操作系统期末复习要点

1《操作系统》复习指导考试共有5种题型：选择、填空、判断、简答、操作，基本上每种题型20分。操作题出自下面6种题型。简答题：1.什么是多道程序设计？其主要特点是什么？2．.什么是进程？进程和程序有什么区别与联系？3．什么是线程？建立线程的目的是什么？4．什么是临界资源？什么是临界区？举一个临界资源的例子。5.在进程的整个生命周期中，可能要经历哪几种状态？这几种状态在什么情况下会发生什么样的变迁（主要叙述三状态模型即可）？所谓三状态模型、五状态模型、七状态模型各包括进程的哪几种状态？6．什么是死锁？产生死锁的根本原因是什么？解决死锁有哪几种解决策略？这些策略有哪些具体的解决方案？7．为什么要使用联想寄存器（快表）？联想寄存器里存放的内容是什么？8.什么是虚拟技术？虚拟技术需要什么物质基础？9.在设备管理中为什么要引入缓冲区？常见的缓冲技术有哪几种？现在最常用的是哪种？10．什么是SPOOLING系统？SPOOLING系统由哪几部份构成？举一个利用SPOOLING技术的例子。11．以打印机为例，说明SPOOLING的工作原理12．有哪几种常见的输入输出控制机制？简述其工作原理。操作题（共有6种类型的题，20分上下））（1）作业调度：分别用先来先服务、最短作业优先、响应比高者优先算法调度，计算作业的平均周转时间和平均带权周转时间。注：在时间运算上，可用10进程，也可用60进制参与运算。（2）信号量机制和P、V（Wait、Signal）操作。理解P、V操作的定义，理解信号量值的含义。能够在具体的应用里，根据题意，建立信号量，并用伪代码（类C或类PASCAL）来表达进程之间的同步与互斥。（3）银行家算法：（一种典型的死锁避免策略）这是一种避免死锁的策略。要会根据当前资源情况和进程需求情况，判断当前状态是否安全；若当前状态安全，再有进程申请新的资源，可否给它？（4）逻辑地址到内存地址的转换：给定一个逻辑地址（段号，段内地址）和段表，要求给出物理地址；给定一个逻辑地址（逻辑地址）、页面尺寸、页表，要求换算出物理地址；（5）页面淘汰算法：给定一个页面访问序列，会用以下几种算法分别计算页面的缺页中断数和缺页中断率：最佳淘汰算法（OPT）、先进先出淘汰算法（FIFO）、最近最久未使用淘汰算法（LRU）（6）磁盘调度算法：给定一个磁盘访问序列，会分别用以下几种磁盘调度算法计算寻道总长度和平均寻道长度：先来先服务（FCFS）、最短寻道时间优先（SSTF）扫描算法（SCAN）——又叫电梯算法、循环扫描（CSCAN）2章节复习要点：第一章1．什么是操作系统？操作系统的目标和作用是什么？答：操作系统是最复杂、最典型的系统软件。其目标有以下几点：1.方便性2.有效性3.可扩充性4.开放性作用：操作系统是为改善计算机系统的性能、提高计算机的利用率、方便用户使用计算机而配备的一种最基本的低层系统软件，是计算机系统的核心。其作用可以概括如下：1.OS作为用户与计算机硬件之间的接口2.OS作为计算机系统资源的管理者3.OS用作扩充机器2．操作系统给用户提供哪几种接口来操纵和使用计算机？体会这些接口的含义。答：操作系统提供给用户的接口有两大类：脱机用户接口和联机用户接口脱机用户接口主要是为批处理系统中的脱机用户准备的。用户在提交作业时，不仅要提交源程序和初始数据，还要将反映控制意图的说明书“作业控制说明书”一并交给计算机系统。这时操作系统提供给用户的接口称为“作业控制语言（JCL）”，“作业控制说明书”就是用这种语言写成的。联机用户接口：又可分为命令接口、程序接口（又叫系统调用）和图形用户接口。俗称命令口、程序口和图形口。(1)命令接口。这是指由OS提供了一组联机命令(语言)，用户可通过键盘输入有关命令，来直接操纵计算机系统。(2)程序接口。又称“系统调用”或应用程序编程接口（API）。OS提供了一组系统调用，用户可以在自己的程序中通过使用系统调用，来获得操作系统的底层服务，访问系统的各种软硬件资源。(3)图形接口。用户通过屏幕上的窗口和图标来操纵计算机系统和运行自己的程序。3．OS作为计算机系统资源的管理者，主要管理哪几方面的资源？答：OS的主要功能也正是针对这四类资源进行有效的管理，即：（1）处理机管理：用于分配和控制处理机；（2）存储器管理：主要负责内存的分配与回收；（3）I/O设备管理：负责I/O设备的分配与操纵；（4）文件管理：负责文件的存取、共享和保护。4．在操作系统中什么叫并发？并发是真正的并行处理吗？至少有几个CPU的情况下才可能实现真正的并行处理？什么叫共享，什么叫虚拟？什么叫异步？答：并发:并行性和并发性是既相似又有区别的两个概念，并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生；而并发性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用户应用程序系统调用命令图标、窗口操作系统计算机硬件3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，多个程序便可同时执行。共享:在操作系统环境下，所谓共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程(线程)共同使用。虚拟:操作系统中的所谓“虚拟”，是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。物理实体(前者)是实的，即实际存在的；而后者是虚的，是用户感觉上的东西。相应地，用于实现虚拟的技术，称为虚拟技术。异步:在多道程序环境下，允许多个进程并发执行，但只有进程在获得所需的资源后方能执行。在单处理机环境下，由于系统中只有一个处理机，因而每次只允许一个进程执行，其余进程只能等待。或者说，进程是以人们不可预知的速度向前推进，此即进程的异步性。5．基本的操作系统有哪几种？它们各有什么特点？答：批处理系统（单道和多道），分时系统，实时系统特点：（a）是计算机对一批作业进行自动处理的技术，为此，把一批作业以脱机的方式输入到磁带上，并在系统中配置监督程序。在监督程序的控制下，先把磁带上的第一个作业装入内存，并把运行控制权交给该作业，当该作业处理完后，又把控制权交还给监督程序，由监督程序再把第二个作业装入内存，直至一批作业处理完。多道批处理系统的特征（1）多道性。(2)无序性。(3)调度性。多道批处理系统的优缺点（1）资源利用率高。(2)系统吞吐量大。(3)平均周转时间长。(4)无交互能力(b)分时系统的特征.(1)多路性。(2)独立性。(3)及时性。(4)交互性。(c)实时系统与分时系统特征的比较(1)多路性。(2)独立性。(3)及时性。(4)交互性。(5)可靠性。第二章：进程描述与控制1．什么是进程？为什么要引入进程？在单道程序环境中有无必要引入进程？进程由哪几个部分构成？系统是通过什么来感知进程的存在的？答：（1）进程的定义有多种，比较典型的有：1）进程是程序在处理器上的一次执行过程。2）进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动。3）进程是程序在一个数据集合上的运行的过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。通常人们定义进程为：进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。（2）在多道程序环境下，程序的并发执行代替了程序的顺序执行，程序不再像单道程序环境那样，顺序连贯地执行，而是走走停停，具有执行——暂停——执行的规律。4它破坏了程序的“封闭性”和“可再现性”，使得程序和机器执行程序的活动不再一一对应，程序执行的结果也不再唯一，这样，程序的执行也就失去了意义。这时“程序”这个静态的概念已经不能反映程序活动所具有的特征，需要引进一个新的概念——进程。为了使程序能并发执行，且为了对并发执行的程序加以描述和控制，人们引入了“进程”的概念。（3）程序段、数据段及PCB三个部分组成。（4）PCB2.进程有哪几种基本的状态？这些状态都在哪些典型情况下会发生哪种变迁？挂起有几种状态？挂起的进程能获得处理机吗？答：（1）进程的三种基本状态：1）就绪(Ready)状态2)执行状态3)阻塞状态（2）就绪(Ready)状态：当进程已分配到除CPU以外的的所有必要资源后，只要再获得CPU就可以立即执行，这时的进程状态称为就绪状态。在一个系统中处于就绪状态的进程可能有多个，通常将他们排成一个队列，称为就绪队列执行状态：进程已获得CPU，其程序正在执行。在单处理机系统中，只有一个进程处于执行状态；在多处理器系统中，则有多个进程处于执行状态。阻塞状态：正在执行的进程由于发生某事件（如需要输入或输出数据）而暂时无法继续执行时，便放弃处理机而处于暂停状态，即进程的执行受到阻塞，这种暂停的状态称为阻塞状态致使进程阻塞的典型事件有：请求I/O，申请缓冲空间等。（3）当内存所有进程阻塞时，操作系统可将一进程置为挂起状态并交换到磁盘，再将另一个处于就绪状态的进程调入另一进程执行。挂起状态与原有的阻塞和就绪状态结合为起来又可形成阻塞挂起状态和就绪挂起状态。1)活动就绪→静止就绪。（通过挂起原语将其挂起）2)活动阻塞→静止阻塞。3)静止就绪→活动就绪。（用激活原语将静止状态变为活动状态）4)静止阻塞→活动阻塞。3.什么是线程？操作系统根据什么来感知线程的存在？线程有哪几种不同的实现方式？答：（1）线程是进程内的一个相对独立的、可独立调度和指派的执行单元。（2）线程使用线程控制块(TCB)来描述其数据结构。（3）内核级线程（KLT）：内核级线程KLT中的所有线程的创建、调度和管理全部由操作系统内核负责.用户级线程（ULT）：用户级线程是指不依赖于操作系统内核，由应用进程利用线程库提供的创建、同步、调度和管理线程的函数来控制线程。用户级线程ULT由用户应用程序建立，由用户应用程序负责对这些线程进行调度和管理，操作系统内核并不知道有用户级线程的存在。KLT和ULT结合：即内核支持多线程的建立、调度与管理；同时系统又提供使用线程库的便利，允许用户应用程序建立、调度和管理用户级的线程。4.比较进程和程序有什么异同和联系。就绪阻塞执行时间片完进程调度I/O完成I/O请求55.为什么要引进线程的概念？比较线程和进程之间有什么异同和联系。答：（1）线程的引入，进一步提高了程序并发执行的程度，从而进一步提高了系统的吞吐量。为了既能提高程序的并发程度，又能减少OS的开销，操作系统设计者引入了线程，把进程的两个基本属性分离开来。即以进程为单位分配资源，以线程为单位进行调度。（2）进程和线程的区别与联系：调度拥有资源并发性系统开销第三章并发控制——进程的同步与互斥1．什么叫进程同步？什么叫进程互斥？通过前趋图进一步感受进程的同步。答：（1）同步，也称为直接相互制约，是指某些并发执行的进程为共同完成一个任务，需要相互合作、协同工作。这些合作的进程都是独立地以不可预知的速度推进，这就需要在一些关键点上互相等待，互通消息。所谓进程同步，是指多个相互合作的进程，在一些关键点上可能需要互相等待或互相交换信息，这种相互制约的关系称为进程同步。进程同步是进程之间直接的相互作用，是合作进程间有意识的行为。（2）互斥：也称间接相互制约关系，是指多个进程同时竞争一个需要互斥使用的资源（如打印机等），当该资源已经分配给某个进程使用时，其它进程只能等待，直到该资源被释放。所谓进程互斥是指当有若干进程都要使用某一共享资源时，最多允许一个进程使用，而其他要使用该资源的进程必须等待，直到占用该资源的进程释放了该资源为止。2．什么叫临界资源？什么叫临界区？答：（1操作系统中将一次仅允许一个进程访问的资源称为临界资源,如打印机、共享变量等（2）操作系统中把每个进程中访问临界资源的那段代码段称为临界区。3．什么叫信号量？它是一种解决什么问题的机制？信号量的值可以人为设定几次？它的值是由哪些操作改变的？答：（1）信号量是一个确定的两元组（S，Q），其中S是一个具有非负初值的整型变量，Q是一个初始状态为空的队列。整型变量S表示系统中某