操作系统复习提纲

3．什么是操作系统？操作系统在计算机中的主要作用是什么？

操作系统：管理系统资源、控制程序执行、改善人机界面、提供各种服务，并合理组织计算机工作流程和为用户方便有效地使用计算机提供良好运行环境的一种系统软件。

a>服务用户观点——操作系统作为用户接口和公共服务程序

b>进程交互观点——操作系统作为进程执行的控制者和协调者

c>系统实现观点——操作系统作为扩展机和虚拟机

d>资源管理观点——操作系统作为资源的管理者和控制者

10．试述系统调用与函数（过程）调用之间的主要区别。

a>调用形式和实现方式不同。函数调用所转向的地址是固定不变的，但系统调用中不包括内核服务例程入口地址，仅提供功能号，按功能号调用；函数调用是在用户态执行，只能访问用户栈；系统调用要通过陷阱设置，从用户态转换到内核态，服务例程在内核态执行并访问核心栈。

b>被调用代码的位置不同。函数调用是静态调用，调用程序和被调用代码处于同一程序内，经链接后可作为目标代码的一部分，这是用户级程序当函数升级或者修改时，必须重新编译和链接；系统调用是动态调用，系统调用的服务例程位于操作系统中，这是系统级程序，这样当系统调用的服务例程升级或修改时与调用程序无关，而且调用程序的长度大为缩减，能减少其所占用的内存空间。

c>提供方式不同。函数调用通常有编程需要提供，不同语言所提供的函数功能、类型和数量可以不同；系统调用由操作系统提供，一旦操作系统设计好，系统调用的功能、类型和数量便固定不变。

15．什么是多道程序设计？多道程序设计技术有什么特点？

多道程序设计是指允许多个作业（程序）同时进入计算机系统的内存并启动交替计算的方法。

特点：多道性、宏观并行、微观串行。

19．在分时系统中，什么是响应时间？它与哪些因素有关？

响应时间：从交互式进程提交一个请求（命令）直到获得响应之间的时间间隔。

影响因素：cpu的处理速度、联机终端的数目、所用时间片的长短、系统调度开销和对换信息量的多少等。23．操作系统具有哪些基本功能？请简单叙述之。

a>处理器管理。处理器是计算机系统中最为稀有和宝贵的资源，应该最大限度地提高其利用率。常常采用多道程序设计技术组织多个作业同时执行，解决处理器调度、分配和回收问题。

b>存储管理。存储管理的主要任务是管理内存资源，为多道程序设计提供有力支持，提高存储空间利用率，具体来说有内存分配和回收、地址转换与存储保护、内存共享与存储扩充等。

c>设备管理。设备管理的主要任务是管理各种外部设备，完成用户提出的I/O请求；加快数据传输速度，发挥设备的并行性，提高设备的利用率；提供设备驱动程序和中断处理程序，为用户隐蔽硬件操作细节，提供简单的设备使用方法。

d>文件管理。主要任务是对用户和系统文件进行有效管理，实现按名存取；实现文件共享、保护和保密；保证文件的安全性；向用户提供一整套能够方便地使用文件的操作和命令。

e>联网和通信管理。1网络资源管理；2数据通信管理；3应用服务；4网络管理

27．什么是操作系统内核？

内核是一组程序模块，作为可信软件来提供支持进程并发的基本功能和基本操作，通常驻留在内核空间，运行于内核态，具有直接访问硬件设备和所有内存空间的权限，是仅有的能够执行特权指令的程序。35．简述操作系统资源管理的主要技术：资源复用、资源虚拟和资源抽象。

资源复用：系统中相应地有多个进程竞争使用物理资源，由于计算机系统的物理资源是宝贵和稀有的，操作系统让众多进程共享物理资源，这种共享称为资源复用。

资源虚拟：虚拟的本质是对资源进行转换、模拟和整合，把一个物理资源转变成多个逻辑上的对应物，也可以把多个物理资源变成单个逻辑上的对应物。即创建无须共享的多个独占资源的假象，或创建易用且多个实际物理资源数量的虚拟资源假象，以达到多用户共享一套计算机物理资源的目的。

9．什么是系统调用？试述API、库函数及系统调用间的关系。

系统调用是一种中介角色把用户和硬件隔离开来，应用程序只有通过系统调用才能请求系统服务并使用系统资源。

POSIX标准规定了符合此标准的操作系统必须提供API，但并未规定接口的实现是采用系统调用、库函数还是其他形式。系统调用只是一种API。

调用fprintf()→C函数库中的fprintf()封装函数→系统调用处理程序→sys_writ e()内核函数。18．什么是进程？计算机操作系统为什么要引入进程？

进程：可并发执行的程序在某个数据集合上的一次计算活动，也是操作系统作为资源分配和保护的基本单位。

目的：

a>刻画程序的并发性。进程是并发程序设计的一种有力工具，操作系统中引入进程概念能较好地刻画系统内部程序的并发执行，从而提高资源利用率。

b>解决资源的共享性。

20．进程最基本的状态有哪些？哪些事件可能引起不同状态间的转换？

运行态：进程占有处理器正在运行的状态。

就绪态：进程具备运行条件，等待系统分配处理器以便运行的状态。

等待态：又称阻塞态或睡眠态，指进程不具备运行条件，正在等待某个事件完成的状态。

26．何谓进程控制快（PCB)？它包含哪些基本信息？

每个进程有切仅有一个进程控制块，或称进程描述符，它是进程存在的唯一标识，是操作系统用来记录和刻画进程状态及环境信息的数据结构，是进程动态特征的集合，也是操作系统掌握进程的唯一资料结构和所处的状态的主要依据。

a>标识信息。标识信息用于唯一地标识一个进程，分为用户使用的外部标识符和系统使用的内部标识符。

b>现场信息。现场信息用于保留进程在运行时存放在处理器现场中的各种信息。

c>控制信息。控制信息用于管理和进程调度。

48．处理器调度分为哪几种类型？简述各类调度任务的主要任务。

高级调度：又称作业调度、长度调度，在多道批处理操作系统中，从输入系统的一批作业按照预定的调度策略挑选若干作业进去内存，为其分配所需资源并创建对应作业的用户进程后，便完成启动阶段的高级调度任务，已经为进程做好运行前的准备工作，等待进程被调度运行，在作业完成后还要做结束阶段的善后工作。

中级调度：又称平衡调度、中度调度，根据内存资源情况决定没错中所能容纳的进程数目，并完成外存和内存中的进程对换工作。

低级调度：又称进程调度或线程调度、短程调度，根据某种原则决定就绪队列中的哪个进程/线程获得处理器，并将处理器让出给它使用。

第三章

9．什么是临界区和临界资源？临界区管理的基本原则是什么？

并发进程中与共享变量有关的程序段称为临界区。共享变量所代表的资源称为临界资源，即一次仅能供一个进程使用的资源。

原则一：一次至多只有一个进程进入临界区内执行。

原则二：如果已有进程在临界区中，试图进入此临界区的其他进程应等待。

原则三：进入临界区内的进程应在有限的时间内退出，以便让等待队列中的一个进程进入。

13．什么是信号量？如何对其进行分类？

在操作系统中用信号量表示物理资源的实体，它是一个与队列有关的整型变量。具体实现时，信号量是一种产量类型，用一个记录型数据结构表示，有两个分量，一个是信号量的值，另一个是信号量队列

信号量按其用途可分为两种：a>公用信号量，联系一组并发进程均可在此信号量上执行pv操作，初值置为一，用于实现进程互斥；b>私有信号量，联系一组并发进程，仅允许此信号量所拥有的进程执行P 操作，而其相关进程可在其上施行V操作，初值往往为0或正整数，多用于并发进程同步。

信号量按其取值可分为两种：a>二值信号量，仅允许取值为0或1，主要作用用于解决进程互斥问题；

b>一般信号量，又称计数信号量，允许取大于1的整型值，主要用于解决进程同步问题。

15．何谓管程？它有哪些属性？

管程是由局部于自己的若干公共变量及其申明和所有访问这些公共变量的过程所组成的软件模块，它是一种互斥机制，进程可互斥的调用管程中的过程。

a>共享性。管程中的移出过程可被所有要调用管程的过程的进程所共享。

b>安全性。管程的局部变量只能由此管程的过程访问，不允许进程或其他管程来直接访问，一个管程的过程也不应访问任何非局部于它的变量。

c>互斥性。在任一时刻，共享资源的进程可以访问管程中的管理此资源的过程，但最多只有一个调用者能够正真地进入管程，其他调用者必须等待直至管程可用。

20．什么是管道？如何通过管道机制实现进程间的通信？

管道：是连接读写进程的一个特殊文件，允许按照FIFO方式传送数据，也能是使进程同步执行。

写进程在管道的尾端写入数据，读进程在管道的首端读出数据。数据读出后将从管道中移走，其他进程都不能再读到这些数据。进程试图读管道时，再有数据写入管道前，进程将一直阻塞。同样，管道已经满时，进程再试图写入管道，在其他进程从管道中移走数据之前，写进程将一直阻塞。

25．试述产生死锁的必要条件。

1>互斥条件：临界资源是独占资源，进程应互斥且排他地使用这些资源。

2>占有和等待条件：进程在请求资源得不到满足而等待时，不释放已占有资源。

3>不剥夺条件：又称不可抢占，已获资源只能由进程自愿释放，不允许被其他进程剥夺。

4>循环等待条件：又称环路条件，存在循环等待链，其中每个进程都在等待链中等待下一进程所持有的资源，造成这组进程处于永远等待状态。

27．何谓银行家算法？试述其基本思想。

系统中的所有进程放入进程集合，在安全状态下系统收到进程的资源请求后，先把资源试探性的分给它；然后系统将剩下的可用资源和进程集合中其他进程还需要的资源数作比较，找出剩余资源能满足最大需求量的进程，从而保证进程运行完毕并归还全部资源；这时把这个进程从进程集合中删除，归还其所占有的所有资源，系统的剩余资源则越多；反复执行上述步骤，最后检查进程集合，若为空则表明本次申请可行，系统处于安全状态，可以真正实施本次分配，否则只要等待集合非空，系统便处于不安全状态，本次资源分配不实施，让申请资源的进程等待。

第四章

1．试述存储管理的基本功能。

ⅰ存储分配ⅱ地址映射ⅲ存储保护ⅳ存储共享ⅴ存储扩充

4．何谓地址转换（重定位）？哪些方法可以实现地址转换。

可执行的程序逻辑地址转换（绑定）为物理地址的过程称为地址转换。

实现方法：静态地址重定位，动态地州重定位。

5．分区存储管理中采用那些分配策略？比较其优、缺点。

固定分区：

优点：固定分区能解决单道程序运行在并发环境下不能与cpu速度匹配的问题，同时也解决了单道程序运行是内存空间利用低的问题。

缺点：ⅰ.由于预先已经规定分区大小，是的大作业无法装入，用户不能采用覆盖能技术加以补救，这样不但加重用户负担，而且极其不方便；ⅱ.内存空间利用率不高，作业很少会恰好填满分区；ⅲ.如果一个作

业要求在运行过程中动态扩充存储空间，采用固定分区是相当困难的；ⅳ.分区数目是在系统初启是确定的这就会限制多道运行程序的道数，特别不适应分时系统交互型用户及内存需求变化很大的情况。

可变分区：

优点：ⅰ.能克服固定分区内存资源的浪费问题；ⅱ.有利于多道程序设计；ⅲ.实现了多个程序作业对内存的共享。

缺点：ⅰ.回收算法复杂；ⅱ.它的各种分配算法有一定缺陷，难以避免内存碎片的产生；ⅲ.采用动态地址重定位需要硬件寄存器的支持。

9．什么是虚拟存储器？列举采用虚拟存储技术的必要性和可能性。

虚拟存储技术：在具有层次结构存储器的计算机系统中，自动实现部分装入和部分替换功能，能存逻辑上为用户提供一个比物理内存容量大得多的、可寻址的“内存储器”。

必要性：可用较小的内存空间执行较大的程序，能容纳更多的并发执行程序。

可能性：基于程序的局部性原理。

11．试述请求分段虚存管理的实现原理。

请求分段虚存管理是将进程信息副本存放在外存中，当它被调度投入运行时，程序和数据没有全部装入内存，仅装入当前使用段，进程执行过程中访问到不在内存的段时候，再有系统自动调入。

18．试述实现虚拟存储器的基本原理。

作业运行之前仅将当前要运行的那部分页面和段先装入内存便可开始运行，在程序的运行中，发现所要访问的段不在内存中时，再有操作系统将其调入内存，程序便可继续执行下去。

第五章

1．试述设备管理的基本功能。

设备中断处理、缓冲区处理、设备分配和去配、设备驱动调度、实现虚拟设备。

2．试述各种I/O控制方式及其主要优、缺点。

轮询方式：又称程序直接控制方式，使用查询指令测试设备控制器的忙闲状态位，确定内存和设备是否能交换数据。

优点：原理简单，成本低廉。

缺点：a>.一旦cup启动了I/O设备，便不断的查询I/O设备的准备情况，终止了原程序的执行；b>.cpu 在反复查询过程中，浪费了宝贵的cpu时间，c>.I/O设备准备就绪后，cpu参与数据的传输工作，此时cpu 也不能执行原程序。总之，轮询方式的主要缺点是运行效率不足。

中断控制方式：cpu启动I/O设备后不必查询I/O设备是否准备就绪，而是继续执行现行程序，对设备是否准备就绪不加过问。

优点：不必忙于查询I/O准备情况，cup和I/O设备可实现部分并行，大大提升了cup的利用率。

缺点：输入输出操作直接由中央处理器控制，每传送一个字符或一个字，都要发生一次中断，仍耗费大量中央处理器时间。

DMA方式：内存和设备之间有一条数据通路成块的传说数据，在主机和I/O设备之间成块的传送数据过程中，无需CPU干预，实际操作有DMA直接执行完成。

优点：实现线路简单，价格低廉。

缺点：增加主存地址寄存器，数据移位寄存器等硬件，不仅有中断结构，还增加了DMA传输控制结构，增加了成本，但功能较差，不能满足复杂的I/O操作要求。

通道方式：又称I/O处理器，能完成内存和设备之间的信息传送，与CPU并行的执行操作。

优点：a>.自成独立体系，大大减少了外围设备和中央处理器的逻辑关系，把中央处理器从琐碎的输入输出操作中解放出来；b>.外围和中央处理器能实现并行操作；c>.通道和通道之间能实现并行操作；d>.各通道上的外围设备也能实现并行操作。

缺点：a>.具有通道装置的计算机的主机、通道、控制器和设备之间用四级连接，实施三级控制；b>.价格较高，一般在大型机中使用。

4．大型机常常采用通道实现信息传输，试问为什么是通道？为什么引入通道？

通道又称I/O处理器，能完成内存和设备之间的信息传送，与CPU并行的执行操作。采用通道技术主要解决I/O操作的独立性和硬件部分的并行性，由通道来管理和控制I/O操作，大大减少了设备和中央处理器的逻辑关系，把中央处理器从琐碎的输入输出操作中解放出来，实现设备和中央处理器能实现并行操作，通道之间实现并行操作，设备之间并行操作，达到提高整个系统效率的目的。

12．为什么要引入缓冲技术？其基本思想是什么？

①为了解决cpu与设备之间速度不匹配的矛盾；②协调逻辑记录大小与物理记录大小不一致的问题；③提高cpu和设备的并行性；④减少I/O操作对cpu的中断次数，放宽对cpu中断响应时间的要求。

基本思想：当进程执行写操作输出数据时，先向系统申请一个输出缓冲区，然后将输入送入缓冲区，若是顺序写请求，则不断的将数据填入缓冲区，直至装满为止，此后进程可以继续计算，同时系统将缓冲区的内容写到设备上；当进程执行读操作输入数据时，先向系统申请一个输入缓冲区，系统将设备上的一条物理记录读至缓冲区，根据要求把当前所需要的逻辑记录从缓冲区中选出并传送给进程。

21．什么事虚拟设备？实现虚拟设备的主要条件是什么？

虚拟技术是为了提高独立设备的利用率，采用spooling技术科共享设备模拟独占设备。是独立设备成为共享设备。

依赖的关键技术是spooling技术。

26．Spooling是如何把独立型设备改造成共享型设备的？

实现相应功能的守护进程（线程）都在用户空间上运行，但所完成的是操作系统任务，即把本该有内核实现的功能外移。

28．为什么要引入设备独立性？如何实现设备独立性？

应用程序与具体的物理设备无关，系统要增减或变更设备时对源程序不必加如何修改，易于应对I/O 设备故障，增加设备分配的灵活性，能更有效的理由设备资源，实现多道程序设计。

用户通常不指定物理设备，而是指定逻辑设备，是的用户作业和物理设备分离开来，在通过其他途径建立逻辑设备和物理设备的映射。

30．目前常用的磁盘驱动调度算法有哪几种？分别适用于何种数据应用场合？

先来先服务、最短查找时间优先算法、扫描算法、分步扫描算法、电梯调度算法、循环扫描算法。第六章

1．试述下列术语的的定义并说明它们之间的关系:卷、块、记录、文件。

卷：硬盘上的存储区域。一个硬盘包括好多卷，一卷也可以跨越许多磁盘。

块：存储介质上连续信息所组成的一个区域。

记录：是一组相关数据的集合，用于描述一个对象在某方面的属性。

文件：是由信息按一定结构组成，可持久性保存的抽象机制，由于它必定存储在某中存储设备上，故也可以认为文件是设备的一种抽象。

4．什么是文件的逻辑结构？它有哪几种组织方式？

从用户的观点出发，研究用户概念中抽象的信息组织方式，这是用户所能观察到的、可加以处理的数据集合。由于数据可独立于物理环境构造，故称为逻辑结构，相关数据的集合构成逻辑文件。

组织方式：流式文件、记录文件。

5．什么是文件的物理结构？它有哪几种组织方式？

文件的物理结构和组织是指逻辑文件在物理存储空间中的存放方法和组织关系。

组织方式：组织文件、连接文件、直接文件、索引文件

9．文件系统所提供的主要文件操作有哪些？试述各自的主要功能。

创建文件：当文件尚未存在时，需要对其创建，或者文件原来已经存在，有时需要重新创建。

删除文件：把指定文件从其所在目录文件中删除。

打开文件：指系统将指明文件的属性从外存拷贝到内存打开文件表的一个目录表中，并将该表的编号返回

给用户。

关闭文件：文件使用完毕，执行关闭系统调用切断应用进程与文件之间的联系。

读文件：把文件的内容读入用户数据区中。

写文件：把数据用户区中的信息写入文件中。

15．什么事设备文件？如何实现设备文件？

设备文件：为设备起的一个名字，可以像使用文件一样方便的管理设备。

实现：设备文件依赖于inode实现，文件目录并不能区分文件名是代表一个磁盘文件还是设备文件，但inode 的内容是不同的，磁盘文件的inode包含指向数据的指针，而设备文件的inode则包含指向内核设备驱动程序的指针，用来控制设备的I/O操作。

16．什么事文件的共享？

文件的共享是指不同进程使用同一个文件，文件共享不仅为不同进程完成共同任务所必需，而且还节省大量的外存空间，减少因文件复制而增加的I/O操作次数。