操作系统期末知识点总结

根据本校老师所画重点总结，请自行对应你们的重点食用^ ^

第一章

*1.1OS是什么？********OS的作用是什么？*

操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，负责计算机系统的全部系统资源的分配、调度和管理，通过为用户提供接口，方便用户使用计算机，并合理有效组织计算机工作流程的一种系统软件。

作用：1.操作系统作为用户与硬件系统之间的接口。（从用户角度）
2.操作系统作为资源的管理者。（从资源管理角度）
3.操作系统实现了对资源的抽象。（从资源抽象角度）

④异步性：指不确定性，每个程序在何时执行，多个程序间的执行顺序以及完成每道程序所需的时间都是不确定和不可预知的。多道程序环境下程序的执行，是以异步方式进行的。

*1.2 叙述操作系统的含义及其功能，并从资源管理角度简述操作系统通常由哪几部分功能模块构成，以及各模块的主要任务。*

①操作系统是一个系统软件，是控制和管理计算机系统硬件和软件资源，有效合理地组织计算机工作流程以及方便用户使用计算机系统的程序集合。

②功能：管理计算机的软硬件资源、提高资源的利用率、方便用户。

③组成模块：（1）处理机管理（或进程管理）：对CPU的管理、调度和控制。

（2）存储管理：管理主存的分配、使用和释放。

（3）设备管理：管理设备的分配、使用、回收以及I/O控制。

（4）文件管理：管理外存上文件的组织、存取、共享和保护等。

（5）作业管理：对作业的管理及调度。(或用户接口，使用户方便的使用计算机)

*1.3操作系统有什么基本特征？*

并发、共享和异步性。

①并发性：是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。多道程序环境中，并发是指一段时间内宏观上多道程序同时执行。在单处理机系统中，微观上多道程序交替执行；多处理机系统中，微观上多道程序并行执行。为了使程序能并发执行，操作系统中引入进程的的概念；极大的提高系统资源的利用率，增加系统的吞吐量。

②共享性：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。由于资源属性的不同，进程对资源共享的方式也不同，目前主要有以下两种资源共享方式。1）互斥共享方式2）同时访问方式

③虚拟性：通过某种技术将一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物的功能。用于实现虚拟的技术，有时分复用和空分复用两种。

*1.4 引入操作系统的目的？*

为多道程序的运行提供良好的运行环境，以保证多道程序能有条不紊地、高效地运行，并能最大程度地提高系统中各种资源的利用率，方便用户的使用。

在传统的OS中应具有处理机管理、存储器管理、设备管理和文件管理等基本功能。此外，为了方便用户使用OS，还需向用户提供方便的用户接口。

第二章

*2.1什么是进程？进程有什么特性？*

①进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配与调度的一个独立单位。由程序段、相关的数据段和PCB三部分便构成了进程实体。

特征：动态性，并发性，独立性，异步性, 结构性。动态性是进程的最基本的特征。

*2.2为什么引入进程？*

这是因为并发执行的程序（即进程）是“停停走走”地执行，只有在为它创建进程后，在它停下时，方能将其现场信息保存在它的PCB中，待下次被调度执行时，再从PCB中恢复CPU现场并继续执行，而传统的程序却无法满足上述要求。

//为什么要引入进程的概念？进程有哪些特征？
为了实现多道程序并发执行，而进程是进程实体的运行过程，资源分配和调度的独立单位。
特征：动态性，并发性，独立性，异步性, 结构性

*2.3 进程的三大基本状态是什么？能够引起状态转换的原因？*

①(1) 就绪状态(Ready): 进程在内存中已经具备执行的条件，等待分配CPU。

(2) 运行状态(Run): 进程占用CPU并正在执行。

(3) 阻塞状态(Wait): 也称等待状态进程本身不具备运行条件，即使分给它处理机也不能运行。进程正等待某一个事件的发生，如等待某一资源被释放，等待与该进程相关的I/O传输的完成信号等。

②进程的三个基本状态之间是可以相互转换的。具体地说:

1.当一个就绪进程获得处理机时，其状态由就绪变为运行；
2.当一个运行进程被剥夺处理机时，如用完系统分给它的时间片、出现更高优先级别的其它进程，其状态由运行变为就绪；
3.当一个运行进程因某事件受阻时，如所申请资源被占用、启动I/O传输未完成，其状态由运行变为等待；
4.当所等待事件发生时，如得到申请资源、I/O传输完成，其状态由等待变为就绪。

*2.4进程控制块是什么，请简述原理及其作用。*

为了使程序在多道程序环境下能并发执行，并能对并发执行的程序加以控制和描述，而专门设置了一个称为“进程控制块—PCB”的数据结构。用于进程管理的进程表被称为进程控块PCB，PCB是进程存在的唯一标志。PCB使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序（含数据），成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其它进程并发执行的进程。//

PCB记录了描述进程当前情况及管理进程运行的信息，是OS最重要的记录型数据结构。

①作为独立运行基本单位的标志：PCB还进程存在的唯一标识，随着进程的创建而创建消亡结束而消亡。

②能实现间断性运行方式：进程堵塞而暂停运行时的CPU现场信息保存在PCB中，以进程调度时恢复CPU现场使用。

③提供进程管理所需要的信息：PCB中记录了程序和数据在内、外存始址指针，以及进程所需资源清单等。

④提供进程调度所需要的信息：PCB中记录了进程的状态、优先级、已执行时间等。

⑤实现与其它进程的同步与通信：PCB中有响应的同步信号量。

*2.5 进程控制块PCB包含哪些方面的信息，请简述。*

①进程标识符。进程标识符用于唯一地标识一个进程。一个进程通常有两种标识符：內部和外部标识符。

②处理机状态。处理机状态信息也称为处理机的上下文，主要是由处理机的各种寄存器中的内容组成的。处理机执行时，正在处理的信息放在寄存器中，进程被切断时，PCB保存处理机信息。

③进程调度信息。包含了进程状态，进程优先级，进程调度所需要的其他信息以及事件。

④进程控制信息。包含了程序和数据地址，进程同步和通信的机制，资源清单以及连接指针。

*2.6********创建一个进程需要执行哪些操作？********需要什么资源？*
所谓创建进程，实质上是创建进程实体中的PCB。

1）申请空白PCB。

2）为新进程分配资源：包括各种物理和逻辑资源，如内存、文件、I/O设备和CPU时间等。3）初始化PCB。包括1）初始化表示信息。2）初始化处理机状态信息。3）初始化处理机控制信息。

4）将PCB插入队列。如果进程就绪队列能够接纳新进程，就将新进程插入就绪队列。

*2.7********进程的同步机制********原理是什么，********解决********了********什么问题********？********准则是什么？*

①同步机制是指用于保证多个进程在执行次序上的协调关系的相应机制。

②解决进程在并发执行时产生结果的不可再现性（不确定性），也可以说进程的异步性。
其实现了多个相关进程在执行次序上的协调。

进程间由于共享系统中的资源或为完成某一任务而合作，可能存在1）间接相互制约关系2）直接相互制约关系。

③同步机制应遵循的四大准则：空闲让进、忙则等待、优先等待、让权等待。

*2.8互斥信号量机制如何体现资源的互斥准则？*
空闲让进，忙则等待，有限等待，让权等待

*2.9 临界资源的基本概念是什么，请简述。*

临界资源：某段时间内仅允许一个进程使用的资源。

许多硬件资源如打印机、磁带机等，都属于临界资源。诸进程之间应采取互斥方式，实现对临界资源的共享。

*2.10什么是临界区，引入临界区的目的是什么？*
临界区：在进程中涉及到临界资源的程序段
目的：为了让诸进程互斥，实现对临界资源的互斥访问

为了使并发进程能正确地执行，对若干进程共享某一变量（资源）的相关临界区应满足以下三个要求： ①一次最我让一个进程在临界区中执行，当有进程在临界区中时，其他想进入临界区执行的进程必须等待；②任何一个进入临界区执行的进程必须在有限的时间内退出临界区，即任何一个进程都不应该无限逗留在自己的临界区中；③不能强迫一个进程无限地等待进入它的临界区，即有进程退出临界区时应让下一个等待进入临界区的进程进入它的临界区。

****2.11利用信号量机制如何实现资源的互斥使用？********
****进入临界区前，进程通过锁变量判断临界资源是否被占用
占用：进程反复测试W的状态
否则：为临界资源加锁，然后进入临界区，为临界资源开锁

*2.12信号量S的大小的物理含义。*

信号量S分为整型信号量和记录型信号量。1）整型量S ,仅能通过两个标准的原子操作 wait（S）和signal（S）来访问。这两个操作又称为P、V操作。在整型信号量机制中的wait操作，只要是信号量S≤0，就会不断地测试。因此，该机制并未遵循“让权等待”的准则，而是使进程处于“忙等”的状态。2）采取了“让权等待”的策略后，又会出现多个进程等待访问同一临界资源的情况。

S＞0时，S表示可使用的资源数；或表示可使用资源的进程数；

S＝0时，表示无资源可供使用；或表示不允许进程再进入临界区；

S＜0时，－S表示等待使用资源的进程个数；或表示等待进入临界区的进程个数；

当S＞0时，调用P（S）的进程不会等待；调用V（S）后使可用资源数加1或使可用资源的进程数加1；

当S＜0时，调用P（S）的进程必须等待；调用V（S）后将释放一个等待使用资源者或释放一个等待进入临界区者。

注意事项：1）为临界资源设置一个互斥信号量S，其初值为资源的可用数量；

2）必须成对使用P和V原语3）P、V原语不能次序错误、重复或遗漏

*例题* 在操作系统信号量机制中，对某信号量S进行P操作，使进程进入相应等待队列的条件是 ( )。
A．S＞0
B．S＜0
C．S=0
D．S!=0

B 解析：当信号量S＜0时，表示资源已经分配完毕，此时进程执行P操作申请资源得不到满足，进入等待状态。所以，答案是B。

*2.13什么是进程，什么是线程，它们的关系是什么？*

①进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配与调度的一个独立单位。由程序段、相关的数据段和PCB三部分便构成了进程实体。

②线程是进程内可以并行执行的单位，即处理机调度的基本单位。

③ 它们的关系：一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程；资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的所有资源；处理机分给线程，即真正在处理机上运行的是线程；线程在运行过程中，需要协作同步，不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。

*2.14线程与进程有什么区别与联系？*
1)调度的基本单位:线程是调度和分派的基本单位，而在未设置线程时，进程也是进行资源分配和调度执行的独立单位
(2)并发性:进程之间、线程之间均可并发执行
(3)拥有资源:进程拥有资源,线程继承资源
(4)独立性:同一进程中的线程的独立性低于不同进程的线程独立性
(5)系统开销:线程的系统开销小于进程
(6)支持多处理机系统:可将一个进程中的多个线程分配到多个处理机中

第三章

3.1何谓批处理操作系统，其处理目标是什么？*

用户准备好要执行的程序、数据和控制作业执行的说明书，由操作员输入到计算机系统中等待处理。操作系统选择作业并按作业说明书的要求自动控制作业的执行。采用这种批量化处理作业的操作系统称为批处理操作系统。

其处理目标：1）平均周转时间短。周转时间是指作业从被提交到完成的这段时间。后备队列等待+就绪队列等待+CPU上执行+等待I/O操作完成时间（通常忽略）

2）系统吞吐量高

3）处理机利用率高

*3.2作业与进程有何不同？它们之间有什么关系？*

①不同：1)作业：是用户在一次上机活动中，要求计算机系统所做的一系列工作的集合。也称作任务.进程：是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次可以并发执行的运行活动。2)作业是一个宏观的执行单位，它主要是从用户的角度来看待的。作业的运行状态是指把一个作业调入内存，然后产生若干个进程可以去竞争CPU。进程是微观的执行单位，它主要从系统的角度来看待的，它是抢占CPU和其他资源的基本单位。进程的执行状态是指一个进程真正占用了CPU。

②关系：一个作业调入内存以后，处于执行状态，则此作业对应在系统建立若干个进程。进程的所有状态对应作业的执行状态，通过这若干个进程的执行，来完成该作业。

*3.3请说明作业调度与进程调度的区别？*

(1) 作业调度是宏观调度，它所选择的作业只是具备获得处理机的资格，但尚未占有处理机，不能立即在其上实际运行；而进程调度是微观调度，它动态地把处理机实际地分配给选中进程，使之活动；(2)进程调度相当频繁，而作业调度的执行次数很少；(3) 有的系统可以不设作业调度，但进程调度必不可少。

//作业与进程有什么区别与联系？
区别：进程是一个程序的一次执行，而作业是任务。
联系：一个作业通常包括多个进程，多个进程共同完成一个作业。一个是任务的静态描述，一个是任务的动态描述。互相补充。

*3.4作业调度和进程调度各自的主要功能是什么？*

作业调度的主要功能是：①记录系统中各个作业的情况；②按照某种调度算法从后备作业队列中挑选作业；③为选中的作业分配内存和外设等资源；④为选中的作业建立相应的进程；⑤作业结束后进行善后处理工作。进程调度的主要功能是：①保存当前运行进程的现场；②从就绪队列中挑选一个合适进程；③为选中的进程恢复现场。

****3.5引起进程调度的时机和原因有哪些？********
****1、当前运行进程运行结束。因任务完成而正常结束，或者因出现错误而异常结束。
2、当前运行进程因某种原因，比如 I/O 请求、 P 操作、阻塞原语等，从运行状态进入阻塞状态。
3、执行完系统调用等系统程序后返回用户进程，这时可以看作系统进程执行完毕，从而可以调度一个新的用户进程。
4、在采用抢占调度方式的系统中，一个具有更高优先级的进程要求使用处理器，则使当前运行进程进入就绪队列（与调度方式有关）。
5、在分时系统中，分配给该进程的时间片已用完（与系统类型有关）。

*3.6作业有哪几种状态？*
后备状态、提交状态、执行状态和完成状态

****3.7作业调度的时机与任务是什么？********
****时机：内存中的进程数小于多道度。任务：从后备队列中选取多少个作业调入内存，取决于多道度，而接纳哪些作业取决于调度算法。

*3.8进程调度有哪两种调度方式？各自的调度时机是什么？*
1.非抢占式：
发生调度的时机：正在运行的进程运行正常/异常结束；进程发生阻塞；
2.抢占式
发生调度的时机：有优先权更高的进程到达；有更短的进程到达；时间片用完了。

进程的优先权有静态优先权和动态优先权两种形式，试分析基于这两种优先权的非抢占式调度和抢占****式调度的调度时机和调度原则。
非抢占式调度方式的调度时机：CPU空闲
抢占式调度方式的调度时机：CPU空闲或新进程到达
基于优先权的抢占式调度：
新进程到达时：
静态优先权：新老进程比较优先级
动态优先权：重新计算新老进程、就绪进程优先级
CPU 空闲时：
静态优先权：选择就绪队列优先权最高者
动态优先权：重新计算新进程、就绪进程优先级

*3.9那种调度方式既考虑等待时间又兼顾服务时间？*
高响应比优先调度算法

*3.10什么是死锁？引起死锁的原因是什么？*
死锁是指多个进程因竞争共享资源而造成的一种僵局，若无外力作用，这些进程都将无法向前推进。引起死锁的原因有：竞争不可抢占性资源，竞争可消耗性资源，进程推进顺序不当。

*3.11产生死锁的必要条件是什么？*
1、互斥条件：进程对占有的资源进行排他性使用
2、请求和保持条件：动态分配策略中，进程占有资源却又申请新的资源
3、不可抢占条件：对己经分配给进程的资源不可抢占使用
4、环路等待条件：发生死锁时，系统的RAG必然出现环路

*3.12预防死锁的策略有哪几个，分别破坏什么条件？（银行家算法，补考才考）*
1.破坏“请求和保持条件”
2.破坏“不可抢占”条件
3.破坏“环路等待”条件

****3.13如何检测申请不同类资源的进程是否存在死锁？********
****1.在RAG中找一个非孤立，非阻塞的进程结点，去掉所有边将其变成孤立结点
2.把等待该资源的请求边变成分配边
3.如果所有进程结点均成为孤立结点，则资源分配图是可以完全化简的
4.若可以完全化简资源分配图，则不存在死锁，否则，系统中存在死锁

第四章

4.1存储器管理有哪些功能
内存分配和回收，内存保护，地址映射和内存扩充。

*4.2 存储管理的主要能是什么？*

存储管理的主要功能是解决多道作业的主存空间的分配问题。主要包括：（1）内存区域的分配和管理：设计内存的分配结构和调入策略，保证分配和回收。（2）内存的扩充技术：使用虚拟存储或自动覆盖技术提供比实际内存更大的空间。（3）内存的共享和保护技术。除了被允许共享的部分之外，作业之间不能产生干扰和破坏，须对内存中的数据实施保护。

*4.3解释下列与存储管理有关的名词：*

(1) 地址空间与存储空间答：目标程序所在的空间称为地址空间，即程序员用来访问信息所用的一系列地址单元的集合；存储空间是指主存中一系列存储信息的物理单元的集合。

(2) 逻辑地址与物理地址

答：在具有地址变换机构的计算机中，允许程序中编排的地址和信息实际存放在内存中的地址有所不同。逻辑地址是指用户程序经编译后，每个目标模块以0为基地址进行的顺序编址。逻辑地址又称相对地址。物理地址是指内存中各物理存储单元的地址从统一的基地址进行的顺序编址。物理地址又称绝对地址，它是数据在内存中的实际存储地址。

(3) 虚地址与实地址答：虚地址同逻辑地址，实地址同物理地址。

(4) 地址重定位答：重定位是把逻辑地址转变为内存的物理地址的过程。根据重定位时机的不同，又分为静态重定位（装入内存时重定位）和动态重定位（程序执行时重定位）。

4.5****用界限寄存器如何实现内存保护****？
每当CPU要访问内存时，硬件自动将被访问的内存地址与界限寄存器的内容进行比较，以判断是否越界，如果没有越界，则按此地址访问内存，否则将产生越界中断。

4.6****固定分区和动态分区分配初始的分区是如何得到的？****
固定分区：分区说明表。
动态分区：空闲分区表，空闲链。

4.7****引入对换技术的目的是什么****？****对换有哪两种类型****？
使进程在内存和外存之间能够动态调度。
有整体对换和页面对换两种类型。

4.8 ****分页存储管理方式是如何实现的****？
系统将一个进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的页面，相应地，将内存空间分成若干个与页面同样大小的物理块，内存的分配以块为单位，并允许将一个进程的若干页分别装入到多个可以不相邻接的物理块中。逻辑地址分为两部分：页号和页内地址。在程序运行时，为了能在内存中找到每个页面对应的物理块，系统为每个进程建立了一张页表。进程的每个页占页表的一个表项，其中记录了相应页对应的内存块的块号，以及用于分页保护的存取控制信息。页式存储管理系统中，逻辑地址到物理地址的转换是在进程执行的过程中，由硬件地址变换机构借助页表自动进行的。

*4.9 解释重定位，静态重定位和动态重定位。*

1）重定位（地址映射）：把用户程序中的相对地址（逻辑地址）转换为主存中的绝对地址（物理地址）过程。2）静态重定位：编译时产生相对地址，装入程序确定要装入模块的地址，并在装入时进行重定位，程序运行中不允许在内存移动。3）动态重定位：编译时产生相对地址，装入程序在把装入模块装入内存时，不立即把装入模块中的相对地址转换为绝对地址，而是推迟到程序要真正执行时才进行。

4.10****分页方式中如何将逻辑地址转换为物理地址****？
当进程要访问某个逻辑地址中的数据时，分页地址变换机构会自动地将有效地址（相对地址）分为页号和页内地址两部分再以页号为索引去检索页表。查找操作由硬件执行。在执行检索前，先将页号与页表进行比较，如果页号大于或等于页表长度，则表示本次所访问的地址已超越进程的地址空间。于是，这一错误将被系统发现，并产生一地址越界中断。若未出现越界错误，则将页表始址与页号和页表项长度的乘积相加，变得到该表项在页表的位置，于是可从得到该页的物理块号，将之装入物理地址寄存器中，与此同时，在将有效地址寄存器中的页内地址送入物理地址寄存器的块内地址字段中。

4.11****分页存储管理方式中的数据结构有哪些****，****分别有什么作用****？
面向进程：页面请求表，整个系统统一一张页面请求表，记录所有进程使用内存的请况。
面向内存：内存块表（空闲块表，空闲块链，位示图）。
进程和内存的对应：页表，记录每个页面在内存所对应的物理块。

4.12****引入分段存储管理方式有什么好处****？
1.方便编程，
2.分段便于实现信息共享，信息保护
3.而且分段可以动态增长，动态链接

4.12****段页式存储管理方式的地址变换中****，****三次访问内存的目的分别是什么****？
第一次：获取页表地址
第二次：获取指令或数据的物理地址
第三次：从所得地址中取出指令或数据

*4.14为什么分段技术比分页技术更容易实现程序或数据的共享？*

每一段在逻辑上是相对完整的一组信息，分段技术中共享信息是在段一级出现的。因此，任何共享的信息可以单独作一个段，同样段中所有内容就可以用相同的方式进行使用，从而规定相同的使用权限； 2) 而页是信息的物理单位，在一个页面中可能存在逻辑上互相独立的两组或更多组信息都各有不同的使用方式和存取权限。因此，分段技术较分页技术易于实现程序或数据的共享。

第五章

5.1***\阐述实现虚拟存储器的理论依据****。
（1）基于局部性原理，应用程序在运行之前并不必全部装入内存，仅须将当前要运行的那部分程序和数据装入内存便可启动程序的运行，其余部分仍驻留在外存上；当要执行的指令或访问的数据不在内存时，再由OS请求调入；如果内存已满，则通过置换功能进行程序或数据之间的置换。
（2）虚拟存储器还必须建立在离散分配的基础上，其实现方式可分成请求分页、请求分段和请求分段分页等方式。

5.2****虚拟存储器********的定义是什么，********具有哪些特征****？
①所谓虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。②1）离散性：作业不装入连续的存储空间，内存分配采用离散分配方2）多次性：一个作业被分割，被多次调入内存。3）对换性：作业在运行过程中换进、换出内存。

4）虚拟性：从逻辑上扩充了内存的容量。

*5.3什么是请求页式管理？能满足用户哪些需要？*

①请求页式管理的基本原理是将逻辑地址空间分成大小相同的页，将存储地址空间分块，页和块的大小相等，通过页表进行管理。页式系统的逻辑地址分为页号和页内位移量。页表包括页号和块号数据项，它们一一对应。根据逻辑空间的页号，查找页表对应项找到对应的块号，块号乘以块长，加上位移量就形成存储空间的物理地址。每个作业的逻辑地址空间是连续的，重定位到内存空间后就不一定连续了。此外，页表中还包括特征位（指示该页面是否在内存中）、外存地址、修改位（该页的内容在内存中是否修改过）等。页式存储管理在动态地址转换过程中需要确定某一页是否已经调入主存。若调入主存，则可直接将虚地址转换为实地址，如果该页未调入主存，则产生缺页中断，以装入所需的页。

②页式存储管理将不常用的页面调出内存，使内存的利用率高；虚拟的容量大，用户不必担心内存不够；不要求作业连续存放，有效地解决了“碎片”问题。

*5.4请求分页是目前最常用的一种实现虚拟存储器的方式，其内存分配策略主要有哪些？*

①固定分配、局部置换

●为每个进程分配固定页数的内存空间、且运行过程中不变。

●当进程缺页时，只能从该进程在内存的几个页面中选出一页换出，再调入一页，保证进程的页数不变。

②可变分配、全局置换

●系统开始先为每个进程分配一定数目的物理块。整个系统有一空闲物理块链，当某进程缺页时，系统从空闲链中选出一块分配给进程。

●空闲链为空时，OS从所有进程的页面中权衡选择一页换出。

③可变分配、局部置换

●分配同上，但进程缺页时，只能从该进程在内存的页面中选出一页换出。

****5.5********请求分页存储管理方式的页表中各字段有什么作用****？
（1）页号和内存块号：当页面在内存时，用于地址变换
（2）中断位：表示该页是在内存还是在外存
（3）外存地址：如果页面在外存，记录磁盘块号
（4）访问位：记录该页最近被访问的次数或多久未被访问，根据访问位来决定淘汰哪页
（5）修改位：查看此页是否在内存中被修改过

****5.6********如何实现分段共享****？
配置一张共享段表，所有各共享段表中记录共享分段的进程数，表中包括该段的各种信息，以及各进程利用该共享段的信息。

****5.7********缺页率与哪些因素有关********？********页面置换算法规则是？********
********①****1.页面大小：页面越大，缺页率越低。2.进程所分配物理块的数目：数目越多，缺页率越低。3.页面置换算法：算法的优劣决定了缺页中断的次数。4.程序固有特性：程序的局部性程度越高，缺页率越低。

②页面置换算法：地址映射过程中，若在页面中发现所要访问的页面不在内存中，则产生缺页中断。当发生缺页中断时，如果操作系统内存中没有空闲页面，则操作系统必须在内存选择一个页面将其移出内存，以便为即将调入的页面让出空间。而用来选择淘汰哪一页的规则叫做页面置换算法。1）最佳置换算法（OPT）（理想置换算法）：从主存中移出永远不再需要的页面；如无这样的页面存在，则选择最长时间不需要访问的页面。于所选择的被淘汰页面将是以后永不使用的，或者是在最长时间内不再被访问的页面，这样可以保证获得最低的缺页率。 2）先进先出置换算法（FIFO）：是最简单的页面置换算法。这种算法的基本思想是：当需要淘汰一个页面时，总是选择驻留主存时间最长的页面进行淘汰，即先进入主存的页面先淘汰。其理由是：最早调入主存的页面不再被使用的可能性最大。 3）最近最久未使用（LRU）算法：这种算法的基本思想是：利用局部性原理，根据一个作业在执行过程中过去的页面访问历史来推测未来的行为。它认为过去一段时间里不曾被访问过的页面，在最近的将来可能也不会再被访问。所以，这种算法的实质是：当需要淘汰一个页面时，总是选择在最近一段时间内最久不用的页面予以淘汰。 4）时钟(CLOCK)置换算法。LRU算法的性能接近于OPT,但是实现起来比较困难，且开销大；FIFO算法实现简单，但性能差。所以操作系统的设计者尝试了很多算法，试图用比较小的开销接近LRU的性能，这类算法都是CLOCK算法的变体。简单的CLOCK算法是给每一帧关联一个附加位，称为使用位。当某一页首次装入主存时，该帧的使用位设置为1;当该页随后再被访问到时，它的使用位也被置为1。对于页替换算法，用于替换的候选帧集合看做一个循环缓冲区，并且有一个指针与之相关联。当某一页被替换时，该指针被设置成指向缓冲区中的下一帧。当需要替换一页时，操作系统扫描缓冲区，以查找使用位被置为0的一帧。每当遇到一个使用位为1的帧时，操作系统就将该位重新置为0；如果在这个过程开始时，缓冲区中所有帧的使用位均为0，则选择遇到的第一个帧替换；如果所有帧的使用位均为1,则指针在缓冲区中完整地循环一周，把所有使用位都置为0，并且停留在最初的位置上，替换该帧中的页。由于该算法循环地检查各页面的情况，故称为CLOCK算法，又称为最近未用(Not Recently Used, NRU)算法。

5.8****何谓系统的“抖动”现象，产生的原因？当系统发生“抖动”时，你认为应该采取什么措施来加以克服。****

① “抖动”是指内外存交换频繁使效率下降的现象（刚调出的页马上又要调入，所造成页面的频繁转换现象）抖动现象与内存中并发的用户进程数以及系统分配给每个用户的物理块数有关

②发生“抖动”的根本原因是，同时在系统中运行的进程太多，由此分配给每一个进程的物理块太少，不能满足进程正常运行的基本要求，致使每个进程在运行时，频繁地出现缺页，必须请求系统将所缺之页调入内存。

③减少抖动的方法有:采取局部置换策略、在CPU调度中引入工作集算法、挂起若干进程等。

*5.9具有快表的地址变换机构。*

①为提高地址变换速度，增设一个具有并行查询能力的高速缓冲寄存器，称为“快表”，存放当前访问的页表项。②过程：地址分为页号和页内地址，页号送入快表，请页号与其中的页号进行比较，若有，则直接读出对应的物理块号，否则，再访问内存中的页表，将读出的物理块号送入地址寄存器和快表，如果快表已满，则将老的被认为不再需要的页表项换出。

第六章

***6.1********I/O********系统的软件有哪几个层次********？********
********1）****用户层I/O软件2）设备独立性软件3）设备驱动程序4）中断处理程序

*6.2 I/O常见设备有哪些？*

1）人机交互：打印机、硬盘、键盘、鼠标、显示器、移动硬盘2）存储设备：硬盘、软盘、光盘等。3）网络通信：调制解调器等

*6.3 设备控制器组成及功能？试述设备控制器必须具有的功能。*

①接收和识别CPU发来的命令——控制寄存器

数据交换——数据寄存器

了解设备的状态，报告给CPU——状态寄存器

地址识别——地址译码器

②设备控制器应具有以下功能：

1）接收和识别来自CPU的各种命令。

2）实现CPU与设备控制器、设备控制器与设备之间的数据交换

3）记录设备的状态供CPU查询。

4）识别控制器的每个设备的地址。

*6.4 中断机构和中断处理程序的意义？中断处理程序的处理过程是？（背）*

中断——CPU对IO设备发来的中断信号的一种响应。中断是由外部设备引起，也称为外中断。中断是多道程序实现的基础（进程切换），也是设备管理的基础（处理机和外设并行执行）。中断是IO系统最低一层，是整个IO系统的基础。

当一个进程请求I/O操作时，该进程将被挂起。直到设备完成I/O操作后，设备控制器向CPU发送一个中断请求。CPU响应后，转中断处理程序。中断处理程序执行相应的处理，处理完后解除进程的阻塞状态。

中断处理程序的处理步骤：

1）测定是否有未响应的中断信号处理机执行完当前指令后都要检测是否有未响应的中断信号。

2）保护被中断进程的CPU环境所有CPU寄存器的内容入栈。

3）转入相应的设备处理程序将设备中断处理程序的入口地址装入到PC中。

4）进行中断处理不同的设备有不同的中断处理程序。

5）恢复被中断进程的现场中断处理完成后，恢复CPU现场，退出中断

*6.5缓冲区的概念是什么，缓冲区由哪几部分构成，其中有几种调度算法，请简述。*

缓冲是在通信问题中，为了使通信双方的速度匹配而引入的一个中间层次，这个层次的速度比通信双方中较慢的一方快，而与较快的一方更匹配。

根据系统设置的缓冲器的个数，可把缓冲技术分为：单缓冲、双缓冲、循环缓冲、缓冲池

缓冲区的四种工作方式：收容输入：收容输入设备的输入数据

提取输入：计算进程提取缓冲区中的数据使用

收容输出：计算进程输出结果数据到缓冲区

提取输出：输出设备提取缓冲区中的数据

磁盘调度算法：

先来先服务FCFS、最短寻道时间优先、SSTF扫描（SCAN）算法、循环扫描（CSCAN）算法、N步SCAN算法、FSCAN算法

****6.6********引入缓冲区的目的是什么****？
1.缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾
2.减少对CPU的中断频率，放宽对CPU中断响应时间的限制
3.解决数据粒度不匹配的问题
4.提高CPU和I/O设备间的并行性

6.7****在设备管理中设置缓冲区的作用是什么？根据系统设置缓冲区的个数，缓冲区可以分为哪几种？①**** 在设备管理中设置缓冲区的作用：（1）缓和CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾。（2）减少中断CPU的次数。（3）提高CPU和I/O设备之间的并行性。

②根据系统设置缓冲区的个数，可以分为单缓冲、双缓冲、多缓冲以及缓冲池等四种。

*6.8怎么实现设备无关性？什么叫设备无关性？*

设备无关性指用户使用设备时仅与逻辑名设备有关，而与具体的物理设备无关。

它包含两个方面的内容：1）从程序设计的角度看待I/O设备，所体现的接口应该是一致的。

2）在操作系统管理设备和相应的操作时，对所有设备都采用统一的方式进行。

****6.9********简述字符设备控制器的组成和原理****。
组成：寄存器、I/O逻辑、借口。

****6.10什么叫通道技术？通道的作用是什么？********引入通道的目的是什么****？
①通道是一个独立于CPU的专管输入/输出控制的处理机，它控制设备与内存直接进行数据交换。它有自己的通道指令，这些通道指令受CPU启动，并在操作结束时向CPU发中断信号。通道方式进一步减轻了CPU的工作负担，增加了计算机系统的并行工作程度。工作方式：CPU向通道发送I/O命令，通道执行通道程序，完成I/O后向CPU发送中断信号。

②目的：减轻CPU的负担。为了建立独立的I/O操作，不仅使数据的传送能独立于CPU，而且也希望有关对I/O操作的组织、管理及其结束处理尽量独立，以保证CPU有更多的时间去进行数据处理。

****6.11********通道控制方式中什么情况下需要盗取********CPU周期********?********
****1.通道获取下一条通道指令
2.数据控制器将数据传到内存

****6.12********操作系统是如何识别中断请求****，****如何调用中断处理程序的****？
每个中断源用一固定触发器寄存中断信号，称为中断位——值为1表示有中断信号，为0则无。当某一中断源需要CPU为其进行中断服务时，就输出中断请求信号，使中断请求触发器置位，向CPU请求中断。每一种中断都有一个与之相联系的中断号，并有一个与之相联系的中断处理程序，而每种中断的中断处理程序按中断号的顺序存放在一张中断向量表中。在中断响应时，系统会根据中断号去查找中断向量表，从中获得相应的中断处理程序的入口地址，这样便可以转入中断处理程序执行。

*6.13********中断和陷阱有什么区别********？*
1、陷阱由处理机正在执行的指令引起，而中断由与现行指令无关的中断源引起
2、陷阱处理程序提供的服务为当前进程所用，而中断处理程序提供的服务不是为当前进程
3、CPU可以在指令执行中响应陷阱，而必须在指令执行后响应中断
6.设备驱动程序的主要功能是什么？
1、接收由与设备无关的软件发来的命令和参数，并将命令中的抽象要求转换为与设备相关的低层操作序列
2、检查用户I/O请求的合法性，了解I/O设备的工作状态，传递与I/O设备操作有关的参数，设置设备的工作方式
3、发出I/O命令，如果设备空闲，便立即启动I/O设备，完成指定的I/O操作；如果设备忙碌，则将请求者的请求块挂在设备队列上等待
4、及时响应由设备控制器发来的中断请求，并根据其中断类型，调用相应的中断处理程序进行处理

*6.14********中断驱动的********I/O********控制方式与********DMA的I/O********控制方式有什么区别********？*
1、中断方式是以字符为单位传送数据，而DMA方式是以块为单位传送数据
2、中断方式是在DR满后发中断信号，而DMA方式是在数据块传送完成后发中断信号
3、中断方式的数据传送是在CPU的控制下由中断处理程序完成的，而DMA方式的数据传送是在控制器的控制下盗用CPU周期完成的

*6.15********操作系统如何实现逻辑设备名向物理设备名的映射********？*
在系统中配置一张逻辑设备表，每个表目包含三项——逻辑设备名、物理设备名和设备驱动程序的入口地址。当进程用逻辑设备名请求分配I/O设备时，系统根据当时的具体情况，为它分配一台相应的物理设备。与此同时，在逻辑设备表上建立一个表目，填上应用程序中使用的逻辑设备名和系统分配的物理设备名，以及该设备驱动程序的入口地址。当以后进程再利用该逻辑设备名请求I/O操作时，系统通过查找LUT，便可找到该逻辑设备所对应的物理设备和该设备的驱动程序

*6.16********独占设备的分配流程是怎样的********？*
1.分配设备
2.分配控制器
3.分配通道

****6.17********用户层实现的SPOOLing技术其原理和目的是什么****？
目的是实现虚拟设备功能

第七章

7.1何谓文件系统？为何要引入文件系统？文件系统所要解决的问题(功能)主要有哪些？*

①文件系统是指负责存取和管理文件信息的机构，也就是负责文件的建立、撤销、组织、读写、修改、复制及对文件管理所需要的资源（如目录表、存储介质）实施管理的软件部分。

②引入文件系统的目的: 实现文件的“按名存取”，力求查找简单；使用户能借助文件存储器灵活地存取信息，并实现共享和保密。

③文件系统所要解决的问题(功能)主要有：1）、有效地分配文件存贮器的存贮空间(物理介质)。 2）、提供一种组织数据的方法(按名存取、逻辑结构、组织数据) 3）、提供合适的存取方法(顺序存取、随机存取等)。 4）、方便用户的服务和操作。 5）、可靠的保护、保密手段。

*7.2文件和文件系统的构成。*

文件系统的管理功能是将其管理的程序和数据通过组织为一系列文件的方式实现的。而文件则是指具有文件名的若干相关元素的集合。元素通常是记录，而记录又是一组有意义的数据项的集合。可见，基于文件系统的概念，可以把数据组成分为数据项、记录和文件三级。

1）数据项：在文件系统中，数据项是最低级的数据组织形式，可把它分为基本数据项和组合数据项。2）记录：记录是一组相关数据项的集合，用于描述一个对象在某方面的属性。一个记录应包含哪些数据项，取决于需要描述对象的哪个方面。唯一标示记录的是关键字，它是一个或者几个数据项的集合。3）文件：文件是由创建者所定义的、具有文件名的一组相关元素的集合，可分为结构文件和无结构文件两种。文件是文件系统中最大的数据单位。

三者之间的层次关系：文件>记录>数据项

****7.3文件系统的管理对象是什么****？
文件、目录、磁盘（磁带）存储空间

*7.4 文件的基本信息有哪些？*

1）文件名 2）文件物理位置 3）文件逻辑结构 4）文件的物理结构

*7.5文件的逻辑结构类型如何划分?*

1、按文件是否有结构分类
2、按文件的组织方式分类

****7.6****有结构的顺序文件和索引文件分别如何存取
对于定长的顺序文件，读文件：设置一个读指针Rptr，令它指向下一个记录的首地址，每当读完一个记录时，便执行Rptr=Rptr+1操作，L为记录长度；写文件：设置一个写指针Wptr，使之指向要写的记录的首地址，每写完一个记录，执行Wptr=Wptr+1操作。
对于变长记录的文件，同样设置读写指针，每次读或写完一个记录后，将读或写指针加上刚读或刚写完的记录的长度。
对于索引文件，使用关键字建立索引表，根据用户（程序）提供的关键字用折半查找法去检索索引表，从中找到相应的表项。再利用该表项中给出的指向记录的指针值去访问所需的记录。而每当要向索引文件中增加一个新记录时，便须对索引表进行修改。

****7.7 文件目录的意义，对文件目录管理的要求？（文件目录的基本功能有哪些？）********
****①为了对大量的文件实施有效的管理，必须对它们有效组织，通过文件目录实现。文件目录也是一种数据结构，用于标识系统中的文件及物理地址，供检索时使用。

②（1）实现按名存取
（2）提高对目录的检索速度
（3）文件共享
（4）允许文件重名

*7.8 文件目录的单级文件目录和两级文件目录的优缺点有哪些。*

1）单级文件目录：优点：简单；能实现目录管理中的按名存取的基本功能。

缺点：查找速度慢；不允许重名；不便于实现文件共享。且单级目录只适用于单用户环境。

2）两级文件目录：为每一个用户再建立一个单独的用户文件目录UFD，这些文件目录具有相似的结构，它由用户所有文件的文件控制块组成。此外，在系统中再建立一个主文件目录MFD，在主文件目录中，每个用户目录文件都占有一个目录项，其目录项中包括用户名和指向该用户目录文件的指针。

优点：提高了检索目录的速度；不同的用户目录可以有相同的用户名；不同用户可以使用不同的文件名访问系统中的同一个文件。

缺点：用户被有效的隔离，使得用户间不方便共享文件。

//补充：树形结构目录：优点：层次结构清晰，可以有效进行文件的管理和保护。树形目录结构的特点如下：（1）解决了重名问题，允许在不同的子目录中使用相同的名字命名文件或下级子目录。（2）层次清楚，便于管理。（3）提高检索文件的速度。（4）能进行存取权限的控制，实现对文件的保护和保密。

缺点：查找文件需要按照路径名逐级访问中间节点，增加了磁盘的访问速度，影响了查询速度。总结：目前大多数的OS都采用树形文件目录。

****7.9****目前广泛应用的目录结构有哪些？它有什么优点？
答：现代操作系统都采用多级目录结构。有点是查询速度快、层次结构清晰、文件管理和保护易于实现。

*7.10采用单级目录能否满足对目录管理的主要要求？为什么？*
答：不能。单级目录在整个文件系统中只建立一张目录表，每个文件占一个目录项，其中含文件名、文件扩展名、文件长度、文件类型、文件物理地址、状态位等其它文件属性。
单级只能实现目录管理的基本功能，不能满足查找速度、允许重名和文件共享的要求。

****7.11什么是访问控制表？什么是访问权限表？系统如何利用访问控制表和访问权限表来实现对文件的保护？********
****①访问控制表是指对访问矩阵按列划分，为每列建立一张访问控制表ACL，由有序对（域，
权集）组成，用来保证系统安全性的一种手段。
访问权限表是指对访问矩阵按行划分，由每行构成一张访问权限表。
②当进程第一次试图访问一个对象时，必须先检查访问控制表，查看是否有权访问该对象。
如果无则拒绝访问，并构成一个例外异常事件；否则便允许访问，并为之建立访问权限，以
便快速验证其访问的合法性。当进程不再访问该对象时便撤销该访问权限。

****7.12引入索引结点的目的是什么？基于索引节点的文件共享方式有何优点？********
****①为了减少索引文件时启动磁盘的次数

②优点是建立新的共享链接时，不改变文件拥有者关系，仅把索引结点共享计数器加1，系统可获悉了由多少个目录项指向该文件。缺点是拥有者不能删除自己的文件否则会出错。

*7.13影响文件安全性的主要因素有哪些，对上述原因而采取三方面的保护文件安全的措施？*

①人为因素，系统因素，自然因素。

②(1) 通过存取控制机制，防止由人为因素所造成的文件不安全性。

(2) 采取系统容错技术，防止系统部分的故障所造成的文件的不安全性。

(3) 建立后备系统，防止由自然因素所造成的不安全性。

****7.14什么是事务？设置事务的目的是什么？********
****(1)事务是用于访问和修改各种数据项的-一个程序单位
(2)事务也可以被看作是一系列相关读和写操作
(3)事务的执行具有原子性

*7.15什么是文件的逻辑结构和物理结构？他们各自有哪几种形式？*

文件的逻辑结构是从用户的观点看到的文件组织形式。它与存储设备的特性无关。分为两种形式：无结构的流式文件和有结构的记录式文件。文件的物理结构是指文件在外存上的存储组织形式。文件的物理结构与存储设备的特性有很大关系。通常有三种形式：顺序结构、链接(或串联)结构、索引结构。

第九章

***9.1操作系统包括哪几种类型的用户接口？它们分别适用于哪种情况？********
********①****操作系统包括四种类型的用户接口：命令接口（分为联机与脱机命令接口）、程序接口、图形化用户接口和网络用户接口。
②命令接口和图形化用户接口支持用户直接通过终端来使用计算机系统，程序接口提供给用户在编制程序时使用，网络用户接口是面向网络应用的接口。

*9.2．联机命令接口由哪些部分构成？*
联机命令接口由一组联机命令、终端处理程序和命令解释程序构成。

9.3．联机命令通常包含哪些类型？每种类型又包含哪些主要命令？
联机命令通常包含如下类型：
（1）系统访问类，主要是注册命令login、password；
（2）磁盘操作类，包括磁盘格式化format、软盘复制diskcopy、软盘比较diskcomp及备份backup等命令；
（3）文件操作类，包括文件显示type、文件拷贝copy、文件比较comp、文件重命名rename、文件删除erase等命令；
（4）目录操作类，包括子目录建立mkdir、目录显示dir、子目录删除rmdir、目录结构显示tree、当前目录改变chdir等命令；
（5）其它命令，包括输入输出重定向>、<,管道联接|、过滤命令/,批命令.bat 等。

****9.4．什么是输入输出重定向？试举例说明。（重点）********
****答：命令的输入通常取自标准输入设备键盘，命令输出则送往标准输出设备显示终端。如果在命令中设置输出定向“>”，其后接文件或设备名，则命令的结果输出将送到指定文件或设备上；如果使用输入重定向“<”，则不从键盘而是从重定向符右边的指定文件或设备上取得输入信息。这就是输入输出的重定向。

*9.5何谓管道联接？试举例说明。*
答：管道联接是指把第一个命令的输出作为第二个命令的输入，或把第二个命令的输出作为
第三条命令的输入，以此类推，由两条以上的命令可形成一条管道。在MS-DOS和UNIX
中，都用"|"作为管道符号。其一般格式为：command1 |command2 | … |commandn。

第十二章

12.1实现“安全环境”的主要目标和面临的威胁？
三方面威胁：机密信息被窃取而暴露；攻击者篡改系统的数据；使得系统瘫痪而拒绝服务。

1）数据机密性：数据机密性是指将机密的数据置于保密状态，仅允许被授权用户访问系统中的信息，以避免数据暴露。

2）数据完整性：完整性是指对数据或资源的可信赖程度，包括数据的完整性(信息内容)和来源的完整性(数据来源)，通常用于表述防止不当或未经授权的修改。此外，还必须能保持系统中数据的一致性。

3）系统可用性：可用性是指能保证计算机中的资源供授权用户随时访问，系统不会拒绝服务。更明确地说，授权用户的正常请求能及时、正确、安全地得到服务或响应。

*12.2系统安全的特征有哪些？*

①多面性：大型系统通常存在多个风险点，应从三方面防护：1）物理安全 2）逻辑安全：包括机密性、完整性和可用性 3）安全管理

②动态性：信息的时效性。攻击手段的不断翻新。

③层次性：为了简化系统安全的复杂性，系统安全通常采用层次-模块化结构方法。

首先将系统安全问题划分为若干个安全主题(功能模块)，作为最高层；然后再将其中每一个安全主题功能模块分成若干个安全子功能模块，作为次高层；此后再进一步将一个安全子功能模块分为若干安全孙功能模块，作为第三层；其最低一层是一组最小可选择的安全功能模块，用多个层次的安全功能模块来覆盖整个系统安全的各个方面。

④适度性：遵循适度安全准则，即根据实际需要提供适度的安全目标加以实现。

*12.3早期常采用的攻击方式有哪些？*

(1) 窃取尚未清除的有用信息。

(2) 通过非法的系统调用搅乱系统。

(3) 使系统自己封杀校验口令程序。

(4) 尝试许多在明文规定中不允许做的操作。

(5) 在OS中增添陷阱。

(6) 骗取口令。

*12.4你认为目前OS存在哪些安全威胁？如何进行防护？*

计算机网络面临的安全威胁大体可分为两种：一是对网络本身的威胁，二是对网络中信息的威胁。

对网络本身的威胁包括对网络设备和网络软件系统平台的威胁；对网络中信息的威胁除了包括对网络中数据的威胁外，还包括对处理这些数据的信息系统应用软件的威胁。

影响计算机网络安全的因素很多，对网络安全的威胁主要来自人为的无意失误、人为的恶意攻击和网络软件系统的漏洞和“后门”三个方面的因素。

1）人为的无意失误是造成网络不安全的重要原因。网络管理员在这方面不但肩负重任，还面临越来越大的压力。稍有考虑不周，安全配置不当，就会造成安全漏洞。另外，用户安全意识不强，不按照安全规定操作，如口令选择不慎，将自己的账户随意转借他人或与别人共享，都会对网络安全带来威胁。

2）人为的恶意攻击是目前计算机网络所面临的最大威胁。人为攻击又可以分为两类：一类是主动攻击，它以各种方式有选择地破坏系统和数据的有效性和完整性；另一类是被动攻击，它是在不影响网络和应用系统正常运行的情况下，进行截获、窃取、破译以获得重要机密信息。这两种攻击均可对计算机网络造成极大的危害，导致网络瘫痪或机密泄漏。网络软件系统不可能百分之百无缺陷和无漏洞。

3）另外，许多软件都存在设计编程人员为了方便而设置的“后门”。这些漏洞和“后门”恰恰是黑客进行攻击的首选目标。