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操作系统复习2

2011-12-06  朱小波的...

1什么是操作系统及四个基本特征

操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源,合理地对各类作业进行调度,以及方便用户使用的程序的集合。P9

操作系统的四个基本特征是并发、共享、虚拟和异步。P14

2操作系统的主要功能,什么是分时操作系统

操作系统的主要功能:处理机管理、存储器管理、设备管理和文件管理p18

分时操作系统是指,在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端,同时允许多个用户通过主机的终端,以交互方式使用计算机,共享主机中的资源。P10

3操作系统的接口有几种类型

用户与操作系统的接口通常可分为两大类:

1用户接口。它是提供给用户使用的接口,用户可通过该接口取得操作系统的服务

2程序接口。它是提供给程序员在编程时使用的接口,是用户程序取得操作系统的唯一途径 p22

OS为什么要引入进程的概念,为什么要引入线程

为了使程序在多道程序环境下能并发执行,并能对并发执行的程序加以控制和描述,而引入了进程概念。P37

在操作系统中引入线程,是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销,使OS具有更好的并发性。 P72

5进程控制块是什么?作用及构成

为了使程序(含数据)能独立运行,应为之配置一进程控制块,即PCBProcess Control Block); PCB是进程实体的一部分,是操作系统中最重要的记录型数据结构,

PCB中记录了操作系统所需的用于描述进程情况及控制进程运行所需的全部信息。在进程控制块中,主要包括下述四方面的信息。1进程标示符2处理机状态3进程调度信息4进程控制信息

因而它的作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序(含数据),成为一个能独立运行的基本单位,一个能和其他进程并发执行的进程。P41

6进程的基本状态有哪些?进程实体是由什么组成的

进程执行时的间断性决定了进程可能具有多种状态。事实上,运行中的进程可能具有以下三种状态。1就绪状态2执行状态3阻塞状态 p38

由程序段、相关的数据段和PCB三部分便构成了进程实体。P37

7进程通信的类型有哪些?

进程通信是指进程之间的信息交换,其所交换的信息量少者是一个状态或数值,多者则是成千上万个字节。进程间的互斥和同步,由于其所交换的信息量少而被归结为低级通信。高级通信机制可归结为三大类:共享存储器系统、消息传递系统以及管道通信系统。P65

8常用记录型PV原语的代码描述,生产者-消费者

P51 记录型信号量

 Type semaphore=record

Value:integer;

L:list of process;

End

相应的,wait(S)he signal(S)操作可描述为:

Procedure wait(S)

Var S: semaphore;

Begin

S.value:=s.value-1;

If  S.value<0 then block(S.L);

End

Procedure signal(S)

Var S:semaphore;

Begin

S.value:=S.value+1

If S.value<=0 then block wakeup(S.L);

end

9作业 作业步 作业流 高级调度 中级调度 低级调度 平均周转 带权周转

作业(job):作业是一个比程序更为广泛的概念,它不仅包含了通常的程序和数据,而且还应配有一份作业说明书,系统根据该说明书来对程序的运行进行控制。P84

  作业步(job step):通常,在作业运行期间,每个作业都必须经过若干个相对独立,又相互关联的顺序加工步骤才能得到结果,我们把其中的每一个加工步骤称为一个作业步,各作业步之间存在着相互联系,往往是把上一个作业步的输出作为下一个作业步的输入。P84

作业流:若干作业进入系统后,被依次存放在外存上,这便形成了输入的作业流;在操作系统的控制下,逐个作业进行处理,于是形成了处理作业流。P85

高级调度(high Level Scheduling):又称为作业调度或者长程调度(longTerm Scheduling,其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,它调度对象是作业。P84

低级调度(low Level Scheduling)称为进程调度或短程调度(shortTerm Scheduling,它所调度的对象是进程(或内核级线程。)进程调度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,都必须配置这级调度。P86

中级调度(Intermediate Level Scheduling)又称中程调度(Medium-Term Scheduling.引入中级调度的主要目的是为了提高内存利用率和系统吞吐量。P87

周转时间:所谓周转时间是指从作业被提交给系统开始,到作业完成为止的这段时间间隔(称为作业周转时间)

平均周转时间:

带权周转时间:作业的周转时间T与系统为它提供服务的时间 之比,即 ,称为带权周转时间,而平均带权周转时间则可以表示为: p90

10 什么是死锁?产生原因?必要条件是什么?死锁防止和避免的区别是什么?

所谓死锁(Deadlock,是指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局(Deadlyembrace),当进程处于这种僵局状态时,若无外力作用,它们将无法再向前推进。。

产生死锁的原因可以归结为如下两点:

1竞争资源。当系统中供多个进程共享的资源,如打印机、公用队列等,其数目不足以满足诸进程的需要时,会引起诸进程对资源的竞争而产生死锁。

2进程间推进顺序非法。进程在运行过程中,请求和释放资源的顺序不当,也同样会导致产生死锁。P103

产生死锁的必要条件:

(1) 互斥条件

(2) 请求和保持条件

(3) 不剥夺条件

(4) 环路等待条件 p105

预防死锁和避免死锁这两种方法实质上都是通过施加某些限制条件,来预防发生死锁。两者的主要区别在于:为预防死锁所施加的条件比较严格,这往往会影响进程的并发执行;而为避免死锁所施加的限制条件则较宽松,这给进程的运行提供了较宽松的环境,有利于进程的并发执行。P106

11 银行家算法

数据结构:

1)可利用资源向量Available

2)最大需求矩阵Max

3)分配矩阵Allocation

4)需求矩阵Need          

银行家算法:

1 (2)   

(3)     

(4)系统执行安全性算法,检查此次资源分配后系统是否处于安全状态 p109

12重定位是什么 

通常是把装入时对目标程序中指令和数据的修改过程称为重定位。P119

重定位就是把作业的逻辑地址空间变换成内存中的实际物理地址空间的过程。他是实现多道程序在内存中同时运行的基础。重定位有两种,分别是动态重定位与静态重定位http://baike.baidu.com/view/2149345.htm?fr=ala0_1

13为什么要动态重定位?

为了在程序执行过程中,每当访问指令或数据时,将要访问的程序或数据的逻辑地址转换成物理地址,引入了动态重定位。可在系统中增加一个重定位寄存器,用它来装入程序在内存中的起始地址,程序在执行时,真正访问的内存地址是相对地址与重定位寄存器中的地址相加而形成的,从而实现动态重定位。P119

14分段存储管理(分段保护方法有哪些?)分页存储管理 页表作用(用什么转换)

如果离散分配的基本单位是页,则称分页存储管理方式;如果离散分配的基本单位是段,则称为分段存储管理方式。 P130

在分段系统中,由于每个分段在逻辑上是独立的,因而比较容易实现信息保护。目前,常采用以下几种措施来确保信息的安全。

1)越界检查(2)存取控制检查(3)环保护机构p158

页表的总用是实现从页号到物理块号的地址映射。 P131

15 程序的局部性原理是什么?

早在1968年,Denning.P就曾指出:程序在执行时将呈现出局部性规律,即在一较短时间内,程序的执行仅局限于某个部分:相应的,它所访问的存储空间也局限于某个区域。他提出了下面几个论点:

1)程序运行时,除了少数部分的转移和过程调用指令外,在大多数情况下仍是顺序执行的(2)过程调用将会使程序的执行轨迹由一部分区域转至另一部分区域,但经研究看出,过程调用的深度在大多数情况下都不会超过53)程序中存在许多循环结构,这些虽然只由少数指令构成,但是它们将多次执行(4)程序中还包括许多对数据结构的处理,如对数组进行操作,它们往往都局限于很小的范围内。 P142

16 什么是基本分页分段存储管理,画出两种方式地址结构

在分页存储管理方式中,如果不具备页面对换功能,则称为基本的分页存储管理方式,或称为存分页管理方式,它不具有支持实现虚拟存储器的功能,它要求把每个作业全部装入内存后才能运行。P130

基本的地址变换机构

具有快表的地址变换机构

17虚拟存储

所谓虚拟存储器,是指具有请求调入功能和置换功能,能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储系统。其逻辑容量由内容容量和外存容量之和决定,其运行速度接近于内存速度,而每位的成本却又接近于外存。P143

18高响应调度的基本算法

在批处理系统中,短作业优先算法是一种比较好的算法,其主要的不足之处是长作业的运行得不到保证。如果我们能为每个作业引入前面所述的动态优先权,并使作业的优先级随着时间的增加而以速率a提高,则长作业在等待一定时间后,必然有机会分配到处理机。该优先权的变化规律可描述为:

由于等待时间与服务时间之和就是系统对该作业的响应时间,故该优先权又相当于响应比

 p94

19什么是通道类型

通道是用于控制外围设备(包括字符设备和块设备)的。由于外围设备的类型较多,且其传输速率相差甚大,因而使通道具有多种类型。这里,根据信息交换方式的不同,可把通道分成以下三种类型:

(1) 字节多路通道

(2) 数组选择通道

(3) 数组多路通道p165

20 有几种I/O控制方式?各适合的场合?

随着计算机技术的发展,I/O控制方式也在不断的发展。在早期的计算机系统中,是采用程序I/O方式;当在系统中引入中断机制后,I/O方式便发展成中断驱动方式;此后,随着DMA控制器的出现,又使I/O方式在传输单位上发生了变化,即从以字节为单位的传输扩大到以数据块为单位进行传输,从而大大得改善了块设备的I/O性能;而通道的引入,又使对I/O操作的组织和数据的传送都能独立地进行而无需cpu干预。P167

21 中断I/O和程序I/O的优缺点?画出中断I/O控制方式的流程图

在程序I/O方式中,由于cpu的高速性和I/O设备的低速性,致使cpu的绝大部分时间都处于等待I/O设备完成数据I/O的循环测试中,造成对cpu 的极大浪费。中断驱动I/O控制方式使cpuI/O设备都处于忙碌状态,从来提高了整个系统的资源利用率及吞吐量。P167

22为什么引入缓冲(目的是什么?)

在设备管理中,引入缓冲区的主要原因可归结为以下几点:

(1) 缓和CPUI/O设备间速度不匹配的矛盾

(2) 减少对cpu的中断频率,放宽对cpu中断响应时间的限制

(3) 提高cpuI/O设备之间的并行性 p172

23spooling的基本组成?哪些是在内存?哪些是在磁盘?

在联机情况下实现的同时外围操作称为SPOOLINGSimuLtaneaus Periphernal Operating On Line),或称为假脱机操作。

Spooling系统主要由以下三部分:

(1) 输入井和输出井 这些在磁盘上

(2) 输入缓冲区和输出缓冲区 这些在内存上

(3) 输入进程 和输出进程  p190

24目前常用的disk调度算法有几种?寻道时间,方式,平均寻道长度(平均寻道时间)

目前常用的磁盘调度算法有先来先服务、最短寻道时间优先算法,扫描算法,循环扫描算法,NstepSCANFSCAN调度算法 ,共5

寻道时间:这是指把磁臂移动到指定磁道所经历的时间。该时间是启动磁臂的时间s与磁头移动n条磁道所花费的时间之和,即 ,其中m是一常数,与磁盘驱动器的速度有关。对于一般磁盘,m=0.2;对于高速磁盘, 0.1,磁臂的启动时间约为0.2ms。对于一般的磁盘,其寻道时间将随寻道巨力刀增加而增大,大体上是5~30ms  p193

25什么是数据项,记录,文件(三者关系)

数据项是最低级的数据组织形式。记录是一组相关数据项的集合,用于描述一个对象在某方面的属性。文件是指由创建者所定义的、具有文件名的一组相关元素的集合,可分为有结构文件和无结构文件两种。P203 

26什么是索引文件,索引顺序文件及他们的检索方法

顺序文件:这个是一个由一系列记录按某种顺序排列所形成的文件。其中的记录通常是定长记录,因而能用较快的速度查找文件中的记录。检索方法:折半查找法、插值查找法、跳步查找法等方法

索引文件:当记录为可变长度时,通常为之建立一张索引表,并为每个记录设置一个表项,以加快对记录检索的速度。检索方法:首先根据用户(程序)提供的关键字,并利用折半查找法曲检索索引表,从中找到相应的表项,再利用该表项中给出的指向记录的指针值,去访问所需的记录P209

27文件的外存分配方式有几种各有什么特点

常用的外存分配方式有连续分配、链接分配和所以分配三种。连续分配的主要优点:(1)顺序访问容易(2)顺序访问速度快 主要缺点:(1)要求有连续的存储空间(2)必须事先知道文件的长度。 链式分配:采用离散分配方式,消除了外部碎片,显著提高了外存空间的利用率,对文件的增、删、改十分方便。 缺点:(1)不能支持高效的直接存取。(2FAT需要较大的内存空间。索引分配的缺点:(1)可能要花费较多的外存空间。对小文件采用索引分配方式时,利用率极低。P213

28文件管理的基本功能和任务是什么?

用户通过文件系统所提供的系统调用实施对文件的操作。最基本的操作有:创建文件、删除文件、读文件、写文件、截断文件和设置文件的读写位置。P206

29文件的结构、物理结构有几种分别是?fcb的组成,为什么被分割成两部分

文件的逻辑结构,又称为文件组织结构:有两种(1)有结构文件或者称为记录式文件(2)无结构文件或者流式文件。P208

文件的物理结构,又称文件的存储结构:有三种:(1)顺序式的文件结构(2)链式的文件结构(3)索引式的文件结构p213

Fcb文件控制块:为了能对一个文件进行正确的存取,必须为文件设置用于描述和控制文件的数据结构。在文件控制块中,为了能对系统中的大量文件施以有效的管理,通常应含有三类信息,即基本信息、存取控制信息及使用信息。P224

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