操作系统复习题

操作系统复习题

1、什么是操作系统？操作系统的作用是什么？

操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充。操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。

作用：OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口

OS作为计算机系统资源的管理者

OS实现了对计算机资源的抽象

2、操作系统有哪五大功能模块？各功能模块主要负责什么工作？

处理机管理功能：创建和撤销进程（线程），对诸进程（线程）的运行进行协调，实现进程（线程）之间的信息交换，以及按照一定的算法把处理机分配给进程（线程）。

进程控制进程同步进程通信调度

存储器管理功能：为多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用存储器，提高存储器的利用率以及能从逻辑上扩充内存。

内存分配内存保护地址映射内存扩充

设备管理功能：完成用户进程提出的I/O请求：为用户进程分配其所需的I/O设备；

提高CPU和I/O设备的利用率，提高I/O速度；方便用户使用I/O设备。

缓冲管理设备分配设备处理

文件管理功能：对用户文件和系统文件进行管理，以方便用户使用，并保证用户的安全性。

文件存储空间的管理目录管理文件的读/写管理和保护

操作系统与用户之间的接口：

用户接口：它是提供给用户使用的接口，用户可通过该接口取得操作系统的服务。

联机用户接口脱机用户接口

程序接口：它是提供给程序员编程时使用的接口，是用户程序取得操作系统服务的唯一途径。

3、在操作系统的发展过程中，出现哪些操作系统？它们各有什么特点？

无结构操作系统（整体系统结构）：是为数众多的一组过程的集合。

模块化结构操作系统：该技术是基于“分解”和“模块化”原则来控制大型软件的复杂度。模块的独立性

优点：提高了OS设计的正确性、可理解性和可维护性。

增强了OS的可适应性。

加速了OS的开发过程。

分层式操作系统结构：每一层都仅使用其底层所提供的功能和服务，这样可使系统

的调试和验证都变得容易 。

4、举出三个以上目前流行的操作系统，并说明它们的特点。

UNIX ：内核小巧：最早的UNIX 系统只占用512K 字节的磁盘空间

灵活：源代码是可利用的，UNIX 是用高级语言写成，提高了操作系统的可移植性； Linux ： 尽管Linux 拥有了UNIX 的全部功能和特点，但她却是最小，最稳定，最快速的操作系统，在最小配置下她可以运行在仅4M 的内存上；

Windows2000：主要应用在服务器领域，是一个可中断的、图形化的面向商业环境的操作系统，为单一处理器或对称多处理器的32位Intel x86电脑而设计。

Mac ：简单,视窗界面出色,安全稳定 (相比Windows 和Linux) ,mac os x 和iOS 都是苹果公司对类Unix 系统的深度开发。

5、什么是进程？进程有哪几种状态？如何转换的？

进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位

1)就绪(Ready)状态：只要获得CPU 就可执行

2) 执行状态：占用CPU

3) 阻塞状态 ：正在执行的进程由于发生某种事件而暂时无法执行时，便放弃CPU 而处于暂停状态。

进程的三种状态极其转换：

三种状态以外的新状态：挂起状态

进程状态的转换： 活动就绪→静止就绪。

活动阻塞→静止阻塞。

静止就绪→活动就绪。

静止阻塞→活动阻塞

两种比较常见的进程状态： 创建状态和终止状态

进程状态的转换：

6、什么是线程？它与进程有什么区别？

间片完

线程是系统独立调度和分派的基本单位，其基本上不拥有系统资源，只有少量资源（IP，寄存器，栈），但共享其所属进程所拥有的全部资源。

区别：【调度】

传统操作系统中：进程作为拥有资源的基本单位和独立调度、分派的基本单位。

引入线程的操作系统中：线程作为调度和分派的基本单位，而进程作为资源拥有的基本单位。

【并发性】

在引入线程的操作系统中，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亦可以并发执行，使得操作系统具有更好的并发性，从而能更加有效地提高系统资源的利用率和系统的吞吐量。

【拥有资源】

不论是传统的操作系统，还是引入了线程的操作系统，进程都可以拥有资源，是系统中拥有资源的一个基本单位。一般而言，线程自己不拥有系统资源（也有一点必不可少的资源），但它可以访问其隶属进程的资源。

【系统开销】

在创建或撤销进程时，系统都要为之创建和回收进程控制块，分配或回收资源，如内存空间和I/O设备等，操作系统所付出的开销明显大于线程创建或撤销时的开销。

7、什么是进程的同步？进程同步的主要任务是什么？

同步：并发进程在执行次序上的协调，以达到有效的资源共享（进程间接制约）和相互合作（进程直接制约），使程序执行有可再现性（引起不可再现性是因为临界资源没有互斥访问。

主要任务是使并发执行的诸进程之间的有效的共享资源和相互合作:(1)进程互斥方式，是指诸进程在对临界资源进行访问时，应采用互斥方式；（2）进程同步方式，指在相互合作完成共同任务的进程间，由同步机构对他们的执行次序加以协调。

8、处理机调度分哪几个层次？其调度对象各是什么？

高级调度（作业调度，长程调度）：调度对象是作业

低级调度（进程调度，短程调度）：调度对象是进程（或内核级线程）

中级调度（中程调度）：调度对象是暂时不能运行的进程

9、进程调度方式的非抢占式和抢占式有什么区别？抢占调度方式的主要原则有那几条？

非抢占式：一旦把处理机分配给某进程后，不管它需要运行多长时间，都一直让它运行下去，觉不会因为时钟中断等原因而抢占正在运行进程的处理机，也不允许其它进程抢占已经分配给它的处理机。

抢占式：根据某种原则去暂停某个正在执行的进程，将已分配给该进程的处理机重新分给另一进程。

抢占调度方式的主要原则：优先权原则短作业（进程）优先原则时间片原

则

10、什么是进程控制块？有什么作用？

进程控制块(PCB)是系统为了管理进程设置的一个专门的数据结构，它是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。

进程控制块的作用：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。或者说，OS是根据PCB 来对并发执行的进程进行控制和管理的。

11、什么是原语（原子操作）？举例说明。

原语：内核或微核提供核外调用的过程或函数称为原语(primitive)。

原子操作：在多进程（线程）的操作系统中不能被其它进程（线程）打断的操作就叫原子操作，文件的原子操作是指操作文件时的不能被打断的操作。

Wait（S）和signal（S）是两个原子操作，因此，他们在执行时是不可中断的。12、什么是临界资源？如何利用信号量和P、V操作实现进程互斥？

临界资源：一次仅允许一个进程访问的资源

利用信号量实现进程互斥的进程可描述如下：

Var mutex:semaphore∶

begin

parbegin

process 1: begin

repeat

wait(mutex);

critical section

signal(mutex);

remainder seetion

until false;

end

process 2: begin

repeat

wait(mutex);

critical section

signal(mutex);

remainder section

until false;

end

parend

end

为使多个进程能互斥地访问某临界资源，只须为该资源设置以互斥信号量mutex，并将其初始值为1，然后将各进程访问该资源的临界区CS置于wait（mutex）和signal(mutex)操作之间即可。这样，每个欲访问该临街资源的进程在进入临界区之前，都要先对mutex执

行wait操作，若该资源此刻未被访问，本次wait操作必然成功，进程便可进入自己的临界区，这时若再有其他进程也欲进入自己的临界区，此时由于对mutex执行wait操作定会失败，因而该进程阻塞，从而保证了该临界资源能被互斥地访问。

13、什么是死锁？死锁的必要条件是什么？解决死锁的基本方法有哪些？

所谓死锁，是指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当进程处于这种僵持状态时，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。

死锁的必要条件：(1) 互斥条件：某资源只能由一个进程占用。

(2) 请求和保持条件：占有一个资源，请求新资源，但不放弃占有的

资源，而新资源已被其它进程占用。

(3) 不剥夺条件：已获得的资源不能被剥夺，只能靠自己释放。

(4) 环路等待条件：存在一个进程—资源的环形链。

解决死锁的基本方法：(1) 预防死锁：通过破坏死锁的四个必要条件中的一个或多个，来预防死锁。

(2) 避免死锁：在资源动态分配过程中，用某种方法防止系统

进入不安全状态，从而避免发生死锁。

(3) 检测死锁：通过系统所设置的检测机构，及时地检测出死

锁的发生，并精确地确定与死锁有关的进程和资源。

(4) 解除死锁：当检测机构检测到系统中发生死锁时，将进程

从死锁中解脱出来。

14、什么是进程通信？进程通信有哪几种类型？

进程通信，是指进程之间的信息交换，其所交换的信息量少者是一个状态或数值，多者则是成千上万个字节。

类型：共享存储器系统

消息传递系统

管道通信

15、什么是虚拟存储器？有什么作用？是如何实现的？

所谓虚拟器，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加以扩充的一种存储器系统。

作用：从逻辑上扩充内存的容量。

使一个大的用户程序能在较小的内存空间运行。

在内存中同时装入更多的进程使它们并发执行。

实现：虚拟存储器的实现，毫无例外地都是建立在离散分配存储管理方式的基础上的。

分页请求系统：硬件支持，实现请求分页的软件

请求分段系统：请求分段的段表机制，缺段中断机构，地址变换机构

16、在存储器管理的连续分配方式中，单一连续分

配、固定分区分配和动态（可变）分区分配的原理是什么？

单一连续分配：这是最简单的一种存储管理方式，但只能用于单用户、单任务的操作系统中。采用这种存储管理方式时，可把内存分为系统区和用户区两部分，系统区仅提供给OS使用，通常是放在内存的低址部分；用户区是指除系统区以外的全部内存空间，提供给用户使用。

固定分区分配：将内存用户空间划分为若干个固定大小的区域，在每个分区中只装入一道作业，这样，把用户空间划分为几个分区，便允许有几道作业并发运行。

动态（可变）分区分配：根据进程的实际需要，动态地为之分配内存空间。

17、在可变分区存储管理中，有哪几种分配算法？各自的原理和特点是什么？

1．首次适应算法FF

要求：分区按低址――高址链接

特点：找到第一个大小满足的分区，划分出一块给申请者，余下的仍留空闲链中。低址内存使用频繁。

2．循环首次适应算法

从1中上次找到的空闲分区的下一个开始查找，并循环查找。

特点：空闲分区分布均匀，提高了查找速度；缺乏大的空闲分区。

3.最佳适应算法。

该算法总是把既能满足要求，又是最小的空闲分区分配给作业。

4.最坏适应算法。按大小递减的顺序形成空闲区链，分配时直接从空闲区链的第一个空

闲分区中分配（不能满足需要则不分配）。

18、什么是逻辑地址和物理地址？在页式、段式和段页式存储管理方式中，逻辑地址的组成各有什么不同？

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。

页式存储管理方式：页号P+页内地址W

段式存储管理方式：段号+段内地址

段页式存储管理方式：段号S+段内页号（P）+页内地址（W）

19、页式存储管理和段式存储管理的原理是什么？有什么区别？各有什么优缺点？

20、什么是页表和段表？有什么用处？

页表：在分页系统中允许将进程的各个页离散地存储在内存不同的物理块中，但系统应能保证进程的正确运行，即能在内存中找到每个页面所对应的物理块。为此，系统又为每个进程建立了一张页面映像表，简称页表。作用是：实现页号到物理块号的地址映射。段表：在分段式存储管理系统中，为每个分段分配一个连续的分区，而进程的各个段可以离散地移入内存中不同的分区中。为使程序能正常运行，能从物理内存中找出每个逻辑段所对应的位置，在系统中为每个进程建立一张段映射表，简称“段表”。

21、按设备的传输速率分，设备分为哪几类？举例说明。

可分为三类：低速设备、中速设备、高速设备。

低速设备：例如键盘、鼠标器、语音的输入和输出等设备

中速设备：例如行式打印机、激光打印机等

高速设备：例如磁带机、磁盘机、光盘机等

22、什么是设备控制器？主要功能有哪些？

设备控制器：它是计算机中的一个实体。主要职责是控制一个或多个I/O设备，以实现I/O设备和计算机之间的数据交换。它是CPU与I/O设备之间的接口。是一个可编址的设备。

主要功能：1）接收和识别命令2）数据交换3）标识和报告设备的状态4）地址识别5）数据缓冲6）差错控制

23、I/O的控制方式有哪几种？各有什么特点？

有四种：程序I/O方式、中断驱动I/O控制方式、直接存储器访问（DMA）I/O控制方式和I/O通道控制方式

程序I/O方式：

中断驱动I/O控制方式：

直接存储器访问（DMA）I/O控制方式：

I/O通道控制方式：

24、什么是SPOOL系统？由哪几部分组成？

SPOOL系统：建立在具有多道程序功能的操作系统上，有高速随机外存的支持，通常采用磁盘存储技术的系统。

组成：（1）输入井和输出井：模拟脱机的磁盘，暂存输入输出数据。

（2）输入、输出缓冲区：缓和CPU与磁盘的速度不匹配的矛盾。

（3）输入、输出进程：用来模拟脱机I/O的外围控制机。

25、什么是磁盘调度？其目标是什么？

磁盘调度：当有多个进程都要求访问磁盘时，使各进程对磁盘的平均访问时间最少的最佳调度算法。

目标：使磁盘的平均寻道时间最少。

26、文件、记录和数据项之间是什么关系？举例说明？

关系：文件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。

举例

27、什么是文件目录、文件控制块和索引结点？各有什么作用？

文件目录：为能对一个文件进行正确的存取，必须为文件设置文件控制块。文件与文件控制块一一对应，而把文件控制块的有序集合称为文件目录。

文件目录是一种数据结构，用于标识系统中的文件极其物理地址，供检索时使用。

作用：对计算机系统中存储的大量文件实施有效的管理，对它们加以妥善组织。

文件目录具有将文件名转换为该文件在外存的物理位置的功能文件控制块：为了能对文件进行正确的存取，必须为文件设置用于描述和控制文件的数据结构，称之为“文件控制块（FCB）”

作用：能对文件进行正确的存取。

索引结点：在文件目录中的每个目录仅由文件名和指向该文件所对应的i结点的指针所构成，形成一个称为索引结点的数据结构，简称i结点。

作用：

28、常用的文件存储空间的管理方法有哪几种？各用在哪些操作系统中？

空闲表法：

空闲链接表法：

位示图法：位示图常用于微型机和小型机中，如CP/M,Apple-DOS等OS系统中

成组链接法：UNIX系统

29、什么是FAT？FAT中有什么内容？有什么作用？FAT: 具有驻留在逻辑卷的开端的文件分配表。是一种适合小卷集与双重引导需要的文件系统。由于分配给文件的所有盘块号都放在该表中，故把该表称为文件分配表FAT。

FAT中内容：在早期MS-DOS的FAT文件系统中，引入了“卷”的概念，可以支持将一个物理磁盘分成四个逻辑磁盘，每个逻辑磁盘就是一个卷（也成为分区），也就是说每个卷都是一个能够被单独格式化和使用的逻辑单元，供文件系统分配给空间时使用。一个卷包含了文件系统信息、一组文件以及空闲空间。（p216）

作用：

它的意义在于对硬盘分区的管理。

30、FAT12、FAT16、FAT32、NTFS有什么区别？为什么FAT表项的位数决定了可管理的磁盘最大容量？

FAT12:是IBM第一台个人电脑中的MS-DOS 1.0使用的文件系统，主要用于软盘。这种系统限制分区的容量最大为16MB——但这根本算不上问题，因为软盘容量从来没有达到16MB。

FAT16：它被很多操作系统支持，兼容性最好，但分区最大只能到2GB，并且空间浪费现象比较严重。并且由于FAT16文件系统是单用户文件系统，不支持任何安全性及长文件名。

FAT32：是在FAT16基础上发展而来，随着Windows 95 OSR2一起发布，可以被大多数操作系统支持，FAT32比FAT16更有效地利用了硬盘空间，并且最大分区的上限已经达到了32GB，适合一般家庭使用。

【 ISO9660：CD-ROM的文件系统，不过现在已经延伸出很多新的文件系统，对它的一些缺点进行了弥补，如Juliet等。

UDF：可读写光盘的文件系统。

Mac HFS：苹果电脑的文件系统，对大容量磁盘有比较好的支持。不过，现在大多数苹果电脑还在使用FAT32文件系统。】

NTFS是Windows NT引入的新型文件系统，它具有许多新特性。本文旨在探索NTFS 的底层结构，所叙述的也仅是文件在NTFS卷上的分布。NTFS中，卷中所有存放的数据均在一个叫$MFT的文件中，叫主文件表(Master File Table)。而$MFT则由文件记录(File Record)数组构成。File Record的大小一般是固定的，通常情况下均为1KB，这个概念相当于Linux 中的inode。

只有Windows NT/2000/XP才能识别NTFS系统，Windows 9x/Me以及DOS等操作系统都不能支持、识别（看不到）NTFS格式的磁盘。由于（普通的）DOS系统不支持NTFS系统，所以最好不要将C:盘制作为NTFS系统，这样在系统崩溃后便于在DOS系统下修复。

31、掌握以下算法：

（1）银行家算法

（2）信号量机制的经典进程同步算法（生产者—消费者、读者—写者）

（3）页面置换算法（最佳、FIFO、LRU）

（4）给出盘块的大小和磁盘容量，计算FAT所占空间的大小。

（5）磁盘调度的SSTF算法、SCAN算法、CSCAN算法。