操作系統(tǒng)期末復習綱要完整版

第頁《操作系統(tǒng)》期末復習指導（2019.12）一、說明：期末考試計劃出5種題型：選擇、填空、判斷、簡答、計算，每種題型均占20分左右，其中，最后的兩類大題（簡答題和計算題共計40分）更加局限，不會超出下面復習資料給定的范圍，請大家認真復習，不要大意，免得遺恨終生。二、簡答題范圍（約占20分，三套考題的簡答都不會超越這個范圍）：1．什么是進程？進程由哪幾個部分構成？為什么要引進進程？進程是進程實體的運行過程，是系統(tǒng)進行資源分配和調度的一個獨立單位；進程都是由程序段、數(shù)據(jù)段及PCB三個部分組成；為了使程序能并發(fā)執(zhí)行，且為了對并發(fā)執(zhí)行的程序加以描述和控制，人們引入了“進程”的概念；什么是線程？為什么要引進線程？線程是進程內的一個相對獨立的、可獨立調度和指派的執(zhí)行單元；為了既能提高程序的并發(fā)程度，又能減少OS的開銷，操作系統(tǒng)設計者引入了線程；進程和程序有什么區(qū)別和聯(lián)系？1、進程的實質是進程實體的一次執(zhí)行過程，進程實體有一定的生命期，而程序則只是一組有序指令的集合；2、進程具有并發(fā)性，而程序是不能并發(fā)執(zhí)行的；3、進程實體是一個能獨立運行、獨立分配資源和獨立接受調度的基本單位，而未建立PCB的程序不能作為一個獨立的單位參及運行。一個進程可以執(zhí)行一個或多個程序，一個程序可以應對多個進程。進程和線程有什么區(qū)別和聯(lián)系？不同的操作系統(tǒng)，其線程的實現(xiàn)方式都是一樣的嗎？線程有哪幾種實現(xiàn)方式？進程是資源擁有的基本單位，線程是分派和調度資源的基本單位；進程擁有資源，線程不擁有資源；進程和線程都擁有并發(fā)性；進程的系統(tǒng)開銷遠大于線程的系統(tǒng)開銷。2.什么是地址重定位？將邏輯地址空間中的邏輯地址轉換為內存空間中的物理地址，這一過程稱為地址重定位或地址映射什么是靜態(tài)地址重定位？什么是動態(tài)地址重定位？靜態(tài)地址重定位是在程序執(zhí)行前由操作系統(tǒng)的重定位裝入程序完成的。它根據(jù)要裝入的內存起始地址，直接修改所有涉及到的邏輯地址，一次性完成邏輯地址到物理地址的裝換，在程序運行中，不再進行任何地址轉換；動態(tài)地址重定位也稱動態(tài)地址映射，是指把目標程序裝入內存的時候，并不立即把邏輯地址轉換為物理地址，而是在程序運行過程中，當CPU訪問程序和數(shù)據(jù)的時候，才進行地址轉換；靜態(tài)地址重定位和動態(tài)地址重定位區(qū)別何在？內存分配中的“緊湊”技術，是在哪種地址重定位機制中用的？靜態(tài)重定位的時機在作業(yè)裝入時；動態(tài)重定位的時機在作業(yè)調度時。3.在進程的整個生命周期中，可能要經歷哪幾種狀態(tài)？這幾種狀態(tài)在什么情況下會發(fā)生什么樣的變遷（請畫出三狀態(tài)模型轉換示意圖）？三種基本狀態(tài)：a.就緒狀態(tài)b.執(zhí)行狀態(tài)c.阻塞狀態(tài)；進程的五狀態(tài)模型、七狀態(tài)模型都包括哪些不同的狀態(tài)？這幾種狀態(tài)在什么情況下會發(fā)生什么樣的變遷（請畫出五狀態(tài)、七狀態(tài)模型轉換示意圖）？4.什么是臨界資源？什么是臨界區(qū)？舉一個臨界資源的例子。操作系統(tǒng)中將一次僅允許一個進程訪問的資源稱為臨界資源；操作系統(tǒng)中把每個進程中訪問臨界資源的那段代碼段稱為臨界區(qū)。打印機。對于一個臨界資源，它的信號量最大值是多少？最小值能確定嗎？能。5.內存管理有哪兩大類？實存共有哪幾種內存分配方法？虛存共有哪幾種內存分配方法？（1）實存：單一連續(xù)分區(qū)、固定分區(qū)、可變分區(qū)、分頁、分段、段頁式（2）虛存：請求式分頁、請求式分段、請求段頁式6、簡述一下單一連續(xù)分區(qū)、固定分區(qū)、可變分區(qū)、分頁、分段、段頁式這些方法都是怎樣對內存進行分配和回收的。單一連續(xù)分區(qū)：內存的整個用戶區(qū)域只分為一個區(qū)，在一段時間內只能有一個用戶程序在內存中執(zhí)行，只有一個程序運行完畢退出內存后，其它程序才能調入內存執(zhí)行固定分區(qū)：將整個用戶空間劃分為若干個固定大小的區(qū)域，每個分區(qū)只裝入一道作業(yè)?？勺兎謪^(qū)：根據(jù)進程的實際需要，動態(tài)地為之分配內存空間分頁：將用戶程序的地址空間分為若干個固定大小的區(qū)域稱為“頁”，相應的，也將內存空間分為若干個物理塊，頁和塊大小相等。這樣可將任一頁放入任一塊。分段：地址空間分為若干段，每個段包含一部分地址空間，又標識了邏輯關系，其邏輯地址由段號和段內地址組成。段頁式：首先，給整個物理內存分塊；然后,給作業(yè)(或進程)分段；每個段再進行分頁；將每一頁分配到一個個內存塊中。為了實現(xiàn)從邏輯地址到物理地址的轉換，系統(tǒng)要為每個進程（或作業(yè)）建立一張段表，還要為該作業(yè)（進程）的每個段建立一張頁表；內碎片、外碎片在哪些內存分配方法中出現(xiàn)？固定分區(qū)可產生內碎片；可變分區(qū)可產生外碎片；為解決該問題可采用緊湊技術；分頁存儲管理技術較好地解決了碎片問題。頁表是在哪些內存分配機制中使用的？它包括哪些方面的信息？一個進程會有幾個頁表？段頁式和請求段頁式；頁號、塊號；若干個頁表段表是在哪些內存分配機制中使用的？它包括哪些方面的信息？一個進程會有幾個段表？段頁式和請求段頁式；段號、段長、基址；一個段表7、請求式分頁、請求式分段都是怎么進行內存分配及回收的？在進程開始運行之前，不是裝入全部頁面，而是裝入部分頁面，之后根據(jù)進程運行的需要，動態(tài)裝入其他頁面，當內存空間已滿，又需要裝入新的頁面時，根據(jù)某種算法淘汰某個頁面，以便裝進新的頁面。通過共享段表和共享段的分配和回收。請求式分頁的頁表和純分頁的頁表結構一樣嗎？在原來頁表的基礎上又增加了哪些信息？各代表什么含義？不一樣請求式分段的段表和純分段的段表結構一樣嗎？在原來段表的基礎上又增加了哪些信息？各代表什么含義？不一樣8.什么是虛擬存儲技術？實現(xiàn)虛擬內存必須有哪些物質基礎？具有請求調入功能和置換功能，能從邏輯上對內存容量加以擴充的一種存儲技術一定容量的內存和外存。頁表機制（或段表機制），作為主要的數(shù)據(jù)結構。中斷機構，當用戶程序要訪問的部分尚未調入內存，則產生中斷。地址變換機構，邏輯地址到物理地址的變換9、為什么要引入聯(lián)想寄存器（快表）？寄存器中存放的是什么信息？什么時機查詢快表？引入聯(lián)想寄存器是為了提高查表的速度；用來存放頁表最常用部分的內容（頁號、塊號）；當處理機給出邏輯地址（p，w）時，分頁機構一方面取出頁號p，并從頁表中查找其對應的塊號，另一方面自動把頁號p送入聯(lián)想存儲器，并和聯(lián)想寄存器中各單元進行比較；如及聯(lián)想寄存器中某單元頁號相符，則輸出對應塊號b，并及頁內地址w形成物理地址進行訪問，同時停止前面頁表的查找工作。10、什么是頁面抖動？頁面抖動有什么解決方法？如果分配給進程的存儲塊數(shù)量小于進程所需要的最小值，進程的運行將很頻繁地產生缺頁中斷，這種頻率非常高的頁面置換現(xiàn)象稱為抖動。解決方法：好的頁替換算法；減少運行的進程數(shù)；增大內存P17211.簡述設備分配的基本過程。標明分配過程中使用的表格。（即先分配什么、后分配什么；先查詢什么表、后查詢什么表？）設備分配的過程：（1）分配設備（2）分配控制器（3）分配通道分配過程：先掃描SDT（系統(tǒng)設備表）得到設備表項，再掃描DCT（設備控制表）中可用的設備，得到及該設備連接的設備控制器，再掃描COCT（控制器控制表）中可用的設備控制，得到及該設備連接的通道；再掃描CHCT（通道控制表）得到可用的通道；這樣一次設備分配完成。若在此分配過程中，無可用設備或設備控制器或通道，則請求I/O進程將阻塞在相應的隊列中。12.操作系統(tǒng)中的設備管理，具體來說管的是什么？負責I/O設備的分配及操縱；在設備管理中為什么要引入緩沖區(qū)？常見的緩沖技術有哪幾種？現(xiàn)在最常用的是哪種？主要原因：（1）緩和CPU及I/O設備間速度不匹配的矛盾；（2）減少對CPU的中斷頻率，放寬對CPU中斷響應時間的限制；（3）提高CPU和I/O設備之間的并行性。常見的緩沖技術：單緩沖、雙緩沖、循環(huán)緩沖和緩沖池（目前最常用）。13．有哪幾種常見的輸入輸出控制機制？簡述其工作原理。程序直接控制：（特點）只適合那些CPU執(zhí)行速度較慢，且外設較少的系統(tǒng)；（好處）工作過程簡單；（壞處）CPU的利用率相當?shù)?、CPU和外設以及外設和外設之間只能串行工作，且CPU大部分時間都處于循環(huán)測試狀態(tài)。中斷控制：（好處）提高了CPU的利用率，并能支持設備的并行操作；（壞處）每臺設備每輸入/輸出一個數(shù)據(jù)都要求中斷CPU，這樣在一次數(shù)據(jù)傳送過程中，中斷發(fā)生次數(shù)太多，從而耗去了大量CPU時間。DMA控制：（特點）（1）數(shù)據(jù)傳送的基本單位是數(shù)據(jù)塊，即CPU和I/O設備之間，每次傳送的至少是一個數(shù)據(jù)塊；（2）所傳送的數(shù)據(jù)是從設備送往內存，或相反；（3）僅在傳送一個或多個數(shù)據(jù)塊的開始時刻和結束時刻，才需要中斷CPU，請求干預。整塊數(shù)據(jù)的傳送都是在DMA控制器的控制下完成的。（好處）減少了CPU對I/O控制的干預，進一步提高了CPU的利用率，提高了CPU及I/O設備的并行操作程度；（壞處）多個DMA控制器同時使用可能會引起內存地址的沖突，同時每臺設備都需要一個DMA控制器，也是不經濟的。通道控制：（特點）在通道控制方式中，數(shù)據(jù)傳送的方向、存放數(shù)據(jù)的內存始址以及傳送數(shù)據(jù)塊的長度均通過一個專門的硬件——通道來控制；（好處）提高了CPU的工作效率及及外設間的并行工作程度。14.什么是SPOOLING技術？SPOOLING系統(tǒng)由哪幾個部分構成？系統(tǒng)怎樣通過SPOOLING技術將一臺物理打印機虛擬成多臺邏輯上的打印機？在主機的直接控制下，實現(xiàn)脫機輸入輸出功能。此時的外圍操作及CPU對數(shù)據(jù)的處理同時進行。把這種在聯(lián)機情況下實現(xiàn)的同時外圍操作稱為SPOOLING，或稱為假脫機操作。構成：輸入井和輸出井、輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)、輸入進程SPi和輸出進程Spo系統(tǒng)對于用戶的打印輸出，并不真正把打印機分配給該用戶進程，而是先在輸出井中申請一個空閑盤塊區(qū)，并將要打印的數(shù)據(jù)送入其中；然后為用戶申請并填寫請求打印表，將該表掛到請求打印隊列上。若打印機空閑，輸出程序從請求打印隊首取表，將要打印的數(shù)據(jù)從輸出井傳送到內存緩沖區(qū)，再進行打印，直到打印隊列為空。選擇：https://wenku.baidu/view/9ce25605d4d8d15abf234e60.html三、計算題題型和范圍：（約占20分）（共有6種計算題，每套試卷會選考4種，每種題型5分）1、作業(yè)調度：分別用先來先服務、最短作業(yè)優(yōu)先、響應比高者優(yōu)先算法調度，計算作業(yè)的平均周轉時間和平均帶權周轉時間。2、信號量機制和P、V操作。理解P、V操作的定義，理解信號量值的含義。能夠在具體的應用里，根據(jù)題意，建立信號量，并用偽代碼（類C）來表達進程之間的同步及互斥關系。http://blog.csdn/ryan_jianjian/article/details/528198963、銀行家算法：（一種典型的死鎖避免策略）銀行家算法是一種避免死鎖的策略——即當用戶進程要申請資源的時候，先根據(jù)當前系統(tǒng)資源的情況，預先計算一下該次分配是否安全，若安全就放心地分配給用戶使用，若不安全就表示有死鎖的可能，先不予分配。一般會給定一個資源分配表，能問的問題也很死，如：計算一下系統(tǒng)當前可供使用的資源還有多少？判斷一下系統(tǒng)當前的狀態(tài)是否安全？若有某一個進程需要申請資源，系統(tǒng)會不會分配給它？為什么？若還有進程想要分配資源，可不可以分配給它？https://wenku.baidu/view/c0a2ca0cb8f67c1cfbd6b82b.html?from=search4、邏輯地址到內存地址的轉換：對于段式內存管理：給定一系列邏輯地址（段號，段內地址）和段表，要求給出對應的物理地址；對于頁式內存管理：給定一個進程的頁表以及一個頁面的大小，求一系列邏輯地址對應的物理地址（其實就是地址重定位）進一步，若采用虛擬內存分配，根據(jù)段表和頁表，根據(jù)給出的邏輯地址，計算對應的物理內存地址。對于請求分頁、請求分段的頁表和段表，每個列代表的含義都要很清楚。https://zhidao.baidu/question/575870563.html邏輯地址：A=0A5C（H）頁面大小：L=1KB=1024頁號：P=INT（A/L）頁內地址：d=[A]MODL解答：A=2652P=2對應塊號為11頁內地址d=604所以物理地址=塊的大?。ň褪琼撁娲笮）*塊號+頁內地址d=11868；5、頁面淘汰算法：對于請求式分頁內存管理，給定一個頁面的訪問序列，會用以下幾種算法分別計算頁面的缺頁中斷數(shù)和缺頁中斷率：最佳淘汰算法（OPT）、先進先出淘汰算法（FIFO）、最久未使用淘汰算法（LRU）6、磁盤調度算法：給定一個磁盤訪問序列，會分別用以下幾種磁盤調度算法計算尋道總長度和平均尋道長度：先來先服務（FCFS）、最短尋道時間優(yōu)先（SSTF）掃描算法（SCAN）——又叫電梯算法、循環(huán)掃描算法（CSCAN）四、其它三種題目（選擇、填空、判斷）約占60分要在理解下面章節(jié)要點的基礎上回答出來：第一章《操作系統(tǒng)概述》1．什么是操作系統(tǒng)？操作系統(tǒng)的目標和作用是什么？2．操作系統(tǒng)給用戶提供哪幾種接口來操縱和使用計算機？體會這些接口的含義。3．OS作為計算機系統(tǒng)資源的管理者，主要管理哪幾方面的資源？4．操作系統(tǒng)的基本特征是什么？在操作系統(tǒng)中什么叫并發(fā)？什么叫并行？并發(fā)是真正的并行處理嗎？至少有幾個CPU的情況下才可能實現(xiàn)真正意義上的并行？什么叫共享，什么叫虛擬？什么叫異步？基本的操作系統(tǒng)有哪幾種？它們各有什么特點？通用操作系統(tǒng)指的是什么？操作系統(tǒng)做為一個大型的系統(tǒng)軟件，在歷史上一共出現(xiàn)過哪幾種不同的軟件結構？目前最看好的結構是哪一種？第二章《進程的描述及控制》1．什么是進程？為什么要引入進程？在單道程序環(huán)境中有無必要引入進程？進程由哪幾個部分構成？系統(tǒng)是通過什么來感知進程的存在的？2.進程有哪幾種基本的狀態(tài)？這些狀態(tài)都在哪些典型情況下會發(fā)生哪種變遷？掛起有幾種狀態(tài)？當處理機空閑的時候，掛起的進程能獲得處理機嗎？怎樣才能獲得處理機？3.什么是線程？操作系統(tǒng)根據(jù)什么來感知線程的存在？線程有哪幾種不同的實現(xiàn)方式？4.比較進程和程序有什么異同和聯(lián)系。5.為什么要引進線程的概念？比較線程和進程之間有什么異同和聯(lián)系。6、原語概念。第三章《并發(fā)控制——進程的同步及互斥》1．什么叫進程同步？什么叫進程互斥？通過前趨圖進一步感受進程的同步。同步和互斥，哪種是主動的，哪種是被迫的？2．什么叫臨界資源？什么叫臨界區(qū)？3．什么叫信號量？它是一種解決什么問題的機制？信號量的值可以人為設定幾次？它的值是由哪些操作改變的？4．體會、理解信號量以及P、V操作的意義。何時用P操作、何時用V操作？5．管程是一種什么機制？（用它來做什么？）（一句話就行）6.什么是進程的低級通信、高級通信？高級通信機制分為哪幾大類？7、會用信號量解決實際問題（同步、互斥）。第四章《處理機調度及死鎖》1.簡述三級調度的概念。是否任何操作系統(tǒng)都必須配置作業(yè)調度？哪一級調度是所有操作系統(tǒng)必備的？2.常見的作業(yè)調度算法有哪些？哪些對短作業(yè)不利、哪些對長作業(yè)不利？哪些對長作業(yè)和短作業(yè)都比較有利？3、常見的進程調度有哪些？哪些調度是可剝奪的，哪些是不可剝奪的？哪些既可以剝奪也可以不剝奪？多級反饋隊列調度算法調度的過程是怎樣的？它的好處何在？4、給定一個作業(yè)序列，按先來先服務、短作業(yè)優(yōu)先、響應比高者優(yōu)先算法調度，分別計算該作業(yè)序列的平均周轉時間和平均帶權周轉時間5.什么是死鎖？死鎖產生的根本原因是什么？至少有幾個進程并發(fā)才可能發(fā)生死鎖？6.總的來說，解決死鎖問題有哪幾個方面的策略？7.預防死鎖可從哪幾個方面著手？常見的措施有哪些？8銀行家算法是解決死鎖問題的一種什么策略？什么樣的狀態(tài)為安全狀態(tài)？什么樣的為不安全狀態(tài)？會根據(jù)具體問題用銀行家算法判斷系統(tǒng)是否安全。9.什么是死鎖定理？死鎖定理有什么用？第五章《內存管理》1.內存管理的任務是什么？操作系統(tǒng)的內存管理應具備哪些功能？2.什么是重定位？什么是靜態(tài)重定位和動態(tài)重定位？它們重定位的時機都在什么時候？一個程序在運行的過程中，可能會在內存中移動位置，這種定位方式一定是動態(tài)還是靜態(tài)重定位？3.體會幾種內存管理的實現(xiàn)方法，尤其注意它們引入的原因、優(yōu)缺點、空閑區(qū)的組織方式、內存空閑區(qū)的回收規(guī)定等。（1）實存：單一連續(xù)分區(qū)、固定分區(qū)、可變分區(qū)、分頁、分段、段頁式（2）虛存：請求式分頁、請求式分段、請求段頁式4.上面哪些內存管理有內碎片、哪些有外碎片？解決碎片有哪些方法？5.什么是頁表？什么是段表？里面主要存放了哪些方面的內容？6、引入聯(lián)想寄存器（快表）有什么用處？寄存器中存放的是什么信息？什么時機查詢快表？7會借助于頁表和段表，把給定的用戶程序地址（邏輯地址）轉化為內存的物理地址。8、請求分頁、請求分段中的頁表和段表，要在分頁、分段段表的基礎上增加哪些信息？含義是什么？8.理解、體會虛擬內存管理中涉及的幾種頁面淘汰算法（最佳淘汰算法、先進先出淘汰算法、最久未使用淘汰算法），會計算它們的頁面中斷數(shù)和頁面中斷率。第六章《設備管理》1.設備的幾種分類方式：I/O設備和存儲設備；高速設備和低速設備；字符設備和塊設備；系統(tǒng)（標準）設備和用戶設備；獨占設備、共享設備和虛擬設備等。2．分配設備需要參考的4個重要表格：系統(tǒng)設備表（SDT）、設備