操作系统期末考试简答题

第一章：操作系统

1.什么是操作系统：操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它是一些程序模块的集合。他们能有效地组织和

管理硬件及软件资源，合理组织计算机的工作流程，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，并使整个计算机系统能高效地运行。

2.OS的主要作用：（1）是计算机硬件、软件资源的管理者；（2）是用户使用系统硬件、软件的接口；（3）OS还

是扩展机和虚拟机；（4）合理组织工作流程。

3.OS的特征：（1）并发性：多个事件在同一时间段内发生；（2）共享性：多个进程共享有限的计算机资源；（3）

虚拟性：一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体；（4）异步性（也叫不确定性、随机性）：进程的执行顺序和执行时间不确定。

4.OS的功能：（1）处理及管理；（2）存储管理；（3）设备管理；（4）文件管理；（4）用户接口。

5.* OS的分类：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、分布式操作系统、个人计算机

操作系统。

第二章：

1.操作系统为用户提供两种接口，一个是命令接口，一个是程序接口（系统调用接口）。（1）命令接口：用户通

过这些命令来组织和控制作业的执行。（2）程序接口：编程人员使用他们来请求操作系统服务。

2.使用操作命令进行作业控制的两种方式：联机方式（联机命令接口）、脱机方式（脱机命令接口）。

第三章：进程

1.进程的概念：进程是程序在执行过程中管理和分配资源的最小单位。

2.进程的特征：并发性；动态性；独立性；交往性；异步性。

3.进程的3种状态：运行态、就绪态、阻塞态。

4.3种状态的转化：【重要】

5.临界区：（解释一）把不允许多个并发进程交叉执行的一段程序称为临界区。（解释二）把系统中不允许同时多

个进程访问的资源称为临界资源，而在进程中访问临界资源的那段程序称为临界区。

6.信号量：信号量是一种特殊的变量，用于管理临界区的共有资源。

7.综述：PV操作，涉及计算题。

第四章：死锁

1.死锁定义：一组进程中，每个进程都无限等待被该组进程中另一进程所占有的资源，因而永远无法得到资源，

这种现象称为进程死锁，这一组进程就称为死锁进程。

2.死锁产生的条件：（1）互斥使用（资源独占）；（2）不可强占（不可剥夺）；（3）请求和保持（部分分配，占有

已分配）；（4）循环等待（环路等待）。

3.*解决死锁的方法：（1）鸵鸟策略（忽略不管）；（2）预防死锁（破坏其产生条件）；（3）避免死锁（分配过程中

采取策略）；（4）检测死锁（允许发生死锁）；（5）解除死锁（与检测死锁配套使用）。

4.死锁预防：（1）破坏“不可剥夺”条件；（2）破坏“请求和保持”条件；（3）破坏“循环等待”条件。

5.死锁避免定义：在系统运行过程中，对进程发出的每一个系统能够满足的资源申请进行动态检查，并根据检查

结果决定是否分配资源，若分配后系统可能发生死锁，则不予分配，否则予以分配。（思索避免具有两种状态：安全状态和非安全状态）

6.死锁预防与死锁避免的区别：死锁预防是设法破坏产生死锁的必要条件，严格防止死锁的发生（根本就不会发

生死锁）。而死锁避免则没有这么严格，它是一种动态策略（允许发生死锁）。

7.综述：死锁预防——银行家问题，涉及计算题。

第五章：调度算法

1.调度算法有哪些？（1）先来先服务；（2）短作业优先；（3）时间片流转；（4）多级队列算法；（5）优先级算

法；（6）多级队列反馈算法。

2.先来先服务FCFS：优点：最简单算法，按先后顺序执行；

3.短作业优先SJF：优点：（1）比FCFS改善平均周转时间和平均带权周转时间，缩短作业的等待时间；（2）提

高系统的吞吐量；缺点：（1）对长作业非常不利，可能长时间得不到执行；（2）未能依据作业的紧迫程度来划分执行的优先级；（3）难以准确估计作业（进程）的执行时间，从而影响调度性能。

4.时间片轮转算法（Round Robin，缩写RR）：优点：提高进程并发性和效应时间特性，从而提高资源利用率；

缺点：严重受限于时间片长度的影响，即时间片长度的确定是一个难题。

5.多级队列算法（Multiple-level Queue）原理：本算法引入多个就绪队列，通过各队列的区别对待，达到一个

综合的调度目标。

6.优先级算法（Priority Scheduling）原理：在创建进程时赋予的优先级，在进程运行过程中可以自动改变，以

便获得更好的调度性能。

其中包括：线性优先级算法（SRR, Selfish Round Robin）

7.多级反馈队列（Round Robin with Multiple Feedback）算法：原理：多级反馈队列算法是时间片轮转算法和

优先级算法的综合和发展。优点：（1）为提高系统吞吐量和缩短平均周转时间而照顾短进程；（2）为获得较好的I/O设备利用率和缩短响应时间而照顾I/O型进程；（3）不必估计进程的执行时间，动态调节。

8.常用的调度算法性能排列：FCFS（先来先服务算法）

9.按周转时间比较：

长作业时：T(FCFS) < T(SRR) < T(RR)（运行时间是主要因素）

短作业时：T(RR) < T(SRR) < T(FCFS)（等待时间是主要因素）

10.综述：注意不同调度算法间的比较。

第六章：

1.重定位（又叫地址变换，地址映射）定义：为了保证程序的正确运行，必须把程序和数据的逻辑地址转换为物

理地址，这一工作称为地址转换或重定位。

2.静态重定位：优点：无须硬件支持；缺点：（1）不支持虚拟存储，原因是执行期间程序不能

移动，因而不能实现重新分配内存，而虚拟存储则将部分程序装入内存。（2）不能共享。因为每个程序必须占用连续的内存空间，因此很难做到。

3.动态重定位：优点：（1）可以对内存进行非连续分配，对于不同的程序段设置不同的BR即可。（2）提供了实

现虚拟存储的基础，动态重定位可以部分地、动态地分配内存。（3）有利于共享。

4.固定分区：优点：易于实现，开销小。缺点：内碎片造成浪费，分区总数固定，限制了并发执行的程序数目。

5.最先适应法(first-fit)：按分区的先后次序，从头查找，找到符合要求的第一个分区。特点：该算法的分配和释

放的时间性能较好，较大的空闲分区可以被保留在内存高端。但随着低端分区不断划分而产生较多小分区，每次分配时查找时间开销会增大。

6.下次适应法(next-fit)：按分区的先后次序，从上次分配的分区起查找（到最后分区时再回到开头），找到符合要

求的第一个分区。特点：该算法的分配和释放的时间性能较好，使空闲分区分布得更均匀，但较大的空闲分区不易保留。

7.最佳适应法(best-fit)：找到其大小与要求相差最小的空闲分区。特点：从个别来看，外碎片较小，但从整体来

看，会形成较多外碎片。较大的空闲分区可以被保留。

8.最坏适应法(worst-fit)：找到最大的空闲分区。特点：基本不留下小空闲分区，但较大的空闲分区不被保留。

9.Belady现象：采用FIFO算法时，如果对一个进程未分配它所要求的全部页面，有时就会出现分配的页面数增

多，缺页率反而提高的异常现象。

10.Belady出现的原因：FIFO算法的置换特征与进程访问内存的动态特征矛盾，即：被置换的页面不是进程不会

访问的。

11.页面置换算法（考计算题）：（1）随机置换算法；（2）先进先出算法(FIFO)；（3）最近最久未使用算法(LRU, Least

Recently Used)；（4）时钟页面替换算法(Clock Policy) ；（5）最佳置换算法(OPT, optimal)。

12.页式管理优缺点（静态、动态对比）：相对于分区管理而言，静态页式有效的解决了外部碎片的问题（当然有少

量的内部碎片）；但是，静态页式要求全部装入，不支持虚拟存储，因而有了请求页式，允许部分装入；显然地，请求页式更能有效利用有限的内存页面，不过，这种方式需要有效解决缺页率的问题，尤其是页面置换的问题；

不论是静态还是请求方式，更多地是从物理页面的角度考虑和解决问题，有的时候，需要从逻辑角度考虑问题，比如共享，这就引入了段式管理方法。

13.页式管理与段式存储比较：分页是出于系统管理的需要，分段是出于用户应用的需要。一条指令或一个操作数

可能会跨越两个页的分界处，而不会跨越两个段的分界处。页大小是系统固定的，而段大小则通常不固定。逻辑地址表示：分页是一维的，各个模块在链接时必须组织成同一个地址空间；分段是二维的，各个模块在链接时可以每个段组织成一个地址空间。通常段比页大，因而段表比页表短，可以缩短查找时间，提高访问速度。

14.段式存储的问题：存在碎片问题，解决不如页式；段长受内存可用区大小限制；置换算法不当时也有可能抖动。

15.局部性原理：在程序的执行中，在一段时间内，CPU总是集中地访问程序中某一个部分而不是随机地对程序所

有部分具有平均访问概率。人们把这种现象称为局部性原理。

16.抖动：在虚存中，页面在内存与外存之间频繁调度，以至于调度页面所需时间比进程实际运行的时间还多，此

时系统效率急剧下降，甚至导致系统崩溃。这种现象称为颠簸或抖动

17.抖动产生的原因：页面淘汰算法不合理，分配给进程的物理页面数太少。

第七章：文件系统

1.文件：文件指的是一组带标识的在逻辑上有完整意义的信息项（构成文件内容的基本单元）的序列，或者是相

关联纪录的集合。

2.文件系统：是操作系统中统一管理信息资源的一种软件，管理文件的存储、检索、更新，提供安全可靠的共享

和保护手段，并且方便用户使用。

3.文件系统的作用：（1）统一管理文件的存储空间，实施存储空间的分配与回收；（2）为用户提供可见的文件逻

辑结构，实现文件的按名存取；（3）对文件及文件目录的管理，这是文件系统最基本的功能，包括文件（目录）的建立、删除、读写等；（4）提供操作系统与用户的接口（提供对文件的操作命令：信息存取、加工等）。4.文件逻辑结构：（1）流式文件（无结构），管理简单、操作方便，查找较麻烦；（2）记录式文件（有结构），方

便用户对文件增、删、改、查等操作。

5.文件物理结构：（1）顺序结构：优点: 简单，支持顺序存取和随机存取，顺序存取速度快，所需的磁盘寻道次

数和寻道时间最少；缺点: 不利于文件动态增长（重新分配和移动），不利于文件插入和删除（大量移动），外部碎片问题。（2）链接结构：优点：提高了磁盘空间利用率,不存在外部碎片问题，有利于文件插入和删除，有利于文件动态扩充；缺点：存取速度慢，不适于随机存取；可靠性问题，如指针出错；更多的寻道次数和寻道时间；链接指针占用一定的空间。（3）索引结构：优点：保持了链接结构的优点，又解决了其缺点：即能顺序存取，又能随机存取满足了文件动态增长、插入删除的要求能充分利用外存空间；缺点：较多的寻道次数和寻道时间，索引表本身带来了系统开销，存取文件时至少访问存储器两次，一次是获得地址，一次是对物理块的访问。为了提高速度，将索引表放入内存，减少访问磁盘次数。

6.文件空闲空间管理：空闲块表（适用于连续空间）、空闲块链（成组链法）、位示图。

7.成组链法存储结构：把文件存储设备中的所有空闲块按50块（每块512字节）一组分组。组的划分是从后往

前进行的。其中，每组的第一块用来存放前一组中各块的块号和总块数。第一组49块，最后一组的块号和数目另外存放在文件资源表中。

8.成组链法分配过程：①系统初始化时把文件资源表复制到内存，从而把最后一组空闲块块号与总块数的堆栈载

入内存，栈指针Ptr的初值为该组空闲块的总块数；②当申请者申请n块空闲块时，按照后进先出的原则，分配程序在取走Ptr所指的块号之后，指针下移即Ptr = Ptr - 1。③这个过程一直持续到所要求的n块空间都分配完毕或堆栈中只剩下最后一个空闲块的块号时，此时将该块中存放的下一组的块号与总块数读入内存之后再把该块分配，然后系统重新设置Ptr指针，继续分配。

9.成组链法回收过程：①先做Ptr = Ptr + 1，然后把回收的物理块号放入当前Ptr指针所指的位置；②如果Ptr

= 50 ，则表示该组已经全部回收，此时如果还有物理块需要回收的话，那么回收该块，把回收的50个块号与块数写入新回收的块中。然后将Ptr置1另起一个新组，此时Ptr所指的位置中存放刚才回收的物理块的块号。

注意：由于用于分配和回收的栈为临界资源，故对其访问需互斥进行。

第八章：IO

1.IO传输控制方式：直接控制、中断方式、DMA方式、通道方式。（重在比较几种方式的优缺点）

2.直接控制：程序直接控制方式简单，不需要多少硬件支持，但是存在以下缺点：CPU和外设只能串行工作。由

于CPU处理速度远快于外设，CPU的大量时间都处于循环测试等待状态，使得处理机利用率大大降低CPU在一段时间内只能和一台外设交换数据，从而不能实现设备之间的并行工作，由于程序直接控制方式通过不断测试状态位来控制数据传送，因此无法发现和处理其他设备的问题。

3.中断方式：优点：不再循环测试状态位，提高CPU利用率且支持设备和设备以及设备和CPU之间的并行工作。

缺点：由于数据缓冲寄存器较小，故中断次数较多，这仍将损耗大量CPU时间，同时有可能造成数据丢失（数据缓冲寄存器的数据来不及取走）。

4.DMA与中断方式的区别：中断方式是在数据缓冲寄存器满后，发中断请求，CPU进行中断处理；DMA方式则

是在所要求传送的数据块全部传送结束时要求CPU进行中断处理；大大减少了CPU进行中断处理的次数。中断方式的数据传送是由CPU控制完成的，而DMA方式则是在DMA控制器的控制下不经过CPU控制完成的。

5.DMA方式的局限性：数据传送方向、内存始址、数据长度等都由CPU控制；并且每台设备需一个DMA控制

器，当外设较多时控制会进一步复杂化。

6.通道方式：对外设实现统一管理，CPU从I/O事务中解脱出来，提高了CPU与设备、设备与设备之间的并行

度。

7.中断的处理过程：（1）设备给处理器发一个中断信号；（2）处理器处理完当前指令后响应中断，延迟非常短（前

提是处理器没有关闭中断）；（3）保存中断点的程序执行上下文环境，这通常包括程序状态字PSW，程序计数器PC中的下一条指令位置，一些寄存器的值，它们通常保存在系统栈中, 处理器状态被切换到管态；（4）处理器根据中断源查询中断向量表，获得与该中断相联系的处理程序入口地址，并将PC置成该地址，处理器开始一个新的指令周期，控制转移到中断处理程序；（5）中断处理程序开始工作，包括检查I/O相关的状态信息，操纵I/O设备或者在设备和主存之间传送数据等等；（6）中断处理结束时，处理器检测到中断返回指令，被中断程序的上下文环境从系统栈中被恢复，处理器状态恢复成原来的状态；（7）PSW和PC被恢复成中断前的值，处理器开始一个新的指令周期，中断处理结束。

8.缓冲的目的：缓和CPU和I/O设备速度失配的矛盾；减少CPU中断频率，放宽对中断响应时间的限制；提高

CPU和设备之间的并行性。

考试题型：

一、选择题10×2分

二、判断题10×1分

三、简单题4×5分

四、应用题5×10分

i.不同策略下作业调度。

ii.PV操作（前驱图）

iii.PV操作，并发进程同步、互斥。

iv.资源分配图（银行家算法）

v.页面置换算法

前驱图 例题：P1、P2、P3、P4、P5、P6为一组合作过程，其前驱图如下，使用PV 操作实现同步。

S1{……；V(a);V(b);V(c);}

S2{P(a); ……；V(d);}

S3{P(b); ……；V(e);V(f);}

S4{P(c); ……；V(g);}

S5{P(d);P(e); ……；V(h);}

S6{P(f);P(g); ……；V(i)}

S7{P(h);P(i); ……；V(j);}

S8{P(j); ……；}

法二：【老师推荐解法】

解法：P前驱、V后继，以节点作为信号量,N个后继就得P N次自己。如上例：

S1初值3（由后继结点数决定初值），S2-S8均为0；【易错】

S2{P(S1) ……V(S2)}

S3{P(S1) …V(S3),V(S3)}

S4{P(S1) …V(S4)}

S5{P(S2),P(S3) …V(S5)}

S6{P(S3),P(S4) …V(S6)}

S7{P(S5),P(S6) …V(S7)}

S8{P(S7) ……}

这种方法是对的，并不会发生争抢，是可行的，而且显得更简洁些。

总结：

前驱图可能是PV操作中最为“机械”的一种。基本上不需要动什么脑筋。

严格按照，“边”做信号量（初值为0），“节点”做进程，P前驱，V后继，这种题就相当的简单了。

作业调度

P99

例：有一个两道的批处理操作系统，作业调度采用最短作业优先的调度算法，进程调度采用

基于优先数的抢占式调度算法，有如下的作业序列：

作业进入时间估计运行时间优先数

1 10：00 40分钟 5

2 10：20 30分钟 3

3 10：30 50分钟 4

4 10: 50 20分钟 6

其中优先数数值越小，优先级越高。

1）列出所有作业进入内存时间及运行结束时间

2）计算作业平均周转时间和带权平均周转时间。

题解关键：

1.“两道的批处理”——内存最多同时载入两个作业，但每次只能有一个作业在运行（一定要注意，不是两个作业同时运行）。

2.短作业优先——根据“估计运行时间”短的，优先载入内存（注意：这个条件控制载入内存的顺序）。

3.基于优先数的抢占调度算法——载入内存后，谁优先执行根据优先数来判断，而不再是根据“估计运行时间”来做判断依据。

（以上2和3中，特别容易错，要认真体会。）

(1)10:00时，【作业1】，载入内存并运行。

(2)10:20，【作业2】载入内存（条件：两道的批处理），根据两个作业的优先级数，【作业1】被阻塞，而执行【作

业2】，而【作业2】一直要执行结束，到10:50。尽管10:30时，【作业3】的进入时间到了，但是由于没有多余的空间（只有两道），【作业3】是无法进入的。

(3)10:50，作业2结束了。【作业3】、【作业4】，此时都已经具备进入内存的时间，因为是“短作业优先”，估计

运行时间短的作业载入内存。因而，【作业4】载入内存。

(4)现在，内存中有【作业1】、【作业4】，那么该运行谁呢？根据优先数来判断，小者优先，则运行作业1，直至

11:10，【作业1】才结束。

(5)11:10，【作业1】结束，【作业3】自然载入内存。此时，内存中有【作业3】和【作业4】，又该执行谁？还是

根据优先数来判断，要执行【作业3】，直到12:00，【作业3】执行完，才开始执行【作业4】。

综合说明：（重要说明）“最短作业”决定谁能载入内存的；而“优先数”决定谁能被执行的。即载入内存的，不一答案：

作业号进入时间估计运行时间进入内存结束时间周转时间带权周转时间

1 10:00 40 10：00 11：10 70 7/4 (2)

2 10:20 30 10：20 10：50 30 1 (1)

3 10:30 50 11：10 12：00 90 9/5 (3)

4 10:50 20 10：50 12：20 90 9/2 (4)

平均周转时间：（70+30+90+90）/4=70