操作系统复习资料-整理版本

操作系统复习第一章概述1、操作系统的概念、基本类型、基本特征及基本功能；2、操作系统的结构设计方法；第二章进程管理1、多道程序设计技术（多道程序设计技术是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，使它们在管理程序控制下，相互穿插运行）；2、进程的概念、特征、基本状态及与程序的区别和联系；3、PCB的概念、前趋图与进程图；4、原语的概念及进程控制原语的种类；5、进程的同步与互斥的概念、临界资源与临界区的概念；6、信号量及其应用；7、线程的概念及种类、引入线程的目的；第三章处理机调度与死锁1、调度的层次与作用；2、常用调度算法及计算；3、死锁的概念、产生的原因及必要条件；4、处理死锁的基本方法；5、银行家算法及计算；第四章存储管理1、存储管理的目的及功能；2、重定位的概念及方法；3、内碎片与外碎片；4、常用分区分配算法及对应的空闲区排列方式；5、基本分页（分段、段页式）的概念、页（段）表的作用、地址变换；6、分页与分段的区别、各自的优缺点；7、快表的作用、内存访问时间的计算；8、虚拟存储器的基本概念、理论依据、基本特征及关键技术；9、页面置换算法、缺页率计算、LRU算法的硬件实现方法、抖动、Belady异常、缺页中断；第五章设备管理1、设备管理的任务、功能及目标；2、I/O设备的分类，设备、控制器及通道的关系；3、通道的基本概念及分类；4、I/O控制方式及推动发展的因素、各自适用的场合及设备类型；5、缓冲区的概念、分类及引入目的；6、I/O软件的层次、各层主要功能、设备独立性的概念；7、SPOOLING技术的概念、作用及SPOOLING系统的组成；8、磁盘访问过程及访问时间的确定、块号与柱面、磁道、扇区号的对应关系、磁盘调度算法及其计算；扇区的优化；第六章文件管理1、文件系统的组成、功能；2、打开、关闭操作的目的；3、文件逻辑结构、物理结构的分类；4、FAT表的作用、FAT表大小的计算；5、混合索引分配方式的结构及相关计算；6、文件的目录结构、索引节点及文件控制块的作用；7、文件空闲区的管理方法（空闲表、空闲链、位示图与成组链接法）；第一章名词解释：OS：操作系统，是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件的首次扩展。习题P332：OS的作用可表现在哪几方面？（1）：OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口（2）：OS作为计算机系统资源的管理者（3）：OS实现了对计算机资源的抽象(扩展机)13：OS有几大特征？其最基本的特征是？四大特征：并发，共享，虚拟，异步最基本为并发性，是其他的基础。第二章名词解释：临界资源：在同一时刻，只能有一个进程对其访问的资源。临界区：在每个进程中，访问临界资源的一段代码。进程：一个具有一定独立功能的程序在一个数据集合上的一次动态执行过程。线程：减少程序在并发执行时所付出的时间和空间开销。PCB：记录用于描述进程情况及控制进程运行的全部信息。简答题：1．PCB的主要内容，PCB是如何组织的？内容：（1）：进程描述信息（2）：处理机状态信息（3）：进程调度信息（4）：进程控制信息链表：同一状态的进程其PCB成一链表，多个状态对应多个不同的链表。索引：同一状态的进程归入一个index表（由index指向PCB），多个状态对应多个不同的index表2．进程与程序的区别1)进程是动态的，程序是静态的：程序是有序代码的集合；进程是程序的执行。2)进程是暂时的，程序是永久的：进程是一个状态变化的过程，程序可长久保存。3)进程与程序的组成不同：进程的组成包括程序、数据和进程控制块（即进程状态信息）。4)进程与程序的对应关系：通过多次执行，一个程序可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可包括多个程序。3．进程与线程的区别(1)地址空间和其他资源（如打开文件）：进程间相互独立，同一进程的各线程间共享－－某进程内的线程在其他进程不可见(2)通信：进程间通信IPC，线程间可以直接读写进程数据段（如全局变量）来进行通信－－需要进程同步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性(3)调度和切换：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。4．为什么引入进程概念？在多道程序环境下，程序的执行属于并发性，此时他们将失去封闭性，并具有间断性和不可再现性的特性。这决定了通常的程序是不能并发执行的，则程序结果不可再现。为使程序能并发执行，且为了对其进行控制，则引入了进程。习题P818：试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因？（1）处于就绪态的进程，在调度程序位置分配处理机后。其即从就绪态转为执行态。（2）对执行的进程，如果系统分配给它的时间片用完，而被暂停执行时，其由执行态转为就绪态。（3）如果因发生某事件而使进程的执行受阻，使其无法继续执行，该进程有执行太转变为阻塞态典型原因有：I/O请求、申请缓冲空间18：同步机构应遵循哪些基本准则？为啥？（1）空闲让进；当无进程处于临界区时，表明临界资源处于空闲阶段，应允许一个请求进入临界区。（2）忙则等待；当已经有进程进入临界区时表明临界资源正在被访问，则应该让其他的请求等待。（3）有限等待；对要求访问临界区的进程，应保证其在有限时间内进入临界区，以免死等。（4）让权等待；当进程不能进入自己的临界区时，应释放处理机，以免忙等。36：为什么要在OS中引入线程？引入线程是为了减少程序在并发执行时所付出的时间和空间开销，使OS有更好的并发性。第三章名词解释：高级调度：又称作业调度、宏观调度，从用户工作流程的角度，一次提交的若干个流程，其中每个程序按照进程调度。时间上通常是分钟、小时或天。低级调度：进程换线程，微观调度，从CPU资源的角度，执行的单位。时间上通常是毫秒。因为执行频繁，要求在实现时达到高效率。中级调度：内外存交换，从存储器资源的角度，将进程的部分或全部换出到外存上，将当前所需部分换入到内存。简答题：为什么引入中级调度？为了提高内存利用率和系统吞吐量，其实现的就是存储系统中的对换功能。习题P1146：在抢占调度方式中，抢占的原则是？（1）优先权原则；通常是对一些重要的或紧急的作业赋予较高优先权。（2）短作业优先；当新的作业比正在执行的作业所需的时间少时，则应该优先执行。（3）时间片原则；各进程按照时间片轮流运行，当系统给的时间片用完，则进程应停止执行重新等待调度。18：何谓死锁？产生死锁的原因和必要条件是什么？指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当进程处于这种状态时，如果没有外力作用，它们将无法进行下去。原因：竞争资源；进程间推进顺序非法。必要条件：互斥条件；请求和保持条件；不剥夺条件；环路等待条件。20：预防死锁的途径？（1）摈弃‘请求和保持’条件；（2）摈弃‘不剥夺’条件；（3）摈弃‘环路等待’条件。第四章名词解释：动态重定位：在可执行文件中记录虚拟内存地址，装入和执行时通过硬件地址变换机构，完成虚拟地址到实际内存地址的变换。交换：一个进程可以从内存临时交换到后备存储器（外存）上存放，其后需要执行时再将其调入内存中。可重入代码：又称‘纯代码’，是一种允许多个进程同时访问的代码。进程不能多起修改。简答题：1．可以采用哪几种方式将程序装入内存？（1）绝对装入：在可执行文件中记录内存地址，装入时直接定位在上述内存地址。（2）可重定位装入：可执行文件中，列出各个需要重定位的地址单元和相对地址值，装入时再根据所定位的内存地址去修改每个重定位地址项，添加相应偏移量。（3）动态运行期装入（动态重地位）：在可执行文件中记录虚拟内存地址，装入和执行时通过硬件地址变换机构，完成虚拟地址到实际内存地址的变换。2．简述在具有快表的请求分页系统中，将逻辑地址变换为物理地址的过程。如右图：习题P1593：何谓静态链接？何谓装入时动态链接和运行时动态链接？静态链接：在程序执行前，先将各目标模块及他们所需的库函数，链接成一个完整的装配模块，以后不再拆开。装入时动态链接：指用户源程序编译后所得的目标模块，在装入内存时，采用边装入边链接的方式。运行时动态链接：指对某目标模块的链接，是在程序执行中需要该程序块时才对其进行链接。13：为实现分页存储管理，需要哪些硬件支持？（1）页表机制，在请求分页系统中所需要的主要数据结构就是页表。（2）缺页中断机制，当所访问的页不再内存中时，便产生一次缺页中断，请求系统将所缺的页调入内存。（3）地址变换机制。17：分页和分段存储管理有何区别？（1）页是信息的物理单位，分页是为了实现离散分配方式，提高内存利用率；段则是信息的逻辑单位，含有一组其意义相对完整的信息。（2）页的大小固定，系统把页划分为页号和页内地址，同一系统页大小一致；段长度不定，由用户的程序决定。（3）分页的作业地址空间是一维的；分段的作业空间是二维的。19：虚拟存储器有哪些特征？其本质的特征是？多次性、对换性、虚拟性（本质特征）。21：实现虚拟存储器需要哪几个关键技术？请求分页系统（请求分页的页表、缺页中断、地址变换）请求分段系统（请求分段的段表、缺段中断、地址变换）22：在请求分页中，页表应包括哪些数据项？每项的作用是？从左至右：页号、物理块号、状态位P、访问字段A、修改位M、外存地址。状态位P：指示该页是否已经调入内存。访问字段A：记录该页在一定时间中访问的次数。修改位M：显示该页在调入内存后是否被修改。外存地址：指出该页的物理块号。25：在请求分页中，通常采用哪几种页面分配方式？为啥？页表寄存器页表始址页表长度＞页号页内地址＋逻辑地址L越界中断块号b页表页号页号输入寄存器块号bb快表d物理地址1．固定分配局部置换2．可变分配全局置换3．可变分配局部置换29：说明请求分页系统中的缺页中断处理过程。访问快表（无）、访问页表（无）、在内存中（无）、缺页中断、保护现场、外存中找到缺页、内存满（选出一页换出）否则OS命令CPU从外存读缺页、启动I/O硬件、将该页换入内存、修改页表、返回。第五章名词解释：磁盘高速缓存：指利用内存中的存储空间来暂存从磁盘中读出的一系列盘块中的信息。虚拟设备：通过SPOOLing技术把原独占设备改造成能为若干用户共享的设备，以提高设备的利用率。SPOOLing：利用假脱机技术，也称为虚拟设备技术，可把独享设备转变成具有共享特征的虚拟设备，从而提高设备利用率。简答题：1．为何引入虚拟设备？通过利用SPOOLing技术可把独享设备转变成具有共享特征的虚拟设备，从而提高设备利用率。2．简述OS中设备管理模块的层次结构，及各层的功能。1）用户层软件；实现与用户交互的接口，用户可直接调用在用户层提供的、与I/O操作有关的库函数。2）设备独立性软件；负责实现与设备驱动器的统一接口、设备命名、设备保护及设备的分配与释放。3）设备驱动程序；负责具体实现系统对设备发出的操作命令，驱动I/O设备工作的驱动程序。4）中断处理程序：用于保护被中断进程的CPU环境，转入相应的中断程序处理后，在恢复被中断进程的现场返回到被中断进程。习题P20215：为何要引入设备独立性？如何实现设备的独立性？为了提高OS的可适应性和可扩展性，便引入了…；引入后的好处有提高了设备分时的灵活性，易于实现I/O的重定向。如何实现？驱动程序是一个与硬件紧密相关的软件，为了实现设备独立性，必须要再在驱动程序之上设置一层设备独立性软件。18：试说明SPOOLing系统的组成？（1）：输入井和输出井；是在磁盘上开辟的两大存储空间，输入井是模拟脱机输入时的磁盘设备，用于暂存I/O设备输入数据，输出井是模拟脱机输出时的磁盘，用于暂存输出数据。（2）：输入缓冲区和输出缓冲区；为缓和CPU和磁盘捡得速度差异，在内存中开辟的两缓冲区，输入缓冲区用于暂存输入设备送来的数据，输出缓冲区用于暂存输出井送来的数据。（3）：输入进程SPi和输出进程SPo；进程SPi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在送到输入井，当CPU需要数据时再从输入井读入内存，SPo亦类似。第六章名词解释：文件目录：是一种数据结构，用于标志系统中文件及其物理地址，供检索时使用。索引结点：采用文件名于文件描述信息分开的办法，亦即，使文件描述信息单独成为一个数