【信息化-精编】操作系统教学复习讲义

操作系统教学复习讲

义

操作系统复习资料

赖国勇

一、教学内容、要求、重点和难点：

第一章操作系统引论

教学内容：操作系统的定义，特征，功能，分类及其发展简史等。教学要求：1、了解：操作系统的发展简史，分时和实时操作系统的特点。2、理解：操作系统的分类，分时概念。

3、掌握：操作系统的定义，特征和主要功能。

4、重点：操作系统的定义、特征、功能及其分类。

5、难点：操作系统的特征和主要功能。

第二章进程管理

教学内容：进程、线程的基本概念，进程状态，进程控制，进程同步和互斥，进程通信等。教学要求：1、了解：经典进程同步问题，进程通信方式，线程的类型、特征、创建和终止。2、理解：引入进程的原因，进程控制块的作用，信号量的物理意义，用信号量实现互斥与同步（P、V操作），引入线程的原因。3、掌握：进程的定义与特征，进程与程序的异同，进程基本状态变化，临界资源，临界区，同步机制应遵循的原则，信号量的含义。4、重点：进程基本状态转换，用信号量实现互斥与同步（P、V操作），经典进程同步算法。5、难点：进程基本状态转换，用信号量实现互斥与同步（P、V操作），经典进程同步算法。第三章处理机管理

教学内容：进程（作业）调度，死锁的概念，产生死锁的原因和必要条件，处理死锁的方法等。教学要求：1、了解：高响应比优先调度算法，多级队列调度算法，多级反馈队列调度算法，预防死锁的方法。2、理解：调度层次，FIFO调度算法，短进程（作业）优先调度算法，时间片轮转调度算法，优先权调度算法，银行家算法。3、掌握：死锁的概念，产生死锁的原因和必要条件。4、重点：进程（作业）调度算法，死锁的概念，银行家算法。

5、难点：进程（作业）调度算法，产生死锁的原因，银行家算法。

第四章存储管理

教学内容：内存的各种管理方式，包括分区式、页式、段式、段页式存储管理方式，以及虚拟存储器的基本概念和请求调页、请求调段存储管理方式等内容。教学要求：1、了解：引入重定位的原因；连续分配方式的类型；动态分区分配方式下，如何提高内存利用率，采用何种分配算法，如何管理空闲分区表或空闲分区链，如何进行分区的保护；内存管理方式变化的原因；分段系统比分页系统更容易实现信息共享和保护的原因。2、理解：地址重定位，分页、分段、段页式存储管理模式；引入虚拟存储器的原因；虚拟存储器的特征和实现。

3、掌握：分页、分段系统的地址转换；实现虚拟存储器的页表机制，地址变化过程，页面置换算法。

4、重点：地址重定位，分页、分段存储分配和淘汰算法，虚拟存储器的实现。

5、难点：三种存储空间的划分，页面淘汰算法，虚拟存储技术。

第五章设备管理

教学内容：I/O设备分类，4种I/O控制方式，I/O硬件组成，I/O软件分层思想，设备独立性，设备驱动程序，I/O中断处理程序，I/O处理过程，设备分配算法，缓冲技术，SPOOLING技术（虚拟设备）等。教学要求：1、了解：I/O硬件组成，I/O软件分层思想，设备驱动程序、I/O中断处理程序，I/O处理过程。2、理解：缓冲技术，DMA，通道技术，设备独立性。3、掌握：I/O设备分类，4种I/O控制方式，SPOOLING技术（虚拟设备），设备分配算法。4、重点：设备分类，SPOOLING技术（虚拟设备），设备独立性，设备分配算法。5、难点：I/O软件分层思想，I/O处理过程，SPOOLING技术（虚拟设备）。

第六章文件管理

教学内容：文件和文件系统的基本概念，文件的逻辑结构和物理结构，文件存取方式，文件目录及目录管理，文件共享及保护，文件存储空间管理，磁盘调度算法（FCFS、SSTF、SCAN）等。教学要求：1、了解：文件系统的功能，文件共享，文件系统性能的改善。2、

理解：文件保护，磁盘调度的目的。3、掌握：文件和文件系统的基本概念，文件的逻辑结构和物理结构，文件目录及目录管理，文件存储空间管理，磁盘调度算法（FCFS、SSTF、SCAN）。4、重点：文件和文件系统的基本概念，文件的逻辑结构和物理结构，磁盘调度算法（FCFS、SSTF、SCAN）。5、难点：文件目录及目录管理，文件存储空间管理，磁盘调度算法（FCFS、SSTF、SCAN）。

二、重点举例：

第一章操作系统引论

1.1、主要基本概念

操作系统，分时操作系统，用户接口，命令接口，系统调用，图形接口。

第二章进程管理

2.1、主要基本概念

多道程序设计，并发性-并行性，进程，进程控制块，进程映像，内核，进程状态，进程同步和互斥，临界资源，临界区，可再入程序，管道，线程。

2.2、有两个用户进程A和B，在运行过程中都要使用系统中的一台打印机输出计算结果。

（1）说明A、B进程之间存在什么样的制约关系？

（2）为保证这两个进程能正确地打印出各自的结果，请用信号量和P、V操作写出各自的有关申请、使用打印机的代码。要求给出信号量的含义和初值。

解：(1)A、B两个进程之间存在互斥的制约关系。因为打印机属于临界资源，必须一个进程使用完之后另一个进程才能使用。

（2）iMutex：用于互斥的信号量，初值为1。（注：信号量名称可变，下面的伪代码相应变化。）

各进程代码如下：

2.3、试画出下面5条语句的前趋图：

S1：a=5-x；S2：b=a*x；S3：c=4*x；S4：d=b+c；S5：e=d+3。

参考答案：

2.4、有两个程序，A程序按顺序使用CPU10秒，使用设备甲5秒，使用CPU5秒，使用设备乙10秒，最后使用CPU10秒。B程序按顺序使用设备甲10秒，使用CPU10秒，使用设备乙5秒，使用CPU5秒，使用设备乙10秒。在顺序环境下先执行A程序再执行B 程序，CPU的利用率是多少？（要求写出详细计算过程）

参考答案：由题目所给条件可知，两个程序顺序执行，先执行程序A，再执行程序B。

A程序的执行时间为：10+5+5+10+10=40秒

其中使用CPU时间为：10+5+10=25秒（3分）

B程序的执行时间为：10+10+5+5+10=40秒

其中使用CPU时间为：10+5=15秒（3分）

两个程序的总执行时间为：40+40=80秒

其中使用CPU时间为：15+25=40秒

故CPU利用率为40／80=50%（3分）

2.5、有一个系统有内存32KB，OS占用2KB，每一个用户进程占用10KB。用户进程80%时间进行I/O，问CPU利用率是多少？如果增加30KB内存，CPU利用率又是多少？（要求写出详细计算过程）

参考答案：（1）用户进程数为：（32-2）/10=3。CPU利用率为：1-P n=1-(80%)3=48.8%。

（2）用户进程数为：（32+30-2）/10=6。CPU利用率为：1-P n=1-(80%)6=73.79%。

注：CPU空闲等价于所有用户进程均在进行I/O。

第三章处理机管理

3.1、主要基本概念

分级调度，作业，作业控制块，作业调度，进程调度，抢占式进程调度，周转时间，平均周转时间，带权周转时间，平均带权周转时间，响应比，死锁，中断，中断源，中断请求，中断响应，中断屏蔽。

3.2、分别用先来先服务、短作业优先和响应比高者优先三种算法填写下表（时间单位：小时）。（要求：写出必要的计算步骤）

答：FCFS

SJF

响应比高者优先

3.3、表1给出10个进程的相关信息：进程名称、进程状态(1就绪2等待3运行)、运行

时间和优先级(0级最高)。请采用短进程优先调度算法完成表2的进程调度执行流。表1进程的相关信息

参考答案：

表2短进程优先调度执行流

3.4、在银行家算法中，某时刻出现下述资源分配情况：

试问：此时，如果进程P3提出请求：Request3（1，4，3，5）后，系统能否将资源分配给它？请详细描述算法过程。

解：①、Request3（1，4，3，5）≤Need3(1，8，8，6)

②、Request3（1，4，3，5）≤Available(2，8，5，6)

③、预分配资源，有：

Available:=Available(2，8，5，6)-Request3（1，4，3，5）=(1，4，2，1);

Allocation3():=Allocation3(2，3，5，2)+Request3（1，4，3，5）=(3，7，8，7);

Need3():=Need3(1，8，8，6)-Request3（1，4，3，5）=(0，4，5，1)

④、安全性检测：

（注：安全序列不唯一。）

⑤、结论：

存在安全序列：P0、P2、P1、P3、P4，故预分配资源后的状态是安全状态，可以将资源分配给进程P3。

第四章存储管理

4.1、主要基本概念

逻辑空间，物理空间，地址重定位（地址映射），内碎片，外碎片，内存紧缩(compaction)，可重定位装入(relocatableloading)，动态装入(dynamicrun-timeloading)，最先匹配法(first-fit)，下次匹配法(next-fit)，最佳匹配法(best-fit)，最坏匹配法(worst-fit)，局部性原理，虚存，联想存储器，OPT算法(OPT，optimal)，先进先出算法(FIFO)，LRU算法(LRU，LeastRecentlyUsed)，最不常用算法(LFU，LeastFrequentlyUsed)，最近未使用算法(NRU，NotRecentlyUsed轮转算法)，页面缓冲算法(pagebuffering)，抖动。

4.2、某系统主存容量为512KB，采用动态分区存储管理技术。某时刻t主存中有三个空闲区，它们的首地址和大小分别是：空闲区1（30KB，100KB）、空闲区2（180KB，36KB）、空闲区3（260KB，60KB）

1、画出该系统在时刻t的内存分布图；

2、用首次适应算法和最佳适应算法画出时刻t的空闲区队列结构；

解：1、

2、

4.3、某系统采用分页存储管理，设计如下：页面大小为4KB，允许用户虚地址空间最大为16页，允许系统物理内存最多为512个内存块。试问该系统虚地址寄存器和物理地址寄存器的长度各是多少位？作必要的说明。

解：页面大小为4KB4KB=21212位

允许用户虚地址空间最大为16页16=244位

允许系统物理内存最多为512个内存块512=299位

虚地址寄存器位数：12+4=16

物理地址寄存器位数12+9=21

4.4、某虚拟存储器的用户编程空间共64KB，每页为1KB，内存为16KB。假定某时刻一

用户页表中已调入内存的页面的页号和物理块号的对照表如下：

则逻辑地址0A5C（H）所对应的物理地址是什么？

答：

0A5C(H)：0000101001011100

2

查表得：10

001010

拼接得：0010101001011100

2A5C(H)

4.5、在一基本分页存储管理系统中，某进程的页表如表2所示。已知页面大小为1024字节，试将逻辑地址1011，2148，3000，4000，5012（十进制）转化为相应的物理地址。

表2某进程页表

解：在本题中，为了描述方便，设页号为P，页内位移为W，逻辑地址为A，页面大小为L，则：P＝INT(A/L)W＝A%L

①逻辑地址1011：P＝INT(1011／1024)＝0；W＝1011%1024＝1011

查页表知第0页在第2块，所以物理地址为：2×1024＋1011＝3059。

②逻辑地址2148：P＝INT(2148/1024)＝2；W＝2148%1024＝100

查页表知第2页在第一块，所以物理地址为：1×1024+100=1124。

③逻辑地址3000：P＝INT(3000/1024)＝2；W＝3000%1024＝952

查页表知第2页在第1块，所以物理地址为：1×1024＋952＝1976。

④逻辑地址4000：P＝INT(4000/1024)＝3；W＝4000%1024＝928

查页表知第3页在第6块，所以物理地址为：6×1024＋928＝7072。

⑤逻辑地址5012：P=INT(5012/1024)=4；W=5012%1024=916

因页号4超过页表长度，该逻辑地址非法。

4.6、在一个分段存储管理系统中，其段表如表1所示。试求表2中逻辑地址对应的物理地址是什么？

表1段表

表2逻辑地址

答：（1）由于第0段的内存始址为210，段长为500，故逻辑地址(0,430)是合法地址。逻辑地址（0,430）对应的物理地址为：210＋430＝640。

（2）由于第1段的内存始址为2350,段长为20,故逻辑地址(1,10)是合法地址。逻辑地址（1，10）对应的物理地址为：2350＋10＝2360。

3）由于第2段起始地址为100,段长为90,逻辑地址(2,500)的段内位移超过了段长，故该地址为非法地址。

（4）由于第3段的内存始址为1350,段长为590,故逻辑地址(3,400)是合法地址。逻辑地址（3,400）对应的物理地址为：1350＋400＝1750。

（5）由于第4段的内存始址为1938,段长为95,逻辑地址(4,112)的段内位移超过了段长，故该地址为非法地址。

（6）由于系统中不存在第5段，故逻辑地址(5,32)是非法地址。

4.7、在一个请求分页系统中，采用FIFO页面置换算法时，假如一个作业的页面走向为4，3，2，1，4，3，5，4，3，2，1，5，当分配给该作业的物理块数M分别为3和4时，

试计算访问过程中所发生的缺页次数和缺页率？比较所得结果？

解答：A、当分配给该作业的物理块数M为3时，

（缺页用“×”表示，不缺页用“∨”表示，）

12次访问中有缺页9次，缺页率：9/12=75%

B、当分配给该作业的物理块数M为4时，

（缺页用“×”表示，不缺页用“∨”表示，）

12次访问中有缺页10次，缺页率：10/12=83.33%

结论：增加物理块数并不能保证有效降低缺页率。

4.8、在一请求分页系统中，某程序在一个时间段内有如下的存储器引用：12、351、190、90、430、30、550（以上数字为虚存的逻辑地址）。假定内存中每块的大小为100B，系统分配给该作业的内存块数为3块。回答如下问题：

⑴、对于以上的存储器引用序列，给出其页面走向。

⑵、设程序开始运行时，已装入第0页。在先进先出页面置换算法和最久未使用页面置换算法(LRU算法)下，分别画出每次访问时该程序的内存页面情况；并给出缺页中断次数。

解：⑴、页面走向：0、3、1、0、4、0、5

⑵、先进先出页面置换算法

LRU页面置换算法

4.9、在一个请求分页系统中，采用最近最久未使用算法(LRU，LeastRecentlyUsed)，假如一个进程的页面走向为15，12，14，13，15，11，15，14，11，12，当分配给该进程的物理块数M为3时，填写下表（缺页用“╳”表示，不缺页用“∨”表示），试计算访问过程中所发生的缺页次数和缺页率？

参考答案：（1）

（2）10次访问中有缺页8次，缺页率：8/10=80%

4.10、有一页式系统，其页表存放在主存中：

（1）如果对主存的一次存取需要2μs，试问实现一次页面访问的存取时间是多少?

（2）如果系统中有快表，平均命中率为75%，当页表项在快表中时，其查找时间为0.4μs，试问此时的存取时间是多少?

参考答案：（1）2*2μs=4μs（3分）

（2）（1*2μs+0.4μs）*75%+（2*2μs）*25%=1.8+1=2.8μs（4分）

第五章设备管理

5.1、主要基本概念

块设备，字符设备，设备驱动程序、虚拟设备，设备独立性，总线技术，通道，DMA，SPOOLING技术，缓冲。

第六章文件管理

6.1、主要基本概念

文件，文件系统，文件的逻辑结构，文件的物理结构，连续（顺序）文件，链接（串联）文件，索引文件，文件目录，目录项，目录文件，文件控制块，文件寻址，当前目录（工作目录，值班目录），绝对路径，相对路径，簇，海量转储，增量转储，先来先服务磁盘调度算法，最短寻道时间优先磁盘调度算法，扫描磁盘调度算法（电梯算法）。

6.2、假设磁盘访问序列：98，183，37，122，14，124，65，67。读写头起始位置：53。先来先服务算法，安排磁头服务序列，计算磁头移动总距离（道数）、平均寻道距离（道数）。

答：

读写头起始位置：53

被访问的下

移动距离（道数）

一磁道号

98 45

183 85

37 146

122 85

14 108

124 110

65 59

67 2

寻道总距离

640

（道数）

平均寻道距

80

离（道数）

6.3、假设磁盘访问序列：98，183，37，122，14，124，65，67。读写头起始位置：53。最短寻道时间优先算法，安排磁头服务序列，计算磁头移动总距离（道数）、平均寻道距离（道数）。

答：

读写头起始位置：53

被访问的下

移动距离（道数）

一磁道号

65 12

67 2

37 30

14 23

98 84

122 24

124 2