操作系统作业

操作系统作用：1.OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口

2.OS作为计算机系统资源的管理者

3.OS实现了对计算机资源的抽象

微机操作系统的发展:1.单用户单任务操作系统（dos）

2.单用户多任务操作系统（windows）

3.所用户多任务操作系统（linux）

OS的定义：操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。

分时操作系统的特征：1.多路性2.独立性 3.及时性4.交互性

操作系统的基本特性：1.并发性（是指两个或多个事件在同一时刻发生）●

2.共享性（是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的线程共同使用）

3.虚拟技术（是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物）

4. 异步性（由于资源等因素的限制，使进程的执行通常都不是“一气可成”，而是以“走走停停”的方式运行。）

操作系统的主要功能：1.处理机管理功能（*进程控制*进程同步*进程通信*调度）

2.存储器管理功能

3.设备管理功能

4.文件管理功能

5.操作系统与用户之间的接口{接口通常分为两大类：1. 用户接口2.程序接口}

程序的顺序执行及其特征：1.顺序性2.封闭性3.可再现性

程序的并发执行及其特征：1.间断性2.失去封闭性3.不可再现性

进程的定义：1.进程是程序的一次执行2.进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动3.进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位

进程实体由：程序段、相关的数据段和PCB构成

进程的特征：1.并发性2.动态性（最基本的特征）3.独立性4.异步性

进程控制块中的信息：1.进程标识符（*内部标识符*外部标识符）

2.处理机状态：（主要是由处理机的各种寄存器中的内容组成的。）

3.进程调度信息：（存放一些与进程调度和进程对换有关的信息。*进程状态*进程优先级*

进程调度所需的其它信息*事件）

4.进程控制信息.

临界资源：打印机，磁带机等，对于临街资源，进程间应采取互斥方式，实现对这种资源的共享。

临界区：人们把对每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区

同步机制应遵循的规则：1.空闲让进 2.忙则等待 3.有限等待 4.让权等待

进程通信：是指进程之间的信息交换，其所交换的信息量少者是一个状态或数值，多者是成千上万个字节。

进程通信的类型：1.共享储存处器系统 2.消息传递系统 3.管道通信{三种协调能力：*互斥*同步*确定对方是否存在，确定了对方存在时才通信}

消息传递通信的实现方式：1.直接通信方式2.间接通信方式

线程：比进程更小的能独立运行的基本单位。

线程的属性：1.轻型实体（实体基本上不拥有系统资源）2.独立调度和分配的基本单位3.课并发执行4.共享进程资源

调度层次：

高级调度:又叫作业调度或长程调度

作业：不仅包含了通常的程序和数据，而且还有一份作业说明书，系统更具该说明书来对程序的运行进行控制。

作业步：每个作业都必须经过若干个相对独立，又相互关联的顺序加工步骤才能得到结果。低进程调度：称为进程调度或短进程调度，它所调度的对象是进程或内核级线程。（是一种不可缺失的调度）

进程调度方式：1.非抢占式方式2.抢占方式{抢占调度方式是基于一定原则的：*优先权原则*短作业优先原则*时间片原则}

调度队列的模型：1.仅有进程调度的调度队列模型2.具有高级和低级调度的调度队列模型3.同时具有三级调度的队列模型

调度算法：1.先来先服务调度算法FCFS.（FCFS的特点：比较有利于长作业，而不利于短作业。有利于CPU繁忙的作业，而不利于I/O繁忙的作业。）2.短作业优先调度算法SJ(P)F. 3.高优先权优先调度算法. 4.高响应比优先调度算法{优先权=（等待时间+要求服务时间）/（要求服务的时间）}. 5.基于时间片的轮转调度算法.

实现实时调度的基本条件：1.提供必要的信息2.系统处理能力强3.采用抢占式调度机制4.具有快速切换机制

Key-实时调度算法的分类：1.非抢占式调度算法{*非抢占式轮转调度算法*非抢占式优先调度算法} 2.抢占式调度算法{*基于始终中断的抢占式优先权调度算法

*立即抢占的优先权调度算法}

死锁：是指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。

产生死锁的原因 1.竞争资源2.进程间的推进顺序非法。

五 P160 I/O设备的类型：1.按设备的使用特性分类2.按传输速率分类3.按信息交换的单位分类4.按设备的共享属性分类

设备控制器的基本功能：1.接收和识别命令2.数据交换3.标识和报告设备的状态4.地址识别5.数据缓冲6.差错控制

设备控制器的组成：1.设备控制器与处理机的接口2.设备控制器与设备的接口3.I/O逻辑

通道类型：1.字节多路通道2.数组选择通道3.数组多路通道

I/O控制方式：1.程序I/O方式 2.中断驱动I/O控制方式 3.直接存储器访问（DMA）I/O控制方式 4.I/O通道控制方式

P168程序（总结补充）

DMA控制器的组成：1.主机与DMA的控制器的接口 2.DMA控制器与块设备的接口3.I/O控制逻辑

缓冲区的引入原因：为了缓解CPU与I/O设备速度不匹配的矛盾，提高CPU和I/O设备的并行性，在现代操作系统中，就引入了缓冲区。缓冲区分为两类，单缓冲和双缓冲（加快输入输出，提高设备利用率）。

缓冲池的组成：1.空（闲）缓冲区； 2.装满输入数据的缓冲区 3.装满输出数据的缓冲区缓冲区链成的三种队列：1.空缓冲队列 2.输入队列 3.输出队列

I/O四个层次及其功能：1.用户层软件：实现与用户交互的接口，用户可直接调用在用户层提供的、与I/O操作有关的库函数，对设备进行操作

2.设备独立性软件：负责实现与设备驱动器的同意接口、设备明明、设备的保护以及设备的分配与释放等。同时为设备管理和数据传送提供必要的存储空间。

3.设备驱动程序：与硬件直接相关，负责具体实现系统对设备发出的操作指令，驱动I/O设备工作的驱动程序。

4.中断处理程序：用于保存呗中断进程的CPU环境，转入响应的中断处理程序进行处理，处理完后再回恢复中断进程的现场后返回到中断进程。

设备驱动程序的特点：1.驱动程序主要是指在请求I/O的进程与设备控制器之间的一个通信和转换程序。 2.驱动程序与设备控制器和I/O设备的硬件特性紧密相关 3.驱动程序与I/O设备所采用的I/O控制方式紧密相关 4.由于驱动程序与硬件紧密相关因而其中的一部分必须用汇编语言书写。 5.驱动程序应允许可重入。 6.驱动程序的处理过程。设备驱动程序的处理过程：1.将抽象要求转为具体要求 2.检查I/O请求的合法性

3.读出和检查设备的状态

4.传送必要的参数

5.工作方式的设置

6.启动I/O设备P187自己看去P193时间总结

磁盘调度算法：1.先来先服务FCFS。 2.最短寻到时间优先。 3.扫描(SCAN)算法,一个是不考虑方向的，一个是考虑方向的。4.循环扫描算法 5.NStepSCAN和FSCAN调度算法文件类型------

文件按用途分类：1.系统文件2.用户文件3.库文件

按文件中数据的形式分类:1.源文件2.目标文件3.可执行文件

按存取控制属性分类：1.只执行文件2.只读文件3.读写文件

按组织形式和处理方式分类：1.普通文件2.目录文件3.特殊文件

文件系统的接口：1.命令接口2.程序接口

文件有两种形式结构：1.逻辑结构{1.有结构文件2.无结构文件} P208

链接方式又可分为隐式链接和显式链接（手动在补充点内容）

P215 目录文件：1.单级目录结构 2.两级目录结构 3.多级目录结构（手动补充）P226 P231管理那张手动总结

七联机命令的类型：1.系统访问类（login、password）

2.磁盘操作命令（*磁盘格式化命令format *复制整个软盘命令diskcopy *软盘比较命令diskcomp *备份命令backup ）

3.文件操作命令(*显示文件命令type *拷贝文件命令copy *文件比较命令comp *重新命名命令rename *删除文件命令erase)

4.目录操作命令（*建立子目录命令mkdir *显示目录命令dir *删除子目录命令rmdir *显示目录结构命令tree *改变当前目录命令chdir）

5.其它命令（*输入输出重定向命令*管道连接*过滤命令*批命令）

键盘终端处理程序的功能：1.接受用户从终端上打入的字符 2.字符缓冲，用于暂存所接收的字符 3.回送显示 4.屏幕编辑 5.特殊字符处理

MS-DOS中的解释程序是https://www.360docs.net/doc/7d887127.html, 在UNIX 中是Shell.

命令解释程序的组成：1.常驻部分 2.初始化部分 3.暂存部分

系统调用在本质上是应用程序请求OS内核完成某功能时的一种过程调用。它与一般的过程调用有下述几种方面的明显差别：1.运行在不同的系统状态 2.状态的转换通过软中断进入 3.返回问题 4.嵌套调用

、

第一章

4．试说明推劢多道批处理系统形成和収展的主要劢力是什么？

答：主要动力来源于四个方面的社会需求与技术发展：

（1）不断提高计算机资源的利用率；

（2）方便用户；

（3）器件的不断更新换代；

（4）计算机体系结构的不断发展。

12．试从交互性、及时性以及可靠性方面，将分时系统不实时系统进行比较。

答：（1）及时性：实时信息处理系统对实时性的要求与分时系统类似，都是以人所能接受的等待时间来确定；而实时控制系统的及时性，是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的，一般为秒级到毫秒级，甚至有的要低于100微妙。

（2）交互性：实时信息处理系统具有交互性，但人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。不像分时系统那样能向终端用户提供数据和资源共享等服务。

（3）可靠性：分时系统也要求系统可靠，但相比之下，实时系统则要求系统具有高度的可靠性。因为任何差错都可能带来巨大的经济损失，甚至是灾难性后果，所以在实时系统中，往往都采取了多级容错措施保障系统的安全性及数据的安全性。

13．OS有哪几大特征？其最基本的特征是什么？

答：并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征；最基本的特征是并发性。

第二章

2. 画出下面四条诧句的前趋图:

S1=a：=x+y; S2=b：=z+1; S3=c：=a –b；S4=w：=c+1;

答：其前趋图为：

4．程序并収执行时为什么会失去封闭性和可再现性？

答：程序并发执行时，多个程序共享系统中的各种资源，因而这些资源的状态由多个程序改变，致使程序运行失去了封闭性，也会导致其失去可再现性。

6．试从动态性，并収性和独立性上比较进程和程序?

答：(1)动态性是进程最基本的特性，表现为由创建而产生，由调度而执行，因得不到资源而暂停执行，由撤销而消亡。进程有一定的生命期，而程序只是一组有序的指令集合，是静态实体。

(2)并发性是进程的重要特征，同时也是OS 的重要特征。引入进程的目的正是为了使其程序能和其它进程的程序并发执行，而程序是不能并发执行的。

(3)独立性是指进程实体是一个能独立运行的基本单位，也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位。对于未建立任何进程的程序，不能作为独立单位参加运行。

8．试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因。

答：（1）就绪状态→执行状态：进程分配到CPU资源

（2）执行状态→就绪状态：时间片用完

（3）执行状态→阻塞状态：I/O请求

（4）阻塞状态→就绪状态：I/O完成

18. 同步机构应遵循哪些基本准则？为什么？

答：同步机构应遵循的基本准则是：空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待原因：为实现进程互斥进入自己的临界区。

22．试写出相应的程序来描述图2-17所示的前驱图。

答：（a）Var a, b, c, d, e, f, g, h; semaphore:= 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0;

begin

parbegin

begin S1; signal(a); signal(b); end;

begin wait(a); S2; signal(c); signal(d); end;

begin wait(b); S3; signal(e); end;

begin wait(c); S4; signal(f); end;

begin wait(d); S5; signal(g); end;

begin wait(e); S6; signal(h); end;

begin wait(f); wait(g); wait(h); S7; end;

parend

end

（b）Var a, b, c, d, e, f, g, h,i,j; semaphore:= 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,0,0, 0;

begin

parbegin

begin S1; signal(a); signal(b); end;

begin wait(a); S2; signal(c); signal(d); end;

begin wait(b); S3; signal(e); signal(f); end;

begin wait(c); S4; signal(g); end;

begin wait(d); S5; signal(h); end;

begin wait(e); S6; signal(i); end;

begin wait(f); S7; signal(j); end;

begin wait(g);wait(h); wait(i); wait(j); S8; end;

parend

end

24．在生产消费者问题中，如果将两个wait 操作即wait(full)和wait(mutex)互换位置，戒者将signal(mutex)和signal（full）互换位置，结果如何？

答：将wait(full)和wait(mutex)互换位臵后，可能引起死锁。考虑系统中缓冲区全满时，若一生产者进程先执行了wait(mutex)操作并获得成功，则当再执行wait(empty)操作时，它将因失败而进入阻塞状态，它期待消费者进程执行signal(empty)来唤醒自己，在此之前，它不可能执行signal(mutex)操作，从而使试图通过执行wait(mutex)操作而进入自己的临界区的其他生产者和所有消费者进程全部进入阻塞状态，这样容易引起系统死锁。若signal(mutex)和signal(full)互换位臵后只是影响进程对临界资源的释放次序，而不会引起系统死锁，因此可以互换位臵。

28．在测量控制系统中的数据采集仸务，把所采集的数据送一单缓冲区；计算仸务从该单缓冲中叏出数据进行计算.试写出利用信号量机制实现两者共享单缓冲的同步算法。

答：

a. Var mutex, empty, full: semaphore:=1, 1, 0;

gather:

begin

repeat

……

gather data in nextp;

wait(empty);

wait(mutex);

buffer:=nextp;

signal(mutex);

signal(full);

until false;

end

compute:

begin

repeat

……

wait(full);

wait(mutex);

nextc:=buffer;

signal(mutex);

signal(empty);

compute data in nextc;

until false;

end

b. Var empty, full: semaphore:=1, 0;

gather:

begin

repeat

……

gather data in nextp;

wait(empty);

buffer:=nextp;

signal(full);

until false;

end

compute:

begin

repeat

……

wait(full);

nextc:=buffer;

signal(empty);

compute data in nextc;

until false;

end

34．当前有哪几种高级通信机制？

答：共享存储器系统、消息传递系统以及管道通信系统。

35．消息队列通信机制有哪几方面的功能？

答：（1）构成消息（2）发送消息（3）接收梢息（4）互斥与同步。

38. 试从调度性，并収性，拥有资源及系统开销方面对进程和线程进行比较。

答：

（1）调度性。线程在OS 中作为调度和分派的基本单位，进程只作为资源拥有的基本单位。（2）并发性。进程可以并发执行，一个进程的多个线程也可并发执行。

（3）拥有资源。进程始终是拥有资源的基本单位，线程只拥有运行时必不可少的资源，本身基本不拥有系统资源，但可以访问隶属进程的资源。

（4）系统开销。操作系统在创建、撤消和切换进程时付出的开销显著大于线程。

第三章

2．何谓作业、作业步和作业流？

答：作业包含通常的程序和数据，还配有作业说明书。系统根据该说明书对程序的运行进行控制。批处理系统中是以作业为基本单位从外存调入内存。

作业步是指每个作业运行期间都必须经过若干个相对独立相互关联的顺序加工的步骤。

作业流是指若干个作业进入系统后依次存放在外存上形成的输入作业流；在操作系统的控制下，逐个作业进程处理，于是形成了处理作业流。

7．在选择调度方式和调度算法时，应遵循的准则是什么？

答：

（1）面向用户的准则：周转时间短、响应时间快、截止时间的保证、优先权准则。

（2）面向系统的准则：系统吞吐量高、处理机利用率好、各类资源的平衡利用。

10．试比较FCFS和SPF两种进程调度算法。

答：相同点：两种调度算法都可以用于作业调度和进程调度。

不同点：FCFS调度算法每次都从后备队列中选择一个或多个最先进入该队列的作业，将它们调入内存、分配资源、创建进程、插入到就绪队列。该算法有利于长作业/进程，不利于短作业/进程。SPF算法每次调度都从后备队列中选择一个或若干个估计运行时间最短的作业，调入内存中运行。该算法有利于短作业/进程，不利于长作业/进程。

15. 按调度方式可将实时调度算法分为哪几种？

按调度方式不同，可分为非抢占调度算法和抢占调度算法两种。

18. 何谓死锁？产生死锁的原因和必要条件是什么？

a.死锁是指多个进程因竞争资源而造成的一种僵局，若无外力作用，这些进程都将永远不能再向前推进；

b.产生死锁的原因有二，一是竞争资源，二是进程推进顺序非法；

c.必要条件是: 互斥条件，请求和保持条件，不剥夺条件和环路等待条件。

22.

试问：

⑴该状态是否安全？

⑵若进程P2提出请求Request(1，2，2，2)后，系统能否将资源分配给它？

⑵若进程P2提出请求Request(1，2，2，2)后，系统不能将资源分配给它，若分配给进程P2，系统还剩的资源情况为（0，4，0，0），此时系统中的资源将无法满足任何一个进程的资源请求，从而导致系统进入不安全状态，容易引起死锁的发生。

第四章

2. 可采用哪几种方式将程序装入内存？它们分别适用于何种场合？

将程序装入内存可采用的方式有：绝对装入方式、重定位装入方式、动态运行时装入方式；绝对装入方式适用于单道程序环境中，重定位装入方式和动态运行时装入方式适用于多道程序环境中。

3. 何为静态链接？何谓装入时动态链接和运行时动态链接？

a.静态链接是指在程序运行之前，先将各自目标模块及它们所需的库函数，链接成一个完整的装配模块，以后不再拆开的链接方式。

b.装入时动态链接是指将用户源程序编译后所得到的一组目标模块，在装入内存时，采用边装入边链接的一种链接方式，即在装入一个目标模块时，若发生一个外部模块调用事件，将引起装入程序去找相应的外部目标模块，把它装入内存中，并修改目标模块中的相对地址。

c.运行时动态链接是将对某些模块的链接推迟到程序执行时才进行链接，也就是，在执行过程中，当发现一个被调用模块尚未装入内存时，立即由OS 去找到该模块并将之装入内存，把它链接到调用者模块上。

26. 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，试计算在访问过程中所发生的缺页次数和缺页率，并比较所得结果。 4 3 2 1 4

M=3时，采用FIFO 页面置换算法的缺页次数为9次，缺页率为75%； M=4时，采用FIFO 页面置换算法的缺页次数为10次，缺页率为83%。

由此可见，增加分配给作业的内存块数，反而增加了缺页次数，提高了缺页率，这种现象被称为是Belady 现象。

第五章

7. 有哪几种I/O 控制方式？各适用于何种场合？

M=3 M=4

I/O控制方式：程序I/O方式、中断驱动I/O控制方式、DMAI/O控制方式、I/O通道控制方式。程序I/O方式适用于早期的计算机系统中，并且是无中断的计算机系统；中断驱动I/O 控制方式是普遍用于现代的计算机系统中；DMA I/O控制方式适用于I/O设备为块设备时在和主机进行数据交换的一种I/O控制方式；当I/O设备和主机进行数据交换是一组数据块时通常采用I/O通道控制方式，但此时要求系统必须配置相应的通道及通道控制器。

15. 为什么要引入设备独立性？如何实现设备独立性？

引入设备独立性，可使应用程序独立于具体的物理设备，是设备分配具有灵活性。另外容易实现I/O重定向。

为了实现设备独立性，必须在设备驱动程序之上设置一层设备独立性软件，用来执行所有I/O设备的公用操作，并向用户层软件提供统一接口。关键是系统中必须设置一张逻辑设备表LUT用来进行逻辑设备到物理设备的映射，其中每个表目中包含了逻辑设备名、物理设备名和设备驱动程序入口地址三项；当应用程序用逻辑设备名请求分配I/O设备时，系统必须为它分配相应的物理设备，并在LUT中建立一个表目，以后进程利用该逻辑设备名请求I/O操作时，便可从LUT中得到物理设备名和驱动程序入口地址。

17．什么是虚拟设备？其实现所依赖的关键技术有哪些？

虚拟设备是指通过虚拟技术，可将一台独占设备变换成若干台逻辑设备，供若干个用户（进程）同时使用。由于多台逻辑设备实际上并不存在，而只是给用户的一种感觉，因此被称为虚拟设备。其实现所依赖的关键技术是SPOOLing技术。

第六章

10．在MS-DOS中有两个文件A和B，A占用11，12，16和14四个盘块；B占用13，18和20三个盘块。试画出在文件A和B中个盘块间的链接情况及FAT的情况。

12．假定一个文件系统的组织方式与MS-DOS相似，在FAT中可有64K个指针，磁盘的盘块大小为512B，试问该文件系统能否指引一个512MB的磁盘？

解：512MB/512B=1M个盘块，而每个盘块都应有一个指针来指示，所以应该有1M个指针，因此若有64K个指针则不能指引一个512MB的磁盘。

23．有一计算机系统利用图6-33所示的位示图来管理空闲盘块。盘块的大小为1KB，现要为某文件分配量个盘块，试说明盘块的具体分配过程。

分配量个盘块的过程如下：

⑴顺序扫描位示图，从中找到第一个值为0的二进制位，得到其行号i=3，列号j=3。

⑵将所找到的二进制位转换成与之对应的盘块号。盘块号计算公式为：b=（3-1）*16+3=35；

⑶修改位示图，令map[3，3]=1，并将该盘块分配出去。

类似地，可使用相同的方法找到第二个值为0的二进制位，得到行号i=4，列号j=7，其对应的盘块号为55，令map[i，j]=1，并将该盘块分配出去。