操作系统简答题.docx
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操作系统简答题
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。
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S<0，则调用P（S）的进程被阻塞，并把它插入到等待信号量S的阻塞队列中。
V（S）：
S：
=S+1；
若S>0，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
①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；
②私用信号量S0，用于表示产品数目，初值为0；
③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：
begin
B:
array[0．．n-1]ofinteger;
P,R:
integer;
S,Sn,S0:
semaphore;
P：
=R:
=0;
S:
=1;Sn：
=n;S0:
=0；
cobegin
processproduceri（i=1,2….,m）
begin
L1:
produceaproduct;
P（Sn）;
P（S）;
B[P]:
=product;
P:
=（P+1）modn;
V（S0）;
V（S）;
gotoL1;
end;
processconsumerj（j=1,2,…,k）;
beginL2:
P（S0）;
P（S）;
takeaproductfromB[R];
R:
=（R+1）modn;
V（Sn）;
V（S）;
consume
goto12;
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。
beginS,Sn:
Semaphore;
S:
=1;Sn=n;
cobegin
ProcessReaderi（i=1,2…,n）
begin
P（S）;
P（Sn）;
V（S）;
readfileF;
V（Sn）
end;
ProcessWriterj（j=1,2…,k）
begin
P（S）
fori:
=1tondoP（Sn）;
WriterfileF;
fori:
=1tondoV（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：
Semaphorezmess=100;座位资源
Semaphoremutex=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）;
Sitandread;
V（mutex）;
}
}
Reader_exit（）
{
While（true）
{
P（mutex）;
Modtable
V（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（）
{
IntSp=1；//是否有空盘子
IntSa=0；//盘中是否有苹果
IntSo=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。
beginS1,S2,S3,S4,S5:
semaphore;
S1:
=S2:
=S3:
=S4:
=S5:
=1
Cobrgin
processPi（i=1,2,3,4）
begin
Li:
thinking;
hungry;
P（Si）;
pickupri;
P（Si+1）;
pickupri+1;
eating;
putdownri;
putdownri+1;
V（Si）;
V（Si+1）;
gotoLi
end;
processP5
begin
L5:
thinking;
hungry;
P（S1）;
pickupr1;
P（S5）;
pickupr5;
eating;
putdownr1;
putdownr5;
V（S1）;
V（S5）;
gotoL5
end;
coend;
end
6.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1LUR性能分析例（M=3）
时刻
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
P
4
3
2
1
4
3
5
4
3
2
1
5
M
4+
3+
4
2+
3
④
1+
2
③
4+
1
②
3+
4
①
5+
3
4
4
5
3
3
4
⑤
2+
3
④
1+
2
③
5+
1
2
F
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
表2LUR性能分析例（M=3）
时刻
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
P
4
3
2
1
4
3
5
4
3
2
1
5
M
4+
3+
4
2+
3
4
1+
2
3
4
4
1
2
3
3
4
1
②
5+
3
4
1
4
5
3
1
3
4
5
①
2+
3
4
⑤
1+
2
3
④
5+
1
2
3
F
+
+
+
+
+
+
+
+
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。
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