软考 软件设计师个人总结 （操作系统部分）
操作系统这门课程博主学的不好，所以复习起来多有难度，但由不懂到懂的过程十分美好！
操作系统
1.硬盘容量分为非格式化容量和格式化容量，计算公式如果：
（1）非格式化容量 = 面数 * （磁道数 / 面） * 内圆周长 * 最大位密度
（2）格式化容量 = 面数 * （磁道数 / 面） * （扇区数 / 道） * （字节数 / 扇面）
例：假设某硬盘由5个盘片构成（共有八个记录面），盘面有效记录区域的外直径为30cm，内直径为10cm，记录位密度为250位/mm，磁道密度为16道/mm，每磁道分16个扇区，每扇区512字节，则该磁盘格式化容量为多少MB ?
解析：根据公式，面数 = 8 ，磁道数 = 有效区域长度 * 磁道密度 = （30 - 10 ）* 10 / 2 * 16（30-10指的是外直径-内直径，*10指的是将cm化为mm，/2指的是把直径化为半径，*16指的是磁道密度为16道/mm），每磁道扇区数为16，每扇区512字节，所以最终答案为[8*[（30-10）*10/2*16]*16*512]/1024*1024（1024*1024指的是将B化为MB）
2.常用的I/O接口编址方法有两种：内存单元统一编址、单独编址
（1）内存单元统一编址：输入输出操作是通过访存（访问内存单元的指令）指令来完成
（2）单独编址：需要设置专门的I/O指令访问，优点是不占用主存的地址空间，在程序中容易使用和辨认。
3.磁盘管理。
（1）磁盘格式化：是指把一张空白的盘划分成一个个小区域进行编号，以供计算机储存和读取数据。格式化是一种纯物理操作，同时对磁盘介质做一致性检测，并标记处不可读和坏的扇面。
（2）磁盘碎片：磁盘内的文件都是按存储时间先后来排序的，理论上文件之间是没有间隙的。但是，用户常常会对文件进行修改，而且新增加的文件会添加到末尾而不是原位置，系统会在这两段之间加上联系标识。当有多个文件被修改后，磁盘里就会有很多不连续文件，一旦文件被删除，所占用的不连续空间就会空着，并且不会被自动填满，而且新保存的文件也不会存在这些地方，这些空着的磁盘空间就叫做磁盘碎片。碎片太多就会导致工作效率降低（需要反复查找联系标识），直观感觉就是慢。
（3）磁盘清理：指的是删除计算机上所有不需要的文件，这些文件由用户或系统进行确认。
（4）磁盘碎片整理：就是将磁盘长期使用过程中产生的碎片和凌乱的文件重新整理，释放出更多的磁盘空间，提高电脑的整体性能和运行速度。
4.设备管理（在计算机组成中提到过）
（1）程序查询方式：是由CPU主动查询外设的状态，在外设准备好时传输数据。
（2）中断方式：是在外设准备好时给CPU发中断信号，之后再进行数据传输。在外设未发中断信号之前，CPU可以执行其他任务
（3）DMA模式：CPU只需向DMA控制器下达指令，让DMA控制器来处理数据的传送，数据传送完毕再把信息反馈给CPU即可。
（4）采用中断方式和DMA方式，CPU与外设可以并行工作
5.在Windows XP操作系统中，用户利用“磁盘管理”程序可以对磁盘进行初始化、创建卷，可以选择使用FAT、FAT32或NTFS文件系统格式化卷。
6.操作系统的地位：可以看出 操作系统是处于裸机上的第一层软件，其他软件都建立在其基础上
7.Send原语是发送原语，如果系统采用信箱通信方式，当进程调用Send原语被设置成“等信箱”状态时，则说明指定的信箱中充满了信件。
8.例题：某文件管理系统在磁盘上建立了位示图，记录磁盘的使用情况。若系统的字节为32位，磁盘上的物理块依次编号为0,1,2…，那么4096号物理块的使用情况在位示图中的第（1）个字中描述；若磁盘的容量为200GB，物理块的大小为1MB，那么位示图的大小为（2）个字。
解析：（1）系统字长为32位，则0~31号物理块在第一个字中描述，32~63在第二个字中描述，4064~4095号物理块在第128个字中描述，故4096在第129个字中描述。
- 容量为200GB，物理块的大小为1MB，那么该磁盘有200*1024/1=204800（*1024代表化GB为MB）个物理块，位示图的大小为204800/32=6400个字。
9.至少多少个资源才能避免死锁。我个人总结一个公式，（都需要要的资源数-1）*进程数+1
10.分时系统采用简单时间片轮转法，当系统中的用户数为n，时间片为q时，系统对每个用户的响应时间T= n*q
11.PV操作。
（1）每执行一次P操作，信号量S减一，如果S<0，则其绝对值为等待该资源的进程数。
（2）信号量的初始值等于资源数量。
12.设计操作系统不需要考虑的问题是：语言编译器的的设计实现
13.例题：某企业生产流水线M共有两位生产者，生产者甲不断地将其工序上加上的半成品放入半成品箱，生产者乙从半成品箱取出继续加工。假设半成品箱可存放n件半成品，采用PV操作实现生产者甲和生产者乙的同步可以设置三个信号量S、S1和S2，其同步模型如下图所示：
信号量S是一个互斥信号量，初值为（1）；S1、S2的初值分别为（2）（3）。
解析：（1）由于信号量S是一个互斥信号量，表示半成品箱当前有无生产者使用，所以初值为1。
（2）信号量S1表示半成品箱容量，故其值为n。当生产者甲不断将半成品放入半成品箱中时，应该先测试半成品箱中是否有空位，故生产者应该使用P（S1）。
（3）信号量S2表示半成品箱中有无半成品，初值为0。当生产者乙从半成品箱中取出继续加工前应该测试半成品箱中是否有半成品，故生产者乙使用P（S2）。
14.例题：进程P1、P2、P3、P4和P5的前趋图如下：
若用PV操作控制进程P1~P5并发执行的过程，则需要设置6个信号量S1、S2、S3、S4、S5和S6，且信号量S1~S6的初值都等于0。则a和b应该分别填（1），c和d分别填（2），e和f分别填（3）
解析：（1）因为P1是P3和P4的前驱，所以P1执行完后应通知P3和P4，故a处应是V（S1）V（S2）；同理，P2是P3和P5的前驱，P2执行完应通知P3和P5，故b处为V（S3）V（S4）
（2）因为P3是P1和P2的后继，P3执行前应测试P1和P2是否执行完，故应采用P（S1）P（S3）来分别测试P1和P2是否执行完；因为P3是P4和P5的前驱，P3执行完应通知P4和P5，故应填V（S5）V（S6）
（3）
15.实时系统对于来自外部的事件必须在被控对象规定的时间内做出及时响应并对其进行处理
16.在磁盘调度管理中通常先进行移臂调度寻找磁道，再进行旋转调度寻找扇区
17.安全管理的文件级：将文件设置成只执行、隐含、索引、修改、只读、共享、系统等。
18.在同一进程中的各个线程都可以共享该进程所拥有的资源，如访问进程地址空间中的每一个虚地址、访问进程拥有已打开文件、定时器、信号量机构等，但是不能共享进程中某线程的栈指针。
19.在移臂调度算法中，先来先服务和最短寻找时间优先算法可能会改变移动臂的运动方向。
20.例题：假设磁盘块与缓冲区大小相同，每个盘块读入缓冲区的时间是10μs，由缓冲区送至用户区的时间是5
μs，系统对每个磁盘块数据的处理时间为2μs。若用户需要将大小为10个磁盘块的Docl文件逐块从磁盘读入缓冲区，并送至用户区进行处理，那么采用单缓冲区需要花费的时间为（1），采用双缓冲区需要的时间为（2）。
解析：（1）（每个盘块读入缓冲区的时间+由缓冲区送至用户区的时间）*文件数+系统对每个磁盘数据的处理时间，即（10+5）*10+2= 152
（2）每个盘读入的缓冲区时间*文件数+由缓冲区送至用户区的时间+系统对每个磁盘数据的处理时间，即10*10+5+2=107
21.例题：某磁盘有100个磁道，磁头从一个磁道转移到另一个磁道需要6ms。文件在磁盘上非连续存放，逻辑上相邻数据块的平均距离为10个磁道，每块的旋转延迟时间及传输时间分别为100ms和20ms，则读取一个100块的文件需要多少ms ？
解析：根据题意，每块的旋转延迟时间和传输时间之和为120ms，磁头从一个磁道转移到另一个磁道需要6ms，但逻辑上相邻数据块的平均距离为10个磁道，故读完一个数据块到下一个数据块所需的时间为60ms，100个文件需要的时间为100*（120+60）=18000ms
22.例题：假设磁盘有18个扇区，系统刚完成了10号柱面的操作，当前移动壁在13号柱面上，进程的请求序列如下表所示。若系统采用SCAN（扫描）调度算法，则系统响应序列为（1）；若系统采用CSCAN（单项扫描）调度算法，则系统响应序列为（2）。
解析：（1）SCAN调度算法又称为电梯算法，先按照特定方向满足所有的请求，再回头方向满足。由于系统完成了10号柱面的操作之后就到了13号柱面，可以推算出由小到大满足，故从13往后推算就是15->20->30，当全部满足之后，就像电梯一样往下，即8->6->5->2。请求序列中柱面号为15的请求有3个，按照扇区号从小到大排序，即⑦->⑩->①，请求序列中柱面号为20的请求有2个，顺序为②->④或④->②，所以最终序列为⑦⑩①②④③⑨⑧⑤⑥。
（2）CSCAN调度算法又称为循环算法，最小磁道号紧接着最大磁道号构成循环，进行扫描。题目中从第一个请求开始，即15->20->30->2->5->6->8，再按照扇区号从小到大排序，即⑦⑩①②④③⑥⑤⑧⑨
23.例题：假设一台按字节编址的16位计算机系统，采用虚拟页式存储管理方案，页面的大小为2k，且系统中没有使用快表（或联想存储器）。某用户程序如图a所示，该程序的页面变换表如图b所示，表中状态位等于1和0分别表示页面在内存或不在内存。
图a中MOVE Data1，Data2 是一个4字节的指令，Data1和Data2表示该指令的两个32位操作数。假设MOVE指令存放在2047地址开始的内存单元中，Data1存放在6143地址开始的内存单元中，Data2存放在10239地址开始的内存单元中，那么执行MOVE指令将产生（1）次缺页中断，其中：取指令产生（2）次缺页中断，取Data1和Data2操作数分别产生（3）次缺页中断。
解析：从图a我们可以看出，MOVE执行属于页面0和1，而Data1属于页面2和3，Data2属于页面4和5，另外，结合图b可以看出，编号为1,2,3,4,5的页面都不在内存中，如果要取这几个页面的数据，必须先将其置换进内存，因此总共是5次缺页中断。取指令中断1次，取Data1和Data2操作数分别产生2次。
24.例题：进程资源图如图a和b所示，对以下两个图进行分析（谁是阻塞节点，是否可以简化，是否死锁）。
解析：（a）R1到P1的箭头代表R1分配给P1一个资源，P2到R1的箭头代表P2向R1申请一个资源。因为R1资源只有两个，分别分配给P1和P2，P2再向R1申请资源得不到满足，故进程P2是阻塞节点；同样R2也只有3个，均已分配，无法满足P1需求，故进程P2也是阻塞节点。两个进程均为阻塞节点，故进程资源图a是死锁的，该图不可以简化。
（b）R1有两个资源，均已分配，故P2的申请得不到满足，P2是阻塞节点。R2有三个资源，分配2个，P3申请可以满足，故P3运行后可以释放资源，这样P1和P3均不是阻塞节点，因此该图是非死锁的，可以简化的。
25.例题：某进程有4个页面，页号为0~3，页面变换表及状态位、访问位和修改位的含义如下图所示。若系统给该进程分配了3个存储块，当访问前页面1不在内存时，淘汰表中页号为什么的页面代价最小？
解析：根据题意，0,2,3都是最近被访问过的，但0和2号页面都被修改过而3号页面未修改过，故应该淘汰3号页面。
26.例题：某文件系统采用多级索引结构。若磁盘块的大小为1k字节，每个块号占3字节，那么采用二级索引时的文件最大长度为多少k字节？
解析：根据题意，磁盘块的大小为1KB，每个块号需占3B，因此一个磁盘物理块可存放1024/3 = 341个块号（取整）。采用一级索引时的文件最大长度为：341*1024/1024=341KB。*1024代表1kb有1024b
采用二级索引时的文件最大长度为：341*341*1024/1024=116281KB
27.例题：假设某磁盘的每个磁道划分为9个物理块，每块存放1个逻辑记录。逻辑记录R0，R1，…，R8存放在同一个磁道上，记录的安排顺序如下表所示：
如果磁盘的旋转速度为27ms/周，磁头当前处在R0的开始处。若系统顺序处理这些记录，使用单缓冲区，每个记录处理时间为3ms，则处理这9个记录的最长时间为（1）；若对信息存储进行优化分布后，处理9个记录的最少时间为（2）
解析：（1）系统读记录的时间为27/9= 3ms。处理9个记录的时间为8*27+3+3=222。处理前8个记录加上读第九个记录。
（2）从上表可以看出，当读出记录R1并处理结束后，磁头刚好转至R2记录的开始处，立即就可以读出并处理，因此处理9个记录的总时间为：9*（3ms（读时间）+3ms（处理记录时间））=9*6=54。
29.嵌入式系统初始化过程可以分为3个主要环节，按照自底向上、从硬件到软件的次序依次为：片级初始化、板级初始化和系统级初始化。
（1）片级初始化完成嵌入式微处理器的初始化，这是一个纯硬件的初始化过程。
（2）板级初始化完成嵌入式微处理器以外的其他硬件设备的初始化，是一个同时包含软硬件两部分在内的初始化过程。
（3）系统初始化过程以软件初始化为主，主要进行操作系统的初始化。
30.I/O设备管理软件一般分为4个层次，如下图所示：
①与设备无关的系统软件②设备驱动程序③中断处理程序
31.嵌入式操作系统的特点：
（1）微型化：从性能和成本角度考虑，希望占用的资源和系统代码量少
（2）可定制：从减少成本和缩短研发周期考虑，要求嵌入式操作系统能运行在不同的微处理器平台上，能针对硬件变化进行结构与功能上的配置，以满足不同应用的需求。
（3）实时性：嵌入式操作系统主要应用于过程控制、数据采集、传输通信、多媒体信息及关键要害领域需要迅速响应的场合，所以对实时性的要求比较高。
（4）可靠性：系统构建、模块和体系结构必须达到应有的可靠性，对关键要害应用还要提供容错和防故障措施。
（5）易移植性：通常采用硬件抽象曾和板级支撑包的底层设计技术。
更新日志：
2022/7/26
2022/7/27
2022/7/31
2022/8/7
2022/8/15（完结）
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