操作系统试题(绝密)

“操作系统”复习提纲

2010-6-26

1.什么是操作系统？如何理解它的“机器扩展（extended machine）”和“资源

管理(resource management)”两个基本能力？

答：操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是一些程序模块的集合

1、它们能以尽量有效、合理的方式组织和管理计算机的软硬件资源

2、合理的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

3、使得用户能够灵活、方便、有效的使用计算机，使整个计算机系统能高效地运

行

作为扩展机器的操作系统，为程序员隐藏硬件的实际细节，并提供一个可以读写

的、简洁的命名文件视图的程序。它还隐藏了大量与中断、定时器、存储管理以

及其他与底层特征有关的令人烦恼的细节。

作为资源管理者的操作系统，主要任务是记录使用资源的情况、对资源的请求进

行授权、计算使用费用，并且为不同的程序和用户协调互相冲突的资源请求。在

时间和空间上实现共享资源的复用。

2.中断发生时，操作系统底层的运行框架（Skeleton）？

答：1）硬件压入堆栈技术器等

2）硬件从中断向量装入新的程序计数器

3）汇编语言过程保存寄存器值

4）汇编语言过程设置新的堆栈

5）C中断服务例程运行（典型的读和缓冲输入）

6）调度程序决定下一个将运行的进程

7）C过程返回至汇编代码

8）汇编语言过程开始运行新的当前进程。

3.什么是进程和线程，区别是什么？

答：线程是在进程内用于调度和占有处理机的基本单位，它由线程控制表、存储线程上下文的用户栈以及核心栈组成。进程是程序的一次动态执行过程，它也是系统资源分配的基本单位，它能和其他进程并发执行。

线程与进程的主要区别：进程是资源管理的基本单位，线程只是处理机调度的基本单位。进程进行处理机切换和调度时间较长，而线程进行处理机切换和调度时间较短，不发生资源的变化。线程和进程一样，都有自己的状态，也有相应的同步机制，不过由于线程没有单独的数据和程序空间，因此线程没有挂起状态。进程的调度、同步机制大多数由操作系统内核完成，而线程的控制既可以由操作系统内核进行，也可以由用户控制进行。

4.针对如下的多线程Web Server代码，图式说明进程和线程的结构关系。

5.两种主要的线程实现技术比较：1）在用户空间；2）在内核中。

解：在用户空间：

（1）由应用程序完成所有线程的管理

（2）核心不知道线程的存在，当线程调用系统调用时，整个进程阻塞

（3）线程切换不需要核心态特权

（4）调度是针对应用的，是特定的

（5）核心只将处理器分配给进程，同一进程中的两个线程不能同时运行于两个处理器上在内核中：

（1）所有线程管理由核心完成

（2）没有线程库，但对核心线程工具提供API

（3）核心维护进程和线程的上下文

（4）线程之间的切换需要核心支持

（5）以线程为基础进行调度

（6）阻塞是在线程一级完成

（7）对多处理器，核心可以同时调度同一进程的多个线程

（8）在同一进程内的线程切换调用内核，导致速度下降

6.概念理解：竞争条件（Race conditions）、互斥（Mutual exclusion）、临界区

（critical regions）

答：1）竞争条件（Race conditions）：两个或多个进程读写某些共享数据，而最后的结果取决于进程运行的精确时序，称为竞争条件

2）互斥（Mutual exclusion）：以某种手段确保当一个进程在使用一个共享变量或文件时，其他进程不能做同样的操作。

3）临界区（critical regions）：对共享内存进行访问的程序片段

7.基于信号量（semaphore）的生产者-消费者问题解决算法。

解：#define N 100 /*缓冲区中的槽数*/

Typedef int semaphore; /*信号量是一种特殊的整型数据*/

Semaphore mutex = 1; /*控制对临界区的访问*/

Semaphore empty = N; /*计数缓冲区的空槽数*/

Semaphore full = 0; /*计数缓冲区的满槽数*/

V oid producer(void)

{

Int item;

While(true){ /*true是常量1*/

Item = produce_item(); /*产生放在缓冲区的数据*/

Down(&empty); /*将空槽数目减1*/

Down(&mutex); /*进入临界区*/

Insert_item(item); /*将新的数据项放到缓冲区中*/

Up(mutex); /*离开临界区*/

Up(&full); /*将满槽的数目加1*/

}

V oid consumer(void)

{

Int item;

While(ture){

Down(&full)

Down(&mutex);

Item = remove_item();

Up(&mutex);

Up(&empty);

Consume_item(item);

}

}

8.基于线程、互斥锁（mutex）和条件变量（condition variables）的生产者-消费

者问题解决算法。

9.基于管程（Monitor）的生产者-消费者问题解决算法。

解：monitor ProducerConsumer

condition full,empty;

integer count;

Procedure insert(item:integer)

Begin

If count = N then wait(full);

Insert_item(item);

Count :=count +1;

If count =1 then signal(empty);

End

Function remove:integer;