操作系统复习资料(含重点大题及答案)
操作系统复习资料
赖国勇
一、课程的教学内容、教学要求、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、重点题型举例：
第一章操作系统引论
1.1、名词解释
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、名词解释
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：
第三章 处理机管理
3.1、名词解释
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
3.3、在一个批处理系统中，有一作业序列，它们的提交时间和运行时间如表1 所示。用短作业优先调度算法进行调度，计算在该调度算法下的平均周转时间和平均带权周转时间。（要求：写出必要的计算步骤）
表 1 单位：小时，以十进制计
解：短作业优先调度算法进行调度
表1 单位：小时，以十进制计
平均周转时间t=(1+2.8+1+1.3)/4=6.1/4=1.525
平均带权周转时间w=(1+2.33+3.33+2.6)/4=9.26/4=2.315
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、名词解释
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(re locatable loading)，动态装入(dynamic run-time loading)，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，Least Recently Used)，最不常用算法(LFU，Least Frequently Used)，最近未使用算法(NRU，Not Recently Used轮转算法)，页面缓冲算法(page buffering)，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4KB 4KB=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=29 9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
页号物理块号
1 5
2 10
3 4
4 7
则逻辑地址0A5C（H）所对应的物理地址是什么？
答：
0A5C(H)：0000 10 10 0101 1100
2
查表得：10
0010 10
拼接得：0010 10 10 0101 1100
2A5C(H)
4.5、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%
（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。
4.6、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
第五章设备管理
5.1、名词解释
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、名词解释
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
183 59
寻道总距离
236
（道数）
平均寻道距29.5
离（道数）
37，122，14，124，65，67。读写头起始位置：53。扫描算法（电梯算法）（当前状态：向低磁道号），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
37 16
14 23
65 51
67 2
98 21
122 24
124 2
183 59
寻道总距离
198
（道数）
平均寻道距
27.75
离（道数）
6.5、试从主要任务、基本功能、分配方式和分配回收算法或机制四个方面，简要比较内存管理和外存管理的异同点。
答：主要任务：内存管理的主要任务是为多道程序的运行，提供良好的环境；而外存管理的主要任务则是为文件提供存储空间。
基本功能：内存管理的基本功能包含了内存空间的分配、回收、内存保护、对换、内存扩充等方面；而对外存管理的基本功能则只是对外存空间的分配和回收。
分配方式：它们都可采用连续分配或离散分配方式，且都以离散分配方式为主。
分配回收算法或机制：对于连续分配方式，内存与外存管理中的分配和回收算法类似，主要有首次适应算法、循环首次适应算法等；在离散分配方式中，两者采用的机制不同，内存管理主要是利用页（段）表；而在外存管理中，则主要利用文件分配表FAT。