；（2）若相加结果大于0，进程继续执行；（3）否则，唤醒一个等待队列中的进程，然后本进程继续执行。2、基本工作机制①P/V操作必须成对出现，有一个P操作就一定有一个V操作当为互斥操作时，它们同处于同一进程当为同步操作时，则不在同一进程中出现②如果P(S1)和P(S2)两个操作在一起，那么P操作的顺序至关重要，一个同步P操作与一个互斥P操作在一起时同步P操作在互斥P操作前。而两个V的顺序无关紧要。 n题型7：连续、随机、串联的文件保存方式1、连续文件（顺序结构）保存方式文件的信息存放在若干连续的物理块中。2、串联文件（链接结构）保存方式文件的信息存放在若干连续的物理块中，通过指针链接，前一个物理块指向下一个物理块。3、随机文件（索引结构）保存方式一个文件的信息存放在若干不连续物理块中，系统为每个文件建立一个索引表，并将这些块的块号存放在索引表中。n题型8：操作系统的各项基本功能以及操作系统的发展阶段1、操作系统的基本功能①处理机管理：完成处理机资源的分配调度等功能，单位可为进程。②存储管理：提高利用率、方便用户使用、提供足够的存储空间、方便进程并发运行。③设备管理：方便设备使用、提高CPU与I/O设备利用率。④文件管理：解决软件资源的存储、共享、保密和保护。⑤用户接口：提供一个友好的用户访问操作系统的接口。2、操作系统发展史：①1946-50年代：无操作系统时代，工作环境是电子管计算机②50-60年代：单道批处理系统③60年代中-70年代：多道批处理系统④70年代中期至今：分时系统-个人计算机【考试题】1、页式存储与段式存储的区别主要在于哪些方面？2、请给出记录型信号量中对P、V操作的定义（用伪代码描述）。3、简述四种数据传送控制方式及其设备管理的工作过程。4、简述连续、随机、串联的文件保存方式。5、操作系统的基本功能有哪些？操作系统的发展阶段分为哪几阶段？6、什么是临界资源、临界区、临界区访问原则？7、简单说明程序、进程、线程的基本概念及区别8、进程的组成，基本状态，三状态模型，五状态模型PartIII计算题n题型1：多道程序的CPU调度算法【考试题】1、 一个计算机系统，有一台输入机和一台打印机，现有两道程序投入运行，且程序A先开始做，程序B后开始运行。程序A的运行轨迹为：计算50ms、打印100ms、再计算50ms、打印100ms，结束。程序B的运行轨迹为：计算50ms、输入80ms、再计算100ms，结束。试说明(1)两道程序运行时，CPU有无空闲等待？若有，在哪段时间内等待？为什么会等待？(2)程序A、B有无等待CPU的情况？若有，指出发生等待的时刻。答：画出两道程序并发执行图如下： (1) 两道程序运行期间，CPU存在空闲等待，时间为100至150ms之间(见图中有色部分)。(2) 程序A无等待现象，但程序B有等待。程序B有等待时间段为180ms至200ms间(见图中有色部分)。 2、在单CPU和两台I/O(I1,I2)设备的多道程序设计环境下，同时投入三个作业运行。它们的执行轨迹如下：Job1：I2(30ms)、CPU(10ms)、I1(30ms)、CPU(10ms)Job2：I1(20ms)、CPU(20ms)、I2(40ms)Job3：CPU(30ms)、I1(20ms)如果CPU、I1和I2都能并行工作，优先级从高到低为Job1、Job2和Job3，优先级高的作业可以抢占优先级低的作业的CPU。试求：(1)每个作业从投入到完成分别所需的时间。(2)从作业的投入到完成CPU的利用率。(3)I/O设备利用率。答：画出三个作业并行工作图如下(图中着色部分为作业等待时间)：(1)Job1从投入到运行完成需80ms，Job2从投入到运行完成需90ms，Job3从投入到运行完成需90ms。(2) CPU空闲时间段为：60ms至70ms，80ms至90ms。所以CPU利用率为(90-20)/80=77.78%。(3) 设