计算机操作系统原理与应用知识考点梳理

计算机操作系统原理与应用知识考点梳理姓名_________________________地址_______________________________学号______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------线--------------------------1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、选择题1.操作系统的基本功能包括：

a.进程管理

b.内存管理

c.文件系统

d.网络管理

e.输入/输出管理

2.以下哪个是进程的实体？

a.进程控制块（PCB）

b.进程状态

c.进程队列

d.进程资源

3.简单页式虚拟存储管理中，页表的作用是：

a.确定内存中每个页的物理地址

b.优化内存访问速度

c.提高内存利用率

d.上述都是

4.下列哪个是文件系统中的目录结构？

a.顺序文件

b.链式文件

c.树形目录结构

d.交叉索引文件

5.下列哪个是进程同步的机制？

a.信号量

b.互斥锁

c.条件变量

d.以上都是

答案及解题思路：

1.答案：a,b,c,d,e

解题思路：操作系统的基本功能涵盖了计算机资源管理的主要方面，包括进程管理、内存管理、文件系统、网络管理和输入/输出管理。

2.答案：a

解题思路：进程控制块（PCB）是操作系统用来记录和管理进程信息的结构，是进程的实体。

3.答案：d

解题思路：页表在简单页式虚拟存储管理中起到确定内存中每个页的物理地址的作用，同时也有助于优化内存访问速度和提高内存利用率。

4.答案：c

解题思路：树形目录结构是文件系统中常用的目录结构，它允许用户以树状结构组织文件和文件夹，便于管理和访问。

5.答案：d

解题思路：信号量、互斥锁和条件变量都是进程同步的机制，用于协调进程间的操作，保证数据的一致性和避免竞争条件。二、填空题1.在操作系统中，进程是指具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行进程管理和资源分配的基本单位。

2.在多级页面置换算法中，最近未使用（LRU）算法通过记录最近未使用的时间，对最近未使用过的页面进行置换。

3.文件系统中，文件系统的主要功能包括：文件存储空间管理、文件操作、文件存取控制等。

4.线程是轻量级的进程，它拥有自己的堆栈、寄存器和程序计数器，但是与同属一个进程的线程共享内存和资源，所以线程是并行的。

5.在操作系统中，为了保证数据的一致性和原子性，需要使用互斥锁（Mutex）。

答案及解题思路：

答案：

1.进程管理

2.最近未使用（LRU）

3.文件存储空间管理

4.并行

5.互斥锁（Mutex）

解题思路：

1.进程是操作系统中进行资源分配和调度的基础单位，因此填“进程管理”。

2.LRU算法是一种基于页面使用频率的页面置换算法，它记录每个页面的最近未使用时间，当需要置换页面时，选择最近未使用过的页面进行置换，故填“最近未使用（LRU）”。

3.文件系统的主要功能之一是管理文件存储空间，保证文件存储的有序性和高效性，因此填“文件存储空间管理”。

4.线程是轻量级的进程，可以并行执行，但共享进程的内存和资源，因此填“并行”。

5.为了保证数据的一致性和原子性，在操作系统中使用互斥锁（Mutex）来控制对共享资源的访问，防止多个线程同时修改同一资源，故填“互斥锁（Mutex）”。三、判断题1.在进程调度中，优先级调度算法能够提高系统吞吐量。（）

答案：√

解题思路：优先级调度算法通过根据进程的优先级来决定调度的顺序，这有助于提高CPU的使用效率，从而提高系统的吞吐量。但是如果优先级分配不当或存在饥饿现象，可能会影响吞吐量。

2.简单页式虚拟存储管理会导致缺页中断次数增加。（）

答案：√

解题思路：在简单页式虚拟存储管理中，进程的虚拟地址空间与物理地址空间之间是一对一映射。如果进程访问的页不在内存中，将会发生缺页中断。由于虚拟存储是按需分页的，这可能会导致频繁的缺页中断，从而增加缺页中断次数。

3.文件系统中，文件控制块（FCB）是文件系统中最重要的数据结构。（）

答案：√

解题思路：文件控制块（FCB）包含了文件的所有重要信息，如文件名、文件大小、文件类型、访问权限、指向文件内容的指针等。它是文件系统管理文件的关键数据结构，因此可以说是文件系统中最重要的数据结构。

4.在操作系统中，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持状态，不能自行解决。（）

答案：√

解题思路：死锁是操作系统中的一个重要概念，它指的是多个进程在执行过程中由于相互等待对方所持有的资源而形成的一种僵持状态。在这种情况下，进程无法继续执行，除非有外部干预或资源释放。

5.线程是进程中的一个实体，是程序的基本执行单元。（）

答案：×

解题思路：线程是进程中的一个执行流，它是程序的基本执行单元，但并不是进程的实体。一个进程可以包含多个线程，每个线程可以独立执行任务，而进程作为资源的拥有者，是线程的集合体。四、简答题1.简述进程的三个基本状态及其转换。

进程的基本状态通常包括以下三种：

运行状态：进程正在处理器的某个处理单元上执行。

就绪状态：进程已准备好执行，但由于没有获得CPU资源而处于等待状态。

阻塞状态：进程因等待某个事件（如I/O操作）而无法继续执行。

进程状态转换：

就绪到运行：当CPU分配给进程时。

运行到就绪：进程时间片用完或等待某事件而放弃CPU。

运行到阻塞：进程等待I/O等外部事件。

阻塞到就绪：等待的事件发生，进程可再次运行。

2.简述内存管理的三种基本方法。

内存管理的三种基本方法包括：

分区管理：将内存划分为固定大小的区域，每个区域分配给一个进程。

分页管理：将内存划分为固定大小的页，进程按页进行分配。

分段管理：将内存划分为逻辑上连续的段，每段对应进程的一部分。

3.简述文件系统的三种基本目录结构。

文件系统的三种基本目录结构为：

单级目录结构：所有文件都存储在一个目录下。

多级目录结构：文件分布在多个目录中，形成树状结构。

压缩目录结构：通过压缩技术减少目录的大小。

4.简述进程同步与互斥的基本方法。

进程同步与互斥的基本方法包括：

信号量：使用信号量实现进程同步和互斥。

互斥锁：使用互斥锁保证对共享资源的互斥访问。

条件变量：允许进程在某些条件满足时才继续执行。

5.简述线程与进程的区别。

线程与进程的区别主要体现在以下几个方面：

进程是操作系统资源分配的基本单位，线程是进程中的一个实体，是CPU调度和分派的基本单位。

进程有独立的地址空间，线程共享进程的地址空间。

进程切换开销较大，线程切换开销较小。

进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位，线程是进程中的一个执行单元。

答案及解题思路：

答案：

1.进程的基本状态包括运行、就绪和阻塞，它们之间通过CPU分配、时间片结束、等待事件发生和事件解决等方式进行转换。

2.内存管理的基本方法有分区管理、分页管理和分段管理，分别对应不同的内存分配策略。

3.文件系统的基本目录结构有单级目录、多级目录和压缩目录，它们决定了文件的组织和访问方式。

4.进程同步与互斥的基本方法包括信号量、互斥锁和条件变量，这些机制保证了进程间对共享资源的正确访问。

5.线程与进程的主要区别在于资源分配、地址空间、切换开销和调度单位等方面。

解题思路：

对于简答题，首先需要明确每个问题的核心概念，然后根据所学知识进行详细阐述。对于进程状态转换，需要理解每种状态的特点和触发条件。内存管理方法需要掌握每种方法的原理和适用场景。文件系统目录结构需要理解不同结构的优缺点。进程同步与互斥方法需要理解信号量、互斥锁和条件变量的作用机制。线程与进程的区别需要从多个角度进行比较分析。五、论述题1.论述虚拟存储管理的原理及优缺点。

a.虚拟存储管理的原理

虚拟存储管理是一种将物理内存与逻辑内存分离的技术，允许程序使用比实际物理内存更大的地址空间。

原理主要包括页面置换、请求分页、请求分段等策略。

通过虚拟内存，操作系统可以将不常用的页面或段暂时移出物理内存，释放出空间供其他页面或段使用。

b.虚拟存储管理的优点

提高内存利用率，允许大程序运行。

提高系统的多任务处理能力。

程序员的编程更加灵活，不必担心内存大小限制。

c.虚拟存储管理的缺点

增加了内存管理的复杂性。

页面置换和段置换可能会导致功能下降。

需要额外的硬件支持，如内存管理单元（MMU）。

2.论述文件系统的目录结构及其优缺点。

a.文件系统的目录结构

树形目录结构：以树状结构组织文件和目录，每个目录可以包含多个文件和子目录。

链式目录结构：通过链表连接各个文件和目录，每个节点包含指向下一个节点的指针。

网状目录结构：类似树形结构，但允许一个目录有多个父目录。

b.目录结构的优点

简化文件管理，方便用户查找和访问文件。

提高文件访问速度，减少文件搜索时间。

支持文件的共享和安全性控制。

c.目录结构的缺点

树形结构可能导致文件路径过长，影响功能。

链式结构可能导致文件访问效率低下。

网状结构可能导致文件访问路径复杂，难以管理。

3.论述进程同步与互斥的基本方法及其在操作系统的应用。

a.进程同步的基本方法

信号量（Semaphore）：通过信号量实现进程间的同步，包括P操作（请求资源）和V操作（释放资源）。

互斥锁（Mutex）：保证在同一时间一个进程可以访问共享资源。

事件（Event）：通过事件标志来同步进程，一个事件可以由多个进程等待。

b.进程互斥的基本方法

互斥锁：通过互斥锁保证在同一时间一个进程可以访问共享资源。

信号量：使用信号量实现进程间的互斥访问。

临界区：在进程访问共享资源时，使用临界区来保护共享资源的访问。

c.进程同步与互斥在操作系统中的应用

磁盘I/O操作：通过互斥锁保证同一时间一个进程可以访问磁盘。

网络通信：使用信号量或互斥锁同步进程间的通信。

文件系统操作：通过互斥锁保证文件操作的原子性和一致性。

答案及解题思路：

答案：

1.虚拟存储管理的原理是通过页面置换、请求分页、请求分段等策略实现物理内存与逻辑内存的分离。优点包括提高内存利用率、多任务处理能力、编程灵活性。缺点包括增加内存管理复杂性、页面置换可能导致功能下降、需要额外的硬件支持。

2.文件系统的目录结构包括树形、链式、网状结构。优点包括简化文件管理、提高访问速度、支持共享和安全性控制。缺点包括路径过长、访问效率低下、路径复杂。

3.进程同步的基本方法包括信号量、互斥锁、事件。进程互斥的基本方法包括互斥锁、信号量、临界区。在操作系统中的应用包括磁盘I/O操作、网络通信、文件系统操作。

解题思路：

1.针对虚拟存储管理，首先解释其原理，然后分别阐述其优点和缺点，结合实际案例说明。

2.针对目录结构，分别介绍三种结构的特点，然后分析各自的优缺点，并结合实际使用场景进行说明。

3.针对进程同步与互斥，先介绍基本方法，再分别说明其应用场景，结合操作系统中的具体例子进行阐述。六、应用题1.某操作系统采用先来先服务（FCFS）算法进行进程调度，现有三个进程P1、P2、P3，它们的到达时间分别为0、1、2，执行时间分别为5、3、8，请给出它们的调度序列。

解答：

P1的到达时间为0，因此它首先被调度。

P1执行5个单位时间后完成，此时P2到达。

P2开始执行，需要3个单位时间完成。

P2完成后，P3到达，开始执行，需要8个单位时间完成。

调度序列为：P1>P2>P3。

2.某操作系统采用固定分区分配策略，内存大小为100MB，现有三个进程P1、P2、P3，它们的请求内存大小分别为20MB、30MB、50MB，请给出它们的内存分配情况。

解答：

初始时，内存被分为三个分区，每个分区大小为100MB/3≈33.33MB。

P1请求20MB，分配到第一个分区。

P2请求30MB，分配到第二个分区。

P3请求50MB，分配到第三个分区。

内存分配情况为：P1(20MB)>P2(30MB)>P3(50MB)。

3.某操作系统采用分页存储管理，内存大小为256MB，页面大小为4KB，现有三个进程P1、P2、P3，它们的请求内存大小分别为300KB、400KB、500KB，请给出它们的内存分配情况。

解答：

内存大小为256MB，页面大小为4KB，因此内存可以容纳256MB/4KB=65536页。

P1请求300KB，转换为页数为300KB/4KB=75页。

P2请求400KB，转换为页数为400KB/4KB=100页。

P3请求500KB，转换为页数为500KB/4KB=125页。

内存分配情况为：P1(75页)>P