操作系统论述.docx
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操作系统论述
操作系统论述题
第一部分 基本概念
问题一：
⑴试述操作系统的概念，作用，特征
答：
操作系统的概念：
操作系统是计算机系统中的一个重要软件，它是这样一些程序模块的集合------它们能有效地组织和管理计算机系统中硬件及软件资源，合理地组织计算机工作流程，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、有效地使用计算机，使整个计算机系统能高效地运行。
操作系统的作用：
1、管理系统中的各种资源；2、为用户提供良好的界面
操作系统的特征：
1、共享性；2、并发性
⑵基本的操作系统类型有哪些？
答：
操作系统的类型有：
1、批处理操作系统；2、分时操作系统；3、实时操作系统；4、个人计算机操作系统；5、网络操作系统；6、分布式操作系统
问题二：
⑴什么是中断？
中断有哪些类型？
答：
中断是指CPU对系统发生的某个事件作出的一种反应：
CPU暂停正在执行的程序，保留现场后自动转去执行相应的处理程序，处理完该事件后再返回断点继续执行被“打断”的程序。
中断类型：
1、 强迫性中断
输入输出中断；硬件故障中断；时钟中断；控制台中断；程序性中断；
2、自愿性中断
⑵什么是中断响应？
什么是中断优先级？
什么是中断屏敝？
答：
CPU暂停现行程序而转去响应中断请求的过程称为中断响应；
为使系统能及时响应并处理发生的所有中断，系统根据引起中断事件的重要性和紧迫程序，硬件将中断源分为若干个级别，称作中断优先级；
中断屏蔽是指在提出中断请求之后，CPU不予响应的状态。
⑶中断处理分哪几个阶段？
答：
中断处理分为四个阶段：
1、保存被中断程序的现场，其目的是为了在中断处理完之后，可以返回到原来被中断的地方继续执行；
2、分析中断源，判断中断原因；
3、转去执行相应的处理程序；
4、恢复被中断程序现场，继续执行被中断程序。
第二部分 进程管理
问题一：
⑴什么是程序的顺序执行？
程序的顺序执行有什么特点？
答：
把一个具有独立功能的程序独占CPU直到得到最终结果的过程称为程序的顺序执行。
程序的顺序执行具有如下特点：
1、顺序性；2、封闭性；3、可再现性
⑵什么是多道程序设计技术？
多道程序设计应该注意些什么问题？
多道程序环境程序执行有哪些特点？
答：
所谓多道程序设计技术，就是允许多个程序同时进入内存并运行。
在实现多道程序设计时，必须协调好资源使用者与被使用资源之间的关系，即对处理机资源加以管理，以实现处理机在各个可运行程序之间的分配与调度；对内存资源加以管理，将内存分配给各个运行程序，还要解决程序在内存的定位问题，并防止内存中各个程序之间相互干扰或对操作系统的干扰；对设备资源进行管理，使各个程序在使用设备时不发生冲突。
多道程序环境程序执行有下述三个特点：
1、独立性；2、随机性；3、资源共享性。
⑶什么是程序的并发执行？
程序的迸发执行有什么特点？
答：
所谓程序的并发执行，是指两个或两个以上程序在计算机系统中同处理已开始执行且尚未结束的状态。
程序的并发执行具有以下特点：
1、并发程序在执行期间具有相互制约关系；2、程序与计算不再一一对应；3、并发程序执行结果不可再现。
问题二：
⑴进程调度的功能
答：
进程调度的功能：
1、记录系统中所有进程的执行状况；
2、根据一定的调度算法，从就绪队列中选出一个进程来，准备把CPU分配给它；
3、把CPU分配给进程。
⑵何时可进行进程调度
答：
执行进程调度一般是在以下情况发生的：
1、正在执行的进程运行完毕；
2、正在执行的进程调用阻塞原语将自己阻塞起来进入等待状态；
3、正在执行的进程调用了P原语操作，从而因资源不足而被阻塞；或调用了V原语操作激活了等待资源的进程队列；
4、执行中的进程提出I/O请求后被阻塞；
5、在分时系统中时间片已经用完；
以上都是CPU为不可剥夺方式下的引起进程调度的原因。
在CPU方式是可剥夺时，还有下面的原因：
6、就绪队列中的某个进程的优先级变得高于当前运行进程的优先级，从而也将引起进程调度。
⑶时间片轮转算法的基本思想是什么？
答：
时间片轮转法主要是分时系统中使用的一种调度算法。
轮转法的基本思想是：
将CPU的处理时间划分成一个个时间片，就绪队列中的诸进程轮流运行一个时间片。
当时间片结束时，就强迫运行进程让出CPU，该进程进入就绪队列，等待下一次调度。
同时，进程调度又去选择就绪队列中的一个进程，分配给它一个时间片，以投入运行。
⑷时间片的大小对系统有什么影响？
在选取时间片是应考虑哪些因素？
答：
在轮转法中，时间片长度的选取非常重要，将直接影响系统开销和响应时间。
如果时间片长度很小，则调度程序剥夺处理机的次数频繁，加重系统开销；反之，如果时间片长度选择过长，比方说一个时间片就能保证就绪队列中所有进程都执行完毕，则轮转法就退化成先进先出算法。
影响时间片大小的主要因素有：
系统响应时间、就绪进程数目和计算机处理能力
问题三：
⑴进程的概念
答：
进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
⑵进程与程序有哪些区别和联系？
答：
联系：
程序是构成进程的组成部分之一。
一个进程的运行目标就是执行它所对应的程序，如果没有程序，进程就失去了其实际存在的意义。
从静态的角度看，进程是由程序、数据和进程控制块（PCB）三部分组成。
区别：
程序是静态的，而进程是动态的；
程序的存在是永久的，进程的存在是暂时的，动态的产生和消亡；
一个进程可以执行一个或几个程序，一个程序亦可以构成多个进程；
进程具有创建其它进程的功能。
⑶进程有哪些特性？
答：
进程如有以下特性：
1、动态性；2、独立性；3、并发性；4、交往性；5、异步性
⑷试述进程的三种状态及其相互转化
略。
问题四：
⑴什么是死锁？
用什么来描述？
（资源分配图）
答：
在多道程序系统中，一组进程中的每一个进程均无限期地等待被该组进程中的另一进程所占有且永远不会释放的资源，这种现象称系统处于死锁状态。
进程的死锁问题可以用有向图更加准确而形象地描述，这种有向图称为资源分配图。
在有向图中，用圆圈表示进程，用方框表示每类资源，方框中的圆点表示各个单位资源。
申请边为从进程到资源的有向边，表示进程申请一个资源单位，但当前该进程在等待资源。
分配边为从资源到进程的有向边，表示一个资源单位分配给进程。
申请边仅能指向方框，表示申请时不指定哪一个资源实例，而分配边必须由方框中的圆点引出，表明哪一个资源实例已被占有。
可以证明，如果资源分配图中没有环路，则系统中没有死锁；如果图中存在环路，则系统中可能存在死没。
⑵产生死锁的原因及必要条件是什么？
答：
产生死锁的原因：
一是系统提供的资源数量有限，不能满足每个进程的使用；二是多道程序运行时，进程推进顺序不合理。
产生死锁的必要条件是：
1、互斥条件；2、不可剥夺条件（不可抢占）；3、部分分配；4、循环等待。
⑶如何预防死锁？
答：
根据产生死锁的四个必要条件，只要使其中之一不能成立，死锁就不会出现。
为此，可以采取下列三种预防措施：
1、采用资源静态分配策略，破坏“部分分配”条件；
2、允许进程剥夺使用其他进程占有的资源，从而破坏“不可剥夺”条件；
3、采用资源有序分配法，破坏“环路”条件。
⑷如何避免死锁？
答：
死锁的避免不严格地限制死锁的必要条件的存在，而是系统在系统运行过程中小心地避免死锁的最终发生。
最著名的死锁避免算法是银行家算法。
死锁避免算法需要很大的系统开销。
⑸如何检测死锁？
答：
解决死锁的另一条途径是死锁检测方法，这种方法对资源的分配不加限制，即允许死锁的发生。
但系统定时地运行一个“死锁检测”程序，判断系统是否已发生死锁，若检测到死锁发生则设法加以解除。
⑹如何解除死锁？
答：
常常采用下面两种方法：
1、资源剥夺法；2、撤消进程法
第三部分 作业管理
问题一：
（答案在题典P355）
⑴请说明操作系统作业管理的功能
答：
操作系统作业管理的功能是为用户提供一个使用系统的良好环境，使用户能有效地组织自己的工作流程，并使整个系统能高效地运行。
⑵作业调度算法是按照什么样的原则来选取作业并投入运行，调试算法的合理性直接影响系统的效率，作业调度算法有哪些？
对算法的选择要考虑哪些问题？
答：
作业调度算法：
1、先来先服务算法；2、短作业优先算法；3、最高响应比作业优先算法；4、资源搭配算法；5、多队列循环算法
对算法的选择要考虑三个目标：
1、尽量提高系统的作业吞吐量，即每天处理尽可能多的作业；
2、尽量使CPU和外部设备保持忙碌状态，以提高资源利用率；
3、对各种作业公平合理，使用有用户都满意。
问题二：
⑴作业的构成怎样?
答：
作业由三部分构成：
程序、数据和作业说明书。
⑵作业控制块与作业的关系
答：
作业系统块是作业在系统中存在的标志；JCB内容是作业调度的依据。
⑶试说明作业的几种状态及其转换
答：
作业状态有：
进入；后备；运行；完成
进入状态：
作业信息正在从输入设备上预输入到输入进，此时称作业处理进入状态；
后备状态：
当作业的全部信息都已输入，且由操作系统将其存放在输入进中，并为作业建立一个JCB，此时称作业处理后备状态；
运行状态：
一个后备作业被作业调程序选中，分配了必要的资源，调入内存运行，称作业处理运行状态。
完成状态：
当作业正常运行完毕或因发生错误非正常终止时，作业进入完成状态。
⑷以批处理方式下作业的管理为例，说明作业调度的主要任务、目标、计价作业调度算法优劣的性能指标、主要作业调度算法及作业调度的时机是什么？
答：
作业调度的主要任务是：
按照某种调试算法，从后备作业中挑选一批合理搭配的作业进入运行状态；同时，为选中的作业分配内存和外部设备资源，为其建立相关的进程；当作业执行结束进入完成状态时，做好释放资源等善后工作。
作业调度的目标：
1、响应时间快；2、周转时间或加权周转时间短；3、均衡的资源利用率；4、吞吐量大；5、系统反应时间短。
评价作业调度算法优劣的性能指标：
1、作业平均周转时间；2、作业平均带权周转时间
主要作业调度算法有：
1、先来先服务法；2、短作业优先算法；3、最高响应比优先算法；4、资源搭配算法；5、多队列循环算法。
作业调试时机：
一般当输入井中有一道作业建立，或内存中的一道作业运行结束时，系统启动作业调试工作。
第四部分 存储管理
问题一：
⑴存储管理的实质是什么？
（对内存的管理，主要对内存中用户区进行管理）
⑵多道程序中，为方便用户和充分利用内存以提高内存利用率，内存管理的任务是什么？
（内存空间的分配和回收、内存空间的共享、存储保护、地址映射、内存扩充）。
⑶如何实现存储保护？
答：
在多道程序系统中，内存中既有操作系统，又有许多用户程序。
为使系统正常运行，避免内存中各程序相互干扰，必须对内存中的程序和数据进行保护。
1、防止地址越界
对进程所产生的地址必须加以检查，发生越界时产生中断，由操作系统进行相应处理。
2、防止操作越权
对属于自己区域的信息，可读可写；
对公共区域中允许共享的信息或获得授权可使用的信息，可读而不可修改；
对未获授权使用的信息，不可读、不可写。
存储保护一般以硬件保护机制为主，软件为辅，因为完全用软件实现系统开销太大，速度成倍降低。
当发生越界或非法操作时，硬件产生中断，进入操作系统处理。
⑷物理存储器分几类？
（内存、外存、缓存）
⑸虚存储器的含义是什么？
（两层含义）
答：
虚存储器有两层含义，一是指用户程序的逻辑地址构成的地址空间；二是指当内存容量不满足用户要求时，采用一种将内存空间与外存空间有机地结合在一起，利用内外存自动调度的方法构成一个大的存储器，从而给用户程序提供更大的访问空间。
⑹什么叫物理地址？
什么叫逻辑地址？
什么叫地址映射？
地址映射分哪几类？
（静态、动态）
答：
物理地址是内存中各存储单元的编号，即存储单元的真实地址，它是可识别、可寻址并实际存在的。
用户程序经过编译或汇编形成的目标代码，通常采用相对地址形式，其首地址为零，其余指令中的地址都是相对首地址而定。
这个相对地址就称为逻辑地址或虚拟地址。
逻辑地址不是内存中的物理地址，不能根据逻辑地址到内存中存取信息。
为了保证CPU执行程序指令时能正确访问存储单元，需要将用户程序中的逻辑地址转运行时可由机器直接寻址的物理地址，这一过程称为地址映射或地址重定位。
地址映射可分为两类：
1、静态地址映射 2、动态地址映射
问题二：
⑴怎样对内存进行分区？
（静态、动态；等长、不等长）
答：
对内存空间的划分是可以静态的，也可以动态的；可以是等长的，也可以不等长。
静态划分是指系统运行之前就将内存空间划分成若干区域，通常，分配给进程的内存可能比进程实际所需的区域长。
动态划分是在系统运行过程中才划分内存空间。
这样，系统可按进程所需要的存储空间大小为其分配恰好满足要求的一个或多个区域。
等长分区是将存储空间划分为若干个长度相同的区域。
不等长分区则是将存储空间划分若干个长度不同的区域。
⑵根据分区情况，从如何实现进程的内存分配？
答：
1、静态等长分区的分配
2、动态异长分区的分配
⑶什么叫碎片？
（零散的小空闲区）怎样解决碎片问题？
（紧凑技术）
答：
所谓碎片是指内存中出现的一些零散的小空闲区域。
解决碎片的方法是移动所有占用区域，使所有的空闲区合并成一片连续区域。
这一过程称为紧凑，这一技术就是紧凑技术。
问题三：
⑴存储管理方案有哪些？
（分区管理、页式管理、段式管理、段页式管理、虚拟存储管理）
⑵分区管理的基本思想是什么？
主要缺点是什么？
基本思想：
将内存划分成若干连续的区域，称为分区，每个分区装入一个运行作业。
主要缺点：
不能充分利用内存，也不能实现对内存的扩充。
⑶什么是固定分区？
什么是可变分区？
各有什么优缺点？
答：
固定分区：
系统将内存划分为若干固定的分区，当作业申请内存时，系统为其选择一个适当的分区，并装入内存运行。
由于分区大小是事先固定的，因而可容纳作业的大小受到限制，而且当用户作业的地址空间小于分区的存储空间时，浪费了一些存储空间。
可变分区：
是指在作业装入内存时建立分区，使分区的大小正好与作业要求的存储空间相等。
引入可变分区方法，使内存分配有较大的灵活性，也提高了内存利用率。
但是可变分区会引起碎片的产生。
⑷分区管理可以采用的内存分配策略是什么？
首先适应算法、最佳适应算法、最坏适应算法。
⑸为实现地址映射和存储保护，系统为用户程序提供了哪些寄存器？
基址寄存器、限长寄存器；上界寄存器、下界寄存器。
问题四：
⑴试述页式存储管理的基本原理
①内存划分。
②逻辑地址空间划分。
③页面大小。
④内存分配。
⑵试述页式存储管理的实现方法
①建立页表。
②建立空闲页面表。
③硬件支持。
④地址映射过程。
⑶为了提高存取速度，可以使用快表技术。
试述这一技术是如何实现的？
答：
快表技术是在地址映射机构中增加一个小容量的联想寄存器（相联存储器），它由高速寄存器组成，成为一张快表，快表用来存放当前访问最频繁的少数活动页的页号。
在快表中，除了逻辑页号、物理页号对应外，还增加了几位。
特征位表示该行是否为空，用0表示空，用1表示有内容；访问位表示该页是否被访问过，用0表示未访问，1表示已访问，这是为了淘汰那些用得很少甚至不用的页面而设置的。
快表只存放当前进程最活跃的少数几页，随着进程的推进，快表内容动态更新。
当用户程序需要存取数据时，根据该数据所在逻辑页号在快表中找出对应的物理页号，然后拼接页内地址，以形成物理地址；如果在快表中没有相应的逻辑页号，则地址映射仍然通过内存中的页表进行，得到物理页号后须将该物理页号填到快表的空闲单元中。
有无空闲单元，则根据淘汰算法淘汰某一行，再填入新得到的页号。
实际上查找快表和查找内存页表是并行进行的，一旦发现快表中有与所查页号一致的逻辑页号就停止查找内存页表。
问题五：
“段式存储管理”已考
问题六：
⑴试述段页式存储管理的基本思想
答：
段页式存储管理的基本思想是：
1、用页式方法来分配和管理内存空间，即把内存划分成若干大小相等的页面；
2、用段式方法对用户程序按照其内在的逻辑关系划分成若干段；
3、再按照划分内存页面的大小，把每一段划分成若干大小相等的页面；
4、用户程序的逻辑地址由三部分组成，形式如下：
段号 页号 页内地址
5、内存是以页为基本单位分配给每个用户程序的，在逻辑上相邻的页面内存不一定相邻。
⑵如何实现段页式存储管理
答：
1、建立段表2、建立页表3、建立内存空闲页面表4、硬件支持5、地址映射过程
问题七：
⑴虚拟存储技术的基本思想
答：
虚拟存储技术的基本思想是利用大容量的外存来扩充内存，产生一个比有限的实际内存空间大得多的、逻辑的虚拟内存空间，以便能够有效地支持多道程序系统的实现和大型作业运行的需要，从而增强系统的处理能力。
⑵虚拟存储技术的理论基础（局部性原理）
答：
程序局部性原理：
虚拟存储管理的效率与程序局部性程序有很大关系。
根据统计，进程运行时，在一段时间内，其程序的执行往往呈现出高度的局限性，包括时间局部性和空间局部性。
1、时间局部性：
是指若一条指令被执行，则在不久的将来，它可能再被执行。
2、空间局部性：
是指一旦一个存储单元被访问，那它附近的单元也将很快被访问。
⑶虚拟存储管理的基本原理
答：
虚拟存储的基本原理是：
当进程要求运行时，不是将它的全部信息装入内存，而将将其一部分先装入内存，另一部分暂时留在外存。
进程在运行过程中，要使用的信息不在内存时，发生中断，由操作系统将它们调入内存，以保证进程的正常运行。
⑷虚拟存储管理的分类
答：
虚拟存储管理分为：
虚拟页式、虚拟段式和虚拟段页式。
⑸以虚拟页式存储管理为例介绍虚拟存储管理的实现过程
答：
虚拟页式存储管理的基本思想是，在进程开始执行之前，不是装全部页面，而是只装一个（甚至0个）页面，然后根据进程执行的需要，动态地装入其它页面。
1、页表 2、缺页中断处理 3、页面淘汰
⑹在虚存中，页面在内存与外存中频繁地调试，系统效率急剧下降，称为颠簸。
试说明产生颠簸的原因。
通过什么方式可以防止颠簸的发生？
答：
颠簸是由缺页率高而引起的。
系统规定缺页率的上界和下界。
当运行进程缺页率高于上界时，表明所分给它的物理页面数过少，应当增加；反之，当运行进行缺页率低于下界时，表明所分给它的物理页面数过多，可以减少。
这样，根据缺页率反馈可动态调整物理页面的分配，以防止颠簸的发生。
第五部分 文件管理
问题一：
⑴文件、文件系统的概念？
答：
文件是具有符号名的、在逻辑上具有完整意义的一组相关信息项的有序序列。
文件系统就是操作系统中实现文件统一管理的一组软件、被管理的的文件以及为实施文件管理所需的一些数据结构的总称。
⑵文件从不同角度（性质和用途、信息的保存期限、保护方式、逻辑结构、物理结构、存取方式、内容，特别是逻辑结构和物理结构），可以分哪几类？
答：
根据不同角度，可以将文件划分为不同类别：
1、按性质和用途可分为：
系统文件；库文件；用户文件；
2、按信息的保存期限可分为：
临时文件；永久性文件；档案文件；
3、按文件的保护方式可分为：
只读文件；读写文件；可执行文件；无保护文件；
4、按文件的逻辑结构可分为：
流式文件；记录式文件；
5、按文件的物理结构可分为：
顺序文件；链接文件；索引文件；Hash文件；索引顺序文件
6、按文件的存取方式可分为：
顺序存取文件；随机存取文件；
7、按文件内容可分为：
普通文件；目录文件；特殊文件
⑶文件系统的功能和优点？
答：
文件系统的功能：
1、统一管理文件存储空间（即外存），实施存储空间的分配与回收；
2、确定文件信息的存放位置及存放形式；
3、实现文件从名字空间到外存地址空间的映射，即实现文件的按名存取；
4、有效实现对文件的各种控制操作（如建立、撤消、打开、关闭文件等）和存取操作（如读、写、修改、复制、转储等）；
5、实现文件信息的共享，并且提供可靠的文件保密和保护措施。
文件系统的优点：
1、按名存取文件，以对用户透明的方式实现对名字空间的管理和信息浮动，使用方便灵活；
2、采取保护、保密措施，安全可靠；
3、实现文件共享，节省空间和时间开销。
问题二：
⑴文件的存取方式有哪两种？
答：
文件的存取方式：
1、顺序存取 2、随机存取
⑵文件的存储设备有哪些？
答：
常见的文件存储设备有磁盘、磁带、光盘等。
⑶具体阐述常用的几种文件物理结构及其优缺点。
答：
常见的文件物理结构有以下几种：
1、顺序结构
又称连续结构。
这是一种最简单的物理结构，它把逻辑上连续的文件信息依次存放在连续编号的物理块中。
只要知道文件在存储设备上的起始地址（首块号）和文件长度（总块数），就能很快地进行存取。
这种结构的优点是访问速度快，缺点是文件长度增加困难。
2、链接结构
这种结构将逻辑上连续的文件分散存放在若干不连续的物理块中，每个物理块设有一个指针，指向其后续的物理块。
只要指明文件第一个块号，就可以按链指针检索整个文件。
这种结构的优点是文件长度容易动态变化，其缺点是不适合随机访问。
3、索引结构
采用这种结构，逻辑上连续的文件存放在若干不连续的物理块中，系统为每个文件建立一张索引表，索引表记录了文件信息所在的逻辑块号和与之对应的物理块号。
索引表也以文件的形式存放在磁盘上。
给出索引表的地址，就可以查找与文件逻辑块号对应的物理块号。
如果索引表过大，可以采用多级索引结构。
这种结构的优点是访问速度快，文件长度可以动态变化。
缺点是存储开销大，因为每个文件有一个索引表，而索引表亦由物理块存储，故需要额外的外存空间。
另外，当文件被打开时，索引表需要读入内存，否则访问速度会降低一半，故又需要占用额外的内存空间。
4、Hash结构
又称杂凑结构或散列结构。
这种结构只适用于定长记录文件和按记录随机查找的访问方式。
Hash结构的思想是通过计算来确定一个记录在存储设备上的存储位置，依次先后存入的两个记录在物理设备上不一定相邻。
按Hash结构组织文件的两个关键问题是：
定义一个杂凑函数；
解决冲突；
5、索引顺序结构
索引表每一项在磁盘上按顺序连续存放在物理块中。
⑷文件存储设备、文件物理结构与存取方式的关系。
答：
见书P226。
问题三：
⑴什么是文件目录、目录文件与当前目录？
答：
文件控制块的有序集合构成文件目录，每个目录项即是一个文件控制块。
为了实现文件目录的管理，通常将文件目录以文件的形式保存在外存空间，这个文件就被称为目录文件。
目录文件是长度固定的记录式文件。
系统为用户提供一个目前正在使用的工作目录，称为当前目录。
⑵文件目录结构有哪几种，各有什么优缺点？
答：
文件目录结构一般有一级目录结构、二级目录结构和多级目录结构。
一级目录结构的优点是简单，缺点是文件不能重名，限制了用户对文件的命名。
二级目录结构实现了文件从名字空间到外存地址空间的映射：
用户名—>文件名à文件内容。
其优点是有利于文件的管理、共享和保护；适用于多用户系统；不同
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