操作系统复习.docx
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操作系统复习
操作系统复习
考试题型
单选题、填空题、简答题、综合题
考试范围
第1、2、3、4、5、8、9章
重点章节
第3、4、5、8章
复习内容
各章重要知识点、例题分析
第1章绪论
1.操作系统的定义及功能
操作系统是管理和控制计算机系统中软硬件资源，合理组织计算机工作流程，方便用户操作使用机器的程序的集合。
主要功能:
（1）.处理机管理
（2）.存储管理（3）.设备管理
（4）.文件系统管理（5）.用户接口（作业管理）
2.操作系统的三种基本类型及主要特点
（1）.批处理系统（系统按某策略自动调度、批量化处理作业）
主要特点①脱机操作；②成批处理；
③多道程序运行；④无交互性。
（2）.分时系统（按时间片轮转方式，轮流为多个终端用户服务）
主要特点①交互性；②同时性；
③独立性；④及时性。
（3）.实时系统（用于实时控制、实时信息处理的专用系统）
主要特点①实时时钟管理②连续人机对话
③过载防护，安全可靠④资源利用率低
3.多道程序运行及特点
多道程序设计：
允许多作业同时进入内存轮流交替占用CPU运行的技术。
特点：
（1）多道性
（2）宏观上并行
（3）微观上串行
例题分析
1.批处理系统的主要缺点是（）。
A.CPU利用率低B.设备利用率低C.无交互性D.失去了多道性个
2.操作系统负责管理计算机系统的（），其中包括处理机、内存、外围设备和文件。
A.程序B.文件C.资源D.进程
3.分时系统中，作业控制方式是（）。
A.脱机控制B.联机控制C.前后台控制D.假脱机控制
4.简述操作系统的主要功能。
解析：
从资源管理观点讨论
5.多道程序运行的主要特点是什么？
答：
多道程序运行的主要特点是：
（1）多道性
（2）宏观上并行（3）微观上串行
第2章操作系统用户界面
1.作业的组成及各部分功能
作业由程序、数据和作业说明书三部份组成，但至少包含一个程序。
其中：
程序：
表明完成任务及操作
数据：
操作的对象；
作业说明书：
体现用户的控制的意图。
2.计算机与用户之间的接口及用途
（1）操作命令接口：
OS为用户提供的各种操作命令，供用户直接组织作业的工作流程和控制作业的运行；
（2）系统调用接口：
OS为用户提供的一组系统功能调用（广义指令），供用户编程时调用系统的功能，请求操作系统提供服务。
3.作业控制方式
（1）脱机控制方式
用户使用操作系统提供的JCL把控制意图写成作业说明书，连同程序和数据一起提交系统，由系统按说明书规定的顺序自动控制作业执行，用户无法干预。
特点：
运行效率高，使用不便。
（2）联机控制方式
用户使用操作系统提供的一组操作命令，以交互会话方式直接控制作业运行和管理计算机系统。
特点：
使用方便；命令丰富，人机组成闭合系统。
例题分析
1.一般地，一个作业由（）组成。
A.一个进程B.两个进程C.多个子进程D.多个进程
2.系统调用是（）。
A.一条机器指令B.中断子程序
C.用户子程序D.提供编程人员的接口
3.用户使用操作系统提供的一组操作命令和系统回话，以交互会话直
接控制作业运行方式是联机控制方式。
4.操作系统为用户提供了哪些接口,它们的作用是什么？
答：
操作系统为用户提供接口是：
（1）操作命令接口。
供用户直接控制作业运行；
（2）系统调用接口。
供编程人员在程序中调用系统功能。
第3章进程管理
1.程序顺序执行及特点
程序在处理机上的执行是严格按序的。
特点：
①顺序性②封闭性③可再现性
2．程序并发执行及特点
程序在处理机上的执行时间是交叉重叠的，是提高CPU利用率而采取的一种同步操作技术。
特点：
①独立性②随机性③资源共享性
3.进程的定义、特征和引入目的
定义
一个具有独立的功能的程序关于某个数据集在处理机上的一次执行过程及分配资源的基本单位。
基本特征
①动态性②并发性③独立性④异步性
引入目的
①为了控制和协调并发程序对软硬件资源的共享和竞争。
②为了描述程序动态执行的过程和有个分配资源的基本单位。
4.进程和程序的区别
①进程是动态的；程序是静态的；
②进程具有并发特征；程序不具有；
③进程是分配资源的单位；程序是功能实现的步骤；
④不同进程可包含同一程序。
5.进程的描述
进程的描述包括三部分：
①程序②数据结构集③进程控制块（PCB）
6.进程的状态及转换
①初始态
②运行状态一个进程正占用CPU执行。
③等待状态进程因等待某事件不能享用CPU。
④就绪状态进程已具备运行条件尚未占用CPU。
⑤终止态
7.临界区与管理原则
临界区：
不允许多个并发进程交叉执行的程序段。
管理原则
①各并发进程享有平等、独立竞争资源的权利；
②每次至多一个进程进入临界区；
③进程不能无限期留在临界区；
④进程不能相互阻塞。
8.两种制约关系
间接制约（竞争关系）：
是并发执行进程之间互相共享公用资源而引起的制约，导致进程互斥。
直接制约（协作关系）：
是并发执行进程之间互相共享对方私用资源而引起的制约，导致进程同步。
9.信号量与PV原语
信号量（Semaphore）表示系统中资源实体数目或资源使用情况的整型量,其值只能由PV原语操作改变。
n个进程共享m个资源，信号量S变化范围
（m-n）≤S≤m
PV操作的物理意义
P（S）：
代表申请使用资源的操作
V（S）：
代表释放归还资源的操作
当S＞0时，S值表示可使用资源的数目。
当S＝0时，表示无资源可使用，也无进程等待使用资源。
当S＜0时，∣S∣值表示等待使用资源的进程数目。
10.PV原语实现进程互斥
设公用信号量S，初值为1（或k）
11.PV原语实现进程同步
分别设私用信号量s1，初值为1（或k）；s2,初值为0
12.死锁的必要条件及排除方法
死锁的必要条件
如果系统死锁，则必同时满足4条：
①不剥夺条件②互斥条件
③部份分配④环路条件
排除死锁的方法
（1）预防
（2）避免（3）检测与恢复
例题分析
1.信号量S的初值为5，在S上执行了9次P操作,6次V操作后,S的值为（）
A．10B．8C．6D．2
2.程序执行的最终结果由给定的初始条件决定而不受外界因素的影响，称为程序顺序执行的（）。
A.顺序性B.可再现性C.独立性D.封闭性
3.引入进程概念的关键在于（）。
A.顺序执行B.独占主存C.便于调试D.共享资源
4.系统有20个某类资源供若干进程共享。
若每个进程申请该类的资源量不超过4个，为保证系统的安全，应限制共享该类资源的进程数最多不超过（）。
A．3B．4个C．5个D．6个
分析：
设n个并发进程共享m资源，若每个进程最多需要x个资源，那么
1（m≤n）
x≤
系统不发生死锁。
1+[（m-1）/n]（m>n）
5.进程处于就绪状态，表示进程已获得除CPU以外的其它资源，仅仅只等待进程调度。
6.引入PV操作的目的是为了研究进程之间的同步和互斥。
7.解决死锁的方法一般可以分为预防、避免和检测排除三种。
8.在操作系统中，信号量是表示资源的实体，它是一个与一组并发进程
有关的整型量，其值仅能由PV原语来操作改变。
9.程序顺序执行的主要特点是顺序性、封闭性和可再现性。
10.多道程序系统中，程序执行环境的主要特点是独立性、随机性和资源共享性。
11.产生死锁的四个必要条件是不剥夺条件、互斥条件 、部分分配、环路条件。
12.什么是进程间的互斥？
什么是进程间的同步？
答：
进程互斥是指不允许两个或以上共享资源的并发进程同时进入临界区。
进程同步是指相互合作的并发进程之间在某些点要相互通信，互相协调，共同完成任务的过程。
13.四个进程A、B、C、D都要读一个共享文件F，系统允许多个进程同时读文件F。
但限制是进程A和进程C不能同时读文件F，进程B和进程D也不能同时读文件F。
为了使这四个进程并发执行时能按系统要求使用文件，现用PV操作进行管理，请回答下面的问题：
（1）应定义的信号量及初值。
（2）在下列的程序的[]中填上适当的P、V操作，以保证它们能正确并发工作。
解：
（1）定义二个信号量S1、S2，初值均为：
S1＝1，S2＝1。
其中进程A和C使用信号量S1，进程B和D使用信号量S2。
（2）从［1］到［8］分别为：
P（S1）V（S1）P（S2）V（S2）P（S1）V（S1）P（S2）V（S2）
14.某数据采集系统由两个进程组成，进程R负责采集数据，并把采集到的一批数据存入缓冲器B中，进程W把缓冲器B中的数据取出后打印输出。
假定每次采集的数据长度不变且缓冲器B正好可以容纳采集到的数据。
现采用PV操作来协调进程R、W的并发执行，请回答下列问题：
（1）应定义的信号量及初值。
（2）进程的程序如下，请在方框位置填上适当的P、V操作，使两进程能正确并发执行。
解：
（1）定义的信号量s1=1;s2=0
（2）①p（s1）③P（s2）
②v（s2）④V（s1）
第4章处理机调度
1.作业的状态
①提交态②收容态
③运行态④完成态
2.进程调度的功能
①记录进程状态;
②从就绪进程选取一个进程；
③实施进程上下文切换。
3.调度算法
（1）.先来先服务算法（FCFS）
按先后顺序依次调度作业或进程运行。
（2）.轮转法（RR）
（3）.多级反馈轮转法
（4）.优先数法
（5）.最短作业优先法（SJF）
每次调度运行时间最短的作业运行。
（6）.最高响应比优先法（HRN）
按响应比R＝（W＋T）/T值从大到小依次调度作业运行。
4.算法性能衡量
平均周转时间T＝
其中Ti＝T完成－T提交
平均带权周转时间W＝
其中Wi＝周转时间/运行时间
例题分析
1.多道程序系统中,（）的作用是从就绪状态中挑选一个进程投入运行。
A.作业调度B.交换调度C.进程调度D.SPOOLING调度
2.一个作业处于运行状态，则所属该作业的进程可能处于（）状态。
A.运行B.就绪C.等待D.A或B或C
3.在批处理系统中，一个作业调度算法的优劣主要以平均周转时间和平均带权周转时间时间来衡量。
4.作业的周转时间是等待时间与执行时间之和，也是完成时间与提交时间之差。
5.一个作业从提交到执行结束退出系统为止，要经历：
提交、收容、运行、完成四种状态。
6.设有3道作业，它们的提交时间和执行时间（小时）如表，按FCFS算法计算平均周转时间、平均带权周转时间。
平均周转时间T=（2.00+2.90+3.00）/3=2.63小时
平均带权周转时间W=（1.00+2.90+12.00）/3=5.30小时
7.设有3道作业，它们的提交时间和执行时间（小时）如表，按SJF算法计算平均周转时间、平均带权周转时间。
平均周转时间T=（2.00+3.15+2.00）/3=2.38小时
平均带权周转时间W=（1.00+3.15+8.00）/3=4.05小时
8.已知3个作业J1、J2、J3的提交时间和运行时间如表:
若系统在10:
00开始按HRN算法进行调度。
写出各作业被选中执行时的次序及被选中时的响应比。
作业
提交时间
运行时间
J1
8:
50
1.5小时
J2
9:
00
0.4小时
J3
9:
30
1小时
解：
系统在10:
00调度响应比：
J1：
1＋70/90=1.77；J2：
1＋60/24=3.5；J3：
1＋30/60=1.5
系统在10:
24调度响应比：
J1：
1＋（70＋24）/90=2.04；J3：
1＋（30+24）/60=1.9
系统在10:
24调度响应比：
J3：
1＋（30+24+90）/60=3.4
所以作业调度次序是:
j2→j1→j3
作业被选中时的响应比分别是3.5、2.04和3.4
第5章存储管理
1.存储管理的功能
（1）实现内外存同一管理的虚拟存储器
（2）完成地址重定位
（3）控制内外存数据传输
（4）实现内存的分配与回收
（5）实现内存信息的共享和保护
2.虚拟存储器
用户程序中的代码、数据等逻辑地址组成的虚拟空间。
实质是把外存当成内存使用的一种技术。
特点：
①虚拟存储器容量由机器地址结构和寻址方式以及外存容量确定；
②虚拟存储器由软件、硬件共同支撑实现：
软件负责内外信息交换；
硬件实现虚实地址转换。
3.地址重定位
将程序中的逻辑地址转换映射成内存中物理地址的过程。
定位方式有：
（1）静态重定位
程序执行前，由软件一次性完成。
（2）动态重定位
程序执行中，由专门硬件地址变换机构实现。
4.分区分配管理
（1）固定分区分配预先把主存储器空间分成若干个连续区域。
（2）动态分区分配根据作业的需求和内存情况动态分配区域。
分配算法：
v最先适应法要求空闲区按其地址递增的顺序排列。
v最佳适应法要求空闲区按其大小递增的顺序排列。
v最坏适应法要求空闲区按其大小递减的顺序排列。
（3）分配方式分配连续区域
5.页式存储管理
v将进程逻辑地址分成若干大小相同页，同时将内存空间分成若干块，块大小与页相同；存储分配时，以块为单位分配，但块与块之间不一定连续；通过页表和硬件地址转换机构实现地址转换。
v静态页式管理中，使用页表、请求表和存储页面表实现内存的分配回收。
v页式地址由页号P和页内地址d两部分构成：
页的大小应取2的整数次方幂。
v动态页式管理实现了虚拟存储器。
6.页式地址转换步骤
Step1:
将执行进程逻辑地址表示成（P,d），并将进程的页表始地址及长度送控制寄存器；
Step2:
通过控制寄存器读页表，由页号p查页表得相应块号b;
Step3:
将块号b乘以块长直接与页内地址d拼接成内存物理地址，即:
物理地址＝b*块长＋d
6.页式地址转换步骤（续）
7.页面调度算法与缺页中断计算
常用算法：
1.先进先出算法（FIFO算法）
2.最近最久未使用页面淘汰法（LRU算法）
缺页中断计算：
设进程P有n页,系统分配m个内存块（1≤m≤n）
若进程P执行时访问的页在内存的次数为S；
若进程P执行时访问的页不在内存的次数为F；
则f＝为进程P的缺页中断率。
例题分析
1.在分区分配管理中，（）要求空闲区按其大小递减的顺序排列。
A.最坏适应算法B.最佳适应算法C.首次适应算法D.循环分配算法
2.采用页式存储管理的系统中，若地址用16位表示，其中7位表示页号，则页的大小为（）
A．0.5KBB．1KBC．2KBD．4KB
3.页式存储管理中，作业运行时，该作业的页表是放在（）。
A.用户程序B.磁盘 C.主存用户区 D.主存系统区
4.在请求页式管理中，当硬件地址变换机构发现所需的页不在内存时，产生缺页中断信号，由操作系统作出相应的处理。
5.一个1024个页（页大小为1024字节）组成逻辑地址装入到8K的存储器中。
则：
逻辑地址需要20位;物理地址需要13位.
6.页式管理时对内存中信息进行一次存取，至少需要2次访问内存完成。
7.什么是地址重定位？
重定位方式有哪几种？
8.存储管理的主要功能是什么？
例题分析
8.设问页的顺序为：
7、0、1、2、0、3、0、4、2、3、0、3、2
系统分配3个块，采用FIFO算法计算缺页中断率。
7012030423032
7772222444000
000033322222
11110003333
产生缺页中断F=10次。
缺页中断率f＝10/13＝76.9％。
9.设问页的顺序为：
7、0、1、2、0、3、0、4、2、3、0、3、2
系统分配3个块，采用LRU算法计算缺页中断率。
7012030423032
7012030423032
701203042303
70122304220
产生缺页中断9次。
缺页中断率f＝9/13＝69.2％。
第8章文件管理
1.文件系统
文件系统：
操作系统中与管理文件有关的软件和数据。
负责文件的建立、撤消、读写、修改、复制等，并完成对文件的按名存取，方便用户使用。
特点：
①具有友好的用户接口；
②对文件按名存取，对用户透明；
③提供对文件的共享保护功能；
④有大容量存储设备。
2.文件的逻辑结构
文件的逻辑结构是独立于物理设备的抽象的信息组织形式,是用户可见结构。
（1）流式文件
文件是无结构的依次存放的字符流。
（2）记录式文件
文件是有结构的相关逻辑记录组成。
3.文件的存取方法
（1）顺序存取法
按文件的逻辑地址顺序存取。
（2）直接存取法
按文件逻辑记录编号随机存取记录。
（3）按键存取法
根据键名搜索记录的逻辑位置，再转换成相应物理地址存取。
4.文件的物理结构
文件的物理结构是指文件信息在存储设备上的组织方式及存放方法。
（1）连续文件
文件信息依次存放到物理设备上相邻的物理块中。
（2）串联文件
文件信息用指针存放到物理设备上非连续的物理块中。
（3）索引文件
文件信息通过索引表存放到物理设备上非连续的物理块中。
5.文件目录
文件目录是文件系统实现对文件“按名存取”的依据。
包括内容：
标识信息；结构信息；管理信息；控制信息。
组织结构及特点：
（1）一级目录简单，文件不能同名
（2）二级目录文件可同名，搜索快，便于共享
（3）树型目录文件可同名，搜索快，结构清晰
例题分析
1.磁盘上的文件以（）为单位进行读写．
A.块B.字节C.柱面D.磁道
2.文件的物理结构主要讨论（）。
A.文件在外存空间组织B.文件中信息的相对位置
C.文件目录与文件组织D.文件物理块的数量
3.为实现磁盘空间的分配与回收，UNIX采用的是（）。
A.位示图法 B.单块链接法C.成组链接法 D.索引链接法
4.根据文件的逻辑结构，文件可以分为流式文件和记录式文件两类。
5.目录文件是由文件目录组成的，文件系统利用文件目录完成“按名存取”和对文件信息的共享和保护。
6.什么是物理文件？
文件的物理结构主要有哪些？
7.什么是文件系统？
文件系统具有哪些特点？
第9章设备管理
（1）独占设备：
一次只能给一个进程使用的低速设备。
如：
打印机、键盘等。
（2）共享设备：
允许多个进程同时使用的高速设备。
如：
内存储器、磁盘等。
（3）系统设备：
OS生成时就已配置好的标准设备。
如：
键盘、软盘机等。
（4）用户设备：
由用户安装的、由OS管理的非标准设备。
如：
某些显示器、光驱等。
2.数据传送控制方式
设备和CPU之间数据传送有4种控制方式
（1）程序直接控制方式
（2）中断控制方式
（3）DMA控制方式
（4）通道控制方式
3.中断的概念
中断指CPU对系统中发生的异步事件的响应。
中断技术由硬件、软件共同协作完成：
硬件：
产生中断源、发出中断信号、开/关中断。
软件：
处理中断事件。
4.缓冲及引入目的
缓冲：
是内存与外设交换信息时，使用专用硬件缓冲器或在内存划分专门区域用来暂时存放数据的器件,是提高CPU与外设并行工作能力的技术。
缓冲区：
内存与外设交换信息时，I/O前后暂时存放数据的内存区域。
引入缓冲的目的
①为了匹配外设与CPU的速度；
②为了减少中断次数及中断处理时间；
③为了解决通道或DMA方式下的“瓶颈”问题。
例题分析
1.通道是一种特殊的（），具有执行I/O指令集的能力。
A.I/O设备B.设备控制器C.处理机D.I/O控制器
2.不需要另外提供设备驱动程序，操作系统生成时就配置好的各种标准设备称为（）。
A.脱机设备B.联机设备C.系统设备D.用户设备
3.从设备的使用方式分，可以把设备分为独占设备和共享设备：
打印机是一种典型的独占设备，而磁盘是一种共享设备。
4.缓冲区可分为单缓冲、双缓冲、多缓冲和缓冲池4种。
5.什么是缓冲?
为什么要引入缓冲?
答：
缓冲是内存与外设交换信息时，使用专用硬件缓冲器或在内存划分专门区域用来暂时存放数据的器件,是提高CPU与外设并行工作能力的技术。
引入缓冲的主要目的是：
①为了匹配外设与CPU的速度；
②为了减少中断次数及中断处理时间；
③为了解决通道或DMA方式下的“瓶颈”问题。
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