操作系统简答题.doc

1.试述现代操作系统的基本特征（1）并发性：并发指的是在操作系统中存在着许多同时的或并行的活动。例如，在多道程序设计的环境下，各个程序同时在处理机上交替、穿插地执行。（2）共享性：系统中存在的各种并发活动，要求共享系统的硬、软件资源。（3）虚拟性：虚拟指的是讲一个物理实体映射为若干个逻辑实体。前者是客观存在的，后者是虚构的。例如，在多道程序系统中，虽然只有一个CPU，每一时刻只能执行一道程序，但采用多道技术之后，在一段时间间隔内，宏观上有多个程序在运行。在用户看来，就好像有多个CPU在各自运行自己的程序。（4）不确定性：1.程序执行结果不确定，程序执行结果不能再现。同一程序，对给定相同的初始数据，在相同的环境下运行，多次运行可能得到完全不同的结果。2. 多道程序设计环境下，程序按异步方式运行。也就是说，每道程序在何时执行、各个程序执行的顺序以及每到道程序所需的时间都是不确定的，也是不可预知的。（有疑惑）2.试述操作系统与用户接口并举例说明。概念：为了方面用户对计算机系统的使用和编程，操作系统向用户提供了用户与操作系统的接口，简称为用户接口。操作系统提供了两类接口：一类是程序级接口，即系统调用或称操作系统应用程序接口；另一类是作业控制级接口，即键盘控制命令与作业控制命令。作业控制级接口（即命令程序）：分为脱机用户接口和联机用户接口。脱机用户接口由一组作业控制命令或称作业控制语言组成。联机接口由一组操作系统命令组成，用于联机作业的控制。例如，系统管理、环境设置、权限管理、文件管理等。运行就绪阻塞调度时间片用完I/O请求I/O完成3.画出进程状态转换图并作必要文字说明。进程调度的基本调度状态及其转换文字说明：（1）运行状态。进程已获得必要的资源，并占有一个处理机，处理机正在执行该进程的程序。（2）就绪状态。如果进程已具备了运行条件，但由于处理机已被其他进程占用，因此暂时不能运行，而等待分配处理机，则称该进程处于就绪状态，有时也称可运行状态。（3）阻塞状态。进程在运行过程中，因等待某一事件而暂时不能运行的状态，称为阻塞状态，即进程的运行受到了阻塞。此时，及时处理机“空闲”，也无法使用。这种状态也可称为不可运行状态。进程的各种调度状态，可以根据一定的条件而发生变化。处于运行状态的进程可能因某种事件的发生而变成阻塞状态。相应事件发生之后，该进程可以从阻塞状态变成就绪状态。当系统的进程调度程序把处理机分配给某一就绪状态的进程时，它就从就绪状态进入运行状态。4.什么是信号量？什么是P、V操作？（1）在操作系统中，信号量是表示资源的实体，是一个与队列有关的整型变量，其值仅能有P、V操作来改变。操作系统利用信号量对进程和资源进行控制和管理。（2）P、V操作是定义在信号量S上的两个操作，其定义如下：P(S)：S：=S-1； 若S=0，则调用P(S)的进程继续运行；若S0，则调用V(S)的进程继续运行；若S =0，从等待信号量S的阻塞队列中唤醒头一个进程，然后调用V(S)的进程继续运行。 5：什么是进程互斥？如何实现互斥？答：进程是操作系统结构的基础，是一个正在执行的程序，用来描述系统和用户的程序活动。两个或两个以上进程由于不能同时使用同一临界资源，只能一个进程使用完了，另一个进程才能使用，这种现象称为进程互斥。（1）.空闲让进 当临界资源处于空闲状态，允许一个请求进入临界区的进程立即进入临界区，从 而有效的利用资源。 （2）.忙则等待 已经有进程进入临界区时，意味着相应的临界资源正在被访问，所以其他准备进 入临界区的进程必须等待，来保证多进程互斥。 （3）.有限等待 对要求访问临界资源的进程，应该保证该进程能在有效的时间内进入临界区，防 止死等状态。 （4）.让权等待 当进程不能进入临界区，应该立即释放处理机，防止进程忙等待。6：存储管理的主要研究课题是什么？答：存储管理研究课题可归纳为四个方面：（1）：存储分配问题：重点是研究存储共享和各种分配算法。（2）：地址再定位问题：研究各种地址变换机构，以及静态和动态再定位方法。（3）：存储保护问题：研究保护各类程序，数据区的方法。（4）：存储扩充问题：主要研究虚拟存储问题及其各种调度算法。7：试述文件管理的功能和文件系统的组成。答：文件系统主要实现了对文件存储器的空间的组织和分配，对文件信息的存储，以及对存入的文件进行保护和检索。文件管理部分的功能有四点：1.文件的结构及有关存取方法；2.文件的目录机构和有关处理；3.文件存储空间的管理；4.文件的共享和存取控制；文件系统由三部分组成：与文件管理有关的软件、被管理的文件以及实施文件管理所需的数据结构。8什么是死锁，产生死锁的原因和必要条件是什么？（1）当某一进程提出资源的使用要求后，使得系统中一些进程处于无休止的阻塞状态，在无外力的作用下，这些进程永远也不能继续前进。我们称这种现象为死锁。（2）原因：资源竞争和进程推进速度。一个进程在其运行过程中可以提出使用多个资源的要求，仅当指定的全部资源都满足时，进程才能继续运行而到达终点，否则该进程因得不到所要求的资源而处于阻塞状态，当两个或两个以上的进程同时对多个互斥资源提出使用要求时，有可能导致死锁。当进程争夺资源时，有可能产生死锁，但不一定就会死锁。这取决于各进程推进的速度和对资源请求的顺序，从而说明死锁是一种与时间有关的错误。（3）必要条件：（1）互斥控制：进程对其所要求的资源进行排它控制，一个资源仅能被一个进程独占。（2）非剥夺控制：进程所获得的资源在未被释放之前，不能被其它进程剥夺，即使该进程处于阻塞状态，它所占用的资源也不能被其它进程使用，而其他进程只能等待该资源的释放。（3）逐次请求:进程以随意的零星方式逐次取得资源，而不是集中性的一次请求，这样有利于提高资源的利用率。（4）环路条件：在发生死锁时，其有向图必构成环路，即前一进程保持着后一进程所要求的资源。9试述文件的物理结构和存取方法的概念及相互关系？（1）物理结构：文件的物理结构是指逻辑文件在文件存储器上的存储结构。（2）所谓文件的存取方法，是指读写文件存储器上的一个物理块的方法。通常有三类存取方法：顺序存取法，直接存取法和按键存取法。（3）文件的物理结构密切依赖于文件存储器的特性和存取方法。究竟采用何种物理结构和存取方法，要看系统的应用范围和文件的使用情况。如果采用顺序存取方法，则连接，串接，索引，连续等几种结构都可存取。如果采用直接存取法，则索引文件效率最高，连续文件效率剧中，串联文件效率最低。 10试述外部设备的体系结构与设备分配算法？（有疑惑）A、I/O设备的分类：（1）按使用特性分类。分为存储设备，输入/输出设备，终端设备和脱机设备。169页图6.1（2）按所属关系分类，分为系统设备和用户设备。（3）按资源分配角度分类，分为独占设备，共享设备，虚拟设备。（4）按传输数据数量分类，分字符设备和块设备。B、I/O设备的分配算法 （1）先请求先服务。当有多个进程对同一设备提出I/O请求时，该算法是把所有发出I/O请求的进程，按其发出请求的先后顺序排成一个等待该设备的队列。I/O调度程序把I/O设备分配给该队列中的第一个进程。（2）优先级高者优先。在进程调度中优先级高者，优先获得处理机。如果在I/O调度中，对优先级高者优先满足它的I/O请求，这也是非常合理的。因为这样做有利于尽快地结束该进程，从而尽早地释放它所占有的资源。11、 试述设备管理的软件体系结构。答：为了实现I/O系统的四个目标：设备无关性、错误处理、同步/一部传输和必须能够处理独占设备和共享设备的I/O操作，I/O系统应组织成以下四个层次：（1）中断处理程序；（2）设备驱动程序；（3）与设备无关的I/O软件；（4）用户空间的I/O软件；12、 为什么说通道技术是现代操作系统的主要硬件支持？简要说明通道的工作原理。答：（1）、采用通道技术解决了I/O操作的独立性和各部件工作的并行性，把CPU从繁琐的输入输出操作中解放出来，能实现CPU与通道的并行操作，而且通道与通道间也能实现并行操作，各通道上的外设也能实现并行操作，从而大大提高计算机系统的效率。（2）、工作原理（采用通道技术后，I/O操作过程为）：CPU在执行用户程序时如果遇到I/O请求，则它用I/O指令启动指令通道上选址的设备，一旦启动成功，通道开始控制设备进行操作。当设备I/O操作完成后，由通道发出I/O，结束中断，CPU停止当前工作，转向中断处理程序。13、 为什么说进程是操作系统的核心概念？进程与程序有何异同？答：（1）、因为几乎操作系统的所有内容都离不开进程这一概念，进程是操作系统中最基本的元素，是操作系统中资源分配的基本单位，也是进程调度的基本单位。（2） 进程与程序的区别： a、进程是程序的一次执行，属于一种动态概念，而程序是一组有序的指令，是一种静态的概念。但是进程离开了程序也就失去了存在的意义。因此，我们可以说进程是程序的动态过程，而程序是进程运行的静态文本。 b、一个进程可以执行一个或几个程序；反之，同一个程序可能由几个进程同时执行。 c、程序可以作为一种软件资源长期保留，而进程是程序的一次执行过程，是暂时的。 d、进程具有并发性，它能与其它进程并发运行。而一般的程序不具有这种明显的特性。 e、进程是一个独立的运行单位，也是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。因此，进程具有独立性。出来独立性一面之外，另一方面进程间又具有相互制约性，这种特性变现为进程之间的同步与互斥。 程序是进程的一部分，是进程的实体。14. 试比较请求页式存储管理和段式存储管理的异同？答： 异：段式存储管理：分段由用户设计划分，每段对应一个相应的的程序模块，有完整的逻辑意义。段面是信息的逻辑单位。便于段的共享，执行时按需动态链接装入。段长不等，可动态增长，有利于新数据增长。二维地址空间：段名、段中地址；段号、段内单元号。管理形式上象页式，但概念不同。 请求页式存储管理：分页用户看不见，由操作系统为内存管理划分。页面是信息的物理单位。页一般不能共享。页面大小相同，位置不能动态增长。一维地址空间。往往需要多次缺页中断才能把所需信息完整地调入内存。 同：实现页（段）的共享是指某些作业的逻辑页号（段号）对应同一物理页号（内存中该段的起始地址）。页（段）的保护往往需要对共享的页面（段）加上某种访问权限的限制，如不能修改等；或设置地址越界检查，对于页内地址（段内地址）大于页长（段长）的存取，产生保护中断。15. 有哪几种方案可以实现虚拟存储器，简要说明其工作原理？答： 1.请求分页存储管理：（1） 页框：物理地址分成大小相等的许多区，每个区称为一块； （2）址分成大小相等的区，区的大小与块的大小相等，每个称一个页面。 （3） 逻辑地址形式：与此对应，分页存储器的逻辑地址由两部分组成，页号和单元号。（4）页表和地址转换：采用的办法是动态重定位技术，让程序的指令执行时作地址变换。2.分段存储管理：一个用户作业的程序按其逻辑结构可划分为若干段，这些段中的每一段都是完整的。在分段存储管理系统中，可以用类似于分页管理用过的地址变换机构，实现分段管理的地址变换。这里使用的是段变换表SMT，它把作业地址空间变换为物理存储空间，作用地址空间的段与主存中的段大小相等，地址变换是在作业执行过程中由硬件自动完成的。3.段页式存储管理：是基本分段存储管理方式和基本分页存储管理方式原理的结合，即先将用户程序分成若干个段，再把每个段分成若干个页，并为每一个段赋予一个段名。16. 什么是文件目录，操作系统如何通过文件目录进行文件操作？答：系统中文件种类繁多，数量庞大，为了使用户方便地找到所需文件，需要在系统中建立一套目录机构。这套能方便而迅速地对目录进行检索，从而能准确地找到所需文件的目录机构即为文件目录。通常情况下，系统会为文件目录建立一个简单的索引表，只包含文件的ID、文件名、文件当前状态（可读/可写/不可访问）及一个指向对应文件目录表项的指针。 系统在对一个文件进行读写的操作过程如下： （1）根据提供的文件名查找对应的文件索引表； （2）根据索引表指针找到对应的目录项； （3）根据目录项的物理地址项找到文件； （4）修改文件索引表中文件的当前状态（若系统只读文件，不进行修改，则标记为可读，若系统要对文件进行修改，则标记为不可访问）； （5）将文件读入内存，对文件进行读写操作； （6）操作完毕，释放文件，修改索引表中文件的状态；1.生产者消费者问题P72（1） 设置两个私用信号量和一个公用信号量公用信号量S，初值为1，表示没有进程进入临界区，它用于实现进程互斥；私用信号量S0，用于表示产品数目，初值为0；私有信号量Sn，用于表示可用缓冲区数，初值为n；（2） 生产者消费者进程描述入下：生产者进程 消费者进程生产一种产品 P（S0）P（Sn） P（S） P（S） 从缓冲区取一种产品 产品送入缓冲区 V（Sn）V（S0） V（S）V（S） 消耗该产品 （3） 生产者和消费者可按如下算法进行：beginB:array0n-1 of integer;P,R:integer;S ,Sn, S0:semaphore;P：=R:=0;S:=1; Sn：=n; S0:=0；cobegin process producer i(i=1,2.,m)begin L1: produce a product; P(Sn); P(S); BP:=product;P:=(P+1)mod n; V(S0); V(S); go to L1;end;process consumer j(j=1,2,k);begin L2:P(S0); P (S); take a product from BR; R:=(R+1) mod n; V(Sn); V(S); consume go to 12;end;coend;end; 2读者和写者问题P74（1） 写者优先的程序中，信号量S，初值为1，用于读者与写者或写者与写者之间的互斥；（2） Sn，初值为n，表示系统中最多有n个进程可同时进行读操作。begin S,Sn:Semaphore;S:=1; Sn=n;cobeginProcess Reader i(i=1,2,n)begin P(S);P(Sn);V(S);read file F;V(Sn)end;Process Writer j(j=1,2,k) begin P(S) for i:=1 to n do P(Sn);Writer file F;for i:=1 to n do V(Sn);V(S)end;coend;end;P94 （24）3.有一阅览室，读者进入时必须先在一张登记表上进行登记。该表为每一座位列出一个表目，包括座号、姓名。读者离开时要撤销登记信息。阅览室有100个座位，试问：（1） 为描述读者的动作，应编写几个程序，应该设置几个进程？进程和程序之间的对应关系如何？（2） 试用P、V操作描述这些进程间的同步算法。答：Semaphore zmess=100;座位资源Semaphore mutex=1;登记表资源Main() cobegin reader_entry();读者进入 reader_exit();读者离开 Coend Reader_entry() While(true) P(zmess); P(mutex); Sit and read; V(mutex); Reader_exit()While(true)P(mutex);Mod tableV(mutex);V(zmess); P94（28）4.桌上有一只盘子，每次只能放入一个水果。爸爸专向盘中放苹果，妈妈专向盘中放橘子，一个女儿专等吃盘中的苹果，一个儿子专等吃盘中的橘子。试用P、V操作写出他们能同步的程序。Main() Int Sp=1； / 是否有空盘子 Int Sa=0；/ 盘中是否有苹果Int So=0； / 盘中是否有橘子Pf( )；Pm( )；Pd( )；Ps( )；Pf( ) P(Sp)； 向盘中放苹果； V(Sa)；Pm( ) P(Sp)； 向盘中放橘子； V(So)；Pd( ) P(Sa)； 取盘中的苹果； V(Sp)；Ps( ) P(So)； 取盘中的橘子； V(Sp)；5.哲学家就餐问题有五个哲学家坐在一圆桌旁，桌中央有一盘通心面，每个人面前有一只空盘子，每两人之间放一把叉子。每个哲学家思考、饥饿，然后吃通心面。但是，每个哲学家必须获得两把叉子（只能从自己左边和右边去取叉子），才能吃到通心面。begin S1,S2,S3,S4,S5:semaphore;S1:=S2:=S3:=S4:=S5:=1Cobrgin process Pi(i=1,2,3,4) begin Li:thinking; hungry; P(Si); pickup ri; P(Si+1); pickup ri+1; eating; putdown ri; putdown ri+1; V(Si); V(Si+1); go to Liend;process P5 beginL5:thinking;hungry;P(S1);pickup r1;P(S5);pickup r5;eating;putdown r1;putdown r5;V(S1);V(S5);go to L5end;coend;end6.在一个请求分页存储管理系统中，一个程序的页面走向为4,3,2,1,4,3,5,4,3,2,1,5，并采用LUR页面置换算法。设分配给该程序的存储块数为M，当M分别为3和4时，试求出在访问过程中发生却也中断的次数和缺页率，并比较两种结果，从中得到什么启发？表1 LUR性能分析例（M=3）时刻123456789101112P432143543215M4+3+42+31+24+13+45+34453342+31+25+12F+表2 LUR性能分析例（M=3）时刻123456789101112P432143543215M4+3+42+341+23441233415+34145313452+341+235+123F+由表1算出缺页中断次数F=10，缺页率f=10/12=83%；由表2算出缺页中断次数F=8，缺页率f=8/12=67%；由两表可得出如下事实： 设G(P,M,t)表示当页面走向为P，主存容量为M，在时刻t的页面集合，对于LUR算法，存在如下关系成立，即G(P,M,t)G(P,M+1,t)，即对于任何时刻t(1,2,3,12)，G(P,M,t)所选中的页号必然包含在G(P,M+1,t)之中，这种关系说明了增加主存容量不会增加缺页中断次数。