操作系统复习

选择题：

当线程处于阻塞状态时，线程（没有占用处理机）

下列（分页管理）存储管理方式能使内存碎片尽可能小。

采用（分段式存储）不会产生内部碎片

操作系统实现按名存取的关键在于解决（文件的符号名与文件具体的存储地址的转换和映射）

现代操作系统的两个基本特征：（程序的并发执行、资源共享）

采取资源的静态预分配策略，是破坏了（部分分配）

存储碎片最大的是（固定分区）

内存利用率最高的是（页式）

段页式存储一次读取，访问3次内存

虚拟存储技术与（分区管理）不能配合使用，仅支持非连续存储

主机->通道->控制器->设备

关于文件存储空间管理中的空闲盘块连表（比位示图节省内存）

文件系统中的 文件逻辑结构为 索引文件结构 中的索引表是用来（指示逻辑记录逻辑地址的）

读文件次序：

1、按文件名活动文件表找到目录项、

2、按存取控制说明检查访问的合法性、

3、根据目录项支出该文件的逻辑和物理组织形式，将逻辑记录号或者个数转换成物理块号、

4、向设备管理程序发出I/O请求，完成数据交换

不适当的（进程推进顺序）可能产生死锁

死锁定理用于（检测死锁）

对短进程不利的是（先来先服务算法）

静态重定位的时机是（程序装入时）

作业执行时发生缺页中断，经操作系统处理后，应该让其执行（被中断的指令）

SPOOLing技术，用户的打印结果首先被送到（磁盘固定区域）

文件系统用（目录）组织文件

位示图可用于（磁盘空间的管理）

对长进程最不利的是（短进程优先算法）

每类资源只有一个时，不正确的是（有环不一定死锁）

反置页表项数=物理内存块数

缓冲区说法错误的是：（CPU与外围设备速度差距越大，设置的缓冲区大小应该越大）、

SPOOLing技术，输出井是（磁盘的一块固定区域）

文件系统实现文件的按名存取是通过（文件目录查找）实现的

与单个文件长度无关的是（索引节点个数）

不是分时系统的特征（成批性）

从用户的观点看，操作系统是（用户与计算机之间的接口）

临界区是指（访问临界资源的代码）

进程的基本关系是（同步与互斥）

操作系统中的低级调度（进程调度）

对资源采用按序分配破坏了死锁的（环路等待）

操作系统的I/O软件层次结构：用户级I/O软件、设备独立性软件、设备驱动程序、中断处理程序、硬件

逻辑文件时（从用户观点看）的文件组织形式

低级调度：进程；中级调度：内存；高级调度：任务；

死锁避免属于（动态策略）

将主存空闲区按地址顺序从小到大登记，（首次适应）

段长：单个逻辑段占据的内存大小；段表长度：段表项总和的大小；

一台机器有48位虚地址和32位物理地址，若页长为8KB，如果设计一个反置页表，则有（2^19）个页表项 反置页表页表项=物理页框个数

不能实现双工通信的缓冲管理方式是（单缓冲）

SpooLing亦是一种（虚拟设备技术）

文件逻辑地址到文件具体的存储地址的关键在于解决（文件名称到文件逻辑地址的转换）

操作系统实现按名存取的关键在于解决（文件的符号名与文件具体的存储地址的转换和映射）

文件目录是文件控制块（FCB）的有序集合

对文件实现按名存取是通过检索（文件目录）实现的

关于物理结构为索引文件的描述正确的（优点是文件长度可以动态变化，缺点是存储开销大）

FAT表大小（文件块数*FAT表项大小）（文件块数=磁盘块数，FAT表项大小=用几位二进制表示磁盘块数（4位的整数倍，就是0.5B的整数倍））

FAT表是一种用于（硬盘空间管理）的系统表

不适用于离散管理的是（空闲盘区链）

磁盘访问时间由（寻道时间、旋转延迟时间、传输时间）组成

对于记录式文件，操作系统为用户存取文件信息的最小单位是（数据项）

填空题：

并发性、共享性、虚拟性、异步性

现代操作系统两个基本特征是：程序并发执行和资源共享

操作系统的基本功能包括处理机管理，存储器管理，设备管理，文件管理

虚拟存储技术能够实现对内外存统一管理，为用户提供一种宏观上似乎比实际内存容量大得多的存储器

虚拟存储器的基本特征：多次性，对换性，虚拟性

从资源分配的角度可将设备分为独占设备，共享设备，虚拟设备

四层I/O软件包括：用户层软件，设备独立性软件，设备驱动程序，中断处理程序

I/O控制方式中，主要包括程序I/O方式，中断控制方式，DMA控制方式，通道控制方式

设备管理中管理多个缓冲区采用"循环缓冲"和"缓冲池"

文件按名存取通过检索文件目录实现

文件逻辑结构：一种是无结构的流式文件，一种是有结构的记录是文件

文件的物理组织有：顺序，链接，索引

磁盘访问时间：寻道时间+旋转延迟时间+传输时间

文件共享：一种是基于索引节点的共享方式，称为硬链接；一种是利用符号链接，称为软链接

位示图用于磁盘空间管理

在请求分段存储管理中，系统三个重要支持机构：段表、缺页中断机构、地址映射机构

引入多道程序设计的目的在于提高 资源利用率

I/O系统中的 设备驱动 程序通常也称为设备处理程序,它是I/O系统的上层与设备控制器之间的通信程序,可将上层抽象I/O要求转换为具体要求发送给设备控制器。

简答题：

1.什么是多道程序并发，什么是进程同步

并发：若干作业同时驻留主存轮流使用CPU，在一段时间内并发执行

同步：指多道并发的进程有效的共享资源和相互合作，得到可再现的结果

2.内部碎片和外部碎片各指的是什么，举例说明内外碎片怎么产生的，有什么处理办法

内碎片：已经被分配出去却不能被利用的内存空间

外碎片：还没有被分配出去，但由于太小而无法分配给申请内存空间的新进程的内存空闲区域

动态分区分配存在外碎片，可通过紧凑处理，增加一定的开销

页式内存管理有内部碎片，一般无法避免，由于碎片较小，损耗可忽略不计

3.解释进程的概念，比较进程和程序的不同

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

区别：程序是静态概念，进程是动态概念

进程的引入能更好地描述并发，而程序是不能并发执行的

进程可以是独立运行的基本单位，而程序不能作为一个独立的单位参加运行

进程和程序在结构上不同，进程由进程控制块、程序段和数据段构成

4.DMA方式与中断方式的主要区别是什么

中断方式是在数据缓冲寄存器满了之后发中断要求CPU进行中断处理，而DMA方式则是在所要求传送的数据块全部传送结束时要求CPU进行中断处理，大大减小了CPU进行中断的次数

中断方式的数据传送是在中断处理时由CPU控制完成的，而DMA方式是在DMA控制器的控制下，不经过CPU完成的。排除了因并行操作设备过多时CPU来不及处理或因速度不匹配而造成数据丢失等现象。

5.画出进程三基态状态变化图，并注明状态变化原因

就绪->执行：被调度

执行->就绪：时间片用完

执行->阻塞：等待资源、事件

阻塞->就绪：事件发生、资源释放

6.非抢占式调度方式中，什么情况下正在运行的进程会放弃CPU

正在执行的进程运行完毕

正在执行的进程提出I/O请求

正在执行的进程执行某种原语导致阻塞

7.画图说明I/O系统的软件层次模型

用户层软件：产生I/O请求、格式化I/O、SPOOLing

设备独立性软件：映射、保护、分块、缓冲、分配

设备驱动程序：设置设备寄存器、检查状态

中断处理程序

硬件

8.简述常用的文件物理结构有哪几种，并说明每种方式的优缺点

顺序结构：

为每一个文件分配一组相邻的盘块

优点：顺序访问容易，读写速度快

缺点：会产生外碎片，创建文件时要给出文件大小，存储空间利用率不高，不利于文件的动态增加和修改

链接式结构：

优点：离散分配，消除外部碎片，提高利用率

同时适用于文件的动态增长，修改容易

缺点：顺序检索成本高，需在FAT表中顺序查找许多盘块号；链接信息空间成本

索引式结构：

若索引盘块数量较少，比指针链接方式浪费空间

若索引盘块较多，需要对索引盘块也采用索引方式管理，形成多级索引。有管理开销，但直接随机存取实现方便

9.文件逻辑结构：无结构流式文件，有结构记录式文件（顺序文件，索引文件，索引顺序文件）

文件物理结构：连续分配，链接分配（隐式链接，显式链接），索引分配

存储空间管理：空闲表法，空闲链表法（空闲盘块链，空闲盘区链），位示图法，成组链接法

操作系统基本概念：

操作系统是计算机系统的核心软件，它管理和协调硬件资源，为上层应用提供运行环境。

基本类型：

• 批处理系统：早期系统，作业成批处理
• 分时系统：多用户共享系统资源（如Linux）
• 实时系统：对响应时间有严格要求
• 网络操作系统：管理网络资源
• 分布式系统：多台计算机协同工作

基本特征（以Linux为例）：

• 并发性：支持多任务同时运行
• 共享性：资源被多个进程共享
• 虚拟性：通过虚拟化技术抽象硬件
• 异步性：进程执行顺序不确定

基本功能：

• 进程管理：创建、调度、终止进程
• 内存管理：分配和回收内存
• 文件管理：组织、存储、保护文件
• 设备管理：控制I/O设备
• 用户接口：提供命令行和图形界面

管态/目态（特权模式）：

• 管态（内核态）：CPU执行操作系统代码，可执行特权指令
• 目态（用户态）：CPU执行用户程序，不能直接访问硬件

多道程序设计技术：多道程序设计技术是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，使它们在管理程序控制下， 相互穿插运行

进程定义

进程是操作系统进行资源分配和调度的基本单位，由以下三部分组成：

• PCB（进程控制块）：存储进程状态、优先级等元信息
• 代码段：可执行的程序指令
• 数据段：包括堆、栈和全局变量

死锁：两个或多个进程因竞争共享资源而造成无休止互相等待，

产生原因：竞争资源或者进程推进顺序非法

必要条件：互斥、保持和请求（静态资源分配破坏）、不可抢占、循环等待（有序资源分配）

大题：

pv操作：

  seamphore empty1 = 9,full1 = 2,empty2 = 5,full2 = 0,mutex1 = 1,mutex2 = 1
  //empty1,full1用于GET、PRO对BUF1共同使用时的同步控制
  //empty2,full2用于PRO、PUT对BUF2共同使用时的同步控制
  //mutex1,mutex2用于进程对BUF1、BUF2缓冲区的互斥访问
  void GET(){
    while(1){
      wait(empty1);
      wait(mutex1);
      put in buf1;
      signal(mutex1);
      signal(full1);
    }
  }

  void PRO(){
    while(1){
      wait(full1);
      wait(mutex1);
      get from buf1;
      signal(mutex1)
      signal(empty1);
      wait(empty2);
      wait(mutex2);
      put in buf2;
      signal(mutex2);
      signal(full2);
    }
  }

  void PUT(){
    while(1){
      wait(full2);
      wait(mutex2);
      get from buf2;
      signal(mutex2);
      signal(empty2);
    }
  }

  void main(){
    cobegin
      GET();
      PRO();
      PUT();
    coend
  }

文件逻辑结构的索引文件的索引表，和文件物理结构的索引分配的索引表区别：

1. 文件逻辑结构的索引文件

• 这里的"索引"是逻辑结构的一种组织形式。

• 比如在索引文件中，文件的逻辑结构是由索引表 + 记录组成，每个记录有一个键值，索引表保存键值和逻辑记录地址（逻辑地址）。

• 逻辑索引表是为了实现快速查找文件内的记录，而不关心这些记录在磁盘上怎么存储。

• 例如，数据库索引文件就是一种逻辑索引结构。

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2. 文件物理结构的索引分配

• 这里的"索引"是物理结构的一种分配方式。

• 操作系统在磁盘上管理文件时，文件的数据块可能分散存放，系统用一个索引块（索引表）来记录该文件的所有物理块号。

• 索引表是文件控制块（如 inode 在 Unix 中）的一部分，或者单独一个索引块，保存的是物理磁盘块号，用于从逻辑块号映射到物理块号。

• 例如，FAT 不是索引分配，而是链接分配；Unix 的 inode 采用多级索引就是典型的索引分配物理结构。