常考计算机操作系统面试习题（二）（上）

目录

[1. 描述分段内存管理机制](#1. 描述分段内存管理机制)

[2. 解释文件分配磁盘块链接分配方法的优点和缺点](#2. 解释文件分配磁盘块链接分配方法的优点和缺点)

[3. 进程的状态有哪些？](#3. 进程的状态有哪些？)

[4. 一个进程的空间包括哪些部分？](#4. 一个进程的空间包括哪些部分？)

[5. 进程和程序的区别？](#5. 进程和程序的区别？)

[6. CPU调度可能发生在当一个进程：](#6. CPU调度可能发生在当一个进程：)

[7. 哪些条件同时出现，死锁将会发生？](#7. 哪些条件同时出现，死锁将会发生？)

[8. 常见的调度方法有哪些？列出5种。](#8. 常见的调度方法有哪些？列出5种。)

[9. 如何用互斥锁来解决临界区问题？](#9. 如何用互斥锁来解决临界区问题？)

[10. 如何用信号量来解决临界区问题？](#10. 如何用信号量来解决临界区问题？)

[11. 如何用swap指令实现互斥？](#11. 如何用swap指令实现互斥？)

[12. 文件的基本属性有哪些？](#12. 文件的基本属性有哪些？)

[13. 端口寄存器共有几种类型？分别是哪些类型？](#13. 端口寄存器共有几种类型？分别是哪些类型？)

[14. 计算机系统有哪些部分构成？](#14. 计算机系统有哪些部分构成？)

[15. 简述分页管理](#15. 简述分页管理)

[16. 如何预防死锁？](#16. 如何预防死锁？)

[17. 描述安全状态算法](#17. 描述安全状态算法)

[18. 描述是否满足进程 Pi 的资源请求算法](#18. 描述是否满足进程 Pi 的资源请求算法)

[19. 描述死锁检测算法](#19. 描述死锁检测算法)

[20. 描述指令和数据绑定到内存地址可以在三个不同的阶段](#20. 描述指令和数据绑定到内存地址可以在三个不同的阶段)

[21. 用Test-and-Set指令实现互斥](#21. 用Test-and-Set指令实现互斥)

[22. 描述缺页错误的处理过程](#22. 描述缺页错误的处理过程)

[23. 解释文件分配磁盘块顺序分配方法及优点缺点](#23. 解释文件分配磁盘块顺序分配方法及优点缺点)

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1. 描述分段内存管理机制

参考答案：

在分段内存管理机制中，逻辑地址是由两个向量组成：<segment-number, offset>。每个进程由多个段组成，每个段对应不同类型的数据或代码。

段表用于映射这些逻辑地址到物理地址。段表的每一项包括：

• 基址（Base Address）：指向该段在物理内存中的起始地址。
• 限长（Limit）：指定该段的长度，防止访问越界。

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2. 解释文件分配磁盘块链接分配方法的优点和缺点

参考答案：
优点：

• 提高磁盘空间利用率：无需为每个文件预留固定的大小，可以动态分配磁盘空间。
• 支持文件动态扩充：文件可以随时增加更多磁盘块。
• 便于文件的插入和删除：文件在磁盘上的位置可以灵活调整。

缺点：

• 存取速度较慢：需要顺序访问每个块，适合顺序访问而非随机访问。
• 当物理块间的连接指针损坏时，可能会导致数据丢失。

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3. 进程的状态有哪些？

参考答案：

• 新建：进程正在被创建中。
• 运行：进程的指令正在执行。
• 等待：进程在等待某些事件的发生。
• 就绪：进程已准备好执行，等待分配 CPU。
• 终止：进程的执行已完成。

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4. 一个进程的空间包括哪些部分？

参考答案：

• 代码部分（文本部分）：存储程序的指令。
• 堆：动态分配的内存区域，用于存放运行时分配的内存。
• 堆栈：用于存储函数调用相关信息，包括局部变量、返回地址等。
• 数据部分：存储程序的全局变量和已初始化数据。

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5. 进程和程序的区别？

参考答案：

• 进程是程序的一次执行实例，是程序在内存中的表现。
• 程序是静态的，它是一个可执行文件，通常存储在硬盘上。
• 进程 具有状态、生命周期，而程序是固定的，执行时才成为进程。

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6. CPU调度可能发生在当一个进程：

参考答案：

• 从运行状态转为就绪状态。
• 从等待状态转为就绪状态。
• 当进程的时间片用尽。
• 当发生中断时 。
  第1和第4种情况发生的调度称为 非抢占式调度 （nonpreemptive），其他情况发生的调度称为 抢占式调度（preemptive）。

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7. 哪些条件同时出现，死锁将会发生？

参考答案：

• 互斥：一次只能有一个进程使用资源。
• 占有并等待：进程持有资源，并等待其他资源。
• 不可抢占：资源只能由持有它的进程释放。
• 循环等待 ：形成一个进程等待资源的闭环，如 P0 → P1 → P2 → P0。

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8. 常见的调度方法有哪些？列出5种。

参考答案：

1. FCFS（先来先服务）
2. SJF（最短作业优先）
3. Priority（优先级调度）
4. RR（时间片轮转）
5. 多级队列调度
6. 多级反馈队列调度

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9. 如何用互斥锁来解决临界区问题？

参考答案：

do {
    请求锁
    // critical section
    释放锁
    // remainder section
} while (TRUE);

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10. 如何用信号量来解决临界区问题？

参考答案：

Semaphore S; 
// 初始化为 1
do {
    P(S); // 或 wait(S)
    // 临界区
    V(S); // 或 signal(S)
    // 剩余区
} while (true);

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11. 如何用swap指令实现互斥？

参考答案：

共享数据 (初始化为 false):
boolean lock; 
boolean waiting[n];
进程 Pi do {
    key = true;
    while (key == true) 
        swap(lock, key);
    // critical section
    lock = false;
    // remainder section
}

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12. 文件的基本属性有哪些？

参考答案：

• 文件标志：标识文件的名称及属性。
• 文件逻辑结构：文件的信息大小、组织方式等。
• 文件物理结构信息：存储文件的物理数据块等。
• 文件使用信息：如访问时间、创建时间等。
• 文件许可信息：如文件的权限、文件拥有者等。

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13. 端口寄存器共有几种类型？分别是哪些类型？

参考答案： 4种类型：

• 数据输入端口
• 数据输出端口
• 控制端口
• 状态端口

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14. 计算机系统有哪些部分构成？

参考答案：

• 硬件：提供基本的计算资源。
• 操作系统：控制和协调应用程序对硬件的使用。
• 应用程序：规定用户如何使用系统资源。
• 用户：包括人、机器和其他计算机。

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15. 简述分页管理

参考答案： 分页管理将物理内存分成大小固定的块，称为 帧 。将逻辑内存也分成大小固定的块，称为 页。

• 系统保留空闲帧的记录。
• 当一个程序运行时，系统会将程序的 页 加载到空闲的 帧 中。
• 系统会为每个程序建立一个 页表，将逻辑地址转换为物理地址，从而访问内存。

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16. 如何预防死锁？

参考答案： 预防死锁的方法是通过抑制死锁发生的必要条件：

• 互斥：避免资源必须被独占使用。
• 占有并等待：必须确保进程申请资源时未占有其他资源。
• 不可抢占：允许资源在进程执行未完成时被抢占。
• 循环等待：通过对资源类型进行排序，进程按顺序申请资源，避免形成等待环路。

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17. 描述安全状态算法

参考答案： 安全状态算法通过以下步骤进行：

1. 初始化向量 Work 和数组 Finish。
2. 设置 Work = Available ，并初始化 Finish[i] = false（对所有进程）。
3. 查找满足条件的进程 i ：
   • Finish[i] = false 且 Need[i] ≤ Work。
4. 如果找到满足条件的进程 i ，更新：
   • Work = Work + Allocation[i]。
   • 设置 Finish[i] = true。
5. 返回步骤 2。
6. 如果所有 Finish[i] = true，则系统处于安全状态；否则，系统处于不安全状态。

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18. 描述是否满足进程 Pi 的资源请求算法

参考答案：

1. Request_i 是进程 Pi 的资源请求向量，表示 Pi 请求 R_jm 的 k 个实例。
2. 如果 Request_i ≤ Need_i，继续步骤 2；否则报错，因请求超过声明的最大值。
3. 如果 Request_i ≤ Available ，继续步骤 3；否则，进程 Pi 必须等待，资源不可用。
4. 假设满足条件，进行分配：
   • 更新 Available = Available - Request_i。
   • 更新 Allocation_i = Allocation_i + Request_i。
   • 更新 Need_i = Need_i - Request_i。
5. 如果系统仍处于安全状态，则分配资源给 Pi ；否则恢复原有资源分配状态，Pi 必须等待。

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19. 描述死锁检测算法

参考答案：

1. 初始化向量 Work 和数组 Finish。
2. 设置 Work = Available ，并初始化 Finish[i] ：
   • 如果 Allocation[i] = 0 ，设置 Finish[i] = true ；否则，设置 Finish[i] = false。
3. 查找满足条件的进程 i ：
   • Finish[i] = false 且 Request[i] ≤ Work。
4. 如果找到满足条件的进程 i ，更新：
   • Work = Work + Allocation[i]。
   • 设置 Finish[i] = true。
5. 如果 Finish[i] = false ，则系统处于死锁状态，且进程 Pi 是死锁的。

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20. 描述指令和数据绑定到内存地址可以在三个不同的阶段

参考答案：

1. 编译时期（Compile time）：如果内存位置已知，编译时可生成绝对代码；如果开始位置改变，则需要重新编译。
2. 加载时期（Load time）：如果存储位置在编译时未知，则必须生成可重定位代码。
3. 执行时期（Execution time）：如果进程在执行时可以在内存中移动，则地址绑定延迟到运行时，硬件通过基址寄存器和限长寄存器来实现地址映射。

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21. 用Test-and-Set指令实现互斥

参考答案：

boolean lock = false;
do {
    while (TestAndSet(lock)) ;   // 自旋等待直到锁可用
    // critical section
    lock = false;   // 离开临界区，释放锁
    // remainder section
} while (true);

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22. 描述缺页错误的处理过程

参考答案：

1. 检查进程页表，确定是否为无效引用：
   • 如果是无效引用，则终止进程。
   • 如果不是无效引用，但页面不在内存中，继续处理。
2. 获取一个空闲页框。
3. 将缺页加载到该空闲页框中。
4. 更新页表，将对应的页表项有效位设为"V"。
5. 重启被中断的指令。

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23. 解释文件分配磁盘块顺序分配方法及优点缺点

参考答案：
优点：

• 支持顺序存取和随机存取。
• 顺序访问速度快。
• 磁盘寻道次数和寻道时间最少。

缺点：

• 需要为文件预留足够的物理块以满足文件的扩展需求。
• 不利于文件的插入和删除。