操作系统简答题

简答题（40分，7道）TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"程序、进程、线程的基本概念及区别【 2】进程的组成，基本状态，三状态模型，五状态模型【2.1】\o"CurrentDocument"临界资源、临界区、临界区访问原则【 2.2】四种数据传送控制方式的工作过程（设备管理）【5.2】连续、随机、串联的文件保存方式【6】操作系统的各项基本功能以及操作系统的发展阶段【1】文件系统的层次结构【 6】各种经典的调度算法【 2.2】\o"CurrentDocument"中断执行过程【 1】\o"CurrentDocument"安全设计原则【 8】多处理机系统的三种典型结构【 8】\o"CurrentDocument"多媒体进程调度【 8】\o"CurrentDocument"死锁的产生原因及必要条件【 3】页式、段式、段页式的工作原理及区别【4.2】P/V操作的基本概念及基本工作机制【2.2】与实验有关的经典同步/互斥问题【2.2】逻辑地址、物理地址以及地址映射的基本过程【4.1】文件与数据备份的两个原因以及需要考虑的五个问题【6】计算题死锁、安全状态【3】FIFO/LRU 算法【4.2】中断执行过程发出中断请求cpu响应中断响应cpu暂停当前任务并保存现场cpu执行中断处理例程cpu恢复中断点的现场原有任务继续执行程序、进程、线程的基本概念及区别进程【见下题】线程：线程的指导思想：将进程的两个属性分开。如果作为调度的基本单位，则不同时作为独立分配资源的单位。而对拥有资源的基本单位，又不频繁地对之进行切换。线程的基本概念：线程是进程的一个实体，是CP崩度的基本单位。线程自己基本上不拥有系统资源，只留有几个寄存器，但它可以与同属同一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源。线程又被称为轻权进程（Lightweightprocess：LWP）。特点：是进程的一个实体，可作为系统独立调度和分派的基本单位。不拥有系统资源（只拥有从属进程的全部资源，资源是分配给进程）一个进程中的多个线程可并发执行。（进程可创建线程执行同一程序的不同部分）进程与程序的区别进程-动态，程序 -静态：作为程序的执行，进程通常不可在计算机之间迁移；作为有序代码集合，程序对应的文件是静态的和可复制的。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）。进程能真实描述并发执行，程序不能：进程是独立调度并能和其他进程并行执行的单位。进程可以创建其它进程，而程序不能。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。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。进程和线程的区别进程是资源分配的基本单位。线程与资源分配无关，它只属于某一个进程，并与进程内其他线程一起共享进程的资源。进程发生调度时，不同的进程拥有不同的虚拟地址空间，而同一进程内的不同线程共享同一地址空间。进程包含了 PCB用户地址空间和堆栈。线程只由相关的堆栈（用户栈和系统栈） 、寄存器和线程控制表 TCB组成。进程切换时将涉及到有关资源指针的保存以及地址空间的变化等问题。线程切换时，由于同一进程内的线程共享资源和地址空间，将不涉及上述内容的保存，故减少了操作系统的开销时间。进程的调度与切换都是由操作系统内核完成，而线程则既可由操作系统内核完成，也可由用户程序进行。?进程的组成，基本状态，三状态模型，五状态模型进程的组成（代码+PCB数据）：代码—程序 资源句柄—分配的资源寄存器—执行状态 堆栈—运行场景数据—特定的数据集合基本状态：三状态：就绪、运行、阻塞五状态：执行、活动就绪、静止就绪、活动阻塞、静止阻塞【具有挂起状态】三状态模型1、就绪-->运行调度程序选择一个新的进程运行2、运行-->就绪运行进程用完了时间片，或者，运行进程被中断，因为一高优先级进程处于就绪状态3、运行-->阻塞，当进程必须等待所需的东西时OS尚未完成服务对一资源的访问尚不能进行初始化I/O且必须等待结果等待某一进程提供输入(IPC)4、阻塞-->就绪，当所等待的事件发生时五状态模型五状态临界资源、临界区、临界区访问原则临界资源(criticalresource): 一次仅供一个进程使用的资源。在进程中涉及到临界资源白程序段叫临界区(criticalsection)。临界区：共享使得竞争存在广泛性互斥一对应的原语--操作系统的主要设计任务之一任何两个进程不能同时处于其临界区不应对CPU的数目和速度做任何假设临界区外运行的进程不得阻塞其他进程不得使进程无限等待进入临界区使用临界区的原则空闲让进：当无进程在临界区时，任何有权使用临界区的进程可进入忙则等待：不允许两个以上的进程同时进入临界区多中择一：当没有进程在临界区，而同时有多个进程要求进入临界区，只能让其中之一进入临界区，其他进程必须等待有限等待：任何进入临界区的要求应在有限的时间内得到满足让权等待：处于等待状态的进程应放弃占用 CPU以使其他进程有机会得到 CPU的使用权死锁的产生原因和必要条件原因：系统资源不足；进程推进顺序不合适；必要条件：互斥控制（资源独占）非剥夺控制（不可剥夺）请求和保持（部分分配，占有申请）环路条件（循环等待）逻辑地址、物理地址以及地址映射的基本过程逻辑地址（相对地址，虚地址）：用户的程序经过汇编或编译后形成目标代码，目标代码通常采用相对地址的形式。其首地址为0，其余指令中的地址都相对于首地址来编址。不能用逻辑地址在内存中读取信息。物理地址（绝对地址，实地址）：内存中存储单元的地址。物理地址可直接寻址。地址映射：将用户程序中的逻辑地址转换为运行时由机器直接寻址的物理地址。当程序装入内存时 ,操作系统要为该程序分配一个合适的内存空间，由于程序的逻辑地址与分配到内存物理地址不一致 ，而CPU^行指令时，是按物理地址进行的，所以要进行地址转换。页式、段式、段页式的工作原理及区别工作原理：见4.2，长长长长长分页和分段的区别：段是信息的逻辑单位，它是根据用户的需要划分的，因此段对用户是可见的；页是信息的物理单位，是为了管理主存的方便而划分的，对用户是透明的。页的大小固定不变，由系统决定。段的大小是不固定的，它由其完成的功能决定。段式向用户提供的是二维地址空间，页式向用户提供的是一维地址空间，其页号和页内偏移是机器硬件的功能。由于段是信息的逻辑单位，因此便于存贮保护和信息的共享，页的保护和共享受到限制。四种数据传送控制方式的工作过程（设备管理）程序直接控制方式中断方式DMA方式通道控制方式1）程序直接控制方式由处理器提供I/O相关指令来实现I/O处理单元处理请求并设置I/O状态寄存器相关位不中断处理器，也不给处理器警告信息处理器定期轮询I/O单元的状态，直到处理完毕I/O软件包含直接操纵I/O的指令控制指令：用于激活外设，并告诉它做什么状态指令：用于测试I/O控制中的各种状态和条件数据传送指令：用于设备和主存之间来回传送数据主要缺陷：处理器必须关注I/O处理单元的状态，因而耗费大量时间轮询信息，严重地降低了系统性能2）中断方式为了解决程序控制I/O方法的主要问题，应该让处理器从轮询任务中解放出来， 使I/O操作和指令执行并行起来具体作法：当I/O处理单元准备好与设备交互的时候通过物理信号通知处理器，即中断处理器3）DM/AT式①当进程要求设备输入数据时，CPUS准备存放输入数据的内存始址及要传输的字节数分别送入DM册制器中的内存地址寄存器和传送字节计数器；另外，还要把控制 /状态寄存器中的中断允许位和启动位置1,从而启动设备，开始数据输入。②发出数据输入要求的进程进入阻塞状态， 进程调度程序调度其它进程占有 CPU③输入设备不断地挪用CPU工作周期，将数据从内部缓冲区源源不断地送入内存，直至所要求的字节数全部传送完毕。④DM出制器在传输完成时通过中断t#求线发出中断信号， CPU接到中断信号后转中断处理程序进行相应处理。⑤中断处理结束后， CPU返回被中断的进程或去运行重新被调度的进程。4）通道控制方式CPU执行用户程序，当遇到I/O请求时，可根据该请求生成通道程序放入内存（也可事先编好放入内存），并将该通道程序的首地址放入 CAW中；之后执彳T“启动I/O”指令，启动通道工作通道地址字CAW--首地址寄存器通道命令字CCW--控制寄存器通道状态字CSW--状态寄存器通道数据字CDW--数据寄存器通道：接收到“启动I/O”指令后，从CAW中取出通道程序的首地址，并根据首地址取出第一条指令放入CCWP,同时向CP3回答信号，使CPU可继续执行其他程序，而通道则开始执行通道程序，完成传输工作。当通道传输完成最后一条指令时，向 CPU^tI/O中断，并且通道停止工作。 CPU1收中断信号，从CSM取得有关信息，决定下一步做什么。连续、随机、串联的文件保存方式（1）连续文件（顺序结构）文件的信息存放在若干连续的物理块中优点：简单

支持顺序存取和随机存取顺序存取速度快所需的磁盘寻道次数和寻道时间最少(2)随机文件(索引结构)直接地址结构、索引地址结构、计算寻址结构一个文件的信息存放在若干不连续物理块中，系统为每个文件建立一个专用数据结构-索引表，并将这些块的块号存放在一个索引表中一个索引表就是磁盘块地址数组，其中第 i个条目指向文件的第i块(3)串联文件(链接结构)一个文件的信息存放在若干不连续的物理块中， 各块之间通过指针连接，前一个物理块指向下一个物理块优点：提高了磁盘空间利用率，不存在外部碎片问题有利于文件插入和删除有利于文件动态扩充文件系统的层次结构用户程序I/OI/O文件与数据备份的两个原因以及需要考虑的五个问题处理两个潜在问题：从意外的灾难中恢复，从愚蠢的操作中恢复。考虑的因素：备份整个文件系统还是仅一部分增量转储结合周期性的全面的转储备份前进行压缩操作对当前活动的文件进行转储比较困难，即备份时发生增删修改等操作要面临许多非技术问题，例如，人员的行为管理多媒体进程调度调度同质进程：固定数目的电影，所有电影使用相同的帧率、视频分辨率、数据率以及其他参数。所有进程同等，轮换调度，加上定时机制老保证每个进程以恰当的帧率传输。一般实时调度：实际中，电影数目，压缩后的帧大小分辨率等差异大。多个相互竞争的进程，其中若干进程或全部进程具有必须满足的最终时限的调度成为实时调度。特点：最终时限使得存在抢先的特性。有时并不一定存在可调度的方案多处理机系统的三种典型结构共享存储器的多处理机，消息传递多计算机，广域分