OS课程复习提纲——答案整理总结

五状态转移变化图
七状态转移变化图
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6. 请描述实现进程创建和进程结束的内部基本处理流程。
进程创建的基本过程： ①申请空白 PCB（创建内核进程对象） ②为新进程分配资源：创建进程地址空间框架；创建进程打开对象句柄表；加载并映射新进程映像到进程 用户空间，包括分配部分物理内存页；在进程用户空间中分配进程运行环境控制块 (PEB)； ③初始化进程 PCB 和 PEB； ④将新进程状态置为“就绪”，并插入就绪队列。 进程结束撤销的基本过程： ①根据被终止进程标识，从 PCB 中检索出该进程 PCB，从中读出进程状态；若被终止进程处于执行状态， 应立即中止该进程的执行；修改该进程的状态到终止状态，并立即申请再调度；若还有子孙进程，还应 将它们终止或过继； ②释放进程拥有的所有资源； ③释放 PCB
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④进程与程序的组成不同：进程组成包括代码段、数据段和控制块。 联系:进程与程序密切关联。通过多次加载执行，一个程序可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可涉 及多个程序。进程可创建其他进程，而程序并不能形成新的程序。
4. 理解 PCB 数据结构中的主要属性域及作用。
第 3 章 存储管理
1. 说明存储管理的主要功能和目标。
当今计算机都是基于冯诺依曼存储程序式，程序和数据在使用时都必须位于主存中。操作系统中的存储管 理是指对主存（又称内存）的管理。
存储器组织，从上到下速度越来越慢，容量越来越大，单元价格越来越便宜。 ①内存分配与回收。为每个进程创建执行空间，分配初始所需基本内存，并允许进程在执行中动态申 请/释放内存。 ②实现有效的存储保护与共享。保证进入内存的各道作业都在自己的存储空间内运行，互不干扰。 ③主存扩充（扩充主存的大小）。引入虚拟存储技术，用外存扩充主存数量，弥补物理内存数量的不 足。 ④提高主存的利用率。采用合理得当的算法、策略和数据结构。提高计算机资源利用率的根本途径是 采用多道程序设计技术，实现并发共享。 ⑤地址变换：陈故乡的地址都从“0 ”开始，程序中其他地址都相对于起始地址计算，由这些地址所形 成的地址范围称为地址空间，其中的地址称为逻辑地址。存储空间是指主存中一系列存储信息的物理 单元的集合，其中的地址称为物理地址。地址空间是逻辑地址的集合，存储空间是物理地址的集合。 存储管理必须提供地址变换（重定位）功能，将逻辑地址转换为物理地址。
2. 请给出采用首次适应策略和 FBC（Free Bloce chain 空闲分区链表）结构进行空闲分区 管理的动态分区分配描述算法。若将首次适应策略改为最坏适应策略、最佳适应策略或 循环首次适应策略，该如何修改算法？
动态分区分配常采用的数据结构： ①空闲分区表(Free Block Table, FBT) 表项:大小|始址；存在问题：表目大小难以预先准确估计； ②空闲分区链表(Free Block Chain, FBC) 双向链表，数据直接存储在各分区的头尾处；比较灵活，可双向搜索 碎片是指内存中无法被利用的存储空间，内部碎片是指分配给作业的存储空间中未被利用的部分，外部碎 片是指系统中无法利用的小存储块。 首次适应策略（first fit）：该算法要求空闲分区按地址递增的次序排列。在进行内存分配时，从空闲分 4
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区链开始顺序查找，直到找到第一个能满足其大小要求的空闲分区为止。然后再按照作业大小，从该 分区中划出一块内存空间分配给请求者，余下的空闲分区仍留在空闲分区链中。优点是该算法的分配 和释放的时间性能很好，较大的空间分区可以被保留在内存高端。缺点是随着低端分区不断划分会产 生较多小分区，每次分配时时间开销会增大。 最坏适应策略(worst fit)：要求空闲分区按容量大小递减的次序排列。在进行内存分配时，先检查空闲分 区链中的第一个空闲分区，若第一个空闲分区小于作业要求的大小，则分配失败，否则从该空闲分区 中划出与作业大小相等的一块内存空间分配给请求者，余下的空闲分区仍留在空闲分区链中。它的特 点是总是挑选满足作业要求的最大的分区分配给作业。不易导致小空闲区 (碎片),但较大空闲分区不被 保留。当有大作业来到时，其存储空间往往得不到满足。 最佳适应策略(best fit):要求空闲分区按容量大小递增的次序排列。在进行内存分配时，从空闲分区链首 开始顺序查找，直到找到第一个能满足其大小要求的空闲分区为止。按这种方式为作业分配内存，就 能把既满足作业要求又与作业大小相近的空闲分区分配给作业。缺点：从个别看 ,外碎片较小；但整体 上,会形成较多外碎片。优点：较大的空闲分区可被保留。 循环首次适应算法：又称下次适应算法，它是由首次适应算法演变而来。在为作业分配内存空间是，不再 每次从空闲分区链首开始查找，而是从上次找到的空闲分区的下一个空闲分区开始查找，直到找到第 一个能满足其大小要求的空闲分区为止。然后再按照作业大小，从该分区中划出一块内存空间分配给 请求者，余下的空闲分区仍留在空闲分区链中。优点:存储空间利用更加均衡，不致使小的空闲分区集 中在存储区的一端；缺点：导致缺乏大的空闲分区。
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操作系统 期末复习整理总结
第 2 章 进程的描述与控制
1. 针对：1）单任务 OS 环境下程序顺序执行，2）多任务 OS 环境下的多道程序并发执行， 试分析它们分别具有哪些特征？为什么？
单任务 OS 环境下程序顺序执行，仅当前一个操作执行完后才能执行后继操作，它有如下特征： 顺序性：每一个操作必须在下一个操作开始之前结束。 封闭性：程序一旦开始，其执行结果不受外界因素影响，因为程序在运行时独占系统的各种资源，故 这些资源的状态只有本程序才能改变。 可再现性：只要程序执行时的初始条件和执行环境相同，当程序重复执行时，都将获得相同的结果。 多任务 OS 环境下的多道程序并发执行，即若干个程序同时在系统中运行，这些程序的执行在时间上 是重叠的，一个程序的执行尚未结束，另一个程序的执行已经开始，它有如下特征： 间断性：程序并发执行时，由于他们共享资源或为完成同一项任务而相互合作，致使并发程序之间形 成了相互制约的关系，这种制约关系将导致并发程序具有“执行—暂停执行—执行”这种间断性的活 动规律。 失去封闭性：多个程序共享系统中的各种资源，因而这些资源的状态将由多个程序来改变，致使程序 的运行失去封闭性。 不可再现性：由于失去了封闭性，导致失去其运行结果的可再现性。
2. 深入理解进程的概念，试说明进程的基本特征及现代 OS 中引入进程的意义。
进程的概念：①是具有一定独立功能的程序在一个数据集上的一次动态执行过程。 实体(有独立的活动地址空间)。③是计算机系统资源的使用实体和参与系统资源分配的最基本单位。 ④是计算机系统中可独立调度执行的实体。（在进一步引入“线程”的 OS 中，可独立调度执行的实体 变为线程。） 进程的基本特征: ① 独立性:进程是一个能独立运行的基本单位，也是系统进行资源分配和调度的独立单位。每个进 程具有自己相对独立的地址空间，除非通过进程通信手段，否则不能相互影响。 ② 结构性：进程空间是结构化的、分段组织的；每个进程都由程序段、数据段和一个进程控制块组 成。 ③ 动态性：是或包含可在其地址空间中活动的执行体对象；动态特性还表现在它因创建而产生，由 调度而执行，因得不到资源而暂停执行，最后由撤销而消亡。 ④并发性， 也称异步性： 在同一个计算机系统中允许同时存在多个进程， 微观上它们可能是交替执行； 但宏观上看，则似乎在同时独立运行。引入进程的目的就是为了使程序能与其他程序并发执行，以提 高资源利用率。 现代 OS 引入进程的意义：多道程序环境下，程序的并发执行破坏了程序的封闭性和可再现性，因此 人们引入进程。引入进程的目的就是为了使程序与其他程序并发执行，以提高资源利用率。 （一个程序可以通过多次执行，产生多个进程）②是计算机内存中具有一定结构和具有相对独立性的动态
8. 请说明 windows 系统中与线程描述有关的数据结构，以及线程创建的基本过程。 ①线程的内核数据结构（代表对象）是 ETHREAD，是一种调度对象，它的第一个成份是数据结构 KTHREAD，
也称为 TCB ； ②线程在用户空间的相关数据结构：有自己专有堆栈；有自己的运行上下文；有自己的线程环境块 TEB。 PEB 在用户空间的位置是固定的，PEB 下方就是 TEB，进程中有几个线程就有几个 TEB，每个 TEB 占一个 4KB 3
3. 在引入进程的 OS 中，进程与（二进制可执行）程序这两个概念的区别与联系。
区别：①程序是静态的, 是有序代码的集合, 是进程的定义和说明；进程是程序的执行。 ②进程是暂时的，程序是永久的。进程是一个状态变化的过程，程序对应着一个持久外存文件，具有外存 文件的性质。 ③进程是动态的、暂时的，是程序的一次执行，通常不能在计算机之间迁移。 1
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的页面。 线程创建的基本过程: ①创建/初始化 ETHREAD 数据结构，并处理好与 EPROCESS 的关系。 ②为新线程分配堆栈、创建并初始化执行上下文。 ③在所属进程的用户空间中，创建并设置新线程 TEB。 ④进一步设置目标线程的 KTHREAD 数据结构，包括：设定新线程在用户空间执行入口始址。ETHREAD 数据 结构中有相关成份，用来存放相关地址。将其上下文中的断点 (返回点 )设置成指向内核中的一段程序 KiThreadStartup，使得该线程一旦被调度运行时就从这里开始执行。 ⑤将线程对象标插入就绪队列。
7. 请说明进程与线程的区别与联系。线程拥有独立的用户空间吗？可以参与资源分配吗？
在操作系统中引入线程概念的主要目的是减少程序并发执行时所需付出的时空开销，提高程序执行的并发 程度。不论是传统操作系统还是设有线程的操作系统，进程都是参与资源分配、拥有资源的基本单位。 线程是进程内的一个执行单元和可调度实体， 线程基本上不拥有资源， 只拥有一点在运行时必不可少的 资源（如程序计数器、一组寄存器和栈），但它可以与同属一个进程的其他线程共享进程拥有的全部资 源。 进程与线程的区别与联系 ①地址空间：不同进程的地址空间相互独立，而同一进程的各线程共享同一地址空间，一个进程中的线程 在另一进程中是不可见的。 ②通信关系：进程间通信必须通过 OS 提供的进程间通信机制，而同一进程的线程间通信可以通过直接读写 进程数据段如全局变量进行（仍需要同步互斥机制保证数据访问的一致性）。 ③调度：在引入线程的操作系统中，线程是独立调度的基本单位，进程是资源拥有的基本单位。同一进程 中的线程上下文切换比进程上下文切换快得多。 ④系统开销：创建进程或撤销进程时，操作系统所付出的开销远大于创建或撤销线程的开销；由于统一进 程内的多个线程共享进程的地址空间，因此，多线程之间的同步与通信非常容易实现。