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1、2012 操作系统复习提纲操作系统复习提纲本来想搞好在共享的！没时间了！大家凑合着用吧！立业教材名称：操作系统之哲学原理Please remember the title of the book during your preparation for the exam.核心考点：核心考点：1.微内核操作系统2.进程管理3.线程模型，两种线程模型，与线程管理模型实现相关的各种概念4.多道编程的好处，程序道数和吞吐量的关系，响应时间计算（不同的调度策略）5.信号量、管程的非编程题6.页式管理7.同步/互斥 喂金鱼问题8.死锁算法，银行家算法，哲学家就餐问题9.锁的实现10.页面替换算法11.段页式
2、管理12.磁盘参数计算13.FAT 文件系统14.索引文件系统15.文件系统相关的概念：文件夹、内存映射文件、访问效率、保证文件系统一致性的手段Chapter 1：练习：练习 2，7-2 问题：你对操作系统和用户程序之间有什么看法？诠释你的想法。答：在操作系统 的上面是虚拟界面，其下面是物理机器。而物理机器下面是硬件，虚拟界面上面就是用户程序。显然，操作系统为用户程序提供了很好的虚拟界面，而应用程序很好滴在正界面上运行。1）本质上而言，OS也是个程序，用户程序也是个程序，两者扮演者调用与被调用的关系。这样理解，操作系统通过虚拟界面为用户程序提供各种服务，用户程序在运行过程中不断地使用 OS 提
3、供个各种服务来完成自己的任务。这样而言，是用户程序调用 OS 提供的各种服务。2）而另一种角度看，OS 是主程序，用户程序是子程序。启动 OS 后，OS 将控制交给了用户程序，用户程序执行完后将控制交回给 OS，这样而言，是操作系统调用主程序用户程序执行完后在返回操作系统。3）对于两种截然相反的观点，没有对错，只有好坏，这也是人造科学的主要特点。对次，我认为，OS 和用户程序的关系不单是一种简单的调用与被调用的关系，还是一种相互协调的调用。形成一种非常复杂的动态关系。-2 问题：有人认为设备管理（设备驱动程序）应该由第三方提供，而不是 OS 的一部分。对此，你有什么看法？如何判断一个软件是不是
4、属于操作系统？答：1）一般操作系统只是为 I/O 管理提供接，那样子可以实现其屏蔽设备差异性和提供并发访问。本质上，设备驱动程序是常驻内存低级硬件程序共享库。从理论上讲，所有的硬件设备都需要安装相应的驱动程序才能正常工作。但像 CPU、内存、主板、软驱、键盘、显示器等设备却并不需要安装驱动程序也可以正常工作，而显卡、声卡、网卡等却一定要安装驱动程序，否则便无法正常工作。这是为什么呢？ 这主要是由于这些硬件对于一台个人电脑来说是必需的，所以早期的设计人员将这些硬件列为 BIOS 能直接支持的硬件。换句话说，上述硬件安装后就可以被 BIOS 和操作系统直接支持，不再需要安装驱动程序。从这个角度来说
5、，BIOS 也是一种驱动程序。所以设备驱动有多种，如官方版、第三方版、微软认证版、发烧友修改版等2）要界定一个软件是不是操作系统的那得先清楚 OS 是什么。OS 扮演的是一个管理者和魔术师的角色，所以他能够全局地掌握计算机局势，管理计算机的资源，为用户程序提供服务，并且将复杂的事情简单化。对此，OS大概划分了几大领域：CPU 管理、内存管理、外存管理、I/O 管理。但是不是说每一个都是很清晰地划定界限的。更多的是相互协作，而且分别在不同的态势下运行的。所以说，基本满足 OS 的要求的都可以放在内核态，其他的可以归属于用户态。那样会比较合理。Chapter 2：练习：练习 3，4，7，9-3 问
6、题：计算机有过去的单一操心到终端到现在的个人，似乎人类在兜圈子了。这种否定之否定的观点。你何解？答：对此，我个人观点是，不算兜圈子。这是一个螺旋上升的发展方式。也是任何事物大发展趋向。从单一的操作员到控制端，再到现在的个人机都是需求而导向的发展。其否定之否定，并不是完全地否定。而是在否定前单一操作员的基础上提炼发展出终端控制，再到个人机。当然，从另一个角度而言，这是一种兜圈子的。在单一操作员可以直接发展到个人机，但是人类没那么聪明，只能在探索中发展改变。所以，这种否定之否定的发展策略是必须的，也是一种能可持续发展的根本！-4 问：对 OS 未来的看法。答：-7 问：没有 OS 的计算机是废铁，
7、早期的计算机没有 OS 也能运转，怎么理解？答：确实，没有 OS 的计算机就是废铁，即使是早期的计算机没有 OS，第一阶段时的状态机是有人工地进行操作，那也是一种操作系统，即那时人就是操作系统。到了第二阶段的是人机交互的操作系统。然后再渐渐地发展的。-9 问：MACH 提出的微内核操作系统因为运行效率低下没被商业化，那为什么效率低下呢？?Chapter 3：练习：练习 3，7，9，11-3 问：内核程序可以访问任何资源的权限对操作系统安全造成严重的威胁，你怎么看？答：认同这种观点。运行在内核态的程序的可靠性和安全性和必要，否则会造成威胁。所以要求在内核态运行的程序可以访问更多的资源但是也要求可
8、靠性、安全性高，那么维护管理比较复杂。-7 问：操作系统调用和壳之间的关系。答：壳（Shell）是方便那些不会编程的用户提供的一中服务，每一中系统调用都提供某种壳，这个壳是覆盖在操作系统上的用户界面，即是图形界面，又是文本界面。用户在这个界面上输入命令，操作系统折执行这些命令。但是，这个命令不是直接调用操作系统，而是调用 Utilities，Utilities 类似于 C 语言的库函数，有 Utilities 调用系统服务。-9 问 fork 是如何实现一次调用两次返回的？它有必要吗？为什么？答：一次返回值为 0，表明是子进程（创建新进程） ，对应 if-else 复合语句中的 if 部分；另
9、一次是返回值不是 0，表明是父进程，对应 if-else 符合语句中的 else 部分，而这个返回值就子进程的进程 ID，也就是 fork 的 if-else 的 if和 else 部分在 fork 完成后都执行。但是为什么 fork 能返回两个值进行两次呢？那时因为 fork 创建一个和自己完全一样的进程。在 fork 系统调用后，我们面对的是两个进程，而不是一个进程，这两个进程的程序代码时一样的，也就是其中一个执行 if 部分后，在另一个进程执行 else 部分。因此，从两个进程来看分别执行，都有自己的调用栈，是没有矛盾的！-11 问：内核态的特权是如何实现的？答：首先明白操作系统是怎么对
10、一个程序的限制，才能明白怎么实现内核态和用户态。要限制一个程序对资源的使用，程序每发出一条指令都要进程检查才能执行，这种检查就是地址翻译。通过地址翻译的控制来控制对资源的使用。所以内核态的实现时，当系统处于内核态的时候，内核程序可以绕过内存地址翻译而直接执行特权指令。WednesdayChapter 4：练习：练习 1，2，8，10，12-1 问：发明进程的根本动力是什么，它与进程是什么关系？答：进程是为了实现多道程序设计而产生的，它是程序的一次执行，是放在内存中的程序。追求效率，第一阶段的操作系统是单一操作员进行控制终端的、批处理效率低下的问题，是 CPU 使用的效率不高，为了提高效率，人们
11、将多个程序同时加载到计算机里面，并发执行。这些同时存在计算机的程序就是进程。让每一个用户都感觉自己又自己的 CPU。追求高效率导致进程的产生，进程实现了高效率的使用宗旨。-2 问：进程给我们带来最大的好处是什么？它有什么缺点？答：优点：1）提高 CPU 的运行效率，或者说是提高了系统的吞吐量；2）改善系统的响应时间。缺点：1）同一时间只能种同一件事情；2）阻塞，如有不需要数据部分也无法执行-8 问：进程管理的两个重要考虑是公平和效率除此之外，还要什么因素考虑吗？答：优先级，重要的任务优先！-？补充？-10 问：多道编程只能提高 CPU 的效率吗？为什么？答：不是的！当多道编程的度数的增加，CP
12、U 的利用率的增长速率就降低。3 个进程 CPU 是 48.9%，4 个进程的CPU 利用率是 73.8%，5 个是 67.2%，6 个是 73.8%，7 个是 80%。逐渐地提升幅度降低。直到某个临界点就是多道编程的极限。然后再添加度数就会降低 CUP 的利用率。所以说不是都到编程总能提高 CPU 的使用率的！-12 问：分析内核态下的进程通常共享一个地址空间这是为什么？答：内核态下只有操作系统本身能进行调度，用户态无法达到。内核态程序具有访问所有资源的权限，所有地址空间对内核态来说都是透明的，而且内核状态下操作系统本身可以按部就班运行而不发生错误，共享一个地址空间使得系统运行更高效。Cha
13、pter 5：了解各种进程调度算法，练习：了解各种进程调度算法，练习 4，5，7，8，12，13，14-4 问：如果想让某个进程获得 50%的运行机会，那么该使用哪种调度策略？答：首先明白进程调度的目的是：极小化响应时间、极大化系统吞吐量、保持系统的各个功能处于繁忙状态和提供貌似公平的机制。实现方法有：FCFS（先来先服务） 、时间片轮转算法、短任务优先、优先级调度、混合调度、保证调度、彩票调度、用户公平调度，还有实时调度、EDF 调度、RMS 调度算法等等。而其中能达到保证 50%的CPU 时间的是彩票调度-5 问：P92答：FCFS 调度情况：C(1+9)*10=100ms A100+50
14、ms B 100+50+100ms 这样系统的响应时间是：250ms+300ms时间片轮转算法调度：时间片大小为 10ms : (B-10ms -A-10ms-C-10ms)*5 次 -(A 10ms -C 10ms)*5 次 系统响应总时间=150ms+100ms=250ms-7 问：优先级倒挂是什么？有什么危害？答：-8 问：优先级倒挂的 3 中方法，哪种最优？答：-12 问：P92答：-13：问：答：-14 问：答：Chapter 6：PassThursdayChapter 7：线程模型（内核态：线程模型（内核态/用户态）用户态） ，调度器激活，练习：，调度器激活，练习：2，3，6，9-
15、2 问：用户态线程实现由于不能应对阻塞操作，有人为其实没有任何用处的，你怎么认为？答：用户态线程解决阻塞问题是很麻烦的，虽然当发生阻塞时可以通过激活调度器来实现，但是要修改操作系统，而且违反层次设计的原则，所以没有被商业化。但也并非一无是处的，用户态线程的实现要执行系统调度器进行切换线程，这样很灵活，操作系统无需知道线程的存在；此外，线程切换得快，无需进入内核态；CPU 的运行效率很高；用户编程简单，复杂性的东西交给 OS 处理。凡事有阴阳，当然也有缺点的，线程切换要在内核下执行，要开锁；线程控制块要内核空间，导致空间溢出；大大增加了程序员的工作量。-3 问：调度激活器是一种良好的解决用户态线
16、程问题的方案吗？它为什么没有得到商业应用？答：不是！如果该进程只有一个线程，该线程阻塞了，那么控制权将交回给操作系统，从而切换到别的进程。此外，需要修改操作系统，使其在进行进程切换时，不是立即切换到别的进程，而是调用受阻进程的执行系统。而且这种做法违反了我们系统设计的层次架构原则，很容易给黑客攻击者提供系统缺口。所以没有商业化。-6 问：一个进程中的不同线程如何进行共享信息？这种共享可以再不同进程的不同线程进行直接的实现吗？答：同一进程下的不同线程进行共享信息是通过公用该进程的进程空间。这些共享的信息存放在进程控制块中而不是存放早线程控制块中，其中包括有：地址空间、全局变量、打开的文件、子进程、闹铃、信号及信号服务程序、记账信息等等。当其他进程下的线程想共享信息的话，这种方式不可以。不同的进程有不同的地址空间，不可能两个进程共享一个地址空间，但是可以共享一些系统的资源，从而实现让线程共享资源。-9 问：解释包裹在线程实现上的作用。其使用价值高吗？答：将系统调用包裹起来，用户程序使用系统调用时需要通过包裹，包裹内有代
