操作系统知识点及题目
操作系统知识点
第一章
基本构成
处理器（CPU），由控制器，运算器，一组寄存器组成
主存储器（只读：ROM，随机存取：RAM）
输入输出模块
系统总线
操作系统的特征
- 并发性，共享性，随机性
操作系统的功能
- 文件管理
- 进程调度
- 用户接口
第二章
程序顺序执行的特征
- 顺序性，封闭性，可再现性
作业吞吐量：所完成作业的数量/给定的时间间隔
CPU利用率：所完成作业的时间/给定的时间间隔
进程与程序的区别
- 动态性，并发性，非对应性，异步性
进程的基本特征
- 动态性，并发性，调度性
进程的状态
- 新建状态，就绪状态，运行状态，阻塞状态，终止状态
进程映像
- 程序，数据集合，栈，进程控制块（进程描述块，PCB（进程的唯一标识））
进程的控制
- 进程阻塞：运行状态转等待状态（等待某事件发生）
- 进程唤醒：等待状态转就绪状态
- 进程创建：新建进程转就绪状态
- 进程调度：就绪状态转运行状态（分配CPU）
进程通信
- 低级：互斥和同步机构
- 高级：共享存储，管道文件，消息传递
线程的组成
- 线程标识符，调度状态信息，核心栈指针，用户栈指针，私有存储区
线程与进程的比较
- 调度单位：进程是资源分配的基本单位，线程作为调度和分派的基本单位
- 资源分配给进程，进程的所有线程共享该资源
第三章
调度的层次
- 高级调度（作业调度）：分配内存等资源，为进程活动做准备
- 中级调度（内存调度，进程挂起与对换）：将暂时不能运行的进程挂起
- 低级调度（进程调度）：将CPU分派给就绪队列的一个进程，执行频繁
进程调度的方式
- 非抢占方式：一直保持CPU到完成或者等待状态
- 抢占方式：可被抢占
调度的基本准则
- 周转时间：完成时间减到达时间
- 平均周转时间
- 带权周转时间：W=T（周转时间）/R（运行时间）
- 平均带权周转时间
- 就绪等待时间：在就绪队列的等待时间
- 响应时间：从输入到首次响应的时间
调度算法
- 先来先服务法（FCFS）（非抢占）
- 短作业优先法（SJF）（非抢占）
- 最短剩余时间优先法（SRTF）（抢占）
- 高响应比优先法（HRRF）（非抢占）
- 在调度前要计算响应比（1+等待时间/运行时间），选择高响应比的作业运行
- 优先级法（PS）
- 有抢占和非抢占，根据优先级调用
- 时间片轮转法（RR）（抢占）
- 先按照FCFS排序，执行一个时间片长度后当前的加到队尾，换下一个
第四章
进程的关系
- 互斥，同步，通信、
临界资源
- 一次只能被一个进程使用的共享资源
临界区（CS区）
- 在进程中访问临界资源的那段程序
信号量
- 物理意义：S>=0时表示某资源的可用数，S<0时绝对值表示阻塞队列的进程数
- 组成：两个成员组成的数据结构，一个值为信号量的值（INT），另一个为指向PCB的指针
- 规定
- 信号量可被赋值，初始值不能为负数
- 只允许被P，V操作访问和修改
P操作
- 信号量-1
- 如果S>=0，进程继续
- 如果S<0，进程加入阻塞队列尾等待
V操作
- 信号量+1
- 如果S>0，继续
- 如果S<=0，释放第一个进程为就绪
产生死锁的4个必要条件
- 互斥条件
- 部分分配（占有且等待条件）
- 不可抢占（非剥夺）条件
- 循环等待条件
死锁的判断
死锁的处理策略
忽略死锁条件
死锁预防（静态策略）
- 破坏互斥条件，破坏占有且等待条件，破坏不可抢占条件
死锁避免（动态策略）
安全状态：进程所需的资源不大于所有资源
不安全状态是死锁的必要条件，不是充分条件
拒绝分配资源法（银行家算法）
要求：
- 必须说明自己的所需最大资源量
- 只能一次一次的申请资源
- 如已经获得资源的最大需求量，则要在规定时间内使用完毕并归还系统
承诺：
- 若一个进程对资源的最大需求量没有超过总量，则不能拒绝
- 在接到资源请求时，有权阻塞该进程，但保证在有限时间内响应
单种银行家算法
Available：每类资源可用数量
max：每个进程对各类资源的最大需求
allocation：当前每个进程分配到底各类资源数
need：max-allocation
work：当前每类资源可用数
finish：是否安全答题表格列序：work need allocation work+allocation finish
死锁的检测与恢复
第五章
逻辑空间：由程序中逻辑地址组成的范围
内存空间：内存单元组成
重定位：程序装入内存时，把逻辑地址转成内存地址
单一分区存储管理系统缺点：一次只能一个作业进入内存
动态分区缺点：内存利用率不高，有外部碎片
动态分区分配算法：最先适应，最佳适应
可重定位分区分配算法
时机
- 释放所占分区/分配进程分区
缺点，浪费大量CPU
分页存储管理
- 逻辑空间分页（大小相等），内存空间分块
- 内存分配原则：以块为单位，每个页面对应一个块，内存块可不连续
- 页表：每个进程分成多个页，建立页面映射表，实现从页号到物理块号的地址映射
- 内存块表：系统有内存块表，每个内存块在表中占一项，表示是否空闲
分段存储管理
- 概念：段是一组逻辑信息的集合，有名字，长度和段号
页面置换算法
缺页率：缺页次数/全部次数
有效存取时间：（1-p）X ma+p X 缺页处理时间(处理缺页中断时间，调入该页的时间，重新启动进程的时间)
页面走向：存储访问序列
常见的页面置换算法
- 先进先出（FIFO）：先来的页面置换
- 最优页面（OPT）：把将来不被使用或者最远被使用的页面置换
- 最近最少使用（LRU）：最近没被使用的页面置换
第六章
磁盘容量=磁头数X柱面数(磁道数)X(每磁道)扇区数X512B(扇区大小)
磁盘访问时间Ta：Ts（寻道时间10ms）+Tr（旋转时间3ms）+Tt（传输时间）
磁盘调度算法
先来先服务法（FCFS）
最短寻道时间优先算法（SSTF）：选择最近磁道
扫描法（SCAN）：电梯法：不仅考虑距离，更考虑方向
循环扫描法（C-SCAN）：移动到最远端即可返回到另一边的最远端
旋转调度
时间：（扫描时间+处理时间）Xn+延迟时间X（n-1）（n为扇区数）
第七章
分类
- 使用特性分类：存储设备，I/O设备
- 共享属性分类：独占设备，共享设备，虚拟设备
- 信息交换单位：块设备，字符设备
I/O通道分类：字符多路通道，数据选择通道，数据多路通道
I/O方式分类：程序方式，中断方式，DMA方式
通道是独立于CPU的，负责数据输入输出参数工作的处理单元
题目
第一章
- 在计算机系统中，操作系统是（核心系统软件）
- （实时性）不是分时系统的基本特征。
- 设计批处理多道系统时，首先要考虑的是（系统效率和吞吐量）。
- 下面关于计算机软件的描述正确的是（它是指计算机的程序及文档）。
- 允许多个用户以交互使用计算机的操作系统是（分时系统）。
- 批处理操作系统提高了计算机的工作效率，但（在作业执行时用户不能直接干预）。
- 现代操作系统的两个基本特征是（程序的并发执行）和资源共享。
- 实时操作系统追求的目标是（快速响应）。
- （文档编辑）项功能不是操作系统具备的主要功能
- 分布式操作系统与网络操作系统本质上的不同在于（系统中若干台计算机相互协作完成同一任务）。
- 操作系统核心部分的主要特点是（常驻内存）。
第二章
- 进程和程序的一个本质区别是(前者为动态的,后者为静态的)。
- 进程在系统中是否存在的唯一标志是(进程控制块)。
- 处理器执行的指令被分成两类,其中有一类成为特权指令,它只允许(操作系统)使用。
- 进程所请求的一次打印输出结束后,将使进程状态从(等待态变为就绪态)。
- (运行速度快)不属于多道程序运行的特征。
- “线程”的概念是由(微内核方法)引入的。
- 进程与程序之间有密切联系,但又是不同的概念,二者的一个本质区别是(程序是静态概念进程是动态概念)。
- 操作系统中,进程可以分为__系统__进程和用户进程两类。
- 当一个进程独占处理器顺序执行时,具有两个特性:__封闭__性和可再现性。
- 在现代操作系统中,资源的分配单位是__进程__,而处理机的调度单位是__线程__。
- 进程控制块(PCB)是专为用户进程设置的私有数据结构,每个进程仅有一个PCB。（错）
- 一个正在运行的进程可以阻塞其他进程。但一个被阻塞的进程不能唤醒自己,它只能等别的进程唤醒它。（错）
- 进程在运行中,可以自行修改自己的进程控制块。（错）
第三章
有5个任务ABCDE，它们到达时刻分别0,2,4,6,8，预计它们的运行时间为12，5，3，7，9min。其优先级分别为2，4，5，1，3。这里5为最高优先级。对于下列每一种调度算法，计算其平均进程周转时间（进程切换开销可不考虑）。
先来先服务（按A,B,C,D,E）算
短作业优先算
最短剩余时间优先算法
高响应比优先算法
非抢占式优先级调度算法
抢占式优先级调度算法
时间片轮转算法(令时间片为2min)
第四章
产生死锁的主要原因是进程运行推进的顺序不合适(资源分配不当和系统资源不足)
临界区是指并发进程中访问共享变量的(程序)段。
通常不采用(从非死锁进程处抢夺资源)方法来解除死锁。
在9个生产者,6个消费者共享容量为8的缓冲区的生产者-消费者问题中,互斥使用缓冲区的信号量S的初始值为(1)。
若系统中有五台绘图仪,有多个进程均需要使用两台,规定每个进程一次仅允许申请一台,则至多允许(4)个进程参与竞争,而不会发生死锁。
若某系统中有3个并发进程,都需要同类资源3个,则该系统不会发生死锁的最少资源单位数是( 7)
系统发生死锁时,其资源分配图中必然存在环路。因此,如果资源分配图中存在环路,则系统一定出现死锁。（错）
P,V操作不仅可以实现并发进程之间的同步和互斥,而且能够防止系统进入死锁状态。（错）
由于资源数少于进程对资源的需求数,因而产生资源的竞争,所以这种资源的竞争必然会引起死锁。（错）
第五章
某采用页式虚拟存储管理的系统,页面大小为100字。现有一用户作业,它依次要访问的字地址序列是:215,58,90,186,355,430,306,168,279,93,201,140。系统分配给该作业的主存共300字,分别使用OPT和LRU,并计算缺页率。
根据如下段表:
段号 基地址 长度 合法(0)/非法(1)
0 300 200
1 7500 540
2 3000 1010
3 2000 90
(1)求出逻辑地址为0,100的物理地址并将其的合法性填入上表适当位置;
(2)求出逻辑地址为3,100的物理地址并将其的合法性填入上表适当位置;
在分页系统中,逻辑空间最多可以有64个页,每页1KB字节。若把它映射到由32个物理块组成的存储器。问:(1)有效的逻辑地址有多少位?(2)有效的物理地址有多少位?
(1)16：64X1024 = 2的16次方,(2)15：32X1024
在一个请求分页系统中,分别采用FIFO、OPT和LRU页面置换算法时,假如一个作业的页面走向为4、3、2、1、4、3、5、4、3、2、1、5,当分配给该作业的物理内存块数是3时,分别计算在访问过程中所发生的缺页次数和缺页率(用画表形式)。
(2)如果一个逻辑地址空间长度为35KB的用户程序申请内存,系统采用最佳适配算法,请画出分配后的空闲块的链表情况。
(3) 针对2)里的内存分配情况,若该用户程序内有一读取数据指令“LOAD 2,4096”,请算出该用户程序运行时的实际读取地址。(240K+4096B=244K)
(1) 采用最先适配法,所得到的分区首址是多少?被分配的那个空闲分区将分别剩下多少字节?(100K, 50K)
(2) 采用最佳适配法,所得到的分区首址是多少?被分配的那个空闲分区将分别剩下多少字节?(330K, 30K)
(3) 采用最坏适配法,所得到的分区首址是多少?被分配的那个空闲分区将分别剩下多少字节?(410K,72K)
第六章
假设一个磁盘有100个柱面，每个柱面有5个磁道，每个盘面被分为4个扇区，柱面、磁头和扇区的编号均从0开始。现用字长为32位的位示图来管理磁盘空间，位示图的字号、位号从0开始编号。
（1）每个柱面有多少个存储块？该磁盘组共有多少个存储块?
（2）求位示图中字号为4、位号为4的二进制位对应块的物理块号？
（3）给出该块的物理地址（柱面号、磁头号、扇区号）?
（4）删除文件归还第15柱面第5磁道第2扇区，对应的物理块号是多少？位示图中应修改第几字第几位？
（1）每个柱面有5（道）X4 （扇区） =20个存储块，磁盘共有20X100=2000个存储块。
（2）位示图中字号为4、位号为4的二进制位对应块的块号是4*32+4=132。
（3）132/（54）=6，132%（54）=12，12/4=3，12%4=0，该块的柱面号是6，磁头号是3，扇区号是0。
（4） 块号=（15柱面第5磁道第2扇区）15X5X4+5X4+2=322
字号i=322/32=10位号j=322%32=2某磁盘组有100个柱面，每个柱面有4个磁道，每个磁道被分为2个扇区。现用字长为16位的位示图来管理磁盘空间，位示图中的字号、位号从“0”开始编号。试问：
（1）存储该位示图需多少字节？
（2）位示图中字号为6、位号为26的二进制位所对应盘块的逻辑块号是多少？它在哪个柱面、磁道号和扇区号（柱面编号从“0”开始）？
（1）100X4X2/8=100字节。
（2）位示图中字号为6、位号为24的二进制位所对应盘块的块号是6X16+26=122, m=122/(42)=15, n=122%(42)=2, 2/8=0, 2%8=2
所以该块在15号柱面，0号磁道号和2号扇区号。
某文件系统中每盘块大小为4KB，每块地址用4B表示，请问：
（1）若该文件系统采用二级和三级索引结构，则它能管理的最大文件长度分别是多少字节？
（2）若有一个20KB大小的文件，现已获取到该文件的目录信息，如需读取该文件最后16B的数据，当文件系统分别采用连续结构和链接结构时，各需要读取多少个盘块？
（1）一个盘块里的盘号数：4KB/4B=1K
二级索引结构能管理最大文件长度为：1K * 1K * 4KB = 4GB三级索引结构能管理最大文件长度为：1K * 1K * 1K * 4KB = 4TB（2）连续结构：读取1个盘块
链接结构：存储数据需要：20KB/4KB = 5个盘块存储指针需要：4B*5 = 20B>16B所以文件最后20B的数据保存在第6个盘块里，需要读取6个盘块某磁盘磁道分成5个扇区(0～4)，每个扇区存放一个逻辑记录。一个用户文件有 5个记录：A、B、C、D、E，被顺序存放在一个磁道上。 假定磁盘旋转一周的时间是 30ms， 每个记录读出后需9ms的时间处理。试问：
(1)顺序读出6个记录并进行处理，共需多少时间？
(2)给出一种在磁盘上安排记录的策略，使整个时间尽可能少。
（1）（6+9）X 5 + 21 X 4 = 159 ms
（2）安排策略：A,D,B,E,C ，共需：（6+9）X 5 + 3 X 4 = 87 ms
有一个请求磁盘服务的队列，要访问的磁道分别是：97，180，30，120，16，19，78，69，设磁头最初在35道上。请问：
（1）写出FCFS算法的寻道序列，并算出平均寻找长度
（2）写出SSTF算法的寻道序列，并算出平均寻找长度。
（3）当磁头移动方向为：朝着圆心方向，写出SCAN算法的寻道序列，并算出平均寻找长度。
（4）当磁头移动方向为：远离圆心方向，写出SCAN算法的寻道序列，并算出平均寻找长度。
（5）当磁头移动方向为：1 朝着圆心方向，写出循环SCAN算法的寻道序列，并算出平均寻找长度。
（6）当磁头移动方向为：远离圆心方向，写出循环SCAN算法的寻道序列，并算出平均寻找长度。
第七章
- 按资源分配特点,设备类型可分为以下三类:__共享__设备、独占设备和虚拟设备。
- 设备I/O方式有如下三种:程序方式、__中断__方式和DMA方式。
- 通道是独立于CPU的,专门负责数据__输入输出__传输工作的__处理单元__。
- 设备独立性(或无关性)是指能独立实现设备共享的一种特性。（错）
- 引入缓冲技术的主要目的是平滑数据的I/O速率。（对）
- SPOOLing系统实现设备管理的虚拟技术,即:将独占设备改造为共享设备,它由专门负责I/O的常驻内存的进程以及输入、输出井组成。（对）
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