操作系统-简答题

操作系统一、1.什么是操作系统？从资源管理看操作系统的功能有哪些？答：(1).操作系统是一个系统软件，它能有效地管理和控制计算机系统中的各种硬件和软件资源、合理组织计算机的工作流程，方便用户使用的程序和数据的集合。(2).a.处理机管理：分配和控制处理机b.存储器管理：分配及回收内存c.I/O(Input/Output)设备管理：I/O分配与操作d.文件管理：文件存取、共享和保护（详见课本P2-3）2.什么叫并发性？什么叫并行性？答：并发性：两个或两个以上事件在同一时间间隔内发生。并行性：两个或两个以上事件在同一时刻发生。3.试从交互性、及时性以及可靠性方面，将分时系统与实时系统进行比较。答：及时性：实时系统要求更高[分时系统:秒级(一般情况）实时系统:微秒级甚至更小]交互性：分时系统交互性更强可靠性：实时系统要求更高（详见课本P9和P11）三、1.在操作系统中为什么要引入进程的概念？它与程序的区别和联系是怎样的？答：（1）程序在并发执行方式下，运行时具有异步性的特征，“程序”这个静态概念已经不足以描述程序的执行过程。这样，就需要一个数据结构PCB来记录程序的状态，以及控制其状态转换所需的一些信息。因此，将PCB、程序、数据三者组成一个完整的实体，就是进程实体。进程是程序的一次执行，引入进程的概念，便于操作系统对于程序的运行进行控制。（2）区别：1）进程是指令的有序集合，是静态的，进程是程序的执行，是动态的。2）进程的存在是暂时的，程序的存在是永久的。3）进程的组成应包括程序和数据。除此之外，进程还应由记录进程状态信息的“进程控制块”组成。联系：程序是构成进程的组成部分之一，一个进程的运行目标是执行它所对应的程序。如果没有程序，进程就失去了其存在的意义。从静态的角度看，进程由程序、数据和进程控制块三部分组成。2.什么是进程的互斥与同步？答：进程互斥：指两个或两个以上的进程由于竞争资源而形成的制约关系。进程同步：指两个或两个以上的进程由于某种时序上的限制而形成的相互合作的制约关系。3.一个进程进入临界区的调度原则是什么？答：①如果有若干进程要求进入空闲的临界区，一次仅允许一个进程进入。②任何时候，处于临界区内的进程不可多于一个。如已有进程进入自己的临界区，则其它所有试图进入临界区的进程必须等待。③进入临界区的进程要在有限时间内退出，以便其它进程能及时进入自己的临界区。④如果进程不能进入自己的临界区，则应让出CPU，避免进程出现“忙等”现象。4.说明进程的结构、特征和基本状态。答：进程是程序在其数据集合上的一次运行活动，是资源分配和独立调度的基本单位。进程由程序、数据和进程控制块组成进程的特征：动态性、并发性、独立性、异步性进程状态有就绪、执行和阻塞。就绪转换为执行由于进程调度，执行转换为就绪由于时间片到，执行转换为阻塞由于等待外部事件，阻塞转换为就绪由于外部事件发生了。六、1.段页式管理中，怎样访问内存，取得某一条数据或指令？答：在段页式系统中，为了获得一条数据或指令，须三次访问内存。第一次是访问内存中的段表，从中取得页表始址；第二次是访问内存中的页表，从中取出该页所在的物理块号，并将该块号与页内地址一起形成指令或数据的物理地址；第三次访问是从第二次访问所得的地址中，取出指令或数据2.什么是分页？什么是分段？答：分页是将一个进程的逻辑地址空间分成若干大小相等的部分，每一部分称作页面。内存分成与页大小相等的块，将页装入块中。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，将段装入内存。3.简述页式存储管理中设置页表和快表的作用。答：页式存储管理中设置的页表指出了逻辑地址中的页号与所占的主存块号的对应关系。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。快表是存放在高速缓存中的部分页表。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存以及一次主存即可，这样就提高了查找的速度和指令执行效率。4.什么是虚拟存储器技术？虚拟存储器具有哪些基本特征?实现方法有哪些？答：虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。特征：(1)多次性。(2)对换性。(3)虚拟性。实现方法有：请求分页式系统、请求分段式系统。5.静态重定位与动态重定位的区别是什么？答：静态重定位：在程序装入指定内存区时，由重定位装入程序（软机构）一次性完成的地址映射方式。地址映射简单，容易实现，无需硬件支持。一旦重定位完成，程序就不能在存储器中搬移。动态重定位：地址映射是在程序执行过程中执行的，由硬件地址映射机构完成。其是在程序执行期间伴随着指令的执行逐步完成的。6.分段的实现原理是什么？简述分段式管理中段表的作用？答：分段指用户逻辑地址按照逻辑意义相对完整划分成段，以段为单位将页装入块中。段式存储管理中设置的段表指出了逻辑地址中的段号与所占的主存地址的对应关系。段表包括段号、段长和基址，段式存储管理在用动态重定位方式装入作业时，要利用段表做地址转换工作，在段表中找出段号对应的基址，加上段内地址形成物理地址。7.分页存储管理中，逻辑地址的结构是怎样的？简述分页式管理中逻辑地址是如何转换为物理地址的?答：分页中逻辑地址结构分为页号和页内地址两个部分。页式存储管理中设置的页表指出了逻辑地址中的页号与所占的主存块号的对应关系。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，物理地址为块号*页面大小+页内地址。8.分页和分段存储管理有何相同点和不同点？答：分页和分段系统有许多相似之处。比如，两者都采用离散分配方式，且都要通过地址映射机构来实现地址变换。但在概念上两者完全不同，主要表现在：(1)页是信息的物理单位，分页是为实现离散分配方式，以消减内存的外零头，由机器硬件机械划分，对用户透明；段是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息。分段的目的是为了能更好地满足用户的需要，用户“可见”、可控制。(2)页的大小固定且由系统确定；段的长度却不固定，通常由编译程序在对源程序进行编译时，根据信息的性质来划分。(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，程序员在标识一个地址时，既需给出段名，又需给出段内地址。七、1.在数据传送控制方式中，什么是DMA方式？试说出它的优缺点？答：DMA方式：在外围设备和内存之间开辟直接的数据交换通路进行数据传送。优点：在数据传送开始需要CPU的启动指令，结束时发中断通知CPU进行中断处理之外，不需要CPU的干涉。缺点：在外围设备越来越多的情况下，多个DMA控制器的同时使用，会引起内存地址的冲突并使得控制过程进一步复杂。2.如何利用SPOOLing技术实现打印机的共享？答：当用户进程请求打印输出时，SPOOLing系统同意为它打印输出，但并不真正立即把打印机分配给该用户进程，而只为它做两件事：①由输出进程在输出井中为之申请一个空闲磁盘块区，并将要打印的数据送入其中；②输出进程再为用户进程申请一张空白的用户请求打印表，并将用户的打印要求填入其中，再将该表挂到请求打印队列上。3.缓冲的类型有哪些？引入缓冲的主要原因是什么？答：缓冲的类型有单缓冲、双缓冲、循环缓冲、缓冲池。引入缓冲的原因：（1）缓和CPU与I／O设备间速度不匹配的矛盾（2）减少对CPU的中断频率,放宽对CPU中断响应时间的限制（3）提高CPU和I／O设备之间的并行性4.简述中断处理的过程。答：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分为以下5个过程：1)唤醒被阻塞的驱动进程；2)保护被中断进程的CPU现场信息；3)转入相应的设备处理程序；4)中断处理；5)恢复被中断程序的现场。5.何谓虚拟设备？请说明SPOOLing系统是如何实现虚拟设备的？答：（1）虚拟设备是指通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台逻辑设备，供若干个用户进程同时使用，通常把这种经过虚拟技术处理后的设备称为虚拟设备。（2）SPOOLing系统主要由输入井和输出井、输入缓冲区和输出缓冲区、输入进程和输出三部分组成。当要运行用户程序时，由输入进程将用户要求的程序和数据预先从输入设备经由输入缓冲区送到输入井，当程序运行需要输入数据时，直接从输入井将数据读入内存。当用户程序要求输出数据时，由输出进程先将数据从内存送到输出井，待输出设备空闲时，再将输出井中的数据经由输出缓冲区送到输出设备上。由于磁盘是共享设备，输入井及输出井是磁盘上的两个存储区域，因此多个用户进程可以共享使用输入井及输出井，这样，就将独占型设备改造成了可共享使用的虚拟设备。6.设备管理中，为什么会产生瓶颈问题？有什么解决方法？答：由于通道价格昂贵，通道的数量远比I/O设备少，这就往往会因为通道数量不够，而产生一系列的“瓶颈”问题，造成系统吞吐量的降低。解决方法：增加设备到主机间的通路。即把一个设备连接到多个控制器上，而一个控制器又连接到多个通道上。7.磁盘访问时间由哪三部分组成？各部分是什么含义？答：磁盘访问时间包括寻道时间、旋转等待时间、数据传输时间。寻道时间指把磁头移动到指定磁道上所经历的时间。旋转等待时间指指定扇区移动到磁头下面所经历的时间。数据传输时间指把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间。8.何谓SPOOLing（假脱机输入／输出）技术?答：SPOOLing技术指在多道程序的环境下，利用多道程序中的一道或两道程序来模拟外围控制机，从而在联机的条件下实现脱机I/O的功能。9.有哪几种I/O控制方式？分别适用于何种场合？答：（1）程序I/O方式。在无中断的系统中使用，是忙－等方式。（2）中断驱动I/O控制方式。常用于字符设备。（3）直接存储器访问DMA控制方式。常用于块设备。（4）I/O通道控制方式。应用在高档小型、微型机中。10.什么是通道？通道有哪些类型？答：通道是一种特殊的处理机，具有执行I/O指令的能力，并通过执行通道程序来控制I/O操作。通道的类型包括字节多路通道、数组选择通道、数组多路通道。11.SPOOLing是如何实现输入输出的？答：输入进程模拟脱机输入时的外围控制机，将用户要求的数据从输入机通过输入缓冲区再送到输入井，当CPU需要输入数据时，直接从输入井读入内存；输出进程模拟脱机输出时的外围控制机，把用户要求输出的数据先从内存送到输出井，待输出设备空闲时，再将输出井中的数据经过输出缓冲区送到输出设备上。12.说明SPOOLing系统的组成。答：指在多道程序的环境下，利用多道程序中的一道或两道程序来模拟外围控制机，从而在联机的条件下实现脱机I/O的功能。包括输入缓冲区、输出缓冲区、输入井、输出井、输入进程、输出进程。