考研复试问答（操作系统部分）

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1、什么是操作系统？
答：操作系统是指控制和管理计算机硬件与软件资源，合理地组织、调度计算机的工作与资源的分配，进而为用户和其他软件提供接口与环境的程序集合，是计算机系统中最基本的系统软件。

2、操作系统的基本特征和功能？
   答：基本特征：并发：两个或多个事件在同一时间间隔内发生
               共享：系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用
               虚拟：把一个物理上的实体变为若干逻辑上的对应物
               异步：进程的执行以不可预知的速度向前推进
       功能：资源管理（处理机管理，存储器管理，文件管理和设备管理），作为用户与计算机硬件的接口（命令接口，程序接口），扩充机器（覆盖了软件）。

3、硬实时和软实时操作系统的概念？
答：硬实时操作系统：动作必须在规定的时间范围内发生。
软实时操作系统：能接受偶尔违反时间规定且不会引起永久性的损害。

4、简述系统调用的过程？
答：正在运行的进程传递系统调用参数，执行访管指令从用户态转换为内核态，并将返回地址压栈留作备用，接下来CPU执行相应的内核态服务程序，最后返回用户态继续执行进程。

5、库函数与系统调用的区别？
答：库函数属于语言或应用程序的一部分，运行在用户空间，系统调用是操作系统的一部分，运行在内核空间中，是内核为用户提供的程序接口。

6、大内核和微内核的概念？
答：大内核：将操作系统的主要功能模块都作为一个紧密联系的整体运行在核心态，从而为应用程序提供高性能的系统服务。
微内核：将内核中最基本的功能保留在内核，将不需要在核心态执行的功能迁移到用户态执行，从而降低内核设计复杂度，接口更加清晰，维护代价更小，系统更加可靠。

7、进程的特征？
   答：动态性：进程是程序的一次执行，具有生命周期
       并发性：内存中的多个进程能在一段时间内同时运行
       独立性：进程是一个独立拥有资源和独立接受调度的基本单位
       异步性：进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进
       结构性：进程由程序段、数据段和进程控制块组成

8、   进程和线程的区别？
   答：调度：传统操作系统中，进程是CPU调度的基本单位，在引入线程的操作系统中，线程是CPU调度的基本单位。
       拥有资源：在传统操作系统或者引入线程的操作系统中，进程都是拥有资源的基本单位，而线程几乎不拥有系统资源，但线程可以访问其隶属进程的系统资源。
       并发性：进程之间可以并发执行，线程之间也可以并发执行。
       系统开销：由于创建或撤销进程时，操作系统都要为之分配或回收资源，如内存空间/IO设备等，所以操作系统为进程所付出的开销远大于线程。
       地址空间和其他资源：进程之间的地址空间互相独立，同一进程内的线程共享进程的资源。

9、线程/进程空间是什么？
答：进程空间：用户进程所能看到的内存空间，包括静态存储区，栈区，堆区，常量区，代码区。
线程空间：线程运行必不可少的资源，主要是栈和寄存器。

10、进程和程序的区别？
答：进程是程序的一次执行过程，一个动态的概念，存在生命周期。进程映像包括程序、数据、PCB。
程序是一组有序的指令集合，是一个静态的概念，是永久存在的。

11、作业与进程的联系与区别？
   答：进程是对程序的执行过程的描述，是资源分配的基本单位。作业是一组用户要求计算机完成的任务。其主要区别如下：
       1、在用户向计算机提交作业后，系统将它放入外存中的作业等待队列中等待执行。而进程只要被创建，总有相应的部分存在于内存中。
       2、一个作业可由多个进程组成，且必须至少由一个进程组成，反过来则不成立。

12、进程的三种基本状态，以及之间转换的过程？
答：就绪->运行，获得处理机；运行->就绪，处理机被剥夺；运行->阻塞，进程需要的资源（除处理机）没准备好；阻塞->就绪，进程需要的资源（除处理机）已准备好。

13、进程有哪些高级通信方式？
答：共享存储（互斥访问）、消息传递（直接通信方式即消息队列、间接通信方式即信箱通信）、管道通信（半双工通信）。

14、有哪些进程调度算法？
答：先来先服务，短作业优先，优先级调度，高响应比优先，时间片轮转，多级反馈队列。

15、临界资源和临界区的概念？
答：临界资源是一次仅允许一个进程使用的资源，临界区是进程中访问临界资源的那段代码。

16、为禁止两个进程同时进入临界区，同步机制应遵循的准则是什么？
答：1.空闲让进 2.忙则等待 3.有限等待 4.让权等待

17、什么是原子操作？具有什么特点？
   答：概念：完成某种功能且不会被分割，不会被中断执行的操作序列。
       特点：1.处于操作系统的最底层，是最接近硬件的部分
           2.程序的运行具有原子性，只能一气呵成
           3.程序的运行时间都较短，而且调用频繁

18、操作系统中的信号量的概念？
   答：信号量是一种实现进程同步和互斥的工具。
       整型信号量：一个表示资源个数的整型量。
       记录型信号量：用一个结构体实现，里面包含了表示资源个数的整型量和一个等待队列。

19、什么是PV操作？
答：P、V 操作是一对低级通信原语，信号量的值只能由这两条原语改变。P操作相当于申请资源，V操作相当于释放资源。P操作和V操作必定成对出现，但未必在同一个进程中。

20、什么是管程？由哪些基本特性？
   答：定义：管程是由共享数据及定义在其上的操作组成的软件模块，这组操作能同步进程和改变管程中的数据。实质是个抽象类，没有实体。
       特性：   1.局部于管程的数据只能被管程内的过程所访问（安全性）
               2.进程通过调用管程内的过程访问共享数据（封装性）
               3.多个进程对管程的访问是互斥的（互斥性）

21、死锁的定义是什么？死锁产生的必要条件？
答：死锁是指多个进程因竞争资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法向前推进。
必要条件：互斥条件，请求和保持条件，不剥夺条件，循环等待条件。

22、死锁形成原因？死锁的处理方法？
   答：形成原因：非剥夺资源的竞争和进程的不恰当推进顺序
       处理方法：   1.死锁预防：破坏产生死锁的四个必要条件中的一个或者几个
                   2.避免死锁：在资源的动态分配过程中，用某种方法去防止系统进入不安全状态
                   3.死锁的检测和解除：系统及时检测出死锁地发生，然后采取某种措施解除死锁（资源剥夺法，撤销进程法，进程回退法）

23、介绍下银行家算法？介绍下安全性算法？
   答：银行家算法：1.检查此次申请是否超过了之前声明的最大需求数
                   2.检查此时系统剩余可用资源能否满足此次请求
                   3.试探着分配，修改各数据结构
                   4.用安全性算法检查此次分配是否会导致系统进入不安全状态
       安全性算法：1.检查当前剩余可用资源是否能满足某进程的最大需求，若可以则将该进程加入安全序列，并回收该进程持有的资源
                   2.不断重复上述过程，看最终能否所有的进程都加入安全序列

24、什么是饥饿？和死锁的区别？
   答：概念：由于操作系统对某类资源的分配策略不公平导致某些进程长时间等待的情况。
       区别：数量：饥饿状态的进程可以只有一个；死锁状态进程至少有两个
           状态：饥饿状态的进程可以是就绪进程；死锁状态进程一定是阻塞进程

25、存储器管理应具有的功能？
答：1、内存的分配和回收 2、地址转换 3、扩充内存空间 4、存储保护

26、常用存储保护方法有哪些？
答：1、在CPU中设置一对上、下限寄存器
2、采用重定位寄存器（基址寄存器）和界地址寄存器（限长寄存器）

27、程序链接方式有哪些？程序的装入方式有哪些？
   答：链接方式（形成逻辑地址）：1.静态链接：将各目标模块及库函数链接成一个完整的可执行程序
                               2.装入时动态链接：编译得到一组目标模块，边装入边链接
                               3.运行时动态链接：程序执行中需要目标模块才对目标模块链接
       装入方式（完成地址变换）：1.绝对装入：编译时就知道程序将要驻留在内存的物理地址
                               2.静态重定位：地址变换在装入时一次完成，之后不再改变
                               3.动态重定位：装入模块在内存中是相对地址，地址转换在程序执行时才进行，可在内存中移动位置

28、什么是覆盖技术？什么是交换技术？两者有什么区别？
   答：覆盖技术：把用户空间分成一个固定区和若干覆盖区，将经常活跃的部分放在固定区，其余部分按调用关系分段，放在外存中的段在需要调用前，系统再将其调入覆盖区，替换覆盖区中原有的段。
       交换技术：把处于等待状态的程序从内存移到辅存，把内存空间腾出来，这一过程又称换出；把准备好竞争cpu运行的程序从辅存移到内存，这一过程又称换入。
       主要区别： 1、交换主要是在不同进程（或作业）之间进行 2、覆盖主要在同一个程序或进程中进行

29、连续分配管理方式有哪几种？
答：1、单一连续分配：适合单道程序 2、固定分区分配：适合多道程序，简单。 3、动态分区分配：根据内存实际需要，动态地为进程分配空间。

30、动态分区分配算法有哪些？
答：首次适应算法，最佳适应算法，最坏适应算法，邻近适应算法。

31、什么是拼接技术？
答：拼接技术/紧凑技术：移动所有已分配区到存储器的一端，将其余空闲分区合并为一个大的空闲分区。

32、什么是块/物理块？什么是页面？什么是页表？
   答：块/物理块：将主存空间划分为大小相等且固定的区域，这些区域被称为块。
       页面：进程中的块称为页，为了便于地址转换，页面大小应是2的整数幂。
       页表：用于在内存中找到进程的每个页面所对应的物理块的索引表。

33、分页管理方式和分段管理方式有什么区别？
   答：目的：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；段是信息的逻辑单位，分段是为了能更好地满足用户的需要。
       长度：页的大小固定且由系统决定，段的长度不固定且决定于用户所编写的程序。
       维度：分页管理的地址空间是一维的，分段管理的地址空间是二维的（段号和段内偏移量）。
       碎片：分页管理有内部碎片，无外部碎片，分段管理有外部碎片，无内部碎片。
       共享和动态链接：分页管理不容易实现共享和动态链接，分段管理容易实现共享和动态链接。

34、什么内部碎片？什么是外部碎片？
答：内部碎片：系统分配给进程的存储空间中未被利用的部分。
外部碎片：内存中由于太小而难以利用的空闲分区。

35、什么是虚拟存储器？为什么要引入虚拟存储器？
答：虚拟存储器是一种借助于外存空间，从而允许一个进程在其运行过程中部分地装入内存的技术。之所以引入虚拟存储管理方式，是为了在逻辑上扩充内存。

36、什么是局部性原理？
答：1.时间局部性：程序对某存储单元的一次访问和下次访问，可能集中在一个较短时间内。
2.空间局部性：程序在一段时间内所访问的存储单元，可能集中在一个较小区域内。

37、传统存储管理器的特征？虚拟存储管理器的特征？
   答：传统存储管理器：一次性：作业必须一次性全部装入内存后，才能开始运行
                       驻留性：作业被装入内存后，就一直驻留在内存中
       虚拟存储管理器：多次性：允许作业分多次调入内存运行
                       对换性：允许作业在运行过程中换入换出
                       虚拟性：从逻辑上扩充内存的容量

38、有哪些页面置换算法？
答：最佳置换算法（OPT），先进先出置换算法（FIFO），最近最久未使用（LRU）算法，Clock置换算法（LRU 算法的近似实现）。

39、有哪些页面分配策略？
答：固定分配局部置换，可变分配全局置换，可变分配局部置换。
（固定分配和可变分配指驻留集大小不变和可变；局部置换指缺页时只能和本进程的物理块进行置换，全局置换指缺页时还可与操作系统的空闲块或者其他进程的物理块进行置换）

40、什么是抖动？抖动的主要原因是什么？
答：抖动指频繁发生缺页，进行页面调度的现象。
抖动的主要原因是某个进程频繁访问的页面数目高于可用的物理页框数目。

41、什么是文件？什么是文件系统？文件系统的功能？
   答：文件是以计算机硬盘为载体的存储在计算机上的信息集合。
       文件系统即文件管理系统，是操作系统中负责管理和存储文件的软件。
       文件系统功能：1.对用户而言，文件系统的功能包括实现对文件的基本操作、文件共享和文件保护
                   2.对系统而言，文件系统的功能包括管理与磁盘的信息交换，完成文件逻辑结构和物理结构的互相转换，组织文件在磁盘上的存放以及磁盘调度

42、打开文件的过程？
答：用户进程首次使用文件时，使用系统调用open将指明文件的FCB从外存复制到系统打开文件表的一个表目中，并将该表目的索引返回给用户进程，然后进程打开文件表中会增加相应的表目，并通过指针与系统打开文件表中的表目相连。

43、软链接和硬链接的区别？
答：软链接就是把到达共享文件的路径记录下来，当要访问文件时，根据路径寻找文件。
硬链接就是多个FCB的索引指针指向一个索引结点。

44、文件的逻辑结构分类？索引文件和索引顺序文件的区别？
   答：无结构文件（流式文件）
       有结构文件（记录式文件）：1.顺序文件 2.索引文件 3.索引顺序文件 4.散列文件
       区别：索引文件每个记录对应一个索引表项（类似索引查找）；索引顺序文件每组记录对应一个索引表项（类似分块查找）

45、什么是文件分配表（FAT）？
答：文件的显式链接分配把用于链接文件各物理块的指针显式地存放在内存的一张链接表中，每个表项中存放对应块的下一块链接指针。（每个磁盘对应一张FAT）

46、有哪些文件分配方式？文件存储空间管理有哪些方法？
答：文件分配方式：连续分配，链接分配（隐式链接，显式链接），索引分配（单级索引，多层索引，混合索引）
文件存储空间管理：空闲表法，空闲链表法，位示图法，成组链接法。

47、操作系统中磁盘调度的目的和算法？哪几种不会导致磁臂黏着？
   答：磁盘调度的目标是使磁盘的平均寻道时间最少。
       调度算法：先来先服务（FCFS：First Come First Serve），最短寻道时间优先 (SSTF：Shorted Seek Time First) ，扫描算法(SCAN)==电梯调度，循环扫描算法(CSCAN)
       不会导致磁臂黏着的算法只有先来先服务

48、操作系统如何被加载？
答：计算机首先从rom中加载一个自举装入程序，自举装入程序再加载完整的自举程序，自举程序完成初始化cpu和内存等工作，然后将操作系统加载到ram，再跳转到起始地址，从而开始操作系统的运行。

49、I/O系统的层次划分？
答：用户层I/O软件、设备独立性软件、设备驱动程序、中断处理程序、硬件

50、高速缓存存储器cache和缓冲区的区别？
答：存放数据：cache存放的是低速设备上的某些数据的副本；缓冲区存放的是低速设备传送给高速设备的数据或者是高速设备传送给低速设备的数据
通信过程：若高速设备访问的数据不在cache中，则需要访问低速设备；高速设备和低速设备的通信都要经过缓冲区，高速设备不会直接访问低速设备

51、什么是设备独立性？怎么实现？
答：概念：设备独立性是指应用程序独立于具体使用的物理设备。
实现：在系统中设置一张逻辑设备表（LUT），用于将逻辑设备名映射为物理设备名

52、文件区缓冲算法？
   答：在主存上设立一片缓冲区，外部设备与处理机的数据交互都经过缓冲区，这样外部设备和处理机就都不用互相等待。
       单缓冲：磁盘输入缓冲区和CPU处理工作区数据并行，缓冲区搬运到工作区单道
       双缓冲：缓冲区搬运到工作区和CPU处理工作区数据分别和磁盘输入缓冲区并行

53、缓冲区的特性？
答：没写满，不允许读；没读空，不允许写

54、内核态和用户态的理解？为什么要区分用户态和内核态？
   答：特权：内核态与用户态是操作系统的两种运行级别，用户态只能执行非特权指令，核心态可以执行除了访管指令外的所有指令
       转换：用户态转核心态只能通过中断实现；核心态转用户态通过一个特权指令将程序状态字标志位设置为用户态
       原因：为了安全性。在cpu的一些指令中，有的指令如果用错，将会导致整个系统崩溃。分了内核态和用户态后，当用户需要操作这些指令时候，内核为其提供了API，可以通过系统调用陷入内核，让内核去执行这些操作。

55、页表存放在内存还是磁盘上？
答：单级页表：页表是全部在内存的
多级页表：高层页表（相对级别比较高的）放在内存，部分底层页表在内存，另外的一些就被塞在磁盘，被高层页表点名之后，才调入内存。

56、操作系统中用到哪些数据结构？
   答：1.LRU算法：堆栈
       2.进程调度：队列
       3.空闲内存：链表
       4.FAT文件系统：树
       5.磁盘空闲分区：链表
       6.银行家算法：矩阵

57、PCB包含的内容？如果进程创建PCB失败会怎么样？如果进程成功创建PCB但没有分配运行需要的内存资源会怎么样？
   答：PCB包含进程标识符信息，处理机相关信息，进程调度信息。
       PCB是进程存在的唯一标志，创建PCB失败则创建进程失败
       进程创建PCB成功之后，没有得到进程运行所需要内存资源，进入阻塞状态

58、操作系统的性能指标？
答：吞吐率，响应时间，可靠性，并发度

59、页表寄存器存放的内容？
答：页表寄存器存放的是页表的始址和页表长度（段表寄存器也类似）

60、进程线程树图是什么？
答：进程树是一个形象化的比喻，比如一个进程启动了一个程序，而启动的这个进程就是原来那个进程的子进程，依此形成的一种树形的结构，我们可以在进程管理器选择结束进程树，就可以结束其子进程和派生的子进程。

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