操作系统概论

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1、一、操作系统概论 操作系统：是一组控制和管 理计算机硬件和软件资源 合理对各类作业进行调度， 以方便用户的程序的集合 软件：是提高计算机系统效 率和方便用户使用计算机 的程序响应时间：从用户发出命令 道系统完成处理所需要的 时间分时技术：把处理机的响应 时间划分成若干个大小相 等（或者不等）的时间单位， 称为时间片，每个终端用户 获得CPU,就等于获得一个 时间片，该用户程序开始运 行时间片到（用完）,用户程 序暂停运行，等待下一次运 行。批处理：是指把一批作业以 脱机的以脱机方式输入到 磁带机上，并把系统中配上 监督程序，它负责完成作业 的调入、互动运行、输出运 行结果等工作。吞吐量:对网络

2、设备、端口、 虚电路或其他设施，单位时 间内成功地传送数据的数 量。裸机：一台完全无软件的计 算机系统。脱机输入输出：由于程序和 数据的输入输出都是在外 围机的控制下完成的或者 它们是在脱离主机的情况 下进行的，故称为脱机输入 输出。单道批处理系统：系统对作 业的处理都是的，且在内存 中只保持一道作业，故称为 单道批处理系统。它的主要 特征有：自动性、顺序性、 单道性多道批处理系统：该系统把 用户提交的作业成批地送 入计算机内存，然后由作业 调度该程序自动地选择作 业运行。并发性：是指两个或多个事 件在同一时间间隔内发生。并行性：是指两个或多个事 件在同一时刻发生。临界资源：指在一段时间内 只

3、允许一个进程访问的资 源。虚拟性:指通过某种技术把 一个物理实体变成若干个 逻辑上的对应物。二进程的描述与控制 原语是指由若干条指令组 成、用来实现某个特定操作 的一个过程。原语的执行具 有原子性，即原语在执行过 程中不能被分割。操作系统 内核中含有许多原语，它们 运行在系统状态下。内核：通常将一些与硬件紧 密相关的模块（诸如中断处 理程序，各种常用设备的驱 动程序），以及运行频率较 高的模块（诸如时钟管理进 程调度以及许多模块公用 的一些基本操作）都安排在 紧靠硬件的软件层次中，并 使它们常驻内存，以便提咼 OS的运行效率，并对它们 加以保护。通常把这一部分 称为OS的内核。1简述进程与程序

4、的区别于 联系进程是动态的，程序是静态 的：程序是有序代码的集 合；进程是程序的执行。通 常进程不可在计算机之间 迁移；而程序通常对应着文 件、静态和可以复制。进程是暂时的，程序的永久 的：进程是一个状态变化的 过程，程序可长久保存。 进程与程序的组成不同：进 程的组成包括程序、数据和 进程控制块（即进程状态信 息）。进程与程序的对应关系：通 过多次执行，一个程序可对 应多个进程；通过调用关 系，一个进程可包括多个程 序。2给出进程的5种基本状态 的转换图3. 论述进程和线程的区别于 联系1、调度方面在引入线程的OS中，线程 是作为调度和分派的基本 单位，进程是作为资源拥有 的基本单位。2、并

5、发性方面不但进程间可以并发执 行，进程中的多个线程也可 并发执行。3、拥有资源方面进程是拥有系统资源的独 立单位，线程自己不拥有系 统资源（也有一点不可缺少 的资源），但它可以共享其 所属进程的资源。4、系统开销方面创建和撤消进程（线程）， 系统都要为之分配和回收 资源。进程（线程）间的切 换系统所付出的开销大(小)三进程的同步与通信1. 什么是临界资源和临界 区？在一段时间内只允许一个 进程访问的资源称为临界 资源。每个进程中访问临界资源 的那段代码称为临界区。2我们为某临界区设一把 锁，当w=1时，表示关锁; 当w=0时，表示锁已打开。 写出开锁原语和关锁原语， 并用其实现互斥(写出框 架

6、)。3. 完善下面生产者和消费 者问题解法中的程序；Producer 描述Beginrepeatproducer an item in nextpwait(empty);wait(mutex): buffer(in):=nextp;in:=(in+l)mod n: signal(mutex);signal(full);until false;endConsumer 描述Beginrepeatwait(full);wait(mutex);nextc := Buffer(out); out:=(out+1)mod n; signal(mutex); signal(empty);consume th

7、e item in nextc; until false;End四调度与死锁1. 周转时间：作业i从提交 时刻Tsi到完成时刻Tei称 为作业的周转时间。2高级调度：按一定原则 对外存后备队列中的作业 进行调度，并建立进程 PCB。3. 中级调度：将暂时不能 运行的进程调至外存上等 待，以释放宝贵的内存空 间，从而决定允许哪些进程 竞争处理机。4. 低级调度：它决定了存 在就绪进程时，哪一个就绪 进程将分配到中央处理机， 并且把中央处理机实际分 配(由Dispatcher分派程序 完成)给这个进程，即低级 调度是将处理机分配给进 程。5. 带权周转时间Wi：作业 的周转时间与系统为它提 供服务

8、的时间之比Wi=Ti/Tsi6. 响应时间：指从用户提 交一个请求开始到系统首 次产生响应为止的时间。7. 死锁Deadlock:是计算 机系统中多道程序并发执 行时，两个或两个以上的进 程由于竞争资源而造成的 一种互相等待的现象(僵 局)，如无外力作用，这些 进程将永远不能再向前推 进。8安全状态：指系统能按照 某种顺序，为每个进程分配 所需的资源，直至最大需 求，使得每个进程都能顺利 完成。1高级调度和低级调度的任 务是什么？为什么要引入 低级调度？高级调度又称为作业调度 或长程调度，主要功能是根 据某种算法，把外存上处于 后备队列中的那些作业调 入内存，也就是说，他的调 度对象是作业。低

9、级调度称为进程调度或 短程调度，它所调度的对象 是进程(或内核级线程)。 进程是最基本的一种调度， 在多道批处理、分时和实时 三种类型的OS中，都必须 配置低级调度。2何为死锁？产生死锁的原 因和必要条件是什么？a. 死锁是指多个进程因竞 争资源而造成的一种僵局， 若无外力作用，这些进程都 将永远不能再向前推进；b. 产生死锁的原因有二，一 是竞争资源，二是进程推进 顺序非法；c. 必要条件是：互斥条件， 请求和保持条件，不剥夺条 件和环路等待条件.3在银行家算法的例子中， 如果p0发出的请求向量由 Request。(0， 2， 0)改为 Request。(0， 1， 0)，问系 统是否可将资

10、源分配给它。 为什么？ 可以.首先，Request0(0,1,0)v=Need0(7,4 ,3),Request0(0,1,0)v=Available( 2,3,0);分配后可修改得一资源数 据表(表略),进行安全性检 查，可以找到一个安全序列 P1,P4,P3,P2,P0, 或P1,P4,P3,P0,P2,因此， 系统是安全的，可以立即将 资源分配给P0.五存储器管理一、名词解释1. 重定位:在可执行文件装 入时需要解决可执行文件 中地址（指令和数据）和内 存地址的对应。由操作系统 中的装入程序loader来完 成。2分页存储管理：在该方式 中，用户程序的地址被划分 成划分若干个固定大小的

11、区域，称为页（或页面）。 页面的典型大小为1k；相应 地将内存空间分成若干个 物理块（或页框），页和块的 大小相同，这样可将用户程 序的任一页放到内存的任 一块中，实现离散分配。这 时内存中的碎片大小不会 超过一页。3. 分段存储管理：在该方 式中，用户程序的地址被划 分成划分若干大小不等的 段，存储分配一段为单位， 段在内存中可以不相邻。4. 页（页面:把每个作业 （进程）虚拟地址空间划分成 若干大小相等的片每一片 就称为一个页5. 页框（物理块:把主存 空间划分成与页相同的片 每一片就称为一个页框。6. 页表：由页号和页面号 （块号）组成，指出逻辑地址中页号与主存中块号的 对应关系。1.简

12、述页式存储管理的地 址变换过程。进程要访问某个逻辑地址 中数据时，分页地址变换机 构会自动地将有效地址分 为页号和页内地址两部分， 再以页号去检索页表长度 进行比较，如果页号大于或 等于页表长度，则表示本次 所访问的地址已超越进程 地址空间，这错误将被系统 发现并产生一地址越界中 断。若未出现越界错误，则 将页表始地址与页号和页 表项长度的乘积相加，是得 到该表项中的位置，于是从 中得到该页的物理号，将之 状图物理地址寄存器中。与 此同时再将有效地址寄存 器中的页内地址直接送入 物理地址寄存器的块内地 址段中，这样便完成了从逻 辑地址到物理地址的变换。 14在具有块表的段页式存 储管理方式中，

13、如何实现地 址转换？首先，必须配置一段表寄存 器，在其中存放段表始址和 段长TL.进行地址变换时， 先利用段号S,与段长TL 进行比较，若SvTL,表示 未越界，（若S=TL,表示段 号太大，访问越界，产生越 界中断信号）于是利用段表 始址和段号来求出该段对 应的段表项在段表中的位 置，从中求出该段的页表始 址，并利用逻辑地址中的段 内页号P来获得对应页的页 表项位置，从中读出该页所 在的物理块号b，再用块号 b和页内地址构成物理地 址.15为什么说分段系统较之 分页系统更易于实现信息 共享和保护？a. 对于分页系统，每个页面 是分散存储的，为了实现信 息共享和保护，则页面之间 需要一一对应起

14、来，为此 -需要建立大量的页表项；b. 而对于分段系统,每个段 都从0开始编址，并采用一 段连续的地址空间，这样在 实现共享和保护时，只需 -为所要共享和保护的程 序设置一个段表项，将其中 的基址与内存地址一一对 应起来即可.17试全面比较连续分配和 离散分配方式？a. 连续分配是指为一个用 户程序分配一个连续的地 址空间，包括单一连续分配 方式和分区式分配方式，前 者-将内存分为系统区和用 户区，系统区供操作系统使 用，用户区供用户使用，是 最简单的一种存储方式， -但只能用于单用户单任 务的操作系统中；分区式分 配方式分为固定分区和动 态分区，固定分区是最简单 的-多道程序的存储管理方 式

15、，由于每个分区的大小固 定，必然会造成存储空间的 浪费；动态分区是根据进程 -的实际需要，动态地为之 分配连续的内存空间，常用 三种分配算法：首次适应算 法FF,该法容易留下许多 -难以利用的小空闲分区， 加大查找开销；循环首次适 应算法，该算法能使内存中 的空闲分区分布均匀，但 -会致使缺少大的空闲分 区；最佳适应算法，该算法 也易留下许多难以利用的 小空闲区；b. 离散分配方式基于将一 个进程直接分散地分配到 许多不相邻的分区中的思 想，分为分页式存储管理， 分段-存储管理和段页式存储 管理.分页式存储管理旨在 提高内存利用率，满足系统 管理的需要，分段式存储管 -理则旨在满足用户（程序 员）的需要，在实现共享和保 护方面优于分页式存储管 理，而段页式存储管理则是 -将两者结合起来，取长补 短，即具有分段系统便于实 现，可共享，易于保护，可 动态链接等优点，又能像 -分页系统那样很好的解 决外部碎片的问题，以及为 各个分段可离散分配内存 等问题，显然是一种比较有 效-的存储管理方式；C.综上可见，连续分配方式 和离散分配方式各有各自 的特点，应根据实际情况加 以改进和利用.六虚拟存储器1. 虚拟存储器是具有请求 调入功能和置换功能，能仅 把作业的一部分装入内存 便可运行作业的存储器系