计算机操作系统考试习题

1.设计现代OS的主要目标是什么？

答：（1）方便性（2）有效性（3）可扩充性（4）开放性（兼容性）

2.OS的作用可表现为哪几个方面？

答：（1）OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口。

（2）OS作为计算机系统资源的管理者。

（3）OS实现了对计算机资源的抽象。

3.OS有几大特征？其中最基本的特征是什么？

答：（1）并发行（2）共享性（3）虚拟性（4）异步性

其最基本的特征是并发行和共享性

4.在操作系统中为什么要引入进程的概念？它会产生什么样的影响？

答：因为进程能使程序并发执行，且为了对并发执行的程序加以描述和控制，所以才会引入进程的概念。产生的影响：引入进程后，程序并发执行，进程具有动态性，独立性和异步性。

5.试从动态性，并发性和独立性上比较进程和程序。

答：（1）动态性是进程基本特征，可表现为由创建而产生，由调度而执行，因得不到资源而暂停执行，以及由撤销而消亡，因而进程有一定的生命期。而程序只是一组有序指令的集合，是静态实体。

（2）并发性是进程重要特征，同时也是OS重要特征。而程序不能并发执行。

（3）独立性是指进程实体是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位。而对于未建立任何进程的程序，都不能作为一个独立的单位参加运行。

6.试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因。

答：（1）处于就绪状态的进程，当进程调度程序为之分配处理机后，该进程由就绪状态变为执行状态。

（2）正在执行的进程因发生某事而无法执行，则由执行状态变为阻塞状态。

（3）正在执行的进程，如因时间片用完或被高优先级的进程抢占处理机而被暂停执行，该进程由执行状态变为就绪状态。

7.试从调度性，并发性，拥有资源及系统开销方面对进程和线程进行比较。

答：（1）调度性：在传统OS中，拥有资源的基本单位和独立调度，分派的基本单位都是进程。在引入线程的OS中，则把线程作为调度和分派的基本单位，而把进程作为资源拥有的基本单位。

（2）并发性：在引入线程的OS中，不仅进程之间可以并发执行，而且在一个进程中的多个线程之间可并发执行，因而它比传统的OS具有更好的并发性。

（3）拥有资源：在两种OS中，拥有资源的基本单位都是进程。线程除了一点在运行中必不可少的资源外，本身基本不拥有系统资源，但它可以访问其隶属进程的资源。

（4）开销：由于在创建或撤销进程时，系统都要为其分配或回收资源，如内存空间，I/O设备等。进程切换时所要保存和设置的现场信息，也要明显多于线程。因此，OS在创建，撤销和切换进程时所付出的开销明显大于线程。

8.同步机制应该遵循的规则有哪些？

答：（1）空闲让进（2）忙则等待（3）有限等待（4）让权等待

9.在选择调度方式和调度算法时，应遵循的准则是什么？

答：（1）面向用户的准则：周转时间短，响应时间快，截止时间的保证，优先权准则。

（2）面向系统的准则：系统吞吐量高，处理机利用率好，各类资源的平衡利用。

10.试比较FCFS和SJF两种进程调度算法。

答：（1）相同点：两种调度算法都可用于作业调度与进程调度。

（2）不同点：FCFS调度算法每次都从后备队列中选择一个或多个最先进入该队列的作业，将它们调入内存，分配资源，创建进程，插入到就绪队列。该算法有利于长作业/进程，不利于短作业/进程。而SJF算法每次调度都从后备队列中选择一个或若干个运行时间最短的作业调入内存中运行。该算法有利于短作业/进程，不利于长作业/进程。

11.何谓死锁？产生死锁的原因和必要条件是什么？

答：如果一组进程中的每一个进程都在等待仅由该组进程中的其他进程才能引发的事件，那么该组进程是死锁的。产生死锁的原因：（1）竞争不可抢占性资源引起死锁（2）竞争可消耗资源引起死锁（3）进程推进顺序不当引起死锁。产生死锁的必要条件：（1）互斥条件（2）请求和保持条件（3）不可抢占条件（4）循环等待条件

12.什么是基于顺序搜索的动态分区分配算法?它可分为哪几种？

答：为了实现动态分区式分配，将系统中的空闲分区组织成空闲分区表或空闲分区链。所谓顺序搜索，是指按表或链的组织顺序，检索表或链上记录的空闲分区，去寻找一个最符合算法的，大小能满足要求的分区。它分为以下几种：（1）首次适应算法（2）循环首次适应算法（3）最佳适应算法（4）最坏适应算法

13.为什么要引入对换？对换可分为哪几种类型？

答：在多道环境下，一方面，在内存的某些进程由于某事件尚未发生而被阻塞，但它却占用了大量的内存空间，甚至有时可能出现在内存中所有进程都被阻塞而迫使CPU停止下来等待的情况；另一方面，却又有着许多作业在外存上等待，因无内存而不能进入内存运行的情况。显然这对系统资源是一种严重的浪费，且使系统吞吐量下降。为了解决这一问题，操作系统中引入对换技术。对换可分为两种类型：（1）整体对换（2）页面（分段）对换

14.分页和分段存储管理有何区别？

答：（1）页是信息的物理单位。采用分页存储管理方式是为实现离散分配方式，以消减内存的外零头，提高内存的利用率。或者说，分页仅仅只是系统管理上的需要，完全是系统的行为，对用户是不可见的。分段存储管理方式中的段则是信息的逻辑单位，它通常包含的是一组意义相对完整的信息。分段的目的主要在于能更好地满足用户的需要。

（2）页的大小固定且由系统决定。在采用分页存储管理方式的系统中，在硬件结构上，就把用户程序的逻辑地址划分为页号和页内地址两部分，也就是说是直接由硬件实现的，因而在每个系统中只能有一种大小的页面。而段的长度却不固定，决定于用户所编写的程序，通常由编译程序在对源程序进行编译时，根据信息的性质来划分。

（3）分页的用户程序地址空间是一维的。分页完全是系统的行为，故在分页系统中，用户程序的地址是属于单一的线性地址空间，程序员只需利用一个记忆符即可表示一个地址。而分段是用户的行为，故在分段系统中，用户程序的地址空间是二维的，程序员在标识一个地址时，既需要给出段名，又需给出段内地址。

15.虚拟存储器有哪些特征？其中最本质的特征是什么？

答：虚拟存储器有多次性，对换性，虚拟性三大特征。最本质的特征是虚拟性（虚拟性是以多次性和对换性为基础的）

16.在请求分页系统中，产生“抖动”的原因是什么？

答：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。

17. 在一个请求分页系统中,采用FIFO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块数M分别为3和4时,试计算在访问过程中所发生的缺页次数和缺页率，并比较所得结果。（So easy）

答：M=3时4 4 4 1 1 1 5 5 5 5 5 53 3 3 4 4 4 4 4 2 2 22 2 2 3 3 3 3 3 1 1调入调入调入替换替换替换替换命中命中替换替换命中缺页率= 9/12=75%M=4时4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 1 13 3 3 3 3 3 4 4 4 4 52 2 2 2 2 2 3 3 3 31 1 1 1 1 1 2 2 2调入调入调入调入命中命中替换替换替换替换替换替换缺页率=10/12=83.3%块数多了，并没有降低缺页率。

18.试说明I/O系统的基本功能？

答：(1)隐藏物理设备的细节

I/O系统必须通过对设备的加以适当的抽象，以屏蔽掉物理设备的细节，仅向上层进程提供少量的，抽象的读/写命令

(2)与设备的无关性

一方面用户不仅可以使用抽象的I/O命令，还可以使用抽象的逻辑设备名来使用设备

另一方面也可以有效的提高OS的可移植性和易适应性，对于OS本身而言，应允许在不需要将整个OS进行重新编译的情况下，增添新的设备驱动程序，以方便新的I/O设备的安装。

(3)提高处理机和I/O设备的利用率

在一般的系统中，许多I/O设备间是相互独立的，能够并行操作，在处理机与设备间也能并行操作。因此，I/O系统的第三个功能是要尽可能地让处理机和I/O设备并行操作以提高它们的利用率。为此，一方面要求处理机能快速响应用户的I/O请求，使I/O设备尽快地运行起来:另一方面也应尽量减少在每个I/O设备运行时处理机的干预时间。

(4)对I/O设备进行控制

对I/O设备进行控制是驱动程序的功能，目前对于I/O设备有四种控制方式：①采用轮询的可编程I/O方式；②采用中断的可编程I/O方式；③直接存储器访问方式；④I/O通道方式

(5)确保对设备的正确共享

从设备的共享属性上，可将系统中的设备分为如下两类:

①独占设备。进程应互斥地访问这类设备，即系统一旦把这类设备分配给了某进程后，便由该进程独占，直至用完释放。典型的独占设备有打印机、磁带机等。系统在对独占设备进行分配时，还应考虑到分配的安全性。

②共享设备，是指在段时间内允许多个进程同时访间的设备、典型的共享设备是磁盘，当有多个进程需对磁盘执行读、写操作时，可以交叉进行，不会影响到读写的正确性。

(6)错误处理

大多数的设备在运行时都容易出现错误和故障，从处理的角度，可将错误分为临时性和永久性错误，对于临时性错误，可通过重试操作来纠正，只有发生了持久性错误时，才需要向上层报告。

19.设备驱动程序通常要完成哪些工作？

答：(1)接收与设备无关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，井根据其中断类型，调用相应的中断处理程序进行处理。

20.目前常用的磁盘调度算法有哪几种？每种算法优先考虑的问题是什么？

答：（1）先来先服务FCFS:公平，简单，每个进程的请求都能依次得到处理。没有对寻道优化，平均寻道时间长。
   （2）最短寻道时间优先调度算法SSTF:要求访问的磁道是当前磁头所在的磁道最近，每次寻道时间最短。可能导致一些请求无限期推延。
   （3）电梯调度算法SCAN:不仅考虑当前磁道的距离，优先考虑在磁道前进方向的最短时间，排除磁头在盘面上的往复运动。电梯原理。
   （4）CSCAN:磁头单项移动。消除N-SCAN对两端请求的不公平。

21.何谓文件的逻辑结构？何谓文件的物理结构？

答：(1)文件的逻辑结构(File Logical Smucture).这是从用户观点出发所观察到的文件组组形式即义件是由一系列的逻辑记录组成的，是用户可以直接处理的数据及其结构，它独立于文件的物理特性，又称为文件组织(File Organization)。

(2)文件的物理结构，又称为文件的存储结构。这是指系统将文件存储在外存上所形成的一种存储组织形式，是用户不能看见的。文件的物理结构不仅与存储介质的存储性能有关，而且与所采用的外存分配方式有关。无论是文件的逻辑结构，还是其物理结构，都会影响对文件的检索速度。

22.对目录管理的要求是什么？

答：(1)实现“按名存取”：用户只须向系统提供所需访问文件的名字，便能快速准确地找到指定文件在外存上的存储位置，这是目录管理中的最基本的服务。也是文件系统向用户提供的最基本的服务。

(2)提高对目录的检索速度：通过合理的组织目录结构加快对目录的检索速度，从而提高对文件的存取速度。这是在设计一个大中型文件系统时所追求的主要目标。

(3)文件共享：在多用户系统中，应允许多个用户共享一个文件。这样就只须在外存中保留一份该文件的副本供不同用户使用，以节省大量的存储空间，并方便用户和提高文件利用率。

(4)允许文件重名：系统应允许不同用户对不同文件采用相同的名字，以便于用户按照自己的习惯给文件命名和使用文件。

23.采用单级目录是否能满足对目录管理的主要要求？为什么？

答：不能，单级文件目录的优点是简单，但它只能实现目录管理中最基本的功能——按名存取，不能满足对文件目录的其它三方面的要求，具体如下:

(1)查找速度慢

对于稍具规模的文件系统，为找到一个指定的目录项要花费较多的时间。对于一个具有N个目录项的单级目录，为检索出一个目录项，平均需查找N/2个目录项。

(2)不允许重名

在一个目录表中的所有文件，都不能与另一个文件有相同的名字，然而，重名问题在多道程序环境下却又是难以避免的:即使在单用户环境下，当文件数超过数百个时，也难于记忆

(3)不便于实现文件共享

通常，每个用户都有自己的名字空间或命名习惯。因此，应当允许不同用户使用不同的文件名来访问同一个文件。然而，单级目录却要求所有用户都只能用同一个名字来访问同文件简而言之，单级目录只能满足对目录管理的四点要求中的第一点，因而，它只适用单用户环境。

24.目前广泛采用的目录结构形式是哪种？它有什么优点？

答：树形结构目录。

树形结构目录的查询速度更快，同时层次结构更加清断，能够更加有效地进行文件的管理和保护。在多级目录中，不同性质、不同用户的文件，可以构成不同的目录子树。不同层次、不同用户的文件，分别呈现在系统目录树中的不同层次或不同子树中，可以容易地赋了不同的存取权限。

25.目前外存有哪几种组织方式？

答：(1)连续组织方式。在对文件采取连续组织方式时，为每个文件分配一片连续的磁盘空间，由此所形成的文件物理结构将是顺序式的文件结构。

(2)链接组织方式。在对文件采取链接组织方式时，可以为每个文件分配不连续的磁盘空间，通过链接指针将一个文件的所有盘块链接在一起，由此所形成的将是链接式文件结构。

(3)索引组织方式。在对文件采取索引组织方式时，所形成的将是索引式文件结构。在传统的文件系统中，通常仅采用其中的种组织方式来组织文件。在现代OS中，由于存在着多种类型的、特别是实时类型的多媒体文件，因此，对文件可能采取了多种类型的组织形式。

26.试说明廉价磁盘冗余阵列RAID的主要优点？

答：RAID具有下述一系列明显的优点:

(1)可靠性高，除了RAID O级外，其余各级都采用了容错技术。当阵列中某-磁盘损坏时，并不会造成数据的丢失。此时可根据其它未损坏磁盘中的信息来恢复已损坏的盘中的信息。其可靠性比单台磁盘机高出一个数量级。

(2) 磁盘I/O速度高，由于采取了并行交叉存取方式，可使磁盘I/O速度提高N-1倍。(3)性能/价格比高，RAID的体积与具有相同容量和速度的大型磁盘系统相比，只是后者的1/3,价格也只是后者的1/3，且可靠性高，换言之，它仅以牺牲1/N的容量为代价，换取了高可靠性。

27.在第一级容错技术中，包括哪些容错措施？什么是写后读校验？

答：(1)措施：双份目录，双份文件分配表，热修复重定向和写后读校验。

(2)写后读校验方式，为保证所有写入磁盘的数据都能写入到完好的盘块中，应该在每次向磁盘中写入一个数据块后，又立即将它读出，并送至另一缓冲区中，再将该缓冲内容与内存缓冲区中在写后仍保留的数据进行比较，若两者致，便认为此次写入成功；否则，再重写。若重写后两者仍然不一致，则认为该盘块有缺陷，此时，便应该将写入该盘块的数据写入到热修复重定向区中。

28.在第二级容错技术中，包括哪些容错措施？

答：第二级容错技术主要用于防止由磁盘驱动器和磁盘控制器故障所导致的系统不能正常工作，它具体又可分为磁盘镜像与磁盘双工。

1.磁盘镜像(Disk Mirroring)

为了避免磁盘驱动器发生故障而丢失数据，便增设了磁盘镜像功能。为实现该功能，须在同一磁盘控制器下，再增设一个完全相同的磁盘驱动器，如图8-13 所示。当采用磁盘镜像方式时，在每次向主磁盘写入数据后，都需要将数据再写到备份磁盘上,使两个磁盘上具有完全相同的位像图。把备份磁盘看作是主磁盘的一面镜子。当主磁盘驱动器发生故障时，由于有备份磁盘的存在，在进行切换后，使主机仍能正常工作。磁盘镜像虽然实现了容错功能，却使磁盘的利用率降至50%，也未能使服务器的磁盘I/O速度得到提高。

2.磁盘双工(Disk Duplexing)

如果控制这两台磁盘驱动器的磁盘控制器发生故障，或主机到磁盘控制器之间的通道发生故障，磁盘镜像功能便起不到数据保护的作用。因此，在第二级容错技术中，又增加了磁盘双工功能，即将两台磁盘驱动器分别接到两个磁盘控制器上,同样使这两台磁盘机镜像成对。

在磁盘双工时，文件服务器同时将数据写到两个处于不同控制器下的磁盘上，使两者有完全相同的位像图。如果某个通道或控制器发生故障时，另一通道上的磁盘仍能正常工作，不会造成数据的丢失。在磁盘双工时，由于每一一个磁盘都有自己的独立通道，故可同时（并行）地将数据写入磁盘或读出数据。

29.具有容错功能的集群系统的主要工作模式有哪几种？请简要说明之

答：只要的工作模式有三种：热备份模式，互为备份模式和公用磁盘模式

1.双机热备份模式：

在这种模式的系统中，备有两台服务器，两者的处理能力通常是完全相同的，一台作为主服务器，另一合作为备份服务器。平时主服务器运行，备份服务器则时刻监视着主服务器的运行，一日主服务器出现故障，备份服务器便立即接替主服务器的T作而成为系统中的主服务器，修复后的服务器再作为备份服务器。

2.双机互为备份模式

在双机互为备份模式中，平时，两台服务器均为在线服务器，他们各自完成自己的任务，例如，一台作为数据库服务器，另一台作为电子邮件服务器。为了实现两者互为名份的功能，在两台服务器之间，应通过某种专线将其连接起来。如果希望两台服务器之间能相距较远，最好利用FDDI单模光纤来连接两台服务器。在此情况下，最好再通过路由器将两台服务器互连起来，作为备份通信线路。

3.公用磁盘模式

为了减少信息复制的开销，可以将多台计算机连接到一台公共的磁盘系统上去。该公共磁盘被划分为若干个卷。每台计算机使用一个卷。如果某台计算机发生故障，此时系统将重新进行配置，根据某种调度策略来选择另一台替代机器，后者对发生故障的机器的卷拥有所有权，从而可接替故障计算机所承担的任务。这种模式的优点是消除了信息的复制时间，因而减少了网络和服务器的开销。

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