计算机软件资格考试—第二章 操作系统基础知识

  1. 在 Windows 资源管理中,如果选中的某个文件,再按Delete 键可以将该文件删除,但需要时还能将该文件恢复。若用户同时按下Delete 和shift组合键时,则可以删除此文件且无法从"回收站"恢复。
  2. 在Windows操作系统中,"回收站"可以恢复硬盘上使用<Del>键删除的文件或文件夹。
  3. 在Windows系统中,扩展名com表示DOS可执行命令文件。
  4. 在Windows环境中,若要将某个文件彻底删除(即不放入回收站),则应先选中该文件,并同时按下Shift+Del快捷键,然后在弹出的对话框中单击""按钮。
  5. 系统安全性保护技术措施主要包括数据加密、存取控制和用户鉴别。
  6. 备份重要文件的副本,并存储在不同的位置以保护您的信息。
    Make back-up copies of important files, and store them onseparate locations to protect your information.
  7. 产生死锁(如:进程推进顺序不当、同类资源分配不当、PV操作使用不当)的必要条件是:互斥条件、请求保持条件、不可剥夺条件及环路等待条件。可以通过打破产生死锁的必要条件来预防死锁,如采用静态分配资源的策略,则可打破环路等待条件。
  8. 在页式存储管理中,每次从主存中取指令或取操作数,要2次访问主存。

页式存储管理是众多存储管理方式中的一种,其分页的基本思想是把程序的逻辑空间和内存的物理空间按照同样的大小划分成若干页面,以页面为单位进行分配。在页式存储管理中,系统中虚地址是一个由页号和位移组成的有序对。每次从主存中取指令或取操作数时,首先都要找到其页号对应的页,然后在该页中找到位移对应的指令或操作数,因此需要两次访问主存。

  1. 计算机系统采用流水线技术执行程序指令时,多条指令执行过程的不同阶段可以同时进行处理。
  2. 操作系统文件管理中,目录文件是由文件控制块组成的。
  3. 操作系统为了解决进程间合作和资源共享所带来的同步与互斥问题,通常采用的一种方法是使用信号量。
  4. 信号量S的物理意义:若S≥0,表示某资源的可用数;若S<0,则其绝对值表示阻塞队列中等待该资源的进程数。

例:若PV操作的信号量S的初值是2,当前值为-1,则有 |-1|(取绝对值)=1 个等待进程。

  1. PV操作是实现进程同步与互斥的常用方法。其中P操作表示申请一个资源,V操作表示释放一个资源。

信号量S的初始值为8,在S上执行了10次P操作,6次V操作后,S的值是4。

P操作每执行一次,信号量减1;V操作每执行一次信号量加1。所以答案为 8-10+6=4.

  1. 假设系统有n(n≥5)个并发进程共享资源R,且资源R的可用数为m。若采用PV操作,则相应的信号量S的取值范围应为m-n~m。
    假设系统有n个进程共享资源R,且资源R的可用数为m,那么该资源相应的信号量S的初值应设为m。
  2. 若在系统中有若干个互斥资源R、m个并发进程,每个进程都需要n个资源R,那么使系统不发生死锁的资源R的最少数目为 (m-1)×n。

m个并发进程,一个并发进程占n个资源R,m-1个并发进程占(m-1)×n个资源R,还有一个并发进程占用处理器,在占用处理器资源时不会占用其他互斥资源R。

例1: 系统进程资源图如下图所示,图中方框分别表示资源R1和R2,其资源数分别为3和2;P1和P2表示进程。有向边指向进程表示得到了1个资源,有向边指向资源表示申请1个资源。若某进程申请的资源得不到满足,则该进程处于等待状态;若进程申请的资源可以得到满足,则该进程处于非等待状态。可以推断,下图中进程P1为非等特状态,P2为等待状态。

图中所示资源分配情况是:已分配1个R1资源给进程P1、1个R1资源给进程P2;已分配1个R2资源给进程P1、1个R2资源给进程P2

此时还有1个R1资源待分配、R2资源为0个。P1还需1个R1资源,P2还需R2资源。显然,进程P1再申请1个R1资源的请求可以得到满足,因此P1为非等待状态,而P2申请的1个R2得不到满足,因此P2为等待状态。由于P1申请的资源都能满足,因此其得到资源后可执行,其运行完毕释放所占用的资源,从而使得P2申请的资源R2可得到满足,P2得以继续运行,运行完毕可释放其占用的资源,不会发生死锁。

例2: 在如下所示的进程资源图中,P1、P2是阻赛节点,P3是非阻赛节点

该进程资源图是可以化简的,其化简顺序为P3-P1→P2

R1(2个资源) R2(3个资源) R3(2个资源)
P1 得到一个 申请一个,得到一个
P2 申请一个 得到一个 得到一个
P3 得到一个 得到一个 申请一个

R1已经全部分配给P1和P3,所以P2再请求一个R1的时候,将进入阻塞状态。同理,R2已经全部分配给P1、P2和P3,当P1再请求一个R2时,将陷入阻塞。R3还有一个未用资源,当P3申请时,可以顺利获得故不会阻塞。

因为P3非阻塞且非孤立,所以可以化简。将其所用资源归还资源图后,P1获得R2,即可运行,然后也可以化简,最后P2可以运行。

例3: 进程P1、P2、P3、P4和P5的前趋图如下所示:

若用PV操作控制进程P1、P2、P3、P4和P5并发执行的过程,需要设置5个信号量S1、S2、S3、S4和S5,且信号量S1~S5的初值都等于零。如下的进程执行图中a、b、c、d、e处应分别填写P(S2)、V(S4)、P(S1)、V(S2)V(S3)、P(S4)、V(S5)

例4: 进程P1、P2、P3和P4的前趋图如下所示:若用PV操作控制进程P1-P4并发执行的过程,则需要设置5个信号量

进程P1、P2、P3和P4的前造图如下所示:

若用PV操作控制进程P1~P4并发执行的过程,则需要设置5个信号量S1、S2、S3、S4和S5,且信号量S4~S5的初值都等于0。如下的进程执行图中a、b、c、d、e、f处应分别填写V(S1)V(S2)、P(S1)P(S3)、V(S4)、P(S2)、V(S3)V(S5)、P(S4)P(S5)

  1. 嵌入式操作系统运行在智能芯片环境中,其特点有微型化、可定制、实时性、可靠性、易移植性。
  2. 对实时性要求高的操作系统,应该使用的进程调度算法是优先级调度。

常用的进程调度算法有:先来先服务、时间片轮转、优先级调度和多级反馈调度算法。

  • 时间片轮转:适用于分时系统,公平分配CPU时间。
    扫描仪和打印机属于独占设备,不能采用时间片轮转分配算法
  • 短作业优先:适合批处理系统,减少平均等待时间。
  • 先来先服务:简单但可能导致长任务阻塞系统。
  1. 常用的空闲空间的管理方法有位示图、空闲区表和空闲块链3种。

例1:大小为120GB的磁盘,物理块的大小为4MB,那么,位示图的大小为:120×1024÷4÷8=3840120×1024÷4÷8=3840120×1024÷4÷8=3840字节
例2:某字长为32位的计算机的文件管理系统采用位示图(bitmap)记录磁盘的使用情况。若磁盘的容量为300GB,物理块的大小为1MB,那么位示图的大小为9600个字。

需要的字个数:300×1024÷1÷32=9600300×1024÷1÷32=9600300×1024÷1÷32=9600
关系:1 字 = (字长/8) 字节
例3: 某文件管理系统为了记录磁盘的使用情况,在磁盘上建立了位示图(bitmap)。若系统中字长为16位,磁盘上的物理块依次编号为0,1,2,...,我那么8192号物理块的使用情况在位示图中的第513个字中描述。

  • 每个字可表示多少物理块:每字数=N个物理块
  • 物理块号 B 对应到位示图中的字序号 W(从1开始)
    第 W 个字包含的物理块号范围为:[(W-1)xN,(W-1)xN+N-1]
    W=⌊BN⌋+1W=⌊\frac{B}N⌋+1W=⌊NB⌋+1
    其中:⌊⋅⌋ 表示向下取整
    B 是物理块号(从 0 起)
    W 是字序号(从 1 起)
  • 物理块号 B 在字内的位偏移(从 0开始计位):位偏移=B mod N
  1. 存储管理方案:存储管理的主要目的是解决多个用户使用主存的问题。其管理方案主要包括分区存储管理、分页存储管理、分段存储管理、段式存储管理以及虚拟存储管理。

分页存储管理地址结构:

项目 公式
页内偏移量位数=页内地址 log2(页大小)log_2(页大小)log2(页大小)
页大小 2页内地址2^{页内地址}2页内地址
页号位数 log2(逻辑地址空间大小)−log2(页大小)log_2 (逻辑地址空间大小)−log_2 (页大小)log2(逻辑地址空间大小)−log2(页大小)
总页数 逻辑地址空间大小页大小\frac{逻辑地址空间大小}{页大小}页大小逻辑地址空间大小
逻辑页号 p ⌊页大小逻辑地址页大小\frac{页大小逻辑地址}{页大小}页大小页大小逻辑地址⌋
偏移量 d 逻辑地址 mod 页大小
页内最大地址(单页内最大偏移) 页大小-1

例1:在页式存储管理方案中,如果地址长度为 32 位(页内地址12位,页号20位),可以得出:

  • 页内地址(页内偏移量):12位
  • 页大小=212=40962^{12}=4096212=4096字节=4KB
    1024 字节 = 1 KB
  • 页内最大地址(单页内最大偏移):页大小-1=4095字节
  • 总页数(进程最大逻辑页面数):220=1048576页=1MB2^{20}=1048576页=1MB220=1048576页=1MB
    "总页数=1MB"这种写法在字面上不严谨,它实际意思是 "总页数 = 1 兆页"(1 million pages),而不是"1 兆字节"
    这里的 M 表示数量百万,不是容量 MB
    例2: 某操作系统采用分页存储管理方式,下图给出了进程A和进程B的页表结构。如果物理页的大小为512字节,那么进程A逻辑地址为1111(十进制)的变量存放在4号物理内存页中。假设进程A的逻辑页4与进程B的逻辑页5要共享物理页8,那么应该在进程A页表的逻辑页4和进程B页表的逻辑页5对应的物理页处分别填8,8

页大小 = 512 字节
页内偏移量位数(页内地址)=log2(页大小)log2512==9位页内偏移量位数(页内地址)=log_2(页大小)log_2^{512}==9位页内偏移量位数(页内地址)=log2(页大小)log2512==9位
逻辑页号p=⌊页大小逻辑地址页大小⌋=⌊1111512⌋=2逻辑页号 p =⌊\frac{页大小逻辑地址}{页大小}⌋=⌊\frac{1111}{512}⌋=2逻辑页号p=⌊页大小页大小逻辑地址⌋=⌊5121111⌋=2

进程A页表中,逻辑页2→物理页4

共享意味着两个进程的不同逻辑页映射到同一个物理页,从而访问相同的内存内容。
内存的段式管理有许多优点。例如,这种管理方式支持程序的模块化设计和并行编程的要求、可以使各段程序的修改互不影响、便于多道程序共享主存的某些段。但这种管理方式地址变换速度慢,内存碎片(零头)多,造成浪费。

  1. 虚拟存储器具有请求调入功能和置换功能,主要有3种方式:请求分页系统、请求分段系统、请求段页式系统。
  • 缺页中断与一般中断的主要区别在于:缺页中断在指令执行期间产生和处理中断信号,而一般中断在一条指令执行结束后,下一条指令开始执行前检查和处理中断信号; 缺页中断返回到被中断指令的开始重新执行该指令,而一般中断返回到下一条指令执行;一条指令在执行期间,可能会产生多次缺页中断。
  • 在请求分页系统中,当运行进程访问的页面不在主存且主存中没有可用的空闲块时,系统应该先产生缺页中断,然后依次按照决定淘汰页→页面调出→页面调入的顺序进行处理。
  1. 常用的磁盘调度算法(又叫移臂调度算法)有:先来先服务、最短寻道时间优先、扫描算法和单向扫描调度算法等。

在磁盘移臂调度算法中,单向扫描算法在返程时不响应进程访问磁盘的请求。

  1. 在计算机系统中,通常可以利用磁盘碎片整理程序定期对磁盘进行碎片整理,以提高计算机访问磁盘的效率。
  2. 在计算机系统中,构成虚拟存储器既需要硬件也需要软件。
  3. 虚拟存储器可以容纳超过主存容量的多个作业同时运行在一个地址空间。
  4. SSD固态硬盘和普通HDD硬盘

SSD固态硬盘中没有机械马达和风扇,工作时无噪音和震动

SSD固态硬盘中不使用磁头,比普通HDD硬盘的访问速度快

SSD固态硬盘不会发生机械故障,普通HDD硬盘则可能发生机械故障

  1. 设有一个64Kx32位的存储器(每个存储单元为32位),其存储单元的地址线(宽度)为16根,数据线宽度为32位。

已知:

存储器容量=64Kx32 位

"64K"中的K=210K=2^{10}K=210,所以64K=64×210=26×210=21664K=64×2^{10}=2^6×2^{10}= 2^{16}64K=64×210=26×210=216

此处"64K"表示存储单元的数量,而不是总位数。每个存储单元是 32 位(即 4 字节)

存储单元的地址宽度(地址线的数量)由存储单元的数量决定:地址线(宽度)=log₂(存储单元的数量)=log₂216=16根地址线(宽度)=log_₂(存储单元的数量)=log_₂^{2^{16}}=16根地址线(宽度)=log₂(存储单元的数量)=log₂216=16根

单位
数据线条数(数据线宽度) 根(或位)
地址线条数(地址线数量、地址线宽度) 位(并行线数)
  1. 若计算机中地址总线的宽度为24位,则最多允许直接访问主存储器16MB的物理空间(以字节为单位编址)。

24位地址总线可以访问的物理空间容量为224B=16M2^{24}B=16M224B=16M。

  1. 按查找文件的起点不同可以将路径分为绝对路径和相对路径。从根目录开始的路径称为绝对路径;从用户当前工作目录开始的路径称为相对路径,相对路径是随着当前工作目录的变化而改变的。

  2. 等待运行的计算机作业可排成一个队列,对这些作业的请求将先来先服务。

    The line of computing jobs waiting to be run might be a queue.These job requests are serviced in order of their arrival.

  3. 采用虚拟存储器的目的是扩大用户的地址空间。
    A scanner accepts documents consisting of text and/or images and converts them to machine-readable form.

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