__操作系统简答题

第一章

1、设计现代OS的主要目标是什么？

答：（1）有效性（2）方便性（3）可扩充性（4）开放性

2、何谓脱机I/O和联机I/O？

答：程序和数据的输入和输出都是在外围机的控制下完成，即是在脱离主机的情况下进行的，称为脱机输入/输出方式

在主机的直接控制下进行输入/输出的方式称为联机输入/输出方式

3、实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？

答：关键问题：及时接收、及时处理

及时接收：在系统中设臵多路卡，使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据；为每个终端配臵缓冲区，暂存用户键入的命令或数据。

及时处理：作业直接进入内存，不允许一个作业长期占用处理机

4、OS有哪几大特征？其最基本的特征是什么？

答：并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征；最基本的特征是并发性。

5、是什么原因使操作系统具有异步性特征？

答：在多道程序环境下，允许多个进程并发执行，但只有进程在获得所需的资源后方能执行。

6、何谓微内核技术？在微内核中通常提供了哪些功能？

答：把操作系统中更多的成分和功能放到更高的层次（即用户模式）中去运行，而留下一个尽量小的内核，用它来完成操作系统最基本的核心功能，称这种技术为微内核技术。

在微内核中通常提供了进程（线程）管理、低级存储器管理、中断和陷入处理等功能。

第二章

1、什么是前趋图？为什么要引入前趋图？

答：是一个有向无循环图，图中每个结点可用于描述一个程序段或进程，有向边用于表示两结点之间存在的偏序。

原因：为了方便直接地描述程序段或者进程之间执行的先后次序关系。

2、程序并发执行时为什么会失去封闭性和可再现性？

答：程序并发执行时，多个程序共享系统中的各种资源，因而这些资源的状态由多个程序改变，致使程序运行失去了封闭性，也会导致其失去可再现性。

3、试说明PCB的作用，为什么说PCB是进程存在的唯一标志？

答：PCB 是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序，成为一个能独立运行的基本单位，成为能与其它进程并发执行的进程。

OS是根据PCB对并发执行的进程进行控制和管理的。OS根据进程的PCB感知到该进程的存在。所以说PCB是进程存在的唯一标志。

4、同步机构应遵循哪些基本准则？

答：同步机构应遵循的基本准则是：空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待5、何谓“忙等”？它有什么缺点？

答：“忙等”：不让权等待，即进程因为某事件的发生而无法继续执行时，它仍占CPU，并不执行循环测试指令来等待该事件的完成。

缺点：没有做到“让权等待”，降低了CPU的使用效率。

6、试从物理概念上说明记录型信号量wait和signal。

答：wait(S)：当S.value>0 时，表示目前系统中这类资源还有可用的。执行一次wait 操作，意味着进程请求一个单位的该类资源，使系统中可供分配的该类资源减少一个，因此描述为S.value:=S.value-1；当S.value<0时，表示该类资源已分配完毕，进程应调用block原语自我阻塞，放弃处理机，并插入到信号量链表S.L 中。

signal(S)：执行一次signal操作，意味着释放一个单位的可用资源，使系统中可供分配的该类资源数增加一个，故执行S.value:=S.value+1 操作。若加 1 后S.value≤0，则表示在该信号量链表中，仍有等待该资源的进程被阻塞，因此应调用wakeup 原语，将S.L链表中的第一个等待进程唤醒。

7、在生产者—消费者问题中，如果缺少了signal(full)或signal(empty)，对执行结果将会有何影响？

答：如果缺少signal(full)，消费者进程会认为缓冲池是空取不到产品而阻塞，生产者不断生产直到empty为0阻塞，然后两个进程进入“死等”。

如果缺少signal(empty)，，开始时正常，但当empty为0时生产者阻塞，消费者继续运行直到full为0阻塞。

8、我们为某临界资源设置一把锁W，当W=1时表示关锁；当W=0时表示锁已经打开，试

写出开锁和关锁原语，并利用它们去实现互斥。

答：开锁语句：unlock（w）;w=0;

关锁语句：lock（w）; if（w==1）do no_op；w=1;

互斥：var w: semaphore:=0;

Begin Repeat

Lock(w); critical section

Unlock(w); remainder section

Until false; end;

9、画图说明管程由哪几部分组成，为什么要引入条件变量？(图照书画)

答：管程由四部分组成：①管程的名称；②局部于管程内部的共享数据结构说明；

③对该数据结构进行操作的一组过程；④对局部于管程内部的共享数据设臵初始值的语句；

当一个进程调用了管程，在管程中时被阻塞或挂起，直到阻塞或挂起的原因解除，而在此期间，如果该进程不释放管程，则其它进程无法进入管程，被迫长时间地等待。为了解决这个问题，引入了条件变量condition。

10、为什么要引入信号量集? 信号量集中有哪两种操作？

答：原因：①一次需要N个某类资源时，需进行N次wait(S)操作，这是低效的。

②某些情况下，当资源数量低于某一下限值时，便不予分配。

两种操作：Swait（S1,t1,d1,……Sn,tn,dn) Ssignal（S1，d1……Sn ，dn ）

11、当前有哪几种高级通信机制？

答：共享存储器系统、消息传递系统以及管道通信系统。

12、试说明线程具有哪些属性？

答：（1)轻型实体（2）独立调度和分派的基本单位（3）可并发执行（4）共享进程资源。

13、何谓用户级线程和内核支持线程？

答：（1）用户级线程：仅存在于用户空间中的线程，无须内核支持。

调度单位：进程

（2）内核支持线程：在内核支持下运行的线程。

调度单位：线程

第三章

1、某进程被唤醒后立即投入运行，我们就说这个系统采用的是剥夺调度方法，对吗？为什么？

答：不对，因为如果当前队列为空，被唤醒的进程就是队列中唯一的一个进程，无论系统是否采用剥夺方式，调度程序都会立即将该进程投入运行。

2、什么是高响应比优先调度算法，它采用何种调度方式？

答：是一种高优先权优先调度算法，如果R P 相同，则按照FCFS 执行

=p R +==等待时间要求服务时间响应时间优先权要求服务时间要求服务时间

3、什么是最低松弛度优先调度算法？它采用何种调度方式？抢占时机是什么？

答：该算法根据实时任务的松弛度来确定任务的优先级，任务的松弛度愈低，其优先级愈高。

松弛度 = 必须完成的时间 – 其本身的运行时间 - 当前时间

要求系统中有一个按松弛度排序的实时任务就绪队列。

主要用于可抢占调度方式中，当一任务的最低松弛度减为0时，它便立即抢占CPU ，以保证按截止时间的要求完成任务。

4、何谓死锁？产生死锁的原因和必要条件是什么？

答：死锁是指多个进程因竞争多个临界资源而造成的一种僵局，若无外力作用，这些进程都将永远不能再向前推进；

原因：一是竞争临界资源，二是进程推进顺序不当；

必要条件：互斥条件，请求和保持条件，不剥夺条件和环路等待条件

5、3个进程共享4个同类型的资源，每个进程最大需要2个资源，请问该系统是否会因为竞争该资源而死锁？

答：不会，因为必有一个进程可获得两个资源顺利完成，当它结束后释放资源，其余的进程可以顺利完成。

6、不安全状态是否必然导致系统进入死锁状态？举例说明。

7、在时间片轮转法中，应如何确定时间片的大小？

答：对响应时间的要求：T （响应时间）= N （进程数目）×q （时间片）

就绪进程的数目：数目越多，时间片越小（当响应时间一定时）

系统的处理能力：应当使用户输入通常在一个时间片内能处理完，否则使响应时间，平均周转时间和平均带权周转时间延长。

8、在解决死锁问题的几个方法中，哪种方法最易于实现？哪种方法能使资源利用率最高？ 答：解决/处理死锁的方法有预防死锁、避免死锁、检测和解除死锁

预防死锁方法最容易实现，但所施加的限制条件过于严格，导致系统资源利用率降低 避免死锁可使系统获得较好的资源利用率。

第4章作业

1、什么叫静态重定位，什么叫动态重定位，它们分别与何种装入方式相对应？

答：把作业装入内存中随即进行地址变换的方式称为静态重定位，在作业执行期间，当访问到指令或数据时才进行地址变换的方式称为动态重定位。它们分别和可重定位、动态运行时装入方式相对应。

2、虚拟存储器有哪些特征？其中最本质的特征是什么？

答：虚拟存储器具有离散性、多次性、对换性和虚拟性的特征。其中最本质的特征是离散性，在此基础上又形成了多次性和对换性，所表现出来的最重要的特征是虚拟性。3、“整体对换从逻辑上也扩充了内存，因此也实现了虚拟存储器的功能”这种说法是否正

确？请说明理由。

答：上述说明法是错误的。整体对换将内存中暂时不用的某个程序及其数据换出至外存，腾出足够的内存空间以装入在外存中的、具备运行条件的进程所对应的程序和数据。虚拟存储器是指仅把作业的一部分装入内存便可运行作业的存储器系统，是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统，它的实现必须建立在离散分配的基础上。虽然整体对换和虚拟存储器均能从逻辑上扩充内存空间，但整体对换不具备离散性。实际上，在具有整体对换功能的系统中，进程的大小仍受到实际内存容量的限制。

4、在请求分页系统中，页表应包括哪些数据项？每项的作用是什么？

答：请求分页的页表项如下：页号、物理块号、状态位P、访问字段A、修改位M、外存地址。

●状态位P：指示该页是否已调入内存；

●访问字段A：记录本页在一段时间内被访问的次数，或记录本页最近已有多长时间

未被访问，供选择换出页面时参考；

●修改位M：该页在调入内存后是否被修改过，供置换页面时参考；

●外存起址：指出该页在外存上的地址，供调入该页时参考。

5、现有一请求调页系统，页表保存在寄存器中。若一个被替换的页未被修改过，则处理一

个缺页中断需要8ms；若被替换的页已被修改过，则处理一个缺页中断需要20ms。内存存取时间为1us，访问页表的时间可忽略不计。假定70%被替换的页被修改过，为保证有效存取时间不超过2us，可接受的最大缺页率是什么？

答：如果用p表示缺页率，则有效访问时间不超过2us可表示为（1-p）×1us+p×(0.7×20ms+0.3×8ms+1us)≦2us，因此可计算出：p≦1/16400≈0.00006，即可接受的最大缺页率为0.00006。

第5-6章作业

1、有哪几种I/O控制方式？哪种I/O控制方式适用于字符设备？

答：有四种：①程序I/O控制方式；②中断驱动I/O控制方式；③直接存储访问DMA I/O 控制方式；④I/O通道控制方式。其中中断驱动I/O控制方式适用于字符设备

2、在设备管理中，为什么要引入缓冲区？

答：在设备管理中，引入缓冲区的主要原因有发下三点：1）缓和CPU与I/O设备速度不匹配的矛盾；2）减少对CPU的中断频率；3）提高CPU和I/O设备之间的并行性。

3、什么是设备的独立性？引入设备的独立性有什么优点？

答：设备的独立性是指应用程序独立于具体使用的物理设备。引入设备独立性可提高设备分配的灵活性和设备的利用率，使I/O重定向更易于实现。

4、什么是SPOOLing技术，它由哪几部分组成？

答：SPOOLing也称为假脱机操作，是指在多道程序的环境下，利用多道程序中的一道或两道来模拟外围控制机，从而在联机的条件下实现脱机I/O功能。它由输入进程SP i、输出进程SP o、输入/出井、输入缓冲区B i、输入缓冲区B o组成。

5、什么是SCAN算法，它是为了解决什么问题而引入的？

答：SCAN算法是一种磁盘调度算法，它选择在磁头当前移动方向上，与当前磁头所在磁道距离最近的，要求访问的磁道进行访问，直至在当前移动方向上再无需要访问的磁道时，才反转磁臂移动方向，并执行与前面相同的调度策略。SCAN算法的引入是为了避免出现进程“饥饿”现象。

6、若磁头的当前位置为100磁道，磁头正向磁道号增加方向移动。现有一个磁盘读写请求

队列：23、376、205、132、19、61、190、398、29、4、18、40，若采用SCAN算法，试计算平均寻道长度？

7、有如下请求磁盘服务的队列，要访问的磁道分别是98、183、37、122、14、124、65、

67.现在磁头在53道上，若按最短寻道时间优先法调度，磁头的调度顺序是什么？总的

寻道长度是多少？

答：磁头调度顺序为：65、67、37、14、98、122、124、183

总的移动道数为：12+2+30+23+84+24+2+59=236

8、在文件系统中，目录的功能是什么？对目录管理的主要要求是什么？

答：在文件系统中，具有将文件名转换为该文件在外存的物理位置的功能。对目录管理的主要要求是：1）能够实现“按名存取”；2）提高对目录的检索速度；3）能够实现文件共享；4）允许文件重名。

9、什么是文件的逻辑结构？什么是文件的物理结构？

答：文件的逻辑结构是从用户的观点出发，所观察到的文件组织形式，是用户可以直接处理的数据及其结构，它独立于物理特性，又称文件组织。文件的物理结构又称为文件的存储结构，是指文件在外存上的存储组织形式，与存储介质的存储性能有关。

10、什么是磁盘容错技术？SFT-1与SFT-2分别用于防止何种类型的错误？分别举一个SFT-1

与SFT-2的例子。

答：磁盘容错技术是指通过增加冗余的磁盘驱动器、磁盘控制器等，来提高磁盘系统的可靠性。SFT-1是低级磁盘容错技术，主要用于防止磁盘表面发生缺陷所引起的数据丢失，如双份目录和双份文件分配表、热修复重定向和写后读校验。SFT-2是中级磁盘容错技术，主要用于防止磁盘驱动器和磁盘控制器故障所引起的系统不正常工作，如磁盘镜像、磁盘双工。