操作系統(tǒng)簡答題

簡答題（40分，7道）TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"程序、進程、線程的基本概念及區(qū)別【 2】進程的組成，基本狀態(tài)，三狀態(tài)模型，五狀態(tài)模型【2.1】\o"CurrentDocument"臨界資源、臨界區(qū)、臨界區(qū)訪問原則【 2.2】四種數(shù)據(jù)傳送控制方式的工作過程（設備管理）【5.2】連續(xù)、隨機、串聯(lián)的文件保存方式【6】操作系統(tǒng)的各項基本功能以及操作系統(tǒng)的發(fā)展階段【1】文件系統(tǒng)的層次結構【 6】各種經(jīng)典的調(diào)度算法【 2.2】\o"CurrentDocument"中斷執(zhí)行過程【 1】\o"CurrentDocument"安全設計原則【 8】多處理機系統(tǒng)的三種典型結構【 8】\o"CurrentDocument"多媒體進程調(diào)度【 8】\o"CurrentDocument"死鎖的產(chǎn)生原因及必要條件【 3】頁式、段式、段頁式的工作原理及區(qū)別【4.2】P/V操作的基本概念及基本工作機制【2.2】與實驗有關的經(jīng)典同步/互斥問題【2.2】邏輯地址、物理地址以及地址映射的基本過程【4.1】文件與數(shù)據(jù)備份的兩個原因以及需要考慮的五個問題【6】計算題死鎖、安全狀態(tài)【3】FIFO/LRU 算法【4.2】中斷執(zhí)行過程發(fā)出中斷請求cpu響應中斷響應cpu暫停當前任務并保存現(xiàn)場cpu執(zhí)行中斷處理例程cpu恢復中斷點的現(xiàn)場原有任務繼續(xù)執(zhí)行程序、進程、線程的基本概念及區(qū)別進程【見下題】線程：線程的指導思想：將進程的兩個屬性分開。如果作為調(diào)度的基本單位，則不同時作為獨立分配資源的單位。而對擁有資源的基本單位，又不頻繁地對之進行切換。線程的基本概念：線程是進程的一個實體，是CP崩度的基本單位。線程自己基本上不擁有系統(tǒng)資源，只留有幾個寄存器，但它可以與同屬同一個進程的其他線程共享進程所擁有的全部資源。線程又被稱為輕權進程（Lightweightprocess：LWP）。特點：是進程的一個實體，可作為系統(tǒng)獨立調(diào)度和分派的基本單位。不擁有系統(tǒng)資源（只擁有從屬進程的全部資源，資源是分配給進程）一個進程中的多個線程可并發(fā)執(zhí)行。（進程可創(chuàng)建線程執(zhí)行同一程序的不同部分）進程與程序的區(qū)別進程-動態(tài)，程序 -靜態(tài)：作為程序的執(zhí)行，進程通常不可在計算機之間遷移；作為有序代碼集合，程序?qū)奈募庆o態(tài)的和可復制的。進程與程序的組成不同：進程的組成包括程序、數(shù)據(jù)和進程控制塊（即進程狀態(tài)信息）。進程能真實描述并發(fā)執(zhí)行，程序不能：進程是獨立調(diào)度并能和其他進程并行執(zhí)行的單位。進程可以創(chuàng)建其它進程，而程序不能。進程是暫時的，程序是永久的：進程是一個狀態(tài)變化的過程，程序可長久保存。進程與程序的對應關系：通過多次執(zhí)行，一個程序可對應多個進程；通過調(diào)用關系，一個進程可包括多個程序。進程和線程的區(qū)別進程是資源分配的基本單位。線程與資源分配無關，它只屬于某一個進程，并與進程內(nèi)其他線程一起共享進程的資源。進程發(fā)生調(diào)度時，不同的進程擁有不同的虛擬地址空間，而同一進程內(nèi)的不同線程共享同一地址空間。進程包含了 PCB用戶地址空間和堆棧。線程只由相關的堆棧（用戶棧和系統(tǒng)棧） 、寄存器和線程控制表 TCB組成。進程切換時將涉及到有關資源指針的保存以及地址空間的變化等問題。線程切換時，由于同一進程內(nèi)的線程共享資源和地址空間，將不涉及上述內(nèi)容的保存，故減少了操作系統(tǒng)的開銷時間。進程的調(diào)度與切換都是由操作系統(tǒng)內(nèi)核完成，而線程則既可由操作系統(tǒng)內(nèi)核完成，也可由用戶程序進行。?進程的組成，基本狀態(tài)，三狀態(tài)模型，五狀態(tài)模型進程的組成（代碼+PCB數(shù)據(jù)）：代碼—程序 資源句柄—分配的資源寄存器—執(zhí)行狀態(tài) 堆棧—運行場景數(shù)據(jù)—特定的數(shù)據(jù)集合基本狀態(tài)：三狀態(tài)：就緒、運行、阻塞五狀態(tài)：執(zhí)行、活動就緒、靜止就緒、活動阻塞、靜止阻塞【具有掛起狀態(tài)】三狀態(tài)模型1、就緒-->運行調(diào)度程序選擇一個新的進程運行2、運行-->就緒運行進程用完了時間片，或者，運行進程被中斷，因為一高優(yōu)先級進程處于就緒狀態(tài)3、運行-->阻塞，當進程必須等待所需的東西時OS尚未完成服務對一資源的訪問尚不能進行初始化I/O且必須等待結果等待某一進程提供輸入(IPC)4、阻塞-->就緒，當所等待的事件發(fā)生時五狀態(tài)模型五狀態(tài)臨界資源、臨界區(qū)、臨界區(qū)訪問原則臨界資源(criticalresource): 一次僅供一個進程使用的資源。在進程中涉及到臨界資源白程序段叫臨界區(qū)(criticalsection)。臨界區(qū)：共享使得競爭存在廣泛性互斥一對應的原語--操作系統(tǒng)的主要設計任務之一任何兩個進程不能同時處于其臨界區(qū)不應對CPU的數(shù)目和速度做任何假設臨界區(qū)外運行的進程不得阻塞其他進程不得使進程無限等待進入臨界區(qū)使用臨界區(qū)的原則空閑讓進：當無進程在臨界區(qū)時，任何有權使用臨界區(qū)的進程可進入忙則等待：不允許兩個以上的進程同時進入臨界區(qū)多中擇一：當沒有進程在臨界區(qū)，而同時有多個進程要求進入臨界區(qū)，只能讓其中之一進入臨界區(qū)，其他進程必須等待有限等待：任何進入臨界區(qū)的要求應在有限的時間內(nèi)得到滿足讓權等待：處于等待狀態(tài)的進程應放棄占用 CPU以使其他進程有機會得到 CPU的使用權死鎖的產(chǎn)生原因和必要條件原因：系統(tǒng)資源不足；進程推進順序不合適；必要條件：互斥控制（資源獨占）非剝奪控制（不可剝奪）請求和保持（部分分配，占有申請）環(huán)路條件（循環(huán)等待）邏輯地址、物理地址以及地址映射的基本過程邏輯地址（相對地址，虛地址）：用戶的程序經(jīng)過匯編或編譯后形成目標代碼，目標代碼通常采用相對地址的形式。其首地址為0，其余指令中的地址都相對于首地址來編址。不能用邏輯地址在內(nèi)存中讀取信息。物理地址（絕對地址，實地址）：內(nèi)存中存儲單元的地址。物理地址可直接尋址。地址映射：將用戶程序中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為運行時由機器直接尋址的物理地址。當程序裝入內(nèi)存時 ,操作系統(tǒng)要為該程序分配一個合適的內(nèi)存空間，由于程序的邏輯地址與分配到內(nèi)存物理地址不一致 ，而CPU^行指令時，是按物理地址進行的，所以要進行地址轉(zhuǎn)換。頁式、段式、段頁式的工作原理及區(qū)別工作原理：見4.2，長長長長長分頁和分段的區(qū)別：段是信息的邏輯單位，它是根據(jù)用戶的需要劃分的，因此段對用戶是可見的；頁是信息的物理單位，是為了管理主存的方便而劃分的，對用戶是透明的。頁的大小固定不變，由系統(tǒng)決定。段的大小是不固定的，它由其完成的功能決定。段式向用戶提供的是二維地址空間，頁式向用戶提供的是一維地址空間，其頁號和頁內(nèi)偏移是機器硬件的功能。由于段是信息的邏輯單位，因此便于存貯保護和信息的共享，頁的保護和共享受到限制。四種數(shù)據(jù)傳送控制方式的工作過程（設備管理）程序直接控制方式中斷方式DMA方式通道控制方式1）程序直接控制方式由處理器提供I/O相關指令來實現(xiàn)I/O處理單元處理請求并設置I/O狀態(tài)寄存器相關位不中斷處理器，也不給處理器警告信息處理器定期輪詢I/O單元的狀態(tài)，直到處理完畢I/O軟件包含直接操縱I/O的指令控制指令：用于激活外設，并告訴它做什么狀態(tài)指令：用于測試I/O控制中的各種狀態(tài)和條件數(shù)據(jù)傳送指令：用于設備和主存之間來回傳送數(shù)據(jù)主要缺陷：處理器必須關注I/O處理單元的狀態(tài)，因而耗費大量時間輪詢信息，嚴重地降低了系統(tǒng)性能2）中斷方式為了解決程序控制I/O方法的主要問題，應該讓處理器從輪詢?nèi)蝿罩薪夥懦鰜恚?使I/O操作和指令執(zhí)行并行起來具體作法：當I/O處理單元準備好與設備交互的時候通過物理信號通知處理器，即中斷處理器3）DM/AT式①當進程要求設備輸入數(shù)據(jù)時，CPUS準備存放輸入數(shù)據(jù)的內(nèi)存始址及要傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)分別送入DM冊制器中的內(nèi)存地址寄存器和傳送字節(jié)計數(shù)器；另外，還要把控制 /狀態(tài)寄存器中的中斷允許位和啟動位置1,從而啟動設備，開始數(shù)據(jù)輸入。②發(fā)出數(shù)據(jù)輸入要求的進程進入阻塞狀態(tài)， 進程調(diào)度程序調(diào)度其它進程占有 CPU③輸入設備不斷地挪用CPU工作周期，將數(shù)據(jù)從內(nèi)部緩沖區(qū)源源不斷地送入內(nèi)存，直至所要求的字節(jié)數(shù)全部傳送完畢。④DM出制器在傳輸完成時通過中斷t#求線發(fā)出中斷信號， CPU接到中斷信號后轉(zhuǎn)中斷處理程序進行相應處理。⑤中斷處理結束后， CPU返回被中斷的進程或去運行重新被調(diào)度的進程。4）通道控制方式CPU執(zhí)行用戶程序，當遇到I/O請求時，可根據(jù)該請求生成通道程序放入內(nèi)存（也可事先編好放入內(nèi)存），并將該通道程序的首地址放入 CAW中；之后執(zhí)彳T“啟動I/O”指令，啟動通道工作通道地址字CAW--首地址寄存器通道命令字CCW--控制寄存器通道狀態(tài)字CSW--狀態(tài)寄存器通道數(shù)據(jù)字CDW--數(shù)據(jù)寄存器通道：接收到“啟動I/O”指令后，從CAW中取出通道程序的首地址，并根據(jù)首地址取出第一條指令放入CCWP,同時向CP3回答信號，使CPU可繼續(xù)執(zhí)行其他程序，而通道則開始執(zhí)行通道程序，完成傳輸工作。當通道傳輸完成最后一條指令時，向 CPU^tI/O中斷，并且通道停止工作。 CPU1收中斷信號，從CSM取得有關信息，決定下一步做什么。連續(xù)、隨機、串聯(lián)的文件保存方式（1）連續(xù)文件（順序結構）文件的信息存放在若干連續(xù)的物理塊中優(yōu)點：簡單

支持順序存取和隨機存取順序存取速度快所需的磁盤尋道次數(shù)和尋道時間最少(2)隨機文件(索引結構)直接地址結構、索引地址結構、計算尋址結構一個文件的信息存放在若干不連續(xù)物理塊中，系統(tǒng)為每個文件建立一個專用數(shù)據(jù)結構-索引表，并將這些塊的塊號存放在一個索引表中一個索引表就是磁盤塊地址數(shù)組，其中第 i個條目指向文件的第i塊(3)串聯(lián)文件(鏈接結構)一個文件的信息存放在若干不連續(xù)的物理塊中， 各塊之間通過指針連接，前一個物理塊指向下一個物理塊優(yōu)點：提高了磁盤空間利用率，不存在外部碎片問題有利于文件插入和刪除有利于文件動態(tài)擴充文件系統(tǒng)的層次結構用戶程序I/OI/O文件與數(shù)據(jù)備份的兩個原因以及需要考慮的五個問題處理兩個潛在問題：從意外的災難中恢復，從愚蠢的操作中恢復?？紤]的因素：備份整個文件系統(tǒng)還是僅一部分增量轉(zhuǎn)儲結合周期性的全面的轉(zhuǎn)儲備份前進行壓縮操作對當前活動的文件進行轉(zhuǎn)儲比較困難，即備份時發(fā)生增刪修改等操作要面臨許多非技術問題，例如，人員的行為管理多媒體進程調(diào)度調(diào)度同質(zhì)進程：固定數(shù)目的電影，所有電影使用相同的幀率、視頻分辨率、數(shù)據(jù)率以及其他參數(shù)。所有進程同等，輪換調(diào)度，加上定時機制老保證每個進程以恰當?shù)膸蕚鬏?。一般實時調(diào)度：實際中，電影數(shù)目，壓縮后的幀大小分辨率等差異大。多個相互競爭的進程，其中若干進程或全部進程具有必須滿足的最終時限的調(diào)度成為實時調(diào)度。特點：最終時限使得存在搶先的特性。有時并不一定存在可調(diào)度的方案多處理機系統(tǒng)的三種典型結構共享存儲器的多處理機，消息傳遞多計算機，廣域分