杭电期末操作系统复习资料

操作系统作用：1.作为用户与计算机硬件系统之间的接口；2.作为计算机系统资源的管理者；3.实现了对计算机资源的抽象。

关于操作系统的定义，包括的功能，每块具体的任务：（1）是配置在计算机硬件上的第一次软件，是对硬件系统的首次扩充.（2）处理机管理功能（进程控制，进程同步，进程通信，调度），存储器~（内存分配，内存保护，地址映射，内存扩充），设备~（缓冲管理，设备分配，设备处理），文件~（文件存储空间的管理，目录管理，文件的读/写管理和保护），作业（用户接口，程序接口）

批处理操作系统、分时系统的主要目的是什么，各自的特点是什么

1批处：提高CPU的利用率；提高内存和I/O设备利用率；增加系统吞吐量。分时：一台计算机提供多个用户同时使用，提高计算机的利用率。2批处：多道性，无序~，调度~。分时：多路性，独立~，及时~，交互~

临界资源临界区：每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区。

文件的存取方法的性能依赖于:磁盘高速缓存

磁盘空间如何管理、方法特点，优缺点:先来先服务，最短寻道时间有限，扫描。

磁道距离最近的作业请求作为下一次服务的对象。

通道又称I/O处理器，它用于实现主存储器和外设之间的信息传输。

进程、作业的调度算法，每个算法的特点、优缺点、(1)先来先服务：可作业调度，进程调度。利于长作业。（2）短作业优先调度算法：都可，能有效降低作业的平均等待时间，提高系统吞吐量。缺：对长作业不利，不能保证紧迫性作业会被及时处理，只根据用户提供的估计执行时间而定，不一定能做到短作业优先。（3）高响应比：既照顾了短作业，有考虑了作业到达的先后次序，不会使长作业长时间得不到服务，但会增加系统开销。

采用请求分页、分段管理的目的（1）满足客户在编程和使用上多方面的要求，其中有些要求是其他几种存储管理方式所难以满足的。（2）为了能支持虚拟存储器功能而增加了请求调页功能和也变置换功能。

并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生；

并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。

引入缓冲的原因：1.缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾；2.减少对CPU 的中断频率，放宽对CPU中断响应时间的限制；3.提高CPU和I/O设备之间的并行性。

双缓冲工作原理：在设备输入时先将数据送入第一缓冲区，装满后转向第二缓冲区，此时操作系统可以从第一缓冲区中移出数据送入用户进程，接着由CPU对数据进行计算，在双缓冲时系统处理一块数据的时间可以粗略地认为是MAX(C,T)如果C

处理机管理的主要功能是创建和撤销进程（线程），对诸进程的运行进行协调，实现进程之间的信息交换，以及按照一定的算法把处理机分配给进程

存储器管理的主要任务是为多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用存储器，提高存储器的利用率以及能从逻辑上扩充内存。

存储器功能：内存分配、内存保护、地址映射、内存扩充。

程序顺序执行时的特征：顺序性、封闭性、可再现性。

进程的三种基本状态的转换：处于就绪状态的进程，在调度程序为之分配了处理机之后，该进程便可执行，相应的，它就由就绪状态转变为执行状态。正在执行的进程也称为当前进程，如果因分配给它的时间片已完而被暂停执行时，该进程便由执行状态又回复到就绪状态；如果因发生某事件而使进程的执行受阻，使之无法继续执行，该进程将由执行状态转变为阻塞状态。

进程的创建：申请空白PCB、为新进程分配资源、初始化进程控制块、将新进程插入就绪队列。

同步机制应遵循原则：空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待。

线程与进程的比较：线程具有许多传统进程具有的特征，所以称为轻型进程或进程元，相应地把传统进程称为重型进程，传统进程相当于只有一个线程任务。在引入了线程的操作系统中，通常一个进程都拥有若干个线程，至少也有一个线程。

高级调度又称作业调度或长程调度，主要功能是根据某种算法，把外存上处于后备队列中的那些作业调入内存，也就是说它的调度对象是作业。

周转时间=结束时间—到达时间；带权周转时间=周转时间/服务时间。

产生死锁的原因：竞争资源；进程间推进顺序非法。产生死锁的必要条件：互斥条件；请求和保持条件；不剥夺条件；环路等待条件。预防死锁：通过设置某些限制条件去破坏产生死锁的四个必要条件中的一个或多个来预防。避免死锁：在资源的动态分配过程中，用某些方法去防止系统进入不安全状态。检测死锁：允许系统在运行的时候进入死锁，通过系统所设置的检测机构及时检测出死锁的发生，并精确地确定与死锁有关进程和资源，然后采取措施清除死锁。

页面置换算法：最佳置换算法：选择以后永不使用的（或最长时间不用的）页面淘汰。先进先出算法（FIFO）：选择最先进入的页面淘汰。最近最久未使用算法（LRU）：选择最近最久未使用页面淘汰。

磁盘调度：寻道时间：Ts=m×n+s；旋转延迟时间Tr=1/2r；传输时间Tt=b/rN，r 为转数，N为磁道上字节数；访问时间Ta=Ts+Tr+Tt。

1.操作系统是一套配置在计算机硬件上的第一层软件，其基本功能包括进程管理、存储管理、设备管理、文件管理和作业管理。

2.文件主要分堆文件、索引文件、索引顺序文件、直接文件、哈希文件

3.如果多个进程同时到达系统，则平均周转时间最短的进程调度算法是时间片轮转算法。

4.在动态分区分配算法中，首次适应算法、循环首次适应算法根据空闲分区链表的地址从低到高排列搜索空闲分区，最佳适应算法、最坏适应算法根据空闲分区的大小进行搜索。

5.逻辑文件可分有结构文件（记录式）和无结构文件（流式）两种形式。

6.组织成链接结构和索引结构形式的物理文件，文件信息可以被存放在存储介质上不相邻的块中。

7.从资源分配的角度看，可以把设备分成独占设备和共享设备，打印机是独占设备，磁盘是共享设备。

8.现代操作系统都具有并发、共享、虚拟和异步的特性，最基本的特征是并发和共享。

9.从结构上看，进程由程序段、相关的数据段和PCB三部分组成。

10.利用共享文件进行通信的进程通信方式也叫内存共享。

11.实现虚拟存储器的理论基础是离散分配的存储管理方式。

12.请求调页存储管理方式中，LRU算法将选择最近最久未使用页面进行淘汰。

13.为了缓和高速的CPU和低速的I/O设备之间速度不匹配的矛盾，在设备管理中普通采用SPOOLing技术。

14.操作系统目前有五大类型: 批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。

15.面对一般用户，通过操作命令方式控制操作系统；面对编程人员，通过系统调用控制。

16.作业输入方式有联机输入、脱机输入、直接耦合、假脱机和网络输入。

17.操作系统用户界面的发展经历了三代：命令行及系统调用界面、图形界面和虚拟现实的界面元素。

18.计算机操作命令可分为联机命令、shell程序语言命令和脱机作业控制语言命令。

19.按操作系统中文件的性质与用途分文件分为：系统文件、库文件和用户文件。

20.按使用情况文件可分为：临时文件、永久文件和档案文件

21.在unix系统中文件分为：普通文件、目录文件和特殊文件。

22.unix的文件物理结构采用成组链接法。

23.文件存储介质的物理单位是卷。

24.把存储介质上连续信息所组成的区域称为块。

25.主存储器与存储设备进行信息交换的物理单位是块。

26.磁盘存储空间的位置应由三个参数来确定，它们是柱面号、磁头号、扇区号。

27.由用户组织的文件称逻辑文件，由文件系统组织的文件称物理文件。

28.在记录式文件中能把各个记录区别开来的项被称为记录的主键。

29.存放在磁盘上的文件可以有多种组织形式，通常有顺序文件、链接文件、索引文件三种结构。

32.每个索引文件都必须有一张索引表，索引表的每一个表项至少应包含有记录的标识（或关键字，或记录号）和存放位置。

33.当用户文件的逻辑记录的大小比存储介质上的块长小得多时，可采用记录的成组来提高存储空间的利用率。

34.为实现记录的成组与分解操作，必须设立主存缓冲区，缓冲区的大小应与存储介质上分块的大小相一致。

35.UNIX系统中采用空闲块成组链接方法管理磁盘存储空间。

36.采用多级目录结构主要是解决命名冲突问题。

37.树形目录结构中含有一个主目录和多级子目录，通常把主目录称为根目录。

38.为了能正确地实现文件的存储和检索，文件系统提供文件操作供用户向系统提出使用文件的要求。

39.用户要求使用一个存放在存储介质上的文件时，应顺序调用打开文件操作、读文件操作和关闭文件操作。

SPOOLing技术是如何实现打印机共享的？打印机属独占设备，利用SPOOLing 技术可将之改造为一台供多个用户共享的设备，从而提高设备利用率。当用户进程请求打印输出，SPOOLing系统同意为它打印输出，但并不立即把打印机分配给该用户进程而是1由输出进程在输出井中为之申请一个空闲磁盘块区，并将要打印的数据送入其中2输出进程再为用户进程申请一个空白的用户请求打印表，并将用户的打印要求填入其中再将该表挂到请求打印队列上如果还有进程要求打印输出，系统仍可接受该请求，也同样为该进程做上述两件事。特点：提高了I/O的速度；奖独占设备改造为共享设备；实现了虚拟设备功能。

利用信号量实现前趋关系

Var a,b,c,d,e,f,g:semaphore=0,0,0,0,0,0,0;

begin

parbegin

begin S1;signal(a); signal(b);end;

begin wait(a);S2; signal(c); signal(d);end;

begin wait(b);S3; signal(e); end;

begin wait(c);S4; signal(f); end;

begin wait(d);S5; signal(g); end;

begin wait(e);wait(f);wait(g);S6;end;

parend

end

试利用记录型信号量写出一个不会出现死锁的哲学家进餐问题的算法 Chop[5]{1,1,1,1,1}

Pi

{ P(chop[i],chop[i+1])

就餐；

V(chop[i],chop[i+1]) }

在测量控制系统中的数据采集任务时，把所采集的数据送往一单缓冲区；计算任务从该单缓冲区中取出数据进行计算。试写出利用信号量机制实现两任务共享单缓冲区的同步算法。

producer:

{

repeat;

wait(empty);

put;

signal(full);

until false;

}

一个磁盘，平均寻道时间为10ms ，转速10000r/m ，每个磁道有320个扇区，每个扇区有512个字节数据，假设读一个2560个扇区的文件，有两种情况： consumer: { repeat; wait(full); get;

1）文件顺序分布在不同磁道，顺序读取每个磁道。

2）文件顺序分布，随机读取。

解：1)T1=10+60/10000*1000+60/10000*1000*0.5=19ms

T=18*8=152ms

2)T2=10+60/10000*1000*0.5+1/320*60/10000*1000

=13.01875ms T=13.01875*2560=33328ms

某软盘有40个磁道，磁头从一个磁道移到另一个磁道需要6ms。文件在磁盘上非连续存放，逻辑上相邻数据块的平均距离为13磁道，每块的旋转延迟时间及传输时间分别为100ms，25ms，问读取一个100块的文件需要多少时间？如果系统对磁盘进行了整理，让同一个文件的磁盘块尽可能靠拢，从而使逻辑上相邻的数据块的平均距离降为2磁道，这时读取一个100块的文件需要多少时间？

解：磁盘访问时间＝寻道时间＋延迟时间＋传输时间

整理前：读取一个数据块的时间为：13*6+100+25＝203ms

读取一个100块的文件需要：100*203＝20300ms

整理后：100*(2*6+100+25)=13700ms