計算機操作系統(tǒng)復習要點

1、操作系統(tǒng)復習要點操作系統(tǒng)：是一組控制和管理計算機硬件和軟件資源，合理地組織計算工作流程，以 及方便用戶使用的程序集合。1操作系統(tǒng)目的/目標執(zhí)行用戶程序并使用戶問題更易解決。使計算機系統(tǒng)更易于使用（方便性）。以一種效率的方式使用資源（有效性）.采用模塊化結(jié)構(gòu)，易于增、刪、改（可擴充性）。要求統(tǒng)一開放的環(huán)境，能通過網(wǎng)絡(luò)集成化并正確、有效地協(xié)同工作，實現(xiàn)應用程序的移植（開放性）2操作系統(tǒng)的作用Os作為用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的接口。OS作為計算機系統(tǒng)資源的管理者。OS用作擴充機器3操作系統(tǒng)的基本特征并 S（concuiience）共享（slianng）虛擬（virtual）界步性（asyiichio

2、nism）4 并發(fā)（concimence）并發(fā)：指在計算機系統(tǒng)中同時存在著多道運行的程序（進程）宏觀上：多道程序同時在執(zhí)行微觀上：任何時刻只有一道程序在執(zhí)行，即微觀上多道程序在CPU上輪流（交替）執(zhí)行 （單機）并行（parallel）：與并發(fā)相似，指多道程序在同一時刻執(zhí)行，但需多個硬件支持。注：1、程序的并發(fā)執(zhí)行能有效改善系統(tǒng)資源的利用率，但使系統(tǒng)復雜化，因此操作系統(tǒng) 必須對并發(fā)活動進行控制和管理。5批處理操作系統(tǒng)優(yōu)缺點優(yōu)點：作業(yè)流程自動化；效率高；吞吐量高缺點：無交互手段；調(diào)試程序困難實現(xiàn)方法單道分時、前臺和后臺及多道分時6分時系統(tǒng)的特征人機交互性好共享主機（多路性、同時性）用戶獨立性杯及時

3、性實時操作系統(tǒng)：指系統(tǒng)能及時（或即時）響應外部事件的請求，并控制所有實時任務協(xié)調(diào) 一致地運行。實時操作系統(tǒng)的應用領(lǐng)域有實時要求（有嚴格確定的時間限制）的領(lǐng)域（過程控制及事務處理）實時系統(tǒng)分類：（1）實時控制系統(tǒng)（2）實時信息處理系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)的主要特征：實時性和可靠性；多路性、獨立性、交互性7三種基本的操作系統(tǒng)批處理操作系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng)和實時操作系統(tǒng)通用操作系統(tǒng)如果一個操作系統(tǒng)兼有批處理、分時和實時系統(tǒng)三者或二者的功能，則稱該操作系統(tǒng)為 通過操作系統(tǒng)。8并行系統(tǒng)：多于一個CPU的多處理機系統(tǒng)。并行系統(tǒng)的優(yōu)點增大吞吐量：能在更短的時間內(nèi)完成更多的工作。經(jīng)濟：共享許多設(shè)備（內(nèi)存，總線等）提高可

4、靠性：當一個CPU出故障時，會將部分工作分給其它CPU,從而不會使整個系統(tǒng)停機，只是降低了速度而已。1、操作系統(tǒng)的三個主要目的是什么？1、要點：（1）、方便性（用戶的觀點）：提供一個用戶與計算機硬件之間的接口，使計算機系統(tǒng)更容易 使用。（良好、一致的用戶界面）（2）、有效性（系統(tǒng)管理人員的觀點）：為了對計算機的硬件、軟件資源進行有效的管理和分 配，使計算機資源得到有效利用。（3）、可擴充性（開放的觀點）：合理地組織計算機系統(tǒng)的工作流程，從而改善系統(tǒng)性能，提 高工作效率。（是硬件功能的首次擴充）2、簡述DOS、WINDOWS及UNIX操作系統(tǒng)的特點？DOS：是一個單用戶單任務的操作系統(tǒng)，曾廣泛應

5、用于IBM PC及其兼容機上，它的特點：（1）良好 的兼容性（2）較好的開放性（3）使用方便 （4）功能豐富WINDOWS：是一個單用戶多任務的操作系統(tǒng)，是20世紀90年代初計算機操作系統(tǒng)技術(shù)進步的重 要標志，也是DOS的換代產(chǎn)品，其特點：（1）圖形化的工作環(huán)境和用戶界面，（2）多任務操作環(huán)境（3） 有效地利用內(nèi)存 （4）支持多媒體及多種字體UNIX：是一個多用戶多任務的分時操作系統(tǒng)，它己成為目前應用最廣泛的操作系統(tǒng)，其特點：（1） 內(nèi)核和核外程序的有機結(jié)合（2）移植性強 （3）是一個多任務任務系統(tǒng)（4）良好的用戶界面。1、假設(shè)有一臺計算機，它有1M內(nèi)存，操作系統(tǒng)占有用200K,每個用戶進程也

6、占用200K,用戶 進程等待I O的時間為80%,若增加1M內(nèi)存，則CPU的利用率將提高多少？解：內(nèi)存的情況：1)支持用戶進程數(shù)：(1024K-200K) 00K=4.12 所以4個用戶進程。2) CPU利用率：先求CPU空閑(4個用戶均處于等待10狀態(tài))概率 P= (80%) 4,然后再求CPU利用率1-P1-P=1- (80%) 4 = 1-0.859%增加1M內(nèi)存的情況：1)支持用戶進程數(shù)：(2*1024K-200K) /200K=9.24 所以9個用戶進 程。2) CPU利用率：先求CPU空閑(9個用戶均處于等待"O狀態(tài))概率 P(80%)人然后再求CPU利用率1-P1-P=

7、1- (80%) 9 = 1 -0.89=87%87%-59%=28%28%/59%=47%增加內(nèi)存，CPU的利用率將提高：87% / 59%= 147%147% 100%=47%所以若增加1M內(nèi)存，則CPU的利用率將提高47%。2、有兩個程序，A程序按順序使用CPU 10S,使用設(shè)備甲5S,使用CPU5S,使用設(shè)備乙10S,最 后使用CPU 1 OS. B程序按順序使用設(shè)備甲10S, CPU!OS,使用設(shè)備乙5S,使用CPU5S,使 用設(shè)備乙10S。在順序環(huán)境下先執(zhí)行A程序再執(zhí)行B程序，CPU的利用率是多少？解：程序A：執(zhí)行時間10+5+5+10+10=40S使用 CPU 時間：10+5+1

8、0=25S程序B：執(zhí)行時間10+10+5+5+10=40S使用CPU時間：1O+5=15S程序AB總執(zhí)行時間：40+40=80S使用CPU的時間為：25+15=40SCPU 的利用率：40S/'80S=50%3、設(shè)某計算機系統(tǒng)有一臺輸入機、一臺打印機。現(xiàn)有兩道程序同時投入運行，且程序A先開始 運行，程序B后運行。程序A的運行軌跡為：計算50MS,打印信息100MS,再計算50MS, 打印信息100MS,結(jié)束。程序B的運行軌跡為計算50MS,輸入數(shù)據(jù)80MS,再計算lOOMSo 試說明：(1) 兩道程序運行時，CPU有無空閑等待？若有，在哪段時間內(nèi)等待？為什么會空閑等待？(2) 程序A、

9、B運行時有無等待現(xiàn)象？若有，在什么時候會發(fā)生等待現(xiàn)象？解:0ms 50100150180 200300ms計算+印計算打印計算4計算程序A：程序B：(1)存在CPU空閑(在程序A運行后100ms-150ms之間，程序A正打印，程序B正輸入)(2)程序A運行后無等待現(xiàn)象，程序B運行后有等待現(xiàn)象(在A開始180ms-200ms之間：或 程序B在運行后130ms-150ms之間)4、假設(shè)就緒隊列中有10個進程，系統(tǒng)將時間片設(shè)為200ms,CPU進行進程切換要花費用10ms, 試問系統(tǒng)開銷所占的比率約為多少？解：10個進程以時間片輪轉(zhuǎn)的方式使用CPU。系統(tǒng)總時間(200ms+10ms)系統(tǒng)開銷所占的比

10、率：10/(200+10) = 4.8%5、考慮5個進程比，P2, P3, Pa P5,見表，規(guī)定進程的優(yōu)先數(shù)越小，優(yōu)先級越高，試描述在采 用下述調(diào)度算法時各個進程運行過程，并計算釆用每種算法時進程平均周轉(zhuǎn)時間。假設(shè)忽略進 程的調(diào)度時間。1)先來先服務調(diào)度算法；2)時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法(時間片為1ms)： 3)非剝奪式優(yōu)先級調(diào)度算法；4)剝奪式優(yōu)先級調(diào)度算法。進程創(chuàng)建時刻ms運行時間ms優(yōu)先數(shù)P1033p2265p3441P4652P5824解：畫出各調(diào)度算法的廿特圖列表算出各算法的平均周轉(zhuǎn)時間：1) 8.60 2)10.80 3)8.60 4)7.80一、 解析題1、在生產(chǎn)者和消費者問題中，如

11、果對調(diào)生產(chǎn)者(消費者)進程中的兩個P操作和V 操作，可能發(fā)生什么情況？。2、在測量控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集任務把采集的數(shù)據(jù)送入一單緩沖區(qū)，計算任務從該單 緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)進行計算，試寫出利用信號量機制實現(xiàn)兩者共享單緩沖區(qū)的同步 算法。(本題實際上是一個生產(chǎn)者/消費者問題，將生產(chǎn)者/消費者問題抽象出來，以另外一種形式描述是一種常見的試題形式)Int Se=l;嚴信號量SE用于表示緩沖區(qū)有無空位置存放新的信息。*/Int SF=O;嚴信號量SF用于表示緩沖區(qū)中有無可供計算的信息。*/MainQget()； computeQ;get()computeQ:while(采集工作未完成)while(計算工作未

12、完成)采集一個數(shù)據(jù)：P (SE)：P (SF)：將數(shù)據(jù)送入緩沖區(qū)：從緩沖區(qū)取出數(shù)據(jù)：V (SF)；V (SE)；:3、杯在視頻通信系統(tǒng)中，由進程PA采集一幀圖像信息并存入環(huán)形緩沖區(qū)buffer,進 程PB從buffer中取一幀數(shù)據(jù)進行處理，假設(shè)buffe的大小為11,試用P、V操作 實現(xiàn)PA和PB。(類似生產(chǎn)者-消費者)computeQ:while(計算工作未完成)P (SF)：從緩沖區(qū)取出數(shù)據(jù):V (SE)；INT BUFFER-SIZE=N：INT SF=0： /*BUFFER中是否有可収的信M/INT SE=N： /* BUFFER中是否有空位置以存放信息1*/MAIN ()GET ()

13、COMPUTE ()getQ：while(采集工作未完成)采集一個數(shù)據(jù)：P (SE)：將數(shù)據(jù)送入緩沖區(qū)；V (SF)：4、5、6、7、8、9、10、11、12、桌上有一空盤，允許存放一只水果，爸爸可向盤中放蘋果，也可向盤中放桔子,兒子專等吃盤中的桔子，女兒專等吃盤中的蘋果。規(guī)定當盤空時一次只能放一只水 果供吃者取出，請用P、V原語實現(xiàn)爸爸、兒子、女兒三個并發(fā)進程的同步。INT SE=1： /*盤中是否為空*/INT S0=0： /*盤中是否有可取的桔子INT SA=C； /*盤中是否有可取的蘋果*/MAIN ()COBEGINFATHER ()：SON ()：DAUGHTER ()；COEND

14、FATHER ()：P (SE)： 放水果；IF (水果為桔子)V (SO)：ELSEV (SA)；13、14、15、SON ():P (SO)：収走桔子:V (SE)；吃桔子DAUGHTER ():P (SA)； 取走蘋果：V (SE)：吃蘋果16、17、18、圖給出了四個進程合作完成某一任務的前趨圖，試說明這四個進程間的同步關(guān)系，并用P、V操作描述它。mt b2=0:廣表示進程S2是否可以開始執(zhí)行，/mt b3=0:廣表示進程S3是否可以開始執(zhí)行*/int b4=0:廣表示進程S4是否可以開始執(zhí)行*/S10；slQs2Qs20;：s3QV(b2);P(b2);s4QV(b3);:V(b4)

15、;19、20、MainQs3Qs4()P(b3);玖b4);廣因在S2及S3完成時均對b4做了 V操作，V(b4);故需兩個P操作。*/P(b4);21、讀者/寫者問題。有一數(shù)據(jù)區(qū)為多個進程所共享，假設(shè)一些進程只能對該數(shù)據(jù)區(qū)完成讀操作（讀者），而另一些進程只能對其完成寫操作（寫者），讀者和寫者要 遵守以下的約束：（1）允許多個讀者同時從數(shù)據(jù)區(qū)中讀數(shù)據(jù)；（2）當有讀者正在讀數(shù)據(jù)時，不允許寫者寫數(shù)據(jù)；（3）任何時候只允許一個寫者向數(shù)據(jù)區(qū)中寫數(shù)據(jù)；（4）若有寫者正在寫數(shù)據(jù)區(qū)，不允許讀者讀數(shù)據(jù)。試用P、V操作實現(xiàn)讀者/寫者問題解：INT MUTEX-COUNT： /*讀進程之間互斥訪問變1： COUN

16、T*/INT MUTEX-RW：嚴讀進程與寫進程，寫進程與寫進程之間互斥訪問DATA區(qū)*/INT COUNT=0：嚴讀進程數(shù)目*/MAIN ()COBEGINREAD ()：WRITE ()：COEND廣寫者進程*/xxTiter()P(mutex_nv);wnte data into data area;V (mutex_rw);廣讀者進程W readerQP(mutex_count);Readcount+;If(readcount= 1)P(miitex_nv)；V(mutex_count)；Read data from data area;P(mutex_count);Readcount

17、： lf(readcount=0)V(mutex_rw);V22、某數(shù)據(jù)庫有一個寫進程，多個讀進程，它們之間讀、寫操作的互斥要求是：寫 進程正在寫該數(shù)據(jù)庫時不能有其他進程讀數(shù)據(jù)庫，也不能有其他進程寫該數(shù)據(jù)庫; 讀進程之間不互斥，可以同時讀該數(shù)據(jù)庫。請用信號量及P、V操作描述這一組進 程的工作過程。(同上)23、哲學家甲請哲學家乙、丙、丁至某處討論問題，約定全體到齊后開始討論：在 討論的間隙四位哲學家進餐，每人進餐時都需使用刀、叉?zhèn)湟话?，餐桌上的布置?圖，請用信號量及P、V操作說明四位哲學家的同步、互斥過程。T解：INT FORK1=1： /*資源叉1是否可用審INT FORK2=1；廣資源叉

18、2是否可用引INT KNIFE1=1： /*資源刀1是否可用審INT KNIFE2=1： /*資源刀2是否可用審MAIN ()COBEGINPa ()： /*Pa表示哲學家甲的活動Pb ()：Pc ()：Pd ();COENDPa()Pb ()Pc ()Pd () P(KNIFED：P (KNIFE2)： P (KNIFE2)； P (KNIFED；P(FORK!)；P (FORK1)：P (FORK2)： P (FORK2)：進餐：進餐：進餐：進餐：V(KNIFED：V (KNIFE2)：V (KNIFE2)： V (KNIFED：V(FORK1)；V (FORK1)；V (FORK2)：

19、V (FORK2)； 24、設(shè)公共汽車上，司機和售票員的活動分別是：司機的活動:啟動車輛：售票員的活動：關(guān)車門：正常行車：售票：到站停車：開車門：在汽車不斷地到站、停車、行車過程中，這兩個活動有什么同步關(guān)系？用信號量和P、V操作 實現(xiàn)它們的同步。解：1)同步關(guān)系：售票員關(guān)車門后向司機發(fā)開車信號，司機接到開車信號后啟動車輛，在汽車正常行 駛過程中，售票員售票，到站時司機停車，售票員在車停后開車門讓乘客上下車。2)同步實現(xiàn)(用P、V操作)INT Sl=0； /*是否允許司機開車-7INT S2=0：廠是否允許售票員開車門*/MAIN ()COBEGINDriver ( )： /* Driver表示

20、d車的活動沐/Busman ()： /* Busman表示售票員的活動沐/COENDDriver ()Busman ()P (SI)： 啟動車輛 正常行駛 到站停車V (S2)：關(guān)車門；V (S1)：售票；P (S2)； 開車門： 上下乘客:解析題為什么說采用有序資源分配法不會產(chǎn)生死鎖?解：為了便于說明，不妨設(shè)系統(tǒng)中有M類資源，N個進程，分別用R1,R2,RM(1, 2, M看作資源號)和Pl, P2,Pn表示。根據(jù)有序資源分配法可知，進程申請資源時必須按 照資源編號的升序進行，即任何進程在占有了 R】資源后，再申請的資源Rj的編號j 一定大于 Io因此在任一時刻，系統(tǒng)中至少存在一個進程Pk,

21、它占有了較高編號的資源Rh,且它繼續(xù)請 求的資源必然是空閑的，因而Pk可以一直向前推進直至完成，當Pk運行完成后即會釋放它占 有的所有資源，在Pk;在Pk完成之后，剩下的進程集合中同樣會存在一個進程，它占有了較 高的資源它繼續(xù)請求的資源必然是空閑的，因而它可以一直向前推進直至完成；以此類推, 所有進程均可運行完成，故不會發(fā)生死鎖。2、N個進程共享某種資源R,該資源共有m個可分配單位，每個進程一次一個地中請或釋放資 源單位。假設(shè)每個進程對該資源的最大需求量均小于m, 11各進程最大需求之和小于m+m 試證明在這個系統(tǒng)中不可能發(fā)生死鎖。解：設(shè)：max(i):表示第I進程的最大資源需求量need(i

22、):表示第I進程的還需要的資源量 allocation(i):表示第I進程的己分配到的資源量 由題中給定條件可知：max( 1 )+max(2)+ +max(n)=(allocation( 1) +allocation(2)+ +allocation (n)+( need( 1 )+need(2)+ +need(n)<m+n(1)假若系統(tǒng)發(fā)生死鎖，則有：(m個資源均應全部分配出去)即allocation( 1) +allocation(2)H-allocation (n)=m(2)同時有(所有進程處于無限等待狀態(tài))：need(l)+need(2)+-+need(n)>=n(3)則由

23、(2) + (3)得：(allocation(l) +allocation(2)+- +allocation (n)+( need(l)+need(2 need(n)>=m+n這與(1)式相矛盾。3、在哲學家進餐問題中，假定用一個信號量表示一支筷子，由這五個信號構(gòu)成信號量數(shù)組：mt shck5=b b b b 1第I個哲學家的活動描述如下所示，試問這五個哲學家的進餐活動 是否發(fā)生死鎖？While(l)P(stickP)P(stick(I+l)mod 5)進餐V(shckI)V(stick(I+l)mod 5)思考解：這種描述雖然可以保證不會有兩個相鄰的哲學家同時進餐，但可能引起死鎖。這種

24、情況發(fā)生 在當五個哲學家?guī)缀跬瑫r饑餓而各口拿起了左邊的筷子時，這種五支筷子信號量值為0；當他們試 圖去拿右邊的筷子時，都將因無筷子可拿而無限期地等待，從而導致了死鎖的產(chǎn)生。4、在銀行家算法中，若出現(xiàn)了下述資源分配悄況:allocationneedavailableP0003 200 121622Pl10001750P213542 3 5 6P30 3 3 206 52P4001406 5 6試問：(1)該狀態(tài)是否安全？(2)如果進程P2提出請求Requst2 (1, 2, 2, 2)后，系統(tǒng)能否將資源分配給它？ 解：(1)安全。過程略(2)不能分配與P2°過程略5、有相同類型的5個資

25、源被4個進程共享,且每個進程最多需耍2個這樣的資源就可以運行完畢。 試問該系統(tǒng)是否由于對這種資源的競爭而產(chǎn)生死鎖？解：該系統(tǒng)不會由于對這種資源的競爭而產(chǎn)生死鎖。因為在最壞悄況下，每個進程都需要2個 這樣的資源，11每個進程都已中請到了 1個資源，那么系統(tǒng)中還剩下1個可用資源。無論系統(tǒng)為了滿 足哪個進程的資源申請而將資源分配給進程，都會因為該進程已經(jīng)得了它所需耍的全部資源而確保它 運行完畢，從而可將它占有的2個資源歸還給系統(tǒng)，這樣就保證了其余三個進程能順利運行。由此可 知，該系統(tǒng)不會由于這種資源的競爭而產(chǎn)生死鎖。1、某操作系統(tǒng)采用可變分區(qū)分配存儲管理方法，用戶區(qū)為512K,且始址為0,用空閑分區(qū)

26、管理 空閑分區(qū)。若分配時采用分配空閑區(qū)低地址部分的方案，11初始時用戶的512K空間空閑，對 述申請序列：中請300K,中請100K,釋放300K,中請150K,中請30K,中請40K,中請60K,釋放30K 回答：(1)采用首次適應算法，空閑分區(qū)中有哪些空塊(給出始址、大小)？(2) 采用最佳適應算法，空閑分區(qū)中有哪些空塊(給岀始址、大小)？(3)如再申請100K,針對(1)和(2)各有什么結(jié)果？一、解析題1、什么是緩沖？為什么要引入緩沖？（1） 緩沖就是用來對數(shù)據(jù)傳送速度不同的設(shè)備的傳送速度進行匹配/緩沖的一種常用手段。其 實現(xiàn)方法除在關(guān)鍵地方可采用碩件緩沖器外，大都采用軟件緩沖來實現(xiàn)。軟

27、件緩沖區(qū)是指在I/O操作 期間，專門用來臨時存放輸入/輸出數(shù)據(jù)的一塊存儲區(qū)域。（2）操作系統(tǒng)中，引入緩沖的主耍原因有：1）緩沖CPU與I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾。因為一般情況下，程序的運行過程是時而 計算，時而輸出。2）減少中斷CPU的次數(shù)同時提高CPU與I/O設(shè)備的并行工作2、什么是虛擬設(shè)備？為什么在操作系統(tǒng)中引入虛擬設(shè)備？虛擬設(shè)備是指通過虛擬技術(shù)將一臺獨占設(shè)備變換為若干臺邏輯設(shè)備，供若干個用戶進程 使用，通常把這種經(jīng)過虛擬技術(shù)處理后的設(shè)備稱為虛擬設(shè)備。在操作系統(tǒng)中，引入虛擬設(shè)備是為了克服獨占設(shè)備速度較慢、降低設(shè)備資源利用率的缺 點，從而提高設(shè)備的利用率。3、簡述設(shè)備分配的過程/步驟。設(shè)備分配程序耍用到系統(tǒng)設(shè)備表、設(shè)備控制表、控制器控制表和通道控制表。設(shè)備分配時要考 慮到設(shè)備的固有屬性、分配算法、防止死鎖以及用戶程序與實際使用的物理設(shè)備無關(guān)等特性。 設(shè)備分配的過程主要是：（1）