操作系统知识点总结及总复习题库1doc.docx
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操作系统知识点总结及总复习题库1doc
第一章操作系统引论
知识点:
1.操作系统的定义:
1、操作系统是计算机系统中的一个系统软件,是一些程序模块的集合。
2、它们能以尽量高效、合理的方式组织和管理计算机的软硬件资源,合理的组织计算机的工作流程,控制程序的执行并向用户提供各种服务功能,使得用户能够灵活、方便、有效的使用计算机,使整个计算机系统能高效地运行。
2.操作系统的目标:
方便性、有效性、合理性(可扩充性)、开放性。
3.操作系统的特征:
并发、共享、虚拟、异步。
4.并行与并发:
并行是指两个或多个事件在同一时刻发生,并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
5.操作系统分类:
(基本:
批处理、分时、实时)、嵌入式、个人计算机、网络、分布式。
6.操作系统功能:
处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理、用户接口。
练习题:
1.试说明推动多道批处理系统、分时系统、实时操作系统形成和发展的主要动力各是什么?
参答:
提高系统资源的利用率和系统吞吐量是推动多道批处理系统形成和发展的主要动力。
推动分时系统形成和发展的主要动力是用户在人机交互、共享主机及方便上机等三方面的需要。
实时操作系统的引入主要在于计算机在实时控制系统领域和实时信息处理系统领域的应用及系统对外部事件请求处理的实时性要求。
2.分时系统和实时系统有什么区别?
参答:
实时系统与分时系统的主要区别是:
•系统的设计目标不同.
分时系统的设计目标是提供一种可供多个用户使用的”通用系统”;实时系统是具有基本种特殊用途的”专用系统”.
•响应时间的长短不同.
分时系统对响应时间的要求比较宽松,通常为秒量级;实时系统对响应时间的要求比较苛刻,通常为毫秒量级甚至微秒量级.
•交互性的强弱不同.
分时系统的交互性强,而实时系统的交互性弱.
3.操作系统的作用可表现在哪几个方面?
参答:
操作系统的作用主要体现为以下三个方面:
(一)作为用户与计算机硬件系统之间的接口,方便用户快捷、安全、可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序;
(二)作为计算机系统资源的管理者,针对处理器、存储器、外围设备及信息(数据和软件)进行有效的统一管理和控制,提高系统资源利用率和系统吞吐量;
(三)作为扩充机器,通过提供处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理、作业管理、图形化用户接口等功能,为用户提供了一台比裸机功能更为强大且使用更为方便的虚拟机。
4.设计现代操作系统的主要目标是什么?
设计现代操作系统的主要目标包括以下四方面:
(1)方便性,改进和完善用户接口,使计算机系统更方便使用;
(2)有效性,通过有效管理和分配软、硬件资源及合理组织计算机工作流程来改善资源利用率、提高系统吞吐量;
(3)可扩充性,以适应计算机硬件和体系结构的迅猛发展及其所对应的更高的功能和性能要求;
(4)开放性,支持不同厂家与不同类型的计算机及其设备的网络化集成和协同工作,实现应用程序的可移植性和互操作性
第二章进程管理
知识点:
1.顺序程序的特征:
顺序性、封闭性、可再现性。
2.前趋图:
是一个有向无循环图,用于描述进程之间的前后关系。
3.程序并发执行的特征:
间断性、失去封闭性、不可再现性。
4.进程的定义:
进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一定次可以并发执行的运行活动。
(书上的定义:
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。
)
5.进程的特征:
结构性、动态性、并发性、独立性、异步性(制约性)。
6.
进程的三态:
就绪、执行、阻塞。
7.进程控制块中的信息:
进程标识符、处理机状态、进程调度信息、进程控制信息。
8.原语:
由若干条指令组成,一般在执行中一次完成不能被打断,用于对进程的管理和控制。
9.同步:
多个并发进程的相关进程在执行速度上的制约。
10.互斥:
多个并发进程共享系统资源,一些资源要求排它性使用,即互斥使用,诸进程为竞争这一类资源而发生的相互制约关系。
是一种特殊的同步关系。
11.临界资源:
一次仅允许一个进程使用的资源。
12.临界区:
进程中对临界资源进行操作的程序代码段。
13.p/v操作:
P--,P≥0表示有资源,当前进程可执行,P<0则无资源,进程阻塞;V++,V>0有资源,V≤0唤醒等待队列。
14.互斥信号量mutex:
其初值一般为1,mutex.value=1表示无进程进入临界区;mutex.value=0表示有一进程在临界区;mutex.value=-1表示有一进程在临界区,此外有一进程在等待进入临界区。
15.利用信号量实现前趋关系:
书上P45。
练习题:
1.请叙述进程与程序的区别与联系。
参答:
1、进程与程序的区别:
(1)程序是指令的集合,是静态的概念。
进程是程序在处理机上的一次执行的过程,是动态的概念。
(2)程序是永存的。
进程的存在是暂存的,是有生命期的。
(3)进程是一个独立的运行单位,能与其它进程并发活动,程序则不是。
2、进程与程序的联系:
(1)进程实体:
程序+数据+PCB,程序是进程的组成部分。
(2)一个程序可以作为多个进程的运行程序,一个进程也可以运行多个程序。
即程序与进程的映射是M:
N。
2.生产者-消费者问题的同步算法中,为什么颠倒生产者进程中的两个wait(或P)操作的次序,将导致进程死锁?
参答:
应该先申请私有信号量再公用信号量,避免在准备私有资源之前申请和占用公用信号量。
3.请叙述进程的三种基本状态,并画出三种基本状态的转换图。
参答:
就绪:
进程已获得除CPU以外的所有必要资源,只要得到CPU,便可立即执行。
执行:
进程已得到CPU,其程序正在CPU上执行。
阻塞:
正在执行的进程因某种事件(如I/O请求)的发生而暂时无法继续执行,只有等相应事件完成后,才能去竞争CPU。
图略(见书)
4.在一个单CPU系统中,若有5个用户进程,则处于就绪状态的用户进程最多有()个,最少有()个。
5.在一个双CPU系统(可同时执行两个进程)中,若有7个用户进程,则处于就绪状态的用户进程最多有()个,最少有()个。
6.用P、V操作管理临界区时,一个进程在进入临界区前应该对信号量做()操作,退出临界区时应对信号量做()操作。
7.有m个进程共享一个临界资源,若使用信号量机制实现对临界资源的互斥访问,则该信号量取值最大为(),最小为()。
8.进程在活动过程中会相互制约,主要的是()和()关系,简单说,前者是协作关系,而后者是竞争关系。
9.处于执行状态的进程若同时发生了下列2种情况:
(1)对某信号量执行P操作后,其结果为负数;
(2)时间片到时中断发生。
该进程将由执行状态转换成(阻塞)状态。
10.设有K个进程共享一临界区,问:
(4)
(1)一次只允许一个进程进入临界区,则信号量的初值为(1),变化范围是()。
(2)一次允许M(M 11.当某一信号量的值为2时,说明______。 A.有两个进程由于申请相应资源而被阻塞 B.在该信号量的队列中有两个进程 C.有2份关于该信号量的资源可分配 D.系统中有两个并行执行的进程 12.当某一信号量的值为-2时,以下说法不正确的是______。 A.有两个进程由于申请与该信号量有关的资源而被阻塞 B.在该信号量的队列中有两个进程 C.有2份关于该信号量的资源可分配 D.有两个进程在等待使用与该信号量有关的资源 13.若2个并发进程相关临界区的互斥信号量MUTEX,现在取值为0,则正确的描述应该是_____。 A.没有进程进入临界区 B.有一个进程进入临界区 C.有一个进程进入临界区,另一个在等待进入临界区 D.不定 14.前值为-1,则表示有______个进程在与S有关的队列上等待;系统中共有______个S资源。 1.0 2.1 3.2 4.3 15.发进程都要使用一台打印机,打印机对应的信号量是S,若S=0,则表示_____。 a)没有进程在用打印机 b)有一进程在用打印机 c)有一进程在用打印机,另一进程正等待使用打印机 d)两个进程都在用打印机 16.P、V操作解决进程互斥问题(5分) 有三个进程Pa、Pb和Pc各自按如下流程工作: Pa: while (1){读取一完整数据文件;打印;} Pb: while (1){读取一完整图像文件;绘图;打印;} Pc: while (1){读取一完整图形文件;绘图;} 环境中只有一台绘图仪和一台打印机,它们都是互斥设备(即: 在绘图仪绘制完一完整文件前,不允许其他进程使用绘图仪,打印机在打印完一完整文件前,不允许其他进程使用打印机),但绘图仪与打印机允许并行工作,请用P、V操作来保证它们正常、高效地工作。 17.解决前趋图(5分) 使用P、V操作实现图示的前趋关系。 18.P、V操作解决进程同步问题 有三个进程Pa、Pb和Pc协作解决文件打印问题: Pa将文件记录从磁盘读入内存缓冲区1,每执行一次读一个记录; Pb将缓冲区1的内容复制到缓冲区2,每执行一次复制一个记录; Pc将缓冲区2的内容打印出来,每执行一次打印一个记录。 缓冲区的大小和一个记录大小一样。 请用P、V操作来保证文件的正确打印。 要求给出信号量的含义和初值。 19.共汽车上,司机和售票员各有各的职责范围。 但两者的工作又需要相互配合、协调。 问如何通过P/V操作实现司机和售票员的同步操作? 参答: 司机进程: wait(s1)售票员进程: 关车门 ↓↓ 启动车辆signal(s1) ↓↓ 运行售票 ↓↓ 到站停车wait(s2) ↓↓ signal(s2)开车门 ↓↓ 第三章处理机调度与死锁 知识点: 1.调度类型: 高级调度(又称作业调度,其主要功能是按照某种原则从磁盘某些盘区的作业队列中选取作业进入主存,并为作业做好运行前的准备工作和作业完成后的善后工作)、低级调度(又称进程调度,其主要功能是按照某种原则将处理机分配给就绪进程)、中级调度(它决定哪些进程被允许参与竞争处理机资源)。 2.调度算法: 先来先服务(FCFS)、短作业优先(SJF)、优先权、高响应比优先(优先权=1+等待服务时间/要求服务时间)、时间片轮转(T=N/q;T是系统响应时间,N是进程数,q是时间片)、多级反馈队列。 3.进程周转时间: 从进程进入就绪队列开始,到进程完成为止的时间间隔 4.平均周转时间: 系统中多个进程的周转时间的平均值 5.死锁的定义: 两个或两个以上并发进程,如果每个进程持有某种资源,而又等待着别的进程释放它或它们现在保持着的资源,否则就不能向前推进。 此时,每个进程都占用了一定的资源,但又都不能向前推进。 此现象称为死锁。 6.产生死锁的必要条件: 互斥条件、请求和保持条件、不剥夺条件、环路等待条件。 7.预防死锁: 破坏保持和请求条件、破坏不剥夺条件、破坏环路等待条件。 8.银行家算法: P书(97)。 ★ 联系: 1.请分析响应比高者优先调度算法为何既有利于短作业(进程),又能兼顾长作业(进程)。 (第三章) 参答: (1)高响应比优先调度算法是一种高优先权优先算法,由于其中的优先权,即响应比的计算为: (2)如果作业(进程)的等待时间相同,则要求服务时间最短的作业(进程)的优先权最高,因此它有利于短作业(进程)。 (3)如果作业(进程)较长,它的优先权将随着等待时间的增长而提高,从而使长作业(进程)不会长期得不到服务。 2.设有一组作业若采用短作业优先调度算法,作业的执行顺序是()。 作业号 提交时间 运行时间 1 9: 00 70 2 9: 40 30 3 9: 50 10 4 10: 10 5 3.有3个作业,分别采用先来先服务和短作业优先调度算法。 试问它们的周转时间和平均周转时间各是多少。 作业号 提交时间 运行时间 开始时间 完成时间 周转时间 1 0 8 2 0.4 4 3 1 1 平均周转时间 4.某系统有3个作业,系统确定它们在全部到达后,再开始采用响应比高者优先的调度算法,问它们的调度顺序是什么? 各自的周转时间是什么? 作业号 提交时间 运行时间 开始时间 完成时间 周转时间 调度顺序 1 8.8 1.5 2 9.0 0.4 3 9.5 1.0 平均周转时间: 5.银行家算法(6分) 假定有如下资源分配状态,现可用资源向量为(2,3,0) 最大需求资源 已分配资源 Need Work+allo. A B C A B C A B C A B C P0 7 5 3 0 1 0 P1 3 2 2 3 0 2 P2 9 0 2 3 0 2 P3 2 2 2 2 1 1 P4 4 3 3 0 0 2 问: (1)、该状态是安全状态吗? 若是安全的,请写出它的一个安全序列。 (2)、如果此时P4提出资源请求向量为(1,2,0),系统能否把资源分配给它? 为什么? 6.有五个作业,它们的提交、运行时间如下表所示。 若采用短作业优先调度算法,试填写下试填写答题纸表格的空白处,并计算平均周转时间。 列表格的空白处,并计算平均周转时间。 作业号 提交时间 运行时间 1 8.0 1.2 2 8.5 0.7 3 8.8 0.2 4 9.0 2.2 5 9.2 0.4 7.有五个作业,它们的提交、运行时间如下表所示。 若采用响应比高者优先调度算法,试填写答题纸表格的空白处,并计算平均周转时间。 作业号 提交时间 运行时间 1 8.0 1.2 2 8.5 0.7 3 8.8 0.2 4 9.0 2.2 5 9.2 0.4 第四章 存储器管理 1. 2.页式存储管理的基本思想 分块,把内存存储空间划分成大小一定的块,称为物理块(页框、实页);分页,把用户程序的逻辑地址空间划分成大小一定的块,称为页面(逻辑页、虚页); 对某特定机器,其地址结构是一定的。 若给定一个逻辑地址空间中的地址为A,页面的大小为L,则页号P和页内地址d可按下式求得: 例: 系统地址结构为16位二进制,该地址空间为64K(216,0~65535)。 如页面长度为1K(1024)。 现有一相对地址为3000,它的二进制表示如下图,其二元组形式经过计算得到(2,952) 3.页式存储管理的地址转换 当进程访问某逻辑地址3081时,地址变换过程: (逻辑地址3081物理地址) 逻辑地址3081(页号,页内地址)(3,9)[页面长度1K] 比较: 页号>页表长度(页表寄存器中)越界中断 n 表项在页表中位置=页表始址+页号×页表项长度 从表项中取得对应该页的物理块号,装入物理地址寄存器 (第3页面对应块号是11) 逻辑地址寄存器的页内地址物理地址寄存器的块内地址 物理块号11+块内地址9物理地址[11*1024+9=11273] 4.虚拟页式存储管理 页号、驻留位、内存块号、外存地址、访问位、修改位 驻留位(中断位): 表示该页是在内存还是在外存 访问位: 根据访问位来决定淘汰哪页(由不同的算法决定) 修改位: 查看此页是否在内存中被修改过 5.页面淘汰算法 1.先进先出页面淘汰算法(FIFO): 选择在内存中驻留时间最长的页并淘汰之 2.理想淘汰算法—最佳页面算法(OPT): 淘汰以后不再需要的或最远的将来才会用到的页面 3.最近最少使用页面淘汰算法(LRU): 选择最后一次访问时间距离当前时间最长的一页并淘汰之,即淘汰没有使用的时间最长的页 练习: 1.一实现分页式存储管理的系统,内存块大小为2K/块,现有一用户作业,逻辑地址空间为0~5129字节,若将其装入内存,系统分配给它的存储容量为多少字节? 有无碎片,大小为多少? 2.设一个逻辑地址空间有8个页面,每个页面大小为1024字节,映射到32块物理块的内存上,问: (1)逻辑地址要用多少位表示? (2)物理地址要用多少位表示? 3.已知内存容量为64KB,某一作业A的逻辑地址空间共有4K,分为4个页面,页面0、1、2、3分别被分配到内存空间的2、4、6、7四个物理块中,在逻辑地址为200处有一条取数指令“LOAD1,3500”, (1)画出作业A的页表; (2)当指令“LOAD1,3500”执行时,产生的物理地址应是什么? 4.计算缺页次数 1)某程序在内存中分配三个页面,初始为空,页面走向为4,3,2,1,4,3,5,4,3,2,1,5(分别用FIFO、OPT、LRU) 2)某程序在内存中分配m页初始为空,页面走向为1,2,3,4,1,2,5,1,2,3,4,5。 当m=3,m=4时缺页中断分别为多少? 用FIFO算法 3)已知内存管理采用页式存储管理。 某一作业A的地址空间共4K字节,分为4个页面0、1、2、3,它们被分配到内存的2、3、4、8四个存储块中,在逻辑地址为200中有一条取数指令LOAD1,3200(十进制),页和块同样大小。 完成以下要求: (1)画出作业A的页表 (2)当执行指令LOAD1,3200,将从哪个物理地址取内容送1号寄存器? 3、 4)请求页式系统中,一进程的页面走向为: 2,2,1,1,3,2,4,1,3,2,3,2,4,5。 它的实页数为m=3。 (1)按FIFO页面淘汰算法,计算缺页率f。 (2)按LRU算法,计算缺页率f。 (3)按OPT页面淘汰算法,计算缺页率f。 要求画出页面变化过程。 1. 利用信号量解决前趋关系(见书45页) 2.有3个作业,分别采用先来先服务和短作业优先调度算法。 试问它们的周转时间和平均周转时间各是多少。 作业号 提交时间 运行时间 开始时间 完成时间 周转时间 1 0 8 2 0.4 4 3 1 1 平均周转时间: 3.有四个作业,它们的提交、运行时间如下表所示。 若采用响应比高者优先调度算法,试填写下列表格的空白处,并计算平均周转时间。 作业号 提交时间 运行时间 开始时间 完成时间 周转时间 1 9.0 2.0 2 9.3 0.5 3 9.5 0.1 4 10.0 0.4 平均周转时间: 4.某系统有3个作业,系统确定它们在全部到达后,再开始采用响应比高者优先的调度算法,问它们的调度顺序是什么? 各自的周转时间是什么? 作业号 提交时间 运行时间 开始时间 完成时间 周转时间 调度顺序 1 8.8 1.5 2 9.0 0.4 3 9.5 1.0 平均周转时间: 5.银行家算法(6分) 假定有如下资源分配状态,现可用资源向量为(2,3,0) 最大需求资源 已分配资源 Need Work+allo. A B C A B C A B C A B C P0 7 5 3 0 1 0 P1 3 2 2 3 0 2 P2 9 0 2 3 0 2 P3 2 2 2 2 1 1 P4 4 3 3 0 0 2 问: (1)、该状态是安全状态吗? 若是安全的,请写出它的一个安全序列。 (2)、如果此时P4提出资源请求向量为(1,2,0),系统能否把资源分配给它? 为什么? 6.在银行家算法中,若出现下述资源分配情况: ProcessAllocationNeedAvailable Po003200121622 P110001750 P213542356 P303320652 P400140656 试问: (1)该状态是否安全? (2)若进程P2提出请求Request(1,2,3,2)后,系统能否将资源分配给它? 7.已知内存管理采用页式存储管理。 某一作业A的地址空间共4K字节,分为4个页面0、1、2、3,它们被分配到内存的2、3、4、8四个存储块中,在逻辑地址为200中有一条取数指令LOAD1,3200(十进制),页和块同样大小。 完成以下要求: (1)画出作业A的页表 (2)当执行指令LOAD1,3200,将从哪个物理地址取内容送1号寄存器? 3、 8.请求页式系统中,一进程的页面走向为: 2,2,1,1,3,2,4,1,3,2,3,2,4,5。 它的实页数为m=3。 (1)按FIFO页面淘汰算法,计算缺页率f。 (2)按LRU算法,计算缺页率f。 (3)按OPT页面淘汰算法,计算缺页率f。 要求画出页面变化过程。 9.现有9个进程提出I/O请求的顺序分别为: 98,183,37,122,14,124,65,67。 试用磁盘调度算法: FCFS、SSTF、SCAN、CSCAN比较其优缺点,分别算出其平均寻道长度。 10.今设一系统中有3个用户,共使用文件(F1~F5),使用关系如下表所示。 各用户对各文件定义的文件名列于表中的相应栏目中,如表格的栏目为空,则表示用户对该文件无使用关系。 要求用基本文件目录法(BFD)为系统设计一个能准确存取文件的文件目录系统。 W1 W2 W3 W4 W5 cost1 Com1 Com2 Com3 Com4 Com5 cost2 funa func cost3 Berl Bear Bom Bunc 1、操作系统: OperatingSystem 2、串行处理系统: SerialSystem 3、批处理系统: BatchSystem 4、分时系统: TimeSharingSystem 5、实时系统: R
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