资源描述
计算机操作系统复习资料1. 操作系统的定义操作系统(Operating System，简称OS)是管理计算机系统的全部硬件资源包括软件资源及数据资源；控制程序运行；改善人机界面；为其它应用软件提供支持等，使计算机系统所有资源最大限度地发挥作用，为用户提供方便的、有效的、友善的服务界面。操作系统通常是最靠近硬件的一层系统软件，它把硬件裸机改造成为功能完善的一台虚拟机，使得计算机系统的使用和管理更加方便，计算机资源的利用效率更高，上层的应用程序可以获得比硬件提供的功能更多的支持。操作系统是一个庞大的管理控制程序，大致包括5个方面的管理功能:进程与处理机管理、作业管理、存储管理、设备管理、文件管理。2. 操作系统的作用1） OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口2） OS作为计算机系统资源的管理者3） OS实现了对计算机资源的抽象3. 操作系统的基本特征1） 并发2） 共享3） 虚拟4） 异步4. 分时系统的概念把计算机的系统资源（尤其是CPU时间）进行时间上的分割，每个时间段称为一个时间片，每个用户依次轮流使用时间片，实现多个用户分享同一台主机的操作系统。5. 分时系统要解决的关键问题（2个）1） 及时接收2） 及时处理6. 并发性的概念并发性是指两个或多个事件在同一事件间隔内发生。在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理机系统中，每一时刻却仅能有一道程序执行，故微观上这些程序只能是分时的交替执行。7. 程序顺序执行的特征和并发执行的特征顺序执行的特点: 顺序性 封闭性 可再现性程序并发执行的特点：1）、间断性（失去程序的封闭性）2）、不可再现性 任何并发执行都是不可再现3）、进程互斥（程序并发执行可以相互制约）8. 进程的定义进程是指在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位。为了使参与并发执行的每个程序（含数据）都能独立的运行，在操作系统中必须为之配置一个专门的数据结构，称为进程控制块（PCB）。系统利用PCB来描述进程的基本情况和活动过程，进而控制和管理进程。9. 进程的组成部分进程是由一组机器指令，数据和堆栈组成的，是一个能独立运行的活动实体。由程序段，相关的数据段和PCB三部分便构成了进程实体（又称进程映像）。10. 进程的状态（状态之间的变化）就绪状态、执行状态、阻塞状态。处于就绪状态的进程，在调度程序为之分配了处理机之后，该进程便可以执行，相应的，他就由就绪状态转变为执行状态。正在执行的进程，如果因为分配给它的时间片已经用完而被暂停执行时，该进程便由执行状态又回到就绪状态；如果因为发生某事件而使进程的执行受阻（如进程请求访问临界资源，而该资源正在被其它进程访问），使之无法继续执行，该进程将有执行状态转变为阻塞状态。处于阻塞状态的进程，在获得了资源后，转变为就绪状态。11. 进程同步的概念进程同步是是并发执行的诸进程之间能有效地相互合作，从而使程序的执行具有可再现性，简单的说来就是：多个相关进程在执行次序上的协调。12. PV原语的作用PV原语通过操作信号量来处理进程间的同步与互斥的问题。其核心就是一段不可分割不可中断的程序。13. 处理死锁的四种方法（有何不同）1） 预防死锁。这是一种简单和直观的事先预防方法。该方法是通过设置某些限制条件，去破坏产生死锁的四个必要条件（互斥条件，请求和保持条件，不可抢占条件，循环等待条件）中的一个或几个来预防产生死锁。预防死锁是一种较易实现的方法，已被广泛使用、2） 避免死锁。同样是属于事先预防策略，但它并不是事先采取各种限制措施，去破坏产生死锁的四个必要条件，而是在资源的动态分配过程中，用某种方法防止系统进入不安全状态，从而可以避免发生死锁。3） 检测死锁。这种方法无须事先采取任何限制性措施，允许进程在运行过程中发生死锁。但可通过检测机构及时地检测出死锁的发生，然后采取适当的措施，把进程从死锁中解脱出来。4） 解除死锁。当检测到系统中已发生死锁时，就采取相应措施，将进程从死锁状态中解脱出来。常用的方法是撤销一些进程，回收它们的资源，将它们分配给已处于阻塞状态的进程，使其能继续运行。上述的四种方法，从1）到4）对死锁的防范程度逐渐减弱，但对应的是资源利用率的提高，以及进程因资源因素而阻塞的频度下降（即并发程度提高）。14. 解除死锁的方法常采用解除死锁的两种方法是：1） 抢占资源。从一个或多个进程中抢占足够数量的资源，分配给死锁进程，以解除死锁状态。2） 终止（或撤销）进程。终止（或撤销）系统中的一个或多个死锁进程，直至打破循环环路，使系统从死锁状态解脱出来。15. 死锁产生的必要条件1） 互斥条件2） 请求和保持条件3） 不可抢占条件4） 循环等待条件16. 死锁的概念如果一组进程中的每一个进程都在等待仅由该组进程中的其它进程才能引发的事件，那么该组进程是死锁的。17. 银行家算法银行家算法是一种最有代表性的避免死锁的算法。要解释银行家算法，必须先解释操作系统安全状态和不安全状态。安全状态：如果存在一个由系统中所有进程构成的安全序列P1，Pn，则系统处于安全状态。安全状态一定是没有死锁发生。不安全状态:不存在一个安全序列。不安全状态不一定导致死锁。安全序列一个进程序列P1，Pn是安全的，如果对于每一个进程Pi(1in），它以后尚需要的资源量不超过系统当前剩余资源量与所有进程Pj (j 1）在等待表演。只要钢丝上无人时便允许一名演员从钢丝的一端走到另一端。现要求两端的演员交替地走钢丝，且从A端的一名演员先开始。请问，把一名演员看作一个进程时，怎样用WAIT,SIGNAL操作来进行控制？请写出能进行正确管理的程序。2. 有阅览室，读者进入时必须先在一张登记表中进行登记，该表为每一座位列一表目，包括座号和读者姓名，读者离开时要消掉登记信息，阅览室中共有100个座位，试问：试用信号量和wait，signal原语写出这些进程间的同步算法。3. 请用信号量解决以下的“过独木桥”问题：同一方向的行人可连续过桥，当某一方向有人过桥时，另一方向的行人必须等待；当某一方向无人过桥时，另一方向的行人可以过桥。4. 假定系统有三个并发进程read, move和print共享缓冲器B1和B2。进程read负责从输入设备上读信息，每读出一个记录后把它存放到缓冲器B1中。进程move从缓冲器B1中取出一记录，加工后存入缓冲器B2。进程print将B2中的记录取出打印输出。缓冲器B1和B2每次只能存放一个记录。要求三个进程协调完成任务，使打印出来的与读入的记录的个数，次序完全一样。请用WAIT()和SIGNAL()原语操作，写出它们的并发程序。1、某虚拟存储器的用户编程空间共32个页面，每页为1KB，内存为16KB。假定某时刻一用户页表中已调入内存的页面的页号和物理块号的对照表如下：页号 物理块号0 51 102 43 7则逻辑地址0A5C（H）所对应的物理地址是什么？解：程序空间的大小为32KB，因此逻辑地址的有效位数是15位。内存储空间的大小是16KB，因此物理地址至少需要14位。当页面为1KB时，虚地址0A5C表示页号为00010，页内地址是1001011100.该页在内存的第4块，即块号为0100，因此0A5C的物理地址是01001001011100，即123CH。2、某段表内容如下：段号 段首地址 段长度0 120K 40K1 760K 30K2 480K 20K3 370K 20K一逻辑地址为（2，154）的实际物理地址为多少？答：逻辑地址（2,154）表示段号为2，即段手地址为480K，154为单元号，则实际物理地址为480K+154。3、考虑下述页面走向：1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，6当内存块数量分别为3时，试问FIFO、LRU、OPT这三种置换算法的缺页次数各是多少？答：缺页定义为所有内存块最初都是空的，所以第一次用到的页面都产生一次缺页。当内存块数量为3时：发生缺页中断的次数为16。在FIFO算法中，先进入内存的页面被先换出。当页6要调入时，内存的状态为4、1、5，考查页6之前调入的页面，分别为5、1、2、4，可见4为最先进入内存的，本次应换出，然后把页6调入内存。发生缺页中断的次数为15。在LRU算法中，最近最少使用的页面被先换出。当页6要调入时，内存的状态为5、2、1，考查页6之前调入的页面，分别为5、1、2，可见2为最近一段时间内使用最少的，本次应换出，然后把页6调入内存。发生缺页中断的次数为11。在OPT算法中，在最远的将来才被访问的页面被先换出。当页6要调入时，内存的状态为1、2、5，考查页6后面要调入的页面，分别为2、1、2、，可见5为最近一段时间内使用最少的，本次应换出，然后把页6调入内存。OPT算法因为要知道后面请求的页框，因此我觉得这个算法有个小小的bug,如果在某个请求中，若在该请求的页框之后的页框序列中至少存在一个和当前内存块中不匹配的页框，则按照内存块的顺序（从上往下）替换没有出现的页框。比如上面那个OPT例子。对于最后一个页框请求，因为6未命中，且6之后没有请求的序列，因此应该替换3，所以替换后的序列为6 ， 2 ，1 。4. 假设一个磁盘有200个磁道，编号从O199。当前磁头正在143道上服务，并且刚刚完成了125道的请求。如果寻道请求队列的顺序是： 86，147，9l，177，94，150，102，175，130 问：为完成上述请求，使用最短寻道时间优先磁盘调度算法SSTF时，磁头移动的总量是多少?(要求写出分析过程)(147-143)+(150-147)+(150-130)+(130-102)+(102-94)+(94-91)+(91-86)=1625. 银行家算法(操作系统）在银行家算法中，某T0时刻的资源分配情况如下：（有三类资源A、B、C，五个进程P0、P1、P2、P3、P4）Max Allocation Need AvailableA B C A B C A B C A B CP0 7 5 3 0 1 0 7 4 3 3 3 2P1 3 2 2 2 0 0 1 2 2 P2 9 0 2 3 0 2 6 0 0 P3 2 2 2 2 1 1 0 1 1 P4 4 3 3 0 0 2 4 3 1试问：1.该状态是否安全？2.在T0时刻，P1发出请求Request(1，1，2)，系统能否满足？为什么？答案：1、这是安全状态：P1的需求小于可用资源数，先满足P1的请求，然后回收P1资源：可用资源变为 （3,3,2）（2,0,0）（5,3,2）；这时P3可分配，P3结束后回收资源，可用资源为（5,3,2）（2,1,1）（7,4,3）这时P0可分配，P0结束后回收资源，可用资源为（7,4,3）（0,1,0）（7,5,3）接下来是P2，结束后可用资源为（7,5,3）（3,0,2）（10,5,5）最后分配P4，结束后可用资源为（10,5,5）（0,0,2）（10,5,7）这样得到一个安全序列：P1P3P0P2P4，所以T0状态是安全的。2、T0时刻P1请求（1,1,2）可用资源数（3,3,2），可以直接满足。
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