《操作系统》期末复习

《操作系统》期末复习【题型】一、填空题(每空1分，共10分)二、单选题(每题2分，共20分)三、简答题(每题5分，共20分)四、计算题(每题10分，共30分)五、综合分析题(每题10分，共20分)【知识点】1.操作系统为用户提供哪3种类型的使用接口。答：它们是命令方式和系统调用和图形用户界面2.主存储器与外围设备之间的4种数据传送控制方式。答：直接控制方式，中断方式，DMA方式，通道控制方式3.进程实体由哪3部分构成。答：程序段数据段进程控制块4.文件系统采用一级索引和二级索引时，所能够支持的单个最大文件长度的计算。5.进程的3种基本状态及其变换规则。答：一个进程在运行期间，不断地从一种状态转换到另一种状态，它可以多次处于就绪状态和执行状态，也可以多次处于阻塞状态。(1)就绪－执行就绪状态是指进程获得了调度程序为之分配的除了CPU时间之外的其他必要资源，只要CPU时间一到位就可执行了。处于就绪状态的进程，当进程调度程序为之分配了处理机后，该进程便由就绪状态转变成执行状态。(2)执行－就绪处于执行状态的进程在其执行过程中，因分配给它的一个时间片已用完而不得不让出处理机，于是进程从执行状态转变成就绪状态。(3)执行－阻塞正在执行的进程因等待某种事件发生而无法继续执行时，便从执行状态变成阻塞状态。(4)阻塞－就绪处于阻塞状态的进程，若其等待的事件已经发生，于是进程由阻塞状态转变为就绪状态。6.设备独立性的定义。答：在实现了设备独立性的功能后，可带来以下两方面的好处。1)设备分配时的灵活性2)易于实现I/O重定向3)X窗口系统是个分布的，网络透明的，独立于设备的多任务窗口和图形系统，它采用顾客/服务员模式，把画窗工作分面二部分，从而取得了设备独立性，它提供了在网络上传送图形信息的标准协议，X窗口系统是网络图形工作站和高档PC机理想的窗口系统。7.内存连续分配算法的思想及优缺点：首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适应算法、最差适应算法。8.多道程序设计技术要点及目的。答：多道程序设计技术是指在内存同时放若干道程序，使它们在系统中并发执行，共享系统中的各种资源。当一道程序暂停执行时，CPU立即转去执行另一道程序A.增加用户数目B.提高交互性C.提高设备利用率D.提高系统安引入多道程序设计技术的根本目的是为了提高CPU的利用率，充分发挥计算机系统部件的并行性，现代计算机系统都采用了多道程序设计技术。9.批处理系统、分时系统、实时系统的特征及各自使用的主要调度算法。批处理(BatchProcessing)操作系统的工作方式是：用户将作业交给系统操作员，系统操作员将许多用户的作业组成一批作业，之后输入到计算机中，在系统中形成一个自动转接的连续的作业流，然后启动操作系统，系统自动、依次执行每个作业。最后由操作员将作业结果交给用户。批处理操作系统的特点是：多道和成批处理。2．分时操作系统分时(TimeSharing)操作系统的工作方式是：一台主机连接了若干个终端，每个终端有一个用户在使用。用户交互式地向系统提出命令请求，系统接受每个用户的命令，采用时间片轮转方式处理服务请求，并通过交互方式在终端上向用户显示结果。用户根据上步结果发出下道命。分时操作系统将CPU的时间划分成若干个片段，称为时间片。操作系统以时间片为单位，轮流为每个终端用户服务。每个用户轮流使用一个时间片而使每个用户并不感到有别的用户存在。分时系统具有多路性、交互性、“独占”性和及时性的特征。多路性指，伺时有多个用户使用一台计算机，宏观上看是多个人同时使用一个CPU，微观上是多个人在不同时刻轮流使用CPU。交互性是指，用户根据系统响应结果进一步提出新请求(用户直接干预每一步)。“独占”性是指，用户感觉不到计算机为其他人服务，就像整个系统为他所独占。及时性指，系统对用户提出的请求及时响应。它支持位于不同终端的多个用户同时使用一台计算机，彼此独立互不干扰，用户感到好像一台计算机全为他所用。常见的通用操作系统是分时系统与批处理系统的结合。其原则是：分时优先，批处理在后。“前台”响应需频繁交互的作业，如终端的要求；“后台”处理时间性要求不强的作业。3．实时操作系统实时操作系统(RealTimeOperatingSystem，RTOS)是指使计算机能及时响应外部事件的请求在规定的严格时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时设备和实时任务协调一致地工作的操作系统。实时操作系统要追求的目标是：对外部请求在严格时间范围内做出反应，有高可靠性和完整性。其主要特点是资源的分配和调度首先要考虑实时性然后才是效率。此外，实时操作系统应有较强的容错能力。批处理系统常用调度算法：①、先来先服务：FCFS②、最短作业优先③、最短剩余时间优先④、响应比最高者优先分时系统调度算法：①、轮转调度②、优先级调度③、多级队列调度④、彩票调度实时系统调度算法：①、单比率调度②、限期调度③、最少裕度法10.操作系统的5大主要功能。答：1、处理机管理：主要控制和管理CPU的工作。2、存储管理：主要进行内存的分配和管理3、设备管理：主要管理基本的输入输出设备4、文件管理：负责对计算机文件的组织、存储、操作和保护等。5、进程管理：也称为作业管理，是指对计算机所进行的操作进行管理。11.并行与并发的概念。答：在操作系统中，是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间，且这几个程序都是在同一个处理机上运行，但任一个时刻点上只有一个程序在处理机上运行。在关系数据库中，允许多个用户同时访问和更改共享数据的进程。SQLServer使用锁定以允许多个用户同时访问和更改共享数据而彼此之间不发生冲突。操作系统并发程序执行的特点:并发环境下，由于程序的封闭性被打破，出现了新的特点：①程序与计算不再一一对应，一个程序副本可以有多个计算②并发程序之间有相互制约关系，直接制约体现为一个程序需要另一个程序的计算结果，间接制约体现为多个程序竞争某一资源，如处理机、缓冲区等。③并发程序在执行中是走走停停，断续推进的并发和并行的区别和联系并发和并行是即相似又有区别的两个概念，并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生；而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理机系统中，每一时刻却仅能有一道程序执行，故微观上这些程序只能是分时地交替执行。倘若在计算机系统中有多个处理机，则这些可以并发执行的程序便可被分配到多个处理机上，实现并行执行，即利用每个处理机来处理一个可并发执行的程序，这样，多个程序便可以同时执行12.文件目录各种组织结构的特点：单级目录、两级目录、多级目录。13.多任务操作系统中，为了防止死锁发生，保证系统安全，系统资源总量、进程数量、各进程所需资源量的计算关系。14.位示图这种数据结构的要点及相关计算。15.根据磁盘存储原理计算磁盘存储容量。16.单缓冲及双缓冲技术要点，CUP计算和I/O系统输入操作并行时，处理时间的计算。17.银行家算法判断当前系统状态的安全性。18.文件目录的作用。答：目录是计算机组织文件的（树形）结构。文件是根据目录分类存放的。1、归档和分类。计算机文件的目录是为了方便用户和计算机检索。比如身份证上的籍贯，包含了：省，市，县，乡镇，村/街道，这些都是一级一级的目录。2、区分同名文件可能一台计算机上有多个文件名为A.txt的文件，但他们存放的目录不一样，所以他们在该计算机上都是惟一的。这和身份证上的人名类似，可能叫王小虎的人很多，但加上籍贯（目录）后，他可能就是惟一的。19.文件目录项通常包含哪些内容。答：linux:权限、用户、群组，文件（夹）大小、日期、时间、文件（夹）名win:文件（夹）名、大小、类型、修改日期20.常见的五种系统调用类型。21.文件的2种逻辑结构及3种组织方式（物理存储形式）。答：1文件的逻辑组织文件的逻辑组织通常分为两种形式,即有结构文件和无结构文件.1）有结构文件又称作记录式文件,它在逻辑上可被看成一组连续记录的集合,即文件是由若干个相关的记录组成.每个记录是一组相关的数据集合,用于描述一个对象某个方面的属性.记录式文件按其记录的长度是否相同又可分为：定长记录文件和变长记录文件两种.（1）定长记录文件：指文件中所有记录的长度都相同.文件的长度可用记录的数目来表示.定长记录处理方便,开销小,被广泛用于数据处理中.（2）变长记录文件：指文件中各记录的长度不相同.在处理之前每个记录的长度是已知的.2）无结构文件无结构文件是指文件内部不再划分记录,它是由一组相关信息组成的有序字符流,即流式文件,其长度直接按字节计算.如大量的源程序、可执行程序、库函数等采用的文件形式是无结构文件形式.在UNIX系统中,所有的普通文件都被看做是流式文件,系统不对文件进行格式处理.2文件的物理组织几种基本的文件物理存储组织形式：1）连续文件连续文件（又称做顺序文件）是基于磁带设备的最简单的物理文件结构,它是把一个逻辑上连续的文件信息存放在连续编号的物理块（或物理记录）中.连续文件的优点是在顺序存取时速度较快,常用于存放系统文件,如操作系统文件、编译程序文件和其它由系统提供的实用程序文件,因为这类文件往往被从头至尾依次存取.但连续文件也存在如下缺点：（1）要求建立文件时就确定它的长度,依此来分配相应的存储空间,这往往很难实现.（2）不便于文件的动态扩充.（3）可能出现外部碎片,就是在存储介质上存在很多空闲块,但它们都不连续,无法被连续的文件使用,从而造成浪费.2）串连文件为克服连续文件的缺点,可把一个逻辑上连续的文件分散存放在不同的物理块中,这些物理块不要求连续,也不必规则排列.为了使系统能找到下一个逻辑块所在的物理块,可在各物理块中设立一个指针（称为连接字）,它指示该文件的下一个物理块.串连文件克服了连续文件的缺点,但它又带来新的问题：（1）一般仅适于对信息的顺序访问,而不利于对文件的随机存取.（2）每个物理块上增加一个连接字,为信息管理添加了一些麻烦.3）FAT文件串连文件的缺点可通过把连接字放在一个内存表格中的方式加以克服.这种在内存中的表格就称为文件分配表（FAT,FileAllocationTable）.由于连接字保存在FAT表项中,因此整个盘块都可以用来存放数据.另外,也更容易实现随机存取了.与串连文件相似,在文件目录中要添加一个整数,标明该文件的起始盘块号.这种方法的主要缺点是整个FAT必须在系统工作期间始终驻留在内存中,从而占用了较多内存空间.当然,可以把这个表移到分页内存中,采用调页方式进行管理.但是,仍然要占用大量的虚存空间和盘空间,同时也会产生额外缺页问题.4）索引文件索引文件是实现非连续分配的另一种方案：系统为每个文件建立一个索引表.其中的表项指出存放该文件的各个物理块号,而整个索引表由文件说明项指出.这种结构除了具备串连文件的优点之外,还克服了它的缺点.它可以方便地进行随机存取.但是这种组织形式需要增加索引表带来的空间开销.如果这些表格仅放在盘上,那么在存取文件时首先得取出索引表,然后才能查表、得到物理块号.这样就至少增加了一次访盘操作,从而降低了存取文件的速度,加重了I/O负担.一种改进办法是同时把索引表部分或全部地放人内存.这是以内存空间为代价来换取存取速度的改善.5）多重索引文件为了用户使用方便,系统一般不应限制文件的大小.如果文件很大,那么不仅存放文件信息需要大量盘块,而且相应的索引表也必然很大.在这种情况下把索引表整个放在内存是不合适的,为此引出多重索引结构（又称多级索引结构）.在这种结构中采用了间接索引方式,即由最初索引项中得到某一盘块号,该块中存放的信息是另一组盘块号；而后者每一块中又可存放下一组盘块号（或者是文件本身信息）,这样间接几级（通常为1~3级）,最末尾的盘块中存放的信息一定是文件内容.例如,UNIX文件系统就采用了多重索引的方式.这种方法具有一般索引文件的优点,但也存在间接索引需要多次访盘而影响速度的缺点.由于UNIX分时环境中多数文件都较小,这就大大减弱了其缺点所造成的不