《操作系统》复习大纲及习题

《计算机操作系统》复习要点及习题第一章操作系统概述1、操作系统的定义及特征2、操作系统分类：批处理、分时、实时；三种系统的特点；3、理解并发与并行第二章进程管理1、进程的概念2、进程的结构、三种基本状态及状态之间的转换和转换条件3、进程与程序的联系与差别4、进程的并发执行使进程失去顺序性，可能产生与时间有关的错误。5、共享变量、临界区、临界资源的概念6、进程互斥的概念7、重点：信号量机制——定义整形变量如S表示信号量，S的初值、S0表示有S个资源可用、S0则|S|表示S等待队列中的进程个数、S=0表示无资源可用的含义。P(S)、V(S)操作的含义。使用信号量机制实现进程互斥、同步问题。P(S)表示申请一个资源、V(S)表示释放一个资源。P.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。8、生产者-消费者问题第三章处理机调度与死锁1、重点：处理机调度算法（必须有完整的计算过程，只有结果无过程不能给满分）（1）、先到先服务算法（FIFO）（2）、短作业优先算法（SJF）给定一作业，假定它们同时到达，并且在一台处理机上按单道方式执行，则短作业优先调度算法平均周转时间为最短。（3）、高响应比优先调度算法（4）、最高优先数算法（5）、循环轮转/时间片轮转算法(RR)2、死锁的概念——一组进程中的每一个进程，均无限期地等待此组进程中某个其他进程占有的，因而永远无法得到的资源，这种现象称为进程死锁。3、死锁四个必要条件：资源独占、保持申请、不可剥夺、循环等待4、死锁四种处理方法：死锁预防、死锁避免、死锁检测、死锁恢复5、死锁预防的两种方法：预先分配策略、有序分配策略6、死锁避免：进程提出资源请求，系统在分配之前进行安全性检测，若使进程进入不安全状态，则拒绝分配。重点：银行家算法（必须有完整的计算过程，只有结果无过程不能给满分）6、死锁恢复四种方式：重新启动、终止进程、剥夺资源、进程回退第四章内存管理1、分区分配策略——最先适应算法、最佳适应算法、最坏适应算法。2、分页式存储管理方式：作业（逻辑地址）分页、内存（物理地址）分块，一页大小等于一块。页表由系统设置，常驻内存，用页表实现从页号到物理块号的地址映射。重点：分页式存储管理地址映射过程。将逻辑地址转换为（页号，页内地址）两部分，然后根据页号查页表，将实际的物理块号和页内地址拼接成实际的物理地址。3、分段式存储管理方式：用户作业（逻辑地址）分段。系统要为每一个作业建立一张段表。段表中的每一个表目对应着作业地址空间的一个程序段。4、段页式存储管理的基本思想：用分段方法来分配和管理虚存，分页方法来分配和管理实存，在段页式管理系统中，每一段不再占有连续的实存空间，而被划分成若干个页面。第五章虚拟存储虚拟存储系统——基于程序运行的局部性原理，借助于外存空间，从而允许一个进程在其运行过程中部分地装内存的技术。重点:OPT算法、FIFO算法、LRU算法（必须有完整的计算过程，只有结果无过程不能给满分）1.采用段式存储管理的系统中,若地址用24位表示,其中8位表示段号,则允许每段的最大长度是（）。A.2B.224C.232D.216分析：段长度为除了表示段号之外的长度：224-8=2162.在操作系统中，对信号量S的signal（P）原语操作定义中，使进程进入相应阻塞队列等待的条件是（）A.S0B.S=0C.S0D.S=0分析：信号量S=0，说明系统资源刚好够用，不会阻塞进程，信号量S0,阻塞进程，其绝对值是等待的进程数量，信号量S0,表示可用的资源数量3.系统中有4个并发进程，都需要某类资源3个。试问该类资源最少为（）个时，不会因竞争该资源而发生死锁。A.9B.10C.11D.12【分析】：设资源最少为X个，则需满足4*（3-1）+1=X,这个公式表明，这4个进程至少有一个有3个资源，就不会发送死锁,X=9.4.有三个进程P1,P2,P3共享同一个程序段，而每次最多允许两个进程进入该程序段，则信号量S的初值为（）。A.0B.1C.2D.3【分析】：S的初值即为资源的个数。最多允许两个进程进入该程序段，说明对应的资源只能有两个。5.设与某资源关联的信号量(K)初值为3，当前值为1。若M表示该资源的可用个数，N表示等待该资源的进程数，则M、N分别是（）。A．0、1B．1、0C．1、2D．2、0【分析】：信号量(K)初值为3，当前值为1，说明已经有两个资源被占用，还剩余一个资源（M=1）。资源还有剩余，M0,说明没有任何资源在等待（N=0）。6.当采用分页式虚拟存储管理时，如果在作业执行过程中需访问的页面不在主存储器中，则硬件将发出一个___缺页______中断。7.在缺页处理过程中，操作系统执行的操作可能是（）。Ⅰ．修改页表Ⅱ．磁盘I／OⅢ．分配页框A．仅Ⅰ、ⅡB．仅ⅡC．仅ⅢD．Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ8.某系统正在执行三个进程P1、P2和P3，各进程的计算(CPU)时间和I／O时间比例如下表所示。进程计算时间I／O时间Pl90％10％P250％50％P315％85％为提高系统资源利用率，合理的进程优先级设置应为（）。A．P1P2P3B．P3P2P1C．P2P1=P3D．P1P2=P3【分析】：为了合理设置优先级，应该将进程的CPU时间和I/O时间综合考虑，对于CPU占据时间（即计算时间）较少的进程，应该给予更高的优先级。大题说明1.关于P\V操作的大题可以参考一下：哥哥弟弟取钱和爸爸妈妈弟弟姐姐取放苹果和橘子的案例2.银行家算法的例题（类似必考）3.LUR,FIFO和OPT页面调度必考其它说明关注课件上的例题（特别是考研题，部分题目是原题）操作系统最重要的两个目标是（）A.开放性和有效性B可扩充性和方便性C.有效性和方便性D.方便性和开放性答案：C批处理系统的主要优点是解决了作业间的自动转换问题，提高了CPU的利用率，所以系统吞吐量大，资源利用率高主要缺点就是交互性差，一旦作业提交，其中间过程就很难控制。批处理系统的主要缺点是：（清华大学1996年试题）A．CPU利用率低。B．不能并发执行。C．缺少交互性。D．以上都不是。【解答】选择C。一个多道批处理系统中仅有P1和P2两个作业，P2比P1晚到达5ms，它们的计算和I/O操作顺序如下：P1：计算60ms，I/O80ms，计算20msP2：计算120ms，I/O40ms，计算40ms若不考虑调度和切换时间，则完成两个作业所需要的最短时间是（）A.240msB.260msC.340msD.360ms多道批处理系统的特征：(1)多道性：内存中有多道程序，可并发执行(2)无序性：完成时间与进入内存先后无关(3)调度性：作业从提交到完成经两次调度①作业调度：外存--内存（选多个）②进程调度：分配处理机（选1个）填空题：1.多道运行的特征之一就是宏观并行，它的含义是（）（2000年，华中科技大学）2.多道程序设计的特点是多道、（）和（）（2000年西安电子科技大学）答案：1.计算机内存中同时存放几道相互独立的程序2.宏观上并行，微观上串行多道程序优点：(1)资源利用率高(2)系统吞吐量大原因(1)资源忙(2)完成或运行不下去时才切换缺点：(1)无交互能力-修改和调试极不方便(2)作业平均周转时间较长分时操作系统（TimeSharingOperatingSystem）是一种联机的多用户交互式的操作系统。一般采用时间片轮转的方式，使一台计算机为多个终端服务。对每个用户能保证足够快的响应时间，并提供交互会话能力。。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。互斥共享方式同时访问方式互斥共享方式互斥就是排他性临界资源（独占资源）：在一段时间内只允许一个进程访问的资源（如打印机等硬件；栈、变量、表格等）同时访问方式宏观上在一段时间内允许多个进程“同时”访问某些资源微观上“轮流”（交替访问）处理机、内存、磁盘、可重入代码在程序中在试图读取某个磁盘上的第100个逻辑块，使用操作系统提供的（）接口A.系统调用B.图形用户接口C.原语D.键盘命令为什么要区分处理机的态?答：操作系统是计算机系统的最重要的系统软件，为了能正确的进行管理和控制，其本身是不能被破坏的。为此系统应能建立一个保护环境，采用的办法就是分处理机的状态。在计算机系统中，为什么要区分管态与目态？（西安电子科技大学1999年试题）【解答】操作系统是计算机系统中最重要的系统软件，为了能正确地进行管理和控制，其本身是不能被破坏的。因此，系统采用了区分处理机状态的办法，为操作系统程序建立一个保护环境。这样，用户程序只能在管态下运行，只能执行非特权指令，只能访问自己的存储区，从而保护了操作系统程序的正常运行。下列选项中，会导致用户进程从用户态切换到内核态的操作是（）Ⅰ.整数除以零Ⅱ.sin()函数调用Ⅲ.read()系统调用仅Ⅰ、Ⅱ仅Ⅰ、Ⅲ仅Ⅱ、ⅢⅠ、Ⅱ、Ⅲ操作系统定义：一个特殊的程序设计目标：方便+有效利用计算机资源3个作用：接口+资源管理者+计算资源的抽象3种基本类型：多道+分时+实时操作系统的4个特征：并发+共享+虚拟+异步程序顺序执行的特①顺序性②封闭性③可再现性给程序的编制、调试带来很大方便缺点是计算机系统效率不高。并发执行时的特征间断性——“停停走走”失去封闭性——原因：多个程序共享资源不可再现性采用并发程序设计的目的是：充分发挥硬件的并行性，消除处理器和I/O设备的互等现象，提高系统效率。机器部件能并行工作仅仅有了提高效率的可能性，而机器部件并行工作的实现还需要软件技术去利用和发挥，这种软件技术就是并发程序设计。PCB中的信息进程标识符：唯一的标识一个进程内部标识（OS）外部标识（由创建者提供，由字母数字组成）处理机状态：由CPU的各种寄存器中的内容组成。通用R指令计数器PC程序状态字PSW用户栈指针进程调度信息：进程状态进程优先级其它信息等待事件（阻塞原因）进程控制信息：程序和数据的地址同步和通信机制资源清单链接指针就绪态——得了除CPU以外的所有必要资源（万事具备，只欠CPU）执行态——已获得处理机，程序正在被执行（进程的终极理想）阻塞态——进程在执行过程中，因等待某事件发生而暂时无法继续执行的暂停状态（所需资源不足，等待）如果系统中有N个进程，运行的进程最多几个，最少几个；就绪进程最多几个最少几个；等待进程最多几个，最少几个？[解答]：在单处理机系统中，处于运行状态的进程最多为1个，最少为0个；处于就绪进程最多为N-1个，最少为0个；处于阻塞的进程最多为N个，最少为0个。现在的操作系统对进程的定义不尽相同，有的还引入挂起(suspend)状态。试简述挂起状态的意义（浙江大学2000年5分）参考答案：由于进程的不断创建，系统资源已不能满足进程运行的要求，就必须把某些进程挂起（suspend），对换到磁盘镜像区中，暂时不参与进程调度，以达到起到平衡系统操作负荷的目的。进程控制包括：进程创建、进程撤消、进程阻塞、进程唤醒。这些操作都要对应地执行一个特殊的程序段（操作系统核心程序），同时系统也通过系统调用给用户提供进程控制的功能。教材上叫原语（一种特殊的系统调用）。下列选项中，导致创建新进程的操作是（）：Ⅰ.用户登录Ⅱ.设备分配Ⅲ.启动程序运行：设备分配是通过在系统中设置相应的数据结构实现的，不需要创建进程阻塞与唤醒要匹配使用，以免造成“永久阻塞”进程互斥关系是一种特殊的进程同步关系，即逐次使用互斥共享资源。一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。临界资源：物理设备，如输入机、打印机、磁带机等都具有这种性质。软件资源，如公用变量、数据、表格、队列等也都具有这一特点。临界区：在每个进程中，访问临界资源的那段程序能够从概念上分离出来，称为临界区或临界段。进入临界区的准则:空闲让进。当无进程处于临界区时，表明临界资源处于空闲状态，应允许一个请求进入临界区的进程立即进入自己的临界区。忙则等待。当已有进程进入临界区时，表明临界资源正在被访问，因而其他试图进入临界区的进程必须等待。有限等待。