操作系统期末复习要点

精选优质文档-----倾情为你奉上精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业专心---专注---专业精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业《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：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？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；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）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。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。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。5.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表示系统中某类资源的数目，当其值大于或等于0时，表示系统中当前可用资源的数目；当其值小于0时，其绝对值表示系统中因请求该类资源而被阻塞的进程数目。（2）信号量是一种用来有效地解决进程同步与互斥问题的机制。（3）信号量的初值（4）除信号量的初值外，信号量的值仅能由P操作（又叫Wait操作）和V操作（又称Signal操作）来改变。4．体会、理解信号量以及P、V（Wait、Signal）操作的意义。答：一个信号量的建立必须经过说明，即应该准确说明S的意义和初值（注意这个初值不是一个负值）。每个信号量都有一个相应的队列，在建立信号量时，队列为空。P、V操作以原语方式实现，信号量的值仅能由这两条原语加以改变。P、V操作的定义为：P操作。P操作记为P(S)，其中S为一个信号量，它执行时主要完成下述动作：S=S-1；若S>=0则进程继续运行；否则（即S<0)阻塞该进程，并将它插入该信号量的等待队列中。V操作。V操作记为V（S），S为一个信号量，它执行时主要完成下述动作：S=S+1；若S大于0则进程继续执行；否则（即S<=0)则从信号量等待队列中移出第一个进程，使其变为就绪状态并插入就绪队列，然后再返回原进程继续执行。只需要把临界区置于P(S)和V(S)之间，即可以实现两个进程的互斥。互斥访问临界区的描述如下：----要求P1、P2互斥访问临界区：//注意书写格式！semaphoreS=1;main(){cobeginP1();P2();coend}P1(){……/*剩余区*/P(S);进程P1的临界区；V(S);……}P2(){……/*剩余区*/P(S);进程P2的临界区；V(S);……}当我们可使用的资源数量最多为1的时候，信号量一般用mutex表示.如：semaphoremutex=15．为什么要引入管程？管程由哪几个部分组成？答：(1)虽然信号量机制是一种既方便又有效的进程同步机制，但每个要访问临界资源的进程都必须自备同步操作P(S)和V(S)。这使得大量的同步操作分散在各个进程中。这不仅给系统管理带来麻烦，而且还会因为同步操作的使用不当造成系统死锁。于是在解决上述问题的基础上，又产生了一种新的同步工具——管程.Hasan为管程下的定义为：“一个管程定义了一个数据结构和能为并发进程所执行（在该数据结构上）的一组操作，这组操作能同步进程和改变管程中的数据”建立管程的基本理由:由于对临界区的执行分散在各个进程之中，这样不便于系统对临界资源的控制和管理，也很难发现和纠正分散在用户程序中的对同步原语的错误使用等问题。为此应把分散的各同类临界区集中起来，并为每个可共享资源设立一个专门的管程来统一管理各进程对资源的访问。这样，既便于系统管理共享资源，又能保证互斥访问。(2)定义一个管程:具体包括：（1）声明一个管程，给出名字：（2）声明管程内的数据结构、变量、条件变量：（3）声明管程从外部可调用的函数(里面就包含了CWait和CSignal操作）（4）对管程声明的变量进行初始化6.什么是进程的低级通信、高级通信？高级通信机制分为哪几大类？答：(1)进程之间的互斥与同步也是一种通信，由于其所交换的信息量少而被叫做“低级通信”。高级进程通信，是指用户可直接利用操作系统所提供的一组通信命令，高效地传送大量数据的一种通信方式。(2)目前的高级通信机制可以归为三大类：a.共享存储器系统;在共享存储器系统中，相互通信的进程共享某些数据结构或共享存储区，进程之间能够通过这些空间进行通信。于是又可再分为以下两种通信方式：基于共享数据结构的通信方式:要求诸进程共用某些数据结构，借以实现进程间的数据交换。如在生产者-消费者问题中，就是用有界缓冲区这种数据结构来实现通信的。这里，公用数据结构的设置及对进程间同步的处理，都是程序员的职责。这无疑增加了程序员的负担，而操作系统只需提供共享存储器。因此这种通信方式是低效的，只适宜于传送较少量的数据。基于共享存储区的通信方式:为了传递大量数据，在存储器中划出了一块共享存储区，诸进程可通过对共享存储区中数据的读或写来实现通信。这种通信方式属于高级通信。进程在通信前，先向系统申请获得共享存储区中的一个分区，并指定该分区的关键字；接着由申请者把获得的共享存储分区连接到本进程上。此后，便可像读写普通存储器一样读写该公用存储分区。b消息传递系统;在消息传递系统中，进程间的数据交换，是以格式化的消息（message）为单位的。在计算机网络中又把信息叫作“报文”。程序员直接利用系统提供的一组通信命令（原语）进行通信。操作系统隐藏了通信的实现细节，大大简化了通信程序编程的复杂性，因而获得广泛的应用。消息传递系统的通信属于高级通信。又因其实现方式的不同进一步细分为直接通信方式和间接通信方式。直接通信方式发送进程利用操作系统提供的发送命令，直接把消息发送给目标进程。此时要求发送进程和接收进程都以显式方式提供对方的标识符。间接通信方式进程间的通信需要通过作为共享数据结构的实体。该实体暂存发送进程发出的消息，接收进程则从该实体中取出对方发给自己的消息，通常把这种实体叫作“信箱”。消息在信箱中可以安全地保存，只允许核准的目标用户随时读取。因此利用信箱既可实现实时通信，又可实现非实时通信。系统为信箱通信提供了若干条原语，分别用于信箱的创建、撤销和消息的发送、接收等。c管道通信系统:管道是用于连接一个写进程和一个读进程以及实现它们之间通信的一个共享文件，又叫pipe文件。向管道（共享文件）提供输入的发送进程（即写进程）以字符流的形式将大量的数据送入管道；接收管道输出的接收进程（即读进程），则从管道中接收（读）数据。由于发送进程和接收进程是利用管道进行通信的，故又称为管道通信。这种方式首创于Unix，由于它能有效地传送大量数据，因而又被引入到其它操作系统中。第四章处理机调度与死锁1.简述三级调度的概念。是否任何操作系统都必须配置作业调度？哪一级调度是所有操作系统必备的？答：(1)用户作业从进入系统成为后备作业，直到运行程序、退出系统，可能会经历三级调度：高级调度：又称作业调度、长程调度。操作系统根据允许并发执行的作业道数和一定的算法，从作业后备队列中选取若干作业装入内存，使它们能够获得处理器运行，这项工作称为作业调度，完成这项工作的程序称为作业调度程序（——这是操作系统的一个子程序）。作业共有四种状态：提交状态、收容状态、执行状态、完成状态。高级调度又称作业调度或长程调度，它的功能是按照某种原则从后备作业队列中选取若干作业进入主存。用于决定把外存中处于后备队列中的哪些作业调入内存，并为它们建立进程，分配必要的资源，然后再将新建立的进程排在就绪队列上，准备执行（这时进入进程调度阶段）。因此也把作业调度叫作接纳调度。中级调度：又称平衡负载调度、中程调度。引入中级调度的主要目的，是为了提高内存利用率和系统吞吐量。为此，应使那些暂时不能运行的进程不再占用宝贵的内存资源，而将它们调到外存上去等待，把此时的状态称为就绪驻外存状态或挂起状态。当这些进程重又具备运行条件，且内存又稍有空闲时，由中级调度决定把外存上的那些又具备运行条件的就绪进程重新调入内存，并修改其状态为就绪，挂在就绪队列上等待进程调度。总之，中级调度实际上就是存储器管理中的对换功能。特别在采用虚拟存储技术的系统或分时系统中，往往都会增加中级调度这一级。低级调度：又称进程调度、短程调度。用来决定就绪队列中的哪个进程应获得处理机，然后再由分派程序（——操作系统的一个子程序）执行具体的操作，把处理机分配给具体的进程。(2)在批处理系统中，作业进入系统后是先驻留在外存上的，需要有作业调度的过程，以便将其分批地装入内存。然而在分时系统中，为了做到及时响应，用户通过键盘输入的命令和数据都是被直接送入内存的，无须再配置作业调度机制，在实时系统中一般也不需要作业调度。——结论：并不是所有的操作系统都必须具备作业调度(3)进程调度是最基本的调度，在三种基本类型的OS中，都必须配备这一级调度。2.常见的作业调度算法有哪些？常见的进程调度有哪些？哪些调度是可剥夺的，哪些是不可剥夺的？答：（1）先来先服务调度算法（FCFS）、短作业优先调度算法（SJF）、响应比高者优先（HRF）调度算法（2）剥夺式：当系统按照某种原则发现一个比现运行的进程更合适、更应该占用CPU的进程时，系统将强迫处于运行状态的进程将CPU的使用权交给这个更合适的进程。常见的调度原则有优先权原则、短进程优先原则和时间片原则等。非剥夺式：一旦某个进程占用了CPU，除非是由于它自身的原因自动放弃CPU，否则它将一直运行下去直到完成。常见的进程调度算法有以下4种：先来先服务算法、最高优先权优先调度算法、时间片轮转调度算法、多级反馈队列调度算法3.给定一个作业序列，按先来先服务、短作业优先、响应比高者优先算法调度，分别计算该作业序列的平均周转时间和平均带权周转时间答：衡量作业调度算法性能的指标1.系统吞吐率：平均每单位时间内完成的作业数2.周转时间：作业从提交到完成所经历的时间作业i的周转时间为：Ti=Tei-Tsi其中，Tei为作业i的完成时间，Tsi为提交时间3.平均周转时间：多个作业周转时间的平均值T=（T1+T2+……+Tn）/n平均周转时间越短，作业吞吐率越大，系统效率越高4.带权周转时间：作业周转时间与作业实际运行时间的比。作业i的带权周转时间为：Wi=Ti/Tri其中Ti为作业i的周转时间，Tri为作业i的实际运行时间5.平均带权周转时间：多个作业带权周转时间的平均值W=（W1+W2+……+Wn）/n4.什么是死锁？死锁产生的根本原因是什么？至少有几个进程并发才可能发生死锁？答：（1）所谓死锁是指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当进程处于这种僵局的时候，若没有外力的干预，它们都将无法再向前推进。死锁的定义1：在系统中某个进程提出资源申请后，使得若干进程在没有外力作用的情况下永远不能前进，这种现象称为死锁。处于死锁状态的进程称为死锁进程。死锁定义2指两个或两个以上的进程因竞争系统资源或相互通信而处于永久阻塞状态，每一个进程都在等待另一个进程释放资源而被封锁，若无外力作用，这些进程都将无法向前推进。（2）一是系统提供的资源有限，不能满足每个进程的需要；二是多道程序运行时，进程推进顺序不合理。（3）25.总的来说，解决死锁问题有哪几个方面的策略？答：解决死锁的基本方法有三种（或死锁有三种解决策略）（注意填空）：死锁的预防：死锁的避免：银行家算法死锁的检测与恢复:6.预防死锁可从哪几个方面着手？常见的措施有哪些？答：死锁的预防主要是打破造成死锁的4个必要条件之一：（1）破坏“互斥”条件：该条无法做到。因为计算机系统中大多数资源必须互斥使用，所以无法使互斥条件不成立而防止死锁，相反还必须严格遵守互斥使用资源的要求。（2）破坏“占用并等待”条件：可以采用静态分配策略。静态分配就是要求每一个进程在开始执行前就一次性申请它所需要的全部资源。仅当系统能满足进程全部资源要求并把资源分配给进程后，该进程才能开始执行，否则，只要有一种资源不能满足，即使其它资源空闲也不分配，让该进程等待。在等待期间，该进程不占有任何资源。这种策略也称“预分配资源法”，该方法实现简单，但降低了资源的利用率。（3）破坏“不可剥夺”条件：方法：进程需要的资源不是一次性分配给它，而是在运行的过程中，它需要的时候才进行分配。当一个进程已占有了某些资源，又申请新的资源而不能立即得到满足时，该进程将被剥夺已占有的全部资源，进入阻塞状态。只有在进程重新获得了原有资源和新资源后，才能继续执行。（4）破坏“循环等待”条件:可采用按序分配资源策略，具体做法是：把系统中所有的资源都按类型顺序排列，并对每类资源确定一个序号，如扫描仪、输入机、打印机、磁盘的编号依次为1、2、3、4，每个进程对资源的申请要严格按照序号递增的次序进行。7.银行家算法是解决死锁问题的一种什么策略？什么样的状态为安全状态？什么样的为不安全状态？会根据具体问题用银行家算法判断系统是否安全。答：(1)银行家算法是一种避免死锁的方法。其实现思想是：允许进程动态地申请资源，系统在每次实施资源分配之前，先计算资源分配的安全性，若此次资源分配安全（即资源分配后，系统能按某种顺序，来为每个进程分配其所需的资源，直至最大需求，使每个进程最终都可以顺利完成），便将资源分配给该进程，否则不分配资源，让进程等待。资源分配的安全性是指要保证至少有一个进程能够运行到结束，并且通过回收该进程所占用的资源再分配能依次使其它进程运行结束，然后继续回收资源、继续分配，直到全部进程运行结束。可以依次获得资源并运行结束的进程序列称为安全序列。如果计算出来的资源分配是不安全的，系统将拒绝分配。(2)若在某一时刻，系统能按某种顺序如<P1,P2,…,Pn>来为每个进程分配所需的资源，直至最大需求，使得每个进程都能顺利完成，则称此时的系统状态为安全状态，称<P1,P2,…Pn>为安全序列。(3)若某一时刻系统中一个安全序列都没有，则称此时的系统状态为不安全状态。并非所有的不安全状态都是死锁状态；但当系统进入不安全状态后，便有可能进入死锁状态；反之，只要系统处于安全状态，系统便可以避免进入死锁。另：若系统有同类资源m个，可并发执行且共享该类资源的的进程最多是n个，而每个进程申请该类资源的最大量为x(1<=x<=m)只要不等式n(x-1)+1<=m成立，则系统就一定不会死锁。例题：a.有3个进程竞争7个同类资源，每个进程竞争的资源数一样多，问最大请求资源在什么范围就一定不会引起死锁？b.有某类资源10个，每个进程需要的最大资源数为4，问竞争该类资源的进程数为多少就一定不会死锁？c.有5个进程各需要申请某类资源4个，问系统有该类资源多少个就一定不会引起死锁？8.什么是死锁定理？死锁定理有什么用？答：(1)系统为死锁状态的充分条件是：当且仅当该系统状态的资源分配图是不可完全简化的。该充分条件被称为死锁定理。资源分配图（RAG）(2)死锁的检测第五章存储器管理1.内存管理的任务是什么？操作系统的内存管理应具备哪些功能？答：（1）在多道程序的环境中，存储管理的目的主要有两个：一是提高资源的利用率，尽量满足多个用户对主存的要求；二是能方便用户使用主存储器，使用户不必考虑作业存放在哪块区域，也不必考虑如何能实现正确运行等问题。（2）存储管理一般应能完成如下功能：1）按作业要求进行内存的分配并进行实时回收；2）实现程序中的逻辑地址到物理地址的重定位；3）对操作系统及其用户的信息提供存储保护；4）实现主存的逻辑扩充，提供给用户更大的存储空间。2.什么是重定位？什么是静态重定位和动态重定位？它们重定位的时机都在什么时候？答：（1）为使程序能正确运行，必须将逻辑地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中的物理地址，这一过程称为地址重定位或地址映射。换句话说，地址重定位就是建立用户程序的逻辑地址和物理地址之间的对应关系。（2）静态地址重定位是在程序执行之前由操作系统的重定位装入程序完成的。它根据要装入的内存起始地址，直接修改所有涉及到的逻辑地址，一次性完成逻辑地址到物理地址的转换，在程序运行中，不再进行任何地址转换。静态地址重定位的优点是只需通过重定位装入程序，即可实现逻辑地址向物理地址的转化，不需要硬件的支持，可以在任何机器上实现。早期的操作系统大多采用这种方法。缺点是程序必须占据连续的内存空间，且一旦装入内存后，就不能被移动，不利于内存空间的利用动态地址重定位也称动态地址映射，是指把目标程序装入内存的时候，并不立即把逻辑地址转换为物理地址，而是在程序运行过程中，当CPU访问程序和数据的时候，才进行地址转换。为了提高转换效率，一般需要重定位寄存器的支持。通常在程序装入内存后，将其在内存中的起始地址装入重定位寄存器。在程序执行时，把要访问的程序（数据）的逻辑地址加上重定位寄存器中的起始地址，便可形成CPU能够访问的物理地址。动态地址重定位的优点是不要求程序装入连续的内存空间。在内存中允许程序再次移动位置，而且还可以部分地装入程序运行。便于作业共享同一程序的副本。因此现代计算机系统广泛采用动态地址重定位技术。动态地址重定位的缺点是需要硬件的支持，而且实现存储管理的软件算法也比较复杂3.体会几种内存管理的实现方法，引入的原因、组织空闲区的方式、回收的规定：（1）实存：单一连续分区、固定分区、可变式分区、分页、分段、段页式（2）虚存：请求式分页、请求式分段、请求段页式4.上面哪些内存管理有内碎片、哪些有外碎片？解决碎片有哪些方法？答：5.什么是页表？什么是段表？其主要内容是什么？引入联想寄存器有什么用处？答：（1）在内存中为每个进程开辟一块特定区域，建立起作业的逻辑页与存储块之间的对应表格关系，这种表称为页面映像表，简称页表。最简单的页表只包含页号、块号两个内容。（2）为使程序能正常运行，亦即，能从物理内存中找出每个逻辑段所对应的位置，应象分页系统那样，在系统中为每个进程建立一张段映射表，简称“段表”。每个段在表中有一个表项，记录了该段在内存中的地址和长度.（3）为了提高查表的速度，人们在分页地址变换机构中，加入了一组高速缓冲存储器，用来存放当前作业的最常用的页号和与之相应的物理块号。一般称这样的寄存器组为快表或联想存储器。6.会借助于段表、页表等表格，来将给定的用户程序地址（逻辑地址）转化为内存地址。7．理解、体会虚拟内存管理中涉及的几种页面淘汰算法，会计算页面中断数和页面中断率第六章设备管理1.设备的几种分类方式：输入输出设备和存储设备、高速设备和低速设备、字符设备和块设备。答：按操作特性分类：存储设备和输入输出（I/O）设备。按系统和用户的观点分类：可将外部设备分为系统设备和用户设备两种按设备的传输速率分类：高速设备、中速设备和低速设备按信息交换的单位分类：字符设备和块设备按设备的共享属性分类：独占设备、共享设备、虚拟设备2．分配设备需要的4个数据结构（表）：系统设备表、设备控制表、控制器控制表、通道控制表。答：系统设备表：这是系统范围的数据结构，其中记录了系统中全部设备的情况。每个设备占一个表目，每个表目包含了：设备类型、设备标识符、设备控制表指针、设备驱动程序的入口地址等。设备控制表：系统为每一个设备都配置了一张设备控制表（DCT），用于记录本设备的情况设备类型type设备标识符deviceid设备状态忙、闲、等待等指向控制器表的指针重复执行次数设备队列的队首指针控制器控制表：系统为每一个控制器都设置了一张用于记录本控制器情况的控制器控制表：控制器标识符concollerid控制器状态：忙/闲指向通道表的指针控制器队列的队首指针控制器队列的队尾指针通道控制表：每个通道都配置一张通道控制表通道标识符channel_id通道状态：忙/闲指向控制器表的指针通道队列的队首指针通道队列的队尾指针3．描述并体会几种常见的输入输出控制方式：程序直接控制、中断控制、DMA控制、通道控制。答：（1）或称为询问方式、忙－等方式。下面以数据输入为例说明这种控制方式：当用户进程需要输入数据的时候，由处理机向设备控制器发送一条I/O指令启动设备进行输入；在设备输入数据期间，处理机通过循环执行测试指令，不间断地检测设备状态寄存器的值；直到设备状态寄存器的值显示设备输入完成的时候，处理机才结束测试循环；接着将数据寄存器中的数据取出，送入内存指定单元，然后再启动设备去读下一个数据。同样，当用户进程需要向设备输出数据的时候，CPU也必须发出启动命令启动输出设备，并循环测试，等待输出完成。在程序I/O方式中，由于CPU的高速性和I/O设备的低速性，致使CPU的绝大部分时间都处于等待I/O设备完成数据I/O的循环测试中，造成CPU的极大浪费。在该方式中，CPU之所以要不断测试I/O设备的状态，就是因为在CPU中没有中断机构，使I/O设备无法向CPU报告它已完成了一个字符的输入操作。程序直接控制方式工作过程简单，但CPU的利用率相当低，CPU和外设以及外设和外设之间只能串行工作，且CPU大部分时间处于循环测试状态。所以程序直接控制I/O方式，只适合于那些CPU执行速度较慢，且外设较少的系统。（2）中断控制方式要求CPU与设备之间有相应的中断请求线，在状态寄存器中有相应的“中断允许位”。中断控制下的数据输入按下面的步骤进行：首先，需要数据的进程通过CPU发出启动指令启动外设来输入数据；同时还将状态寄存器中的中断允许位打开；在进程发出指令启动设备之后，该进程放弃处理机，等待输入完成。而操作系统的进程调度程序就会调度其它就绪进程占据处理机；当输入完成时，输入设备的I/O控制器通过中断请求线向CPU发出中断请求信号；CPU接到中断信号后，转向中断处理程序；设备中断处理程序将输入数据寄存器中的数据传送到某一特定的内存单元中，以便供要求输入的进程使用；同时还把等待输入数据的那个进程唤醒，再返回到被中断的进程继续执行。在以后的某一时刻，进程调度程序选中提出输入请求的进程，该进程从约定的内存单元中取出数据做进一步处理。与程序直接控制方式相比，中断控制方式大大提高了CPU的利用率，并能支持设备的并行操作；但这种控制方式仍存在许多问题。如每台设备每输入/输出一个数据都要求中断CPU，这样在一次数据传送过程中，中断发生次数太多，从而耗去了大量CPU时间。（3）DMA方式又称直接存储器访问（DirectMemoryAccess)方式。基本思想是在外设和主存之间开辟直接的数据传输通路。DMA控制器除了有控制／状态寄存器和数据缓冲寄存器外，还设置有传送字节计数器和内存地址寄存器。DMA控制器可用来代替CPU控制内存和外设之间进行成批的数据交换。DMA方式的特点：数据传送的基本单位是数据块。即CPU和I/O设备之间，每次传送的至少是一个数据块。所传送的数据是从设备送往内存，或相反。仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需要中断CPU，请求干预，整块数据的传送是在DMA控制器的控制下完成的。从DMA方式的特点看出，DMA方式较之中断控制方式成百倍地减少了CPU对I/O控制的干预，进一步提高了CPU的利用率，提高了CPU与I/O设备的并行操作程度。DMA方式下的数据输入处理过程：①当某一进程要求设备输入数据的时候，CPU把准备存放输入数据的内存始址及要传送的字节数分别送入DMA控制器中的内存地址寄存器和传送字节计数器。②将控制／状态寄存器中的中断允许位和启动位置“１”，启动设备进行成批的数据输入，并允许中断。③发出数据请求的进程进入等待状态，等待数据输入的完成；操作系统的进程调度程序调度其它进程占用CPU。④在DMA控制器的控制下，按内存地址寄存器中的内容，把数据缓冲寄存器中的数据源源不断地写入到相应的主存单元，直至所要求的数据传送完毕。⑤输入完成时，DMA控制器通过中断请求线发出中断信号，CPU接到该中断信号后，转入中断处理程序，唤醒等待输入完成的进程，并返回被中断的程序。⑥在以后的某个时刻，操作系统进程调度程序选中提出请求输入的进程；该进程从指定的内存单元取出数据，并做进一步处理。DMA控制与中断控制方式的主要区别：中断控制方式在每个数据传送完成后中断一次CPU，DMA控制方式则是在所要求传送的一批数据传送结束时中断CPU；中断控制方式的数据传送是在中断处理时由CPU控制完成，而DMA控制方式是在DMA控制器的控制下完成。虽然DMA方式较前两种方式有明显的进步，但仍存在一定的局限性。首先，DMA方式对外设的管理和某些操作仍由CPU控制：如传送数据的方向、存放数据的内存始址及传送数据的长度都由CPU控制。另外，多个DMA控制器的同时使用可能会引起内存地址的冲突，同时每台设备都需要一个DMA控制器，也是不经济的。为了克服以上不足，出现了通道控制方式。（4）与DMA控制方式相似，通道控制也是一种内存和设备直接进行数据交换的方式。与DMA控制方式不同的是，在通道控制方式中，数据传送的方向、存放数据的内存始址以及传送数据块的长度均有望一个专门的硬件——通道来控制。另外，DMA方式每台设备至少需要一个DMA控制器，而通道方式中，一个通道能控制多台设备与内存进行数据交换。通道是一个独立于CPU的专门负责输入输出控制的处理机，它和设备控制器一起控制设备与内存直接进行数据交换。通道有自己的指令，这些指令受CPU控制启动，并在操作结束时，向CPU发出中断信号。4.为什么要开辟缓冲区？常见的缓冲区有哪几种？目前最常用的是哪种？答：（1）①缓和CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾。事实上，凡在数据到达速率与其离去速率不同的地方，都可设置缓冲区。②减少对CPU的中断频率，放宽对CPU中断响应时间的限制如从外设来的数据仅用一位缓冲来接收，则每收到一位数据就要中断一次；若设置一个８位的缓冲寄存器，则可使中断的次数降低为1/8。所以，用缓冲技术可以减少CPU的中断次数。③提高CPU和I/O设备之间的并行性引入缓冲后，在输入数据的时候，输入设备可将数据输入到缓冲区存放，与此同时CPU在进行计算工作；输出数据时，CPU也在进行计算工作，而同时输出设备将缓冲区的数据取出来慢慢打印。所以缓冲区的引入可以提高CPU和I/O设备的并行性。（2）常采用的缓冲技术有：单缓冲:每当一个进程发出I/O请求的时候，操作系统便在主存中为之分配一个缓冲区，该缓冲区用来临时存放输入输出数据。当进程要求数据输入的时候，操作系统先控制外设将数据送往缓冲区存放，然后进程从缓冲区中取出数据继续运行。双缓冲:解决外设之间并行操作的最简单的办法是设置双缓冲。具体方案是为输入或输出操作设置两个缓冲区buffer1和buffer2。当进程要求输入数据的时候，输入设备首先把输入数据送往Bufffer1，然后进程从Buffer1中取出数据进行计算；在进程从Buffer1中取数据的同时，输入设备可向缓冲区Buffer2送入数据。当Buffer1中的数据取完的时候，进程又可以从Buffer2中提取数据，与此同时，输入设备又可将输入数据送往Buffer1。如此交替使用Buffer1和Buffer2，可使CPU和外设的并行操作进一步提高。环形缓冲:该技术是在主存中分配一组大小相等的存储区作为缓冲区，并将这些缓冲区链接起来，每个缓冲区中有一个指向下一个缓冲区的指针，最后一个缓冲区的指针指向第一个缓冲区，这样ｎ个缓冲区就组成一个环形。此外系统中还有一个链首指针指向第一个缓冲区。缓冲池:为了提高缓冲区的利用率，目前广泛采用的是缓冲池技术。从自由主存中分配一组缓冲区即可构成缓冲池。在缓冲池中每个缓冲区的大小可以等于物理记录的大小，它们作为共享资源被共享—即系统中只配备一个缓冲池供多个进程使用。缓冲池既可用于输入，也可用于输出。缓冲池中的缓冲区一般有以下三种类型：空缓冲区、装输入数据的缓冲区（输入缓冲区）、装输出数据的缓冲区（输出缓冲区）（3）缓冲池5．设备分配的过程。尤其注意设备的使用性质和设备的独立性、设备的安全性各指的是什么？答：为了使系统有条不紊地工作，系统在分配设备时应考虑这样几个因素：①设备的固有属性：独占、共享、虚拟性②设备分配算法：先来先服务、优先级高者优先③设备分配时的安全性：该分配是否可能死锁④设备的独立性：应用程序独立于使用的物理设备6．什么是SPOOLING系统？它由哪几部分构成？答：（1）通过SPOOLing技术便可将一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑I/O设备，同样允许多个用户共享一台物理I/O设备。事实上，当系统中引入了多道程序技术后，完全可以利用其中的一道程序，来模拟脱机输入时的外围控制机的功能，把低速I/O上的数据传送到高速磁盘上；再利用另一道程序来模拟脱机输出时外围控制机的功能，把数据从磁盘传送到低速设备上。这样，便可在主机的直接控制下，实现脱机输入输出功能。此时的外围操作与CPU对数据的处理同时进行。把这种在联机情况下实现的同时外围操作称为SPOOLing，或称为假脱机操作从上述可知，SPOOLing技术是对脱机输入、脱机输出系统的模拟。相应地，SPOOLing系统必须建立在具有多道程序功能的操作系统上，而且还应具有高速随机外存的支持。（2）SPOOLing系统主要由以下三部分组成：（1）输入井和输出井。这是在磁盘上开辟的两个大的存储空间。输入井是模拟脱机输入时的磁盘设备，用于暂存I/O设备输入时的数据；输出井是模拟脱机输出时的磁盘，用于暂存用户程序的输出数据。（2）输入缓冲区和输出缓冲区为了缓和CPU和磁盘之间速度不匹配的矛盾，在内存中要开辟两个缓冲区：输入缓冲区和输出缓冲区。输入缓冲区用于暂存由输入设备送来的数据，以后再传送到输入井；输出缓冲区用于暂存从输出井送来的数据，以后再传送给输出设备。（3）输入进程SPi和输出进程SPo。这里利用两个进程来模拟脱机I/O的外围控制机。其中进程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设备通过输入缓冲区再送到输入井，当CPU需要数据的时候，直接从输入井读入内存；进程SPo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。7.会用磁盘调度算法（FCFS,SSTF,SCAN,CSCAN），计算一系列磁盘请求的宗道到数和平均寻道数第七章文件管理1．按照文件的几种分类方法体会文件答：2．文件的逻辑结构（2种）、答：文件的逻辑结构分为以下两类：1.有结构的文件有结构的文件是指由若干个相关的记录构成的文件，又称记录式文件。在文件中的记录一般有着相同或不同数目的数据项，根据记录的长度，记录式文件又分为等长记录文件和变长记录文件。2.无结构文件又称流式文件，组成它的基本信息单位是字节或字，其长度是文件中所含字节的数目。如大量的源程序、库函数等采用的就是流式文件。3．文件的物理结构（3种），各适合于哪种存取方式？答：连续结构（顺序结构）：这种结构的文件，其文件在磁盘上的存放顺序与用户看到的逻辑记录是一致的。连续文件可采用顺序存取，也可以随机存取,就看你采用什么样的存储介质来存储文件链接结构：且其存取的方法只能顺序存取，不能随机存取。索引结构：索引结构要求系统为每一个文件建立一张索引表，表中每个栏目指出文件信息所在的逻辑块号和物理块号之间的对应关系即当文件的物理结构为索引结构时，即可顺序存取，也可随机存取。4．文件的存储介质（磁带、磁盘、磁鼓），各适合于哪种存取方式？答：磁带是一种顺序存取设备，对磁带上的用户文件信息只能顺序访问。磁带文件的物理结构只有一种——顺