02326自考操作系統(tǒng)2021年考前知識點總結(jié)

操作系統(tǒng)概論?計算機系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成的操作系統(tǒng)的任務(wù)：組織和管理計算機系統(tǒng)中的硬件和軟件資源、有效、合理、方便操作系統(tǒng)為用戶提供兩類使用接口：分別是編程接口、用戶接口。操作系統(tǒng)的特征：并發(fā)性、共享性、隨機性研究操作系統(tǒng)的觀點：軟件觀點：外在特性--接口、內(nèi)在特性--與硬件交互資源管理的觀點進程的觀點：把操作系統(tǒng)看作由多個可以同時獨立運行的程序和一個對這些程序進行協(xié)調(diào)的核心所組成。虛機器觀點：操作系統(tǒng)把原來的計算機（裸機）擴充成功能強大、使用方便的計算機系統(tǒng)，這種計算機系統(tǒng)被稱為虛擬計算機。服務(wù)提供者觀點：提供了比裸機功能更強、服務(wù)質(zhì)量更好、更方便靈活的虛擬機操作系統(tǒng)的功能：進程管理、存儲管理、文件管理、作業(yè)管理、設(shè)備管理windows操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)采用了分層的模塊結(jié)構(gòu)，主要層次有：硬件抽象層HAL、內(nèi)核、執(zhí)行體、大量子系統(tǒng)集合unix操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，從內(nèi)向外各層分別是硬件層、操作系統(tǒng)內(nèi)核層、系統(tǒng)調(diào)用層、應(yīng)用層Linux操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)：Linux內(nèi)核、LinuxShell、Linux文件系統(tǒng)、Linux應(yīng)用程序Android操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，從高到低：應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用框架層、系統(tǒng)運行庫層、Linux內(nèi)核層批處理操作系統(tǒng)：基本工作方式：用戶將作業(yè)交給系統(tǒng)操作員，操作員收到一定數(shù)量的用戶作業(yè)后組成一批作業(yè)，再輸入到計算機中，這批作業(yè)在系統(tǒng)中形成一個連續(xù)的、自動轉(zhuǎn)接的作業(yè)流。操作員然后啟動操作系統(tǒng)，系統(tǒng)自動、依次執(zhí)行每個作業(yè)，最后由操作員將執(zhí)行完畢的作業(yè)結(jié)果交給用戶。特點：成批處理，用戶自己不能干預自己作業(yè)的運行。發(fā)現(xiàn)作業(yè)無法及時改正。優(yōu)點：作業(yè)流程自動化較高、資源利用率較高、作業(yè)吞吐量大，從而提高了整個系統(tǒng)效率。缺點：用戶不能直接與計算機交互，不適合調(diào)試程序。分時系統(tǒng)：用戶通過中斷交互式向系統(tǒng)提出命令，系統(tǒng)采用時間片輪轉(zhuǎn)方式處理服務(wù)請求。特點：多路性、交互性、獨占性、及時性實時操作系統(tǒng)：需具備實時時鐘管理、過載防護、高可靠性嵌入式操作系統(tǒng)：微型化、實時性操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究的目標：系統(tǒng)模塊化、模塊標準化、通信規(guī)范化常見的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有：整體式結(jié)構(gòu)、層次式結(jié)構(gòu)、微內(nèi)核（客戶/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)運行環(huán)境??處理器一般由運算器、控制器、一系列的寄存器、高速緩存構(gòu)成。處理器內(nèi)通常有兩類寄存器：用戶可見寄存器：數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器、條件嗎寄存器控制和狀態(tài)寄存器：程序計數(shù)器PC、指令寄存器IR、程序狀態(tài)字PSW指令分為：訪問存儲器指令、算數(shù)邏輯指令、I/O指令、控制轉(zhuǎn)移指令、處理器控制指令特權(quán)指令：只能由操作系統(tǒng)使用的指令，用戶不允許使用。非特權(quán)指令：用戶使用處理器的工作狀態(tài)分為：管態(tài)（內(nèi)核態(tài)/系統(tǒng)態(tài)/特權(quán)態(tài)）、目態(tài)（用戶態(tài)/普通態(tài)）當處理器處于管態(tài)時，可執(zhí)行全部命令，可使用所有資源，并具有改變處理器狀態(tài)的能力當處理器處于目態(tài)時，就只有非特權(quán)指令才能執(zhí)行。目態(tài)到管態(tài)的轉(zhuǎn)換唯一途徑是通過中斷。管態(tài)到目態(tài)的轉(zhuǎn)換可通過設(shè)置PSW指令（修改程序狀態(tài)字）程序狀態(tài)字PSW：指示處理器狀態(tài)包括以下狀態(tài)代碼：CPU的工作狀態(tài)代碼、條件碼、中斷屏蔽碼存儲器的類型：讀寫型存儲器RAM（存儲隨機存取的程序的數(shù)據(jù)）、只讀存儲器ROM存儲的最小單位“二進制”，存儲器的最小編址單位是字節(jié)，內(nèi)存空間的最小分配單位是塊存儲分區(qū)的保護方法：界地址寄存器、保護鍵例（1710）當每個程序在主存中占一個連續(xù)的存儲空間時，系統(tǒng)使用那兩個寄存器來實現(xiàn)存儲保護？當處理器在目態(tài)下執(zhí)行程序時，對每一個訪問主存空間的地址都要進行核查，請寫出訪問地址與著兩個寄存器值之間的關(guān)系。答：基址寄存器、限長寄存器?；芳拇嫫鞯闹?lt;=訪問地址<=限長寄存器的值中斷是由外部事件引發(fā)的，而異常是由正在執(zhí)行的指令引發(fā)的。典型的中斷：時鐘中斷、輸入輸出（I/O）中斷、控制臺中斷、硬件故障中斷典型的異常：程序性中斷、訪管指令異常例（1904）中斷和異常的區(qū)別是什么？請指出“時間片到時”、“算術(shù)溢出”、“掉電”和“虛擬存儲中的缺頁”分別屬于中斷和異常的哪一種？答：中斷是由外部事件引發(fā)的，異常是由正在執(zhí)行的指令引起的。中斷：時間片到時、掉電。異常：算術(shù)溢出、虛擬存儲中的缺頁例（1910）中斷系統(tǒng)由哪兩部分組成？請介紹計算機系統(tǒng)中典型的中斷有哪些？答：硬件中斷裝置和軟件中斷處理程序。I/O中斷、時鐘中斷、硬件故障中斷、程序性中斷、系統(tǒng)服務(wù)請求（自愿中斷）典型的中斷處理：I/O中斷、時鐘中斷、硬件故障中斷、程序性中斷、系統(tǒng)服務(wù)請求（自愿中斷）I/O中斷：一般由I/O設(shè)備的控制器或通道發(fā)出，可分為：I/O操作正常結(jié)束、I/O異常。時鐘中斷：維護時鐘軟件、處理器調(diào)度、控制系統(tǒng)定時任務(wù)、實時處理自愿性中斷：用戶通過訪管指令調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用例（1804）什么是程序性中斷？程序性中斷都必須由操作系統(tǒng)來完成嗎？舉例說明。答：程序性中斷是指程序指令出錯，指令越權(quán)或指令尋址越界而引發(fā)的系統(tǒng)保護。不一定，也可以由自己完成，如系統(tǒng)調(diào)試中斷和算術(shù)錯誤等。例（1810）什么是中斷？如果同一中斷級中的多個設(shè)備接口中同時都有中斷請求時，如何處理？答：中斷是指處理器對系統(tǒng)中或系統(tǒng)外發(fā)生的異步事件的響應(yīng)，如果同一中斷級中的多個設(shè)備接口中同時都有中斷請求時，可以采用固定優(yōu)先數(shù)或輪轉(zhuǎn)法應(yīng)系統(tǒng)調(diào)用的目的：請求系統(tǒng)服務(wù)進程與線程???程序的順序執(zhí)行：一各具有獨立功能的程序獨占處理器直到得到最終結(jié)果。特點：順序性、封閉性、程序執(zhí)行結(jié)果的確定性、程序執(zhí)行結(jié)果的可再現(xiàn)性程序的并發(fā)執(zhí)行：兩個或以上程序同時處于已開始且尚未結(jié)束的狀態(tài)。特點：在執(zhí)行期間并發(fā)程序相互制約、程序與計算不再一一對應(yīng)、執(zhí)行結(jié)果不可再現(xiàn)、程序的并行執(zhí)行（宏觀上同時）和程序的并發(fā)執(zhí)行（微觀上同時）多道程序設(shè)計：特點：獨立性、隨機性、資源共享性缺陷：可能延長程序的執(zhí)行時間、系統(tǒng)效率的提高有一定限度進程：具有一定獨立功能的程序在某個數(shù)據(jù)集合上的一次運行活動，是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位。進程由程序、數(shù)據(jù)、進程控制塊3部分組成程序是動態(tài)的，進程是動態(tài)的，二者是多對多的關(guān)系。進程的特性：并發(fā)性、動態(tài)性、獨立性、交往性、異步性、結(jié)構(gòu)性三狀態(tài)模型：運行狀態(tài)、就緒狀態(tài)、等待狀態(tài)五狀態(tài)模型：運行狀態(tài)、就緒狀態(tài)、阻塞狀態(tài)、創(chuàng)建狀態(tài)、結(jié)束狀態(tài)七狀態(tài)模型：例（1804）在七狀態(tài)進程模型中，什么是阻塞狀態(tài)？什么是阻塞掛起狀態(tài)？兩個狀態(tài)之間有何轉(zhuǎn)換？答：進程阻塞：進程在內(nèi)存并等待某事件出現(xiàn)。阻塞掛起：進程在外存并等待某事件出現(xiàn)。當沒有進程處于就緒狀態(tài)或就緒進程要求更多內(nèi)存資源時，會把進程從阻塞狀態(tài)轉(zhuǎn)為阻塞掛起。進程控制塊PCB是描述進程狀態(tài)和特性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，PCB是進程存在的唯一標識，一個進程只能有唯一的進程控制塊。操作系統(tǒng)中每創(chuàng)建一個進程就要為該進程建立一個進程控制塊，一個剛被創(chuàng)建的進程，它的初始狀態(tài)為就緒態(tài)PCB的內(nèi)容：調(diào)度信息（描述進程當前狀況）、現(xiàn)場信息（刻畫進程的運行情況）PCB組織方式：線性方式、索引方式、鏈接方式進程控制：對進程在整個生命周期中各種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換進行有效的控制。通過原語實現(xiàn)。原語：原語是操作系統(tǒng)核心的一個組成部分，由若干條指令組成，用來實現(xiàn)某個特定的操作功能，執(zhí)行時具有不可間斷性。進程控制原語：創(chuàng)建原語、撤銷原語、阻塞原語、喚醒原語阻塞原語過程：首先中斷處理器的執(zhí)行，把處理器的當前狀態(tài)保存在PCB的現(xiàn)場信息中，然后把進程的當前狀態(tài)置為等待狀態(tài)，并把它插入到該事件的等待隊列中。喚醒原語過程：在等待隊列中找到該進程，將進程的當前狀態(tài)置為就緒狀態(tài)，然后將它從等待隊列中撤出并插入到就緒隊列中排隊，等待調(diào)度執(zhí)行。例（1810）進程控制通過進程控制原語開實現(xiàn)，請分別描述創(chuàng)建原語和撤銷原語的操作過程。答：（1）創(chuàng)建原語：先申請一個空閑PCB區(qū)域，將有關(guān)信息填入PCB，置該進程為就續(xù)狀態(tài)，最后把它插入就緒隊列中。撤銷原語：找到要被撤銷進程的PCB，將它匆匆所在隊列中消去，撤銷屬于該進程的一切“子孫進程”，釋放被撤銷進程所占用的全部資源，并消去被撤銷進程的PCB線程：在引入線程的操作系統(tǒng)中，線程是進程中的一個實體，是調(diào)度和分派的基本單位，進程是資源擁有的基本單位。線程自己基本上不擁有系統(tǒng)資源，只擁有少量在運行中必不可少的資源，但它可與同屬一個進程的其他線程共享進程所擁有的全部資源。一個線程可以創(chuàng)建和撤銷另一個線程，同一個進程中的多個線程之間可以并發(fā)執(zhí)行。線程的屬性：每個線程有一個唯一的標識符和一張線程描述表不同的線程可以執(zhí)行相同的程序同一進程中各個線程共享該進程的內(nèi)存地址空間線程是處理器的獨立調(diào)度單位，多個線程可以并發(fā)執(zhí)行一個線程被創(chuàng)建后便開始它的生命周期，在生命周期內(nèi)會經(jīng)歷等待狀態(tài)、就緒態(tài)、運行態(tài)等各種狀態(tài)變化。引入線程的好處：創(chuàng)建/結(jié)束一個新線程花費時間少、線程之間的切換花費時間少在線程的兩種實現(xiàn)方式中：用戶級線程只存在于用戶態(tài)中，與內(nèi)核無關(guān)。內(nèi)核級線程所有線程的創(chuàng)建、撤銷、切換都由內(nèi)核實現(xiàn)。例（1710）請分別從資源分配、創(chuàng)建速度、通信、并行執(zhí)行效率的角度簡述多線程技術(shù)優(yōu)勢答：（1）創(chuàng)建線程無需另外分配資源，而創(chuàng)建進程需分配資源（2）因為創(chuàng)建線程無需分配資源，因此速度比創(chuàng)建進程快（3）線程間通信在同一地址空間中進行，不需額外的通信機制，所以通信簡單，信息傳遞速度更快。（4）線程能獨立執(zhí)行，充分利用，發(fā)揮處理器與外圍設(shè)備并行工作的能力。進程調(diào)度：從就緒進程中選取一個進程，讓它占用處理器例（1910）什么是進程調(diào)度？在設(shè)計調(diào)度算法時通常使用吞吐量、周轉(zhuǎn)時間和處理器利用率作為衡量指標，請解釋吞吐量和周轉(zhuǎn)時間的含義。答：進程調(diào)度：即處理器調(diào)度，是指根據(jù)一定的調(diào)度算法，系統(tǒng)從就緒隊列中選擇一個進程，把處理器分配給它。吞吐量：系統(tǒng)每小時完成的進程數(shù)量。周轉(zhuǎn)時間：指從一個批處理進程提交時刻開始直到該進程完成時刻為止的統(tǒng)計平均時間處理器的調(diào)度方式分為搶占式、非搶占式調(diào)度算法的設(shè)計目標：資源利用率高、公平、平衡、強制執(zhí)行策略進程調(diào)度算法：先來先服務(wù)算法FCFS：進程按照它們請求處理器的順序使用處理器。公平、簡單最短進程優(yōu)先算法SJF最短剩余時間優(yōu)先算法SRTN最高相應(yīng)比優(yōu)先算法HRRF：響應(yīng)比Rp=（等待時間+預計運行時間）/預計運行時間=周轉(zhuǎn)時間/預計運行時間輪轉(zhuǎn)算法RR最高優(yōu)先級算法HPF多級反饋隊列算法：綜合先進先出、時間片輪轉(zhuǎn)、可搶占式最高優(yōu)先級算法例（1904）什么是輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法？請分析時間片長短對算法性能的影響。答：（1）輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法是指將處理器的處理時間劃分成一個個時間片，就緒隊列中的諸進程輪流運行一個時間片。當時間片結(jié)束時，就強迫運行進程讓出處理器，該進程進入就緒隊列，等待下一次調(diào)度。（2）時間片太短，進程切換頻繁，加重系統(tǒng)開銷。時間片太長，引起對短的交互請求的響應(yīng)時間變長。系統(tǒng)內(nèi)核：中斷處理程序、進程同步與互斥、進程調(diào)度、控制與通信、存儲管理、時鐘管理對內(nèi)核的各種功能調(diào)用通過執(zhí)行原語操作實現(xiàn)。進程的同步與互斥????在邏輯上具有某種聯(lián)系的進程稱為相關(guān)進程，在邏輯上沒有任何聯(lián)系的進程稱為無關(guān)進程對于相關(guān)進程來說，可能有若干并發(fā)進程同時使用共享資源，形成交替使用共享資源，結(jié)果就會形成與時間相關(guān)的錯誤。進程的同步：進程之間一種直接的協(xié)同工作關(guān)系，一些進程相互合作，共同完成一項任務(wù)。進程的互斥：各進程間互斥的使用資源，是進程間的一種間接制約關(guān)系。臨界資源：一次只允許一個進程使用的資源。臨界區(qū)：在進程中訪問臨界資源的程序。如果有若干進程共享某一臨界資源，則該臨界區(qū)稱為相關(guān)臨界區(qū)。相關(guān)臨界區(qū)的調(diào)度使用原則：有空讓進、無空等待、多中擇一、有限等待、讓權(quán)等待信號量：一個用于標識資源數(shù)目的整型量S。信號量是個被保護的量，只有P、V操作和信號量初始化操作才能訪問和改變它的值。PV操作是供進程調(diào)用，執(zhí)行時不可中斷的過程，操作系統(tǒng)通常稱這種過程為原語P、V操作：P(S){S=S-1;若S<0，將該進程狀態(tài)置為等待狀態(tài)，然后將該進程的PCB插入響應(yīng)的S信號量等待隊列末尾，直到有其他進程在S上執(zhí)行V操作為止；}V(S){S=S+1;若S<=0，釋放在S信號量隊列中等待的一個進程，將其狀態(tài)改變?yōu)榫途w態(tài)，并將其插入就緒隊列；然后，執(zhí)行本操作的進程繼續(xù)執(zhí)行；}信號量S表示某類可用的臨界資源。當S>0時，S值的大小表示某類可用資源的數(shù)量。當S<0時，S的絕對值表示排在S信號量的等待隊列中進程的數(shù)目。每執(zhí)行一次P操作，意味著請求的進程分配到一個資源每執(zhí)行一次V操作，意味著進程釋放了一個資源。V操作在使用時必須成對出現(xiàn)；互斥操作時，它們同處于同一進程；同步操作時；不在同一進程；既有同步又有互斥時，同步P操作在互斥P操作前，V操作順序無關(guān)緊要。例有m個進程共享一臨界資源，若使用信號量機制來實現(xiàn)臨界資源的互斥訪問，則該信號量的最小取值是1-m例用PV操作正確管理進程互斥使用某共享資源情況下，假定現(xiàn)在有n-1個進程（n>=3）在等待使用資源，那么調(diào)用過p操作的進程數(shù)至少是n一個管程由管程名稱、共享數(shù)據(jù)說明、對數(shù)據(jù)進行操作的一組過程和對共享數(shù)據(jù)賦初值的語句四個部分組成。管程能保障共享資源的互斥執(zhí)行，即一次只能由一個進程可以在管程內(nèi)活動。管程定義了一個共享變量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及在該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上所執(zhí)行的一組操作。管程的三個特性：模塊化、抽象數(shù)據(jù)類型、信息隱蔽管程中的共享變量在管程外部是不可見的，外部只能通過調(diào)用管程中所說明的外部過程（函數(shù)）來間接的對其進行訪問。進程通信是一種高級通信方式，可以實現(xiàn)進程間交換大量信息目前常用的通信方式有共享內(nèi)存、消息機制、管道通信。這三種方式可以稱為高級通信原語，它們不僅要保證相互制約的進程間的正確關(guān)系，還要同時實現(xiàn)進程之間的信息交換。消息機制：消息緩沖通信、信箱通信、管道通信死鎖????死鎖：是指一組進程中的每一個進程均無限期的等待被該組進程中的另一個進程所占有且永遠不會釋放的資源的現(xiàn)象。死鎖產(chǎn)生的兩個原因：（1）競爭資源，系統(tǒng)資源分配不當，進程內(nèi)對資源的相互爭奪而造成僵局。（2）多道程序運行時，進程推進順序不合理。死鎖產(chǎn)生的四個必要條件：互斥條件、不可剝奪條件、請求和保持條件、循環(huán)等待條件只要發(fā)生死鎖，則產(chǎn)生死鎖的四個必要條件一定成立。解決死鎖的方法：預防死鎖、避免死鎖、檢測與解除死鎖、忽略死鎖預防死鎖：破壞產(chǎn)生死鎖的四個必要條件之一。資源的靜態(tài)分配策略：若一個進程已占用了某些資源，在申請新的資源時，不能立即得到滿足，在變?yōu)榈却隣顟B(tài)之前，該進程必須釋放已有的資源。若一個進程申請某些資源，首先檢查這些資源是否可用，如果可用，就分配給該進程。否則檢查這些資源是否分配給某個等待進程，若是，則系統(tǒng)剝奪所需資源，分配給這個進程。此方法破壞了不可剝奪條件。每個進程在執(zhí)行前就申請它所需的全部資源，僅當系統(tǒng)能滿足要求且一次性分配資源后，該進程才能執(zhí)行。此方法破壞了請求和保持條件。資源的有序分配法：對系統(tǒng)中所有資源順序編號，規(guī)定任何一個進程申請兩個以上資源時，按資源編號順序申請，只有得到編號小的資源之后，才能申請編號大的資源。破壞了循環(huán)等待條件。避免死鎖：系統(tǒng)對進程發(fā)出的每一個系統(tǒng)能夠滿足的資源申請進行動態(tài)檢查，并根據(jù)檢查結(jié)果決定是否分配資源；如果分配后系統(tǒng)可能發(fā)生死鎖，則不予分配，否則予以分配操作系統(tǒng)能保證所有的進程在有限時間內(nèi)得到需要的全部資源，則稱系統(tǒng)處于安全狀態(tài)如果不存在任何一個安全序列，則系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)。不安全狀態(tài)不一定導致死鎖但死鎖狀態(tài)一定是不安全狀態(tài)。銀行家算法：確保系統(tǒng)處于安全狀態(tài)時才把資源分配給申請的進程，避免發(fā)生死鎖。例（1904）簡述死鎖預防與死鎖避免這兩種死鎖解決方法的含義答：死鎖預防是系統(tǒng)預先確定資源分配策略，這些策略至少能破壞死鎖四個必要條件中的一個，進程按規(guī)定申請資源，系統(tǒng)按預先規(guī)定的策略進行分配，從而防止死鎖的發(fā)生。死鎖避免是當進程提出資源申請時，系統(tǒng)先測試資源分配后系統(tǒng)的安全狀態(tài)，僅當能確保系統(tǒng)安全時才把資源分配給進程，使系統(tǒng)一直處于安全狀態(tài)之中，從而避免死鎖。檢測與解除死鎖：死鎖檢測的實質(zhì)是通過檢測是否存在循環(huán)等待條件以此來確定死鎖的存在與否，并識別出與死鎖有關(guān)的進程和資源。死鎖檢測的時機：（1）一次資源分配后、（2）每次調(diào)度后、（3）定時器定時運行檢測、（4）當系統(tǒng)中某個進程長期位于阻塞狀態(tài)或阻塞進程過多時。死鎖的解除：剝奪資源、撤銷進程資源分配圖：判定死鎖的法則，又稱為死鎖定理。有向圖SRAG=<V,E>（?表示進程，方框表示每類資源，框中的圓點表示資源實例，申請邊是從進程到資源的有向邊，分配便是從資源到進程的有向邊）如果資源分配途中沒有環(huán)路，則系統(tǒng)沒有死鎖。如果資源分配圖中出現(xiàn)了環(huán)路，則系統(tǒng)中可能存在死鎖如果處于環(huán)路中的每個資源類中均中只包含一個資源實例，則環(huán)路的存在即意味著死鎖的存在，此時，環(huán)路是死鎖的充分必要條件。如果處于環(huán)路中的每個資源類中資源實例的個數(shù)不全為一，則環(huán)路是死鎖的必要條件資源分配圖化簡：在資源分配圖中，找出一個既非等待又非孤立的進程結(jié)點P，運行后釋放它所占的全部資源，使之稱為孤立結(jié)點。將P所釋放的資源分配給申請它們的進程重復（1）（2），直到找不到符合條件的進程結(jié)點。經(jīng)過化簡后，若能消去資源分配圖中的所有邊，則該圖是可完全化簡的。系統(tǒng)的資源分配圖是不可完全簡化的，是死鎖的充分條件。例（1710）防止死鎖發(fā)生時可采用什么策略來使循環(huán)等待資源的條件不成立？這個策略如何應(yīng)用到5個哲學家就餐問題中？答：對資源采用按序分配的策略，修改第5個哲學家的程序，即規(guī)定每個哲學家想吃面條時，總是從自己左右兩旁的筷子中先取編號小的筷子，再取編號大的筷子，對于第5個哲學家，她必須先拿右邊的筷子，再拿左邊的。例（1910）某系統(tǒng)中有10臺打印機，有3個進程P1、P2、P3分別需要8臺，7臺和4臺。若P1,P2，P3已申請到4臺、2臺、2臺。試問：（1）系統(tǒng)目前還有幾臺可申請的打印機？各進程還需要幾個打印機？（2）目前系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)？為什么？答：（1）目前系統(tǒng)還有2臺可申請的打印機。進程P1,P2,P3分別需要4臺、5臺、2臺。（2）系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。根據(jù)目前的各進程資源分配情況，可以先分配2臺打印機給進程P3達到它最大需要，然后P3釋放其原來占有的打印機，系統(tǒng)就會有4臺打印機，然后分配給進程P1達到它最大需求，這時系統(tǒng)有8臺打印機，可滿足進程P2最大需要，所以系統(tǒng)目前處于安全狀態(tài)。第六章存儲管理存儲管理的主要任務(wù)：內(nèi)存的分配與回收、內(nèi)存擴充、存儲共享、存儲保護絕對地址對應(yīng)的存儲空間稱為物理地址空間，邏輯地址對應(yīng)的存儲空間稱為邏輯地址空間把邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址的過程稱為地址重定位/地址轉(zhuǎn)換/地址映射重定位的方式：動態(tài)重定位、靜態(tài)重定位動態(tài)重定位：在程序裝入時不進行地址轉(zhuǎn)換，而是直接將程序裝入到分配的內(nèi)存區(qū)域中，程序運行過程中，再將指令中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為絕對地址地址動態(tài)重定位方式適用于可變分區(qū)存儲管理、頁式存儲管理、頁式虛擬存儲管理靜態(tài)重定位：地址轉(zhuǎn)換工作是在程序開始執(zhí)行前集中完成的固定分區(qū)：把內(nèi)存劃分成若干個大小固定的分區(qū)，每個分區(qū)只裝入一道作業(yè)可變分區(qū)：系統(tǒng)不預先劃分固定分區(qū)，而是在程序裝入時劃分內(nèi)存分區(qū)，使為程序分配的分區(qū)的大小正好等于該程序的需求量，且分區(qū)的個數(shù)可變?？勺兎謪^(qū)有較大的靈活性，較之固定分區(qū)能獲得較好的內(nèi)存利用率。緊縮技術(shù)：通過移動內(nèi)存中的程序，把所有空閑碎片合并成一個連續(xù)的大空閑區(qū)且放在內(nèi)存的一端，把所有程序占用區(qū)放在內(nèi)存的另一端。查找和分配空閑的分配算法：最先適應(yīng)算法、最優(yōu)適應(yīng)算法、最壞適應(yīng)算法分區(qū)回收：若有相鄰空閑區(qū)，則合并為一個。例在可變分區(qū)存儲管理中，某一作業(yè)完成后，系統(tǒng)收回其主存空間，并與相鄰空閑區(qū)合并，為此需修改空閑區(qū)表，造成空閑區(qū)數(shù)-2的情況是，有上鄰空閑區(qū)，也有下鄰空閑區(qū)分區(qū)的保護：保護鍵方法、設(shè)置界限寄存器覆蓋技術(shù)：把程序劃分為若干個功能上相對獨立的程序段，按照其自身的邏輯結(jié)構(gòu)使哪些不會同時執(zhí)行的程序段共享同一塊內(nèi)存區(qū)域。交換技術(shù)：將系統(tǒng)中不再運行中的進程或其一部分從內(nèi)存中調(diào)出，讓出內(nèi)存空間以調(diào)入其他需要內(nèi)存空間的進程采用覆蓋技術(shù)與交換技術(shù)的目的是節(jié)省內(nèi)存空間以擴充內(nèi)存。虛擬存儲技術(shù)：利用大容量的外存來擴充內(nèi)存，產(chǎn)生一個比有限的實際內(nèi)存空間大得多的、邏輯的虛擬內(nèi)存空間，簡稱虛存。采用頁式存儲管理的目的是提高內(nèi)存的利用率，采用虛擬存儲技術(shù)的目的擴充內(nèi)存容量實現(xiàn)虛擬存儲器需要以下的硬件支持：系統(tǒng)有容量足夠大的外存。系統(tǒng)有一定容量的內(nèi)存。最主要的是，硬件提供實現(xiàn)虛-實地址映射的機制。虛擬技術(shù)同交換技術(shù)在原理上是類似的，其區(qū)別在于，交換技術(shù)是以進程為單位進行的，而虛擬存儲一般以頁為單位。例（1810）虛擬存儲器的工作原理是什么？答：當進程開始運行時，先將程序的一部分裝入內(nèi)存，另一部分暫時留在外存，當要執(zhí)行的指令不在內(nèi)存時，系統(tǒng)自動完成將它們從外存調(diào)入內(nèi)存的工作，當沒有足夠的內(nèi)存空間時，系統(tǒng)自動選擇部分內(nèi)存空間，將其原有的內(nèi)容交換到磁盤，并釋放這些內(nèi)存空間，供該進程或其它進程使用。頁式存儲器提供編程使用的虛擬地址由兩部分組成：虛擬頁號、頁內(nèi)地址例（1804）簡述虛擬頁式存儲的優(yōu)缺點。答：優(yōu)點：由于其不要求進程的程序段和數(shù)據(jù)在內(nèi)存中連續(xù)存放，從而有效解決碎片問題。既提高內(nèi)存利用率，又有利于組織多道程序執(zhí)行。缺點：存在頁面空間的浪費問題。位示圖：用于磁盤空間管理物理頁面號（塊號）=字號*字長+位號字號=塊號/字長，位號=塊號mod字長例使用8個字（字長32位）組成的位示圖來管理頁式主存空間的分配與回收，0表示空閑，1表示占用。假定將位示圖中字號為4，位號為5的空閑塊分配儲區(qū)，則該塊的塊號是133頁表：程序虛擬地址中的頁號到物理頁面號之間的對應(yīng)關(guān)系。物理地址（頁幀/頁框號）=物理頁面號*塊長+頁內(nèi)地址轉(zhuǎn)換檢測緩沖區(qū)（TLB/快表）TLB只存儲當前進程中最活躍的少數(shù)活動頁面的頁號，隨著進程的推進，TLB的內(nèi)容動態(tài)更新如果剛被調(diào)出的頁面又立即要用，因而把它裝入，裝入不久又被選中調(diào)出，調(diào)出不久又被裝入，如此反復，使調(diào)度非常頻繁，這種現(xiàn)象稱為“抖動”或“顛簸”頁面置換算法：理想頁面置換算法OPT、先進先出頁面置換算法FIFO、最近最少使用頁面置換算法LRU缺頁率：缺頁數(shù)/訪問頁面總次數(shù)影響缺頁率的因素：分配給程序的物理頁面數(shù)、頁面的大小、程序編制方法、頁面調(diào)度算法第七章文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)的主要目的：是為用戶提供按名存取的功能文件：一組帶標識的、在邏輯上有完整意義的信息項的序列。文件系統(tǒng)：操作系統(tǒng)中統(tǒng)一管理信息資源的軟件。外存儲設(shè)備：磁帶：存儲容量大，讀取速度慢，只能進行順序存取。例（1804）假定某系統(tǒng)中，磁帶的記錄密度為每英寸800個字符，每個邏輯記錄長為160個字符，塊與塊之間的間隙為0.5英寸?，F(xiàn)有600個邏輯繼續(xù)需要存儲到磁帶上，請問：（1）如果不采用成組操作，磁帶空間的利用率是多少？（2）在采用6個邏輯記錄為一組的成組操作時，磁帶空間的利用率是多少？答：（1）每個邏輯記錄需占用160/800=0.2英寸，利用率：0.2/（0.2+0.5）=28.57%（2）（6*160）/800=1.2英寸，利用率：1.2/（1.2+0.5）=70.59%磁盤：存儲容量大，成本低，隨機存取光盤：非磁記錄介質(zhì)，容量大，速度快，價格便宜，一般不可寫閃存：電可擦除，可隨機存取，可靠性高文件的存取方式：由文件的性質(zhì)和用戶使用文件的情況而確定。常用的文件存取方式：順序存取和隨機存取兩種。文件的分類：按文件的用途分類：系統(tǒng)文件、用戶文件、庫函數(shù)文件按文件的組織形式分類：普通文件、目錄文件、特殊文件按保護方式分類：只讀文件、讀寫文件、可執(zhí)行文件、無保護文件按信息的流向分類：輸入文件、輸出文件、輸入輸出文件按案件的存放時限：臨時文件、永久文件、檔案文件按文件的組織結(jié)構(gòu)分類：順序文件、鏈接文件、索引文件UNIX系統(tǒng)中文件分類：普通文件、目錄文件、特殊文件（UNIX把I/O設(shè)備看成是特殊文件）文件的邏輯結(jié)構(gòu)：用戶看到的文件的組織結(jié)構(gòu)。按邏輯結(jié)構(gòu)把文件劃分成三類：無結(jié)構(gòu)的字符流式文件、定長記錄文件、不定長記錄文件文件的物理結(jié)構(gòu)：文件在實際的存儲空間存儲時的結(jié)構(gòu)。常用的文件物理結(jié)構(gòu)有：順序結(jié)構(gòu)、鏈接結(jié)構(gòu)、索引結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu)：把邏輯上連續(xù)的文件信息依次存放在連續(xù)編號的物理塊中，支持順序存取和隨機存取。優(yōu)點對于順序存取存取速度快，缺點文件不能動態(tài)增長。鏈接結(jié)構(gòu)：將邏輯上連續(xù)的文件分散存儲在若干不連續(xù)的物理塊中。在每個物理塊中都設(shè)有一個指針，指向其后續(xù)需的物理塊。優(yōu)點解決碎片問題，有利于文件動態(tài)擴充，提高了磁盤空間利用率。缺點存取速度慢，不適于隨機存取文件，可靠性差。索引結(jié)構(gòu)：把每個物理盤塊的指針字集中存儲在稱為索引表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的內(nèi)存索引表中。優(yōu)點適用順序存取和隨機存取，滿足文件動態(tài)增長，滿足文件插入、刪除的要求。缺點會引起較多的尋道次數(shù)和尋道時間，索引表本身增加了存儲空間的開銷。每個索引文件都有一個索引表，索引表的條目包含文件的邏輯塊號及所對應(yīng)的物理塊號文件控制塊FCB：為了實現(xiàn)按名存取，操作系統(tǒng)給每個文件都設(shè)置了一個描述性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即文件控制塊，它是文件存在的標志。把所有文件的描述性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織起來，就構(gòu)成了文件目錄。一個FCB就是一個目錄項一級目錄結(jié)構(gòu)：簡單，容易實現(xiàn)。不能重名，搜索效率較低二級目錄結(jié)構(gòu)：第一級為主文件目錄，給出用戶名和用戶子目錄所在物理位置。第二級為用戶文件目錄，給出該用戶所有文件的FCB。解決文件重名問題、實現(xiàn)用戶間的文件共享多級目錄結(jié)構(gòu)/樹型目錄：搜索速度快、同一子目錄下文件名不能重復、有利于文件保護例（1704）簡述設(shè)置文件目錄的主要目的以及目錄項中包括的主要內(nèi)容答：目的：實現(xiàn)按名存取。包含：有關(guān)文件存取控制的信息；有關(guān)文件結(jié)構(gòu)的信息和有關(guān)文件管理的信息。磁盤空間的分配回收算法：位示圖、空閑塊表、空閑塊鏈表、空閑塊成組鏈接法系統(tǒng)打開文件表：專門用于保存已打開文件的文件控制塊，通常放在內(nèi)存。典型的文件操作：1.建立文件2.打開文件3.讀文件4.寫文件5.關(guān)閉文件6.刪除文件打開文件：是使用文件的第一步，把文件控制塊PCB送到內(nèi)存記錄的成組：把若干個邏輯記錄合成一組存儲一物理塊。每塊中的邏輯記錄個數(shù)稱為塊因子記錄的分解：從一組邏輯記錄中把一個邏輯記錄分離出來。記錄的成組和分解技術(shù)是磁盤高速緩存的一種應(yīng)用，具有提高存儲空間利用率和減少啟動設(shè)備次數(shù)的優(yōu)點。文件共享：一個文件可以允許多個用戶共同使用引起文件破壞丟失的可能原因：災(zāi)禍、硬件或軟件故障、人為出錯保護文件的方法：建立副本、定時轉(zhuǎn)儲常用的保護文件內(nèi)容方法：對用戶的存取權(quán)限實施控制。當用戶數(shù)目和文件數(shù)目不多時，可以用存取控制矩陣方式，但是當文件和用戶較多時，為了減少空間和時間開銷，則采用二級存取控制方式。文件保密的目的：防止不經(jīng)文件擁有者授權(quán)而竊取文件。常用文件保密措施：隱蔽文件目錄、設(shè)置口令、使用密碼、病毒防范第八章I/O設(shè)備管理I/O設(shè)備分類：按設(shè)備使用特性分類：輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、交互式設(shè)備、存儲設(shè)備按設(shè)備信息組織方式分類：字符設(shè)備、塊設(shè)備按設(shè)備可共享性分類：獨占設(shè)備、共享設(shè)備、虛擬設(shè)備虛擬設(shè)備：在一類設(shè)備上模擬另一設(shè)備，被模擬的設(shè)備為虛擬設(shè)備。目的：提高設(shè)備利用率。I/O硬件組成：物理設(shè)備、電子部件I/O軟件組成：中斷處理程序、設(shè)備驅(qū)動程序、設(shè)備獨立的操作系統(tǒng)軟件、用戶級軟件設(shè)備獨立性：設(shè)計I/O軟件的一個最關(guān)鍵的目標例（1910）什么是設(shè)備獨立性？實現(xiàn)設(shè)備獨立性的好處是什么？答：設(shè)備獨立性就是應(yīng)用程序獨立于具體使用的物理設(shè)備。好處：提高設(shè)備管理軟件的設(shè)計效率，當I/O設(shè)備更新時，不需要重新編寫全部軟件。I/O設(shè)備控制方式：程序控制方式、中斷控制方式、DMA控制方式、通道控制方式。程序控制方式PIO：由用戶進程直接控制處理器與外圍設(shè)備之間信息傳送的方式，也稱為忙-等方式、輪詢方式、循環(huán)測試方式。這種方式的控制著是用戶進程。優(yōu)點：處理器和外設(shè)的操作能通過狀態(tài)信息得到同步，硬件結(jié)構(gòu)簡單。缺點：處理器效率低，無實時響應(yīng)能力中斷控制方式：發(fā)生異常事件時調(diào)用相應(yīng)處理程序進行服務(wù)的過程。優(yōu)點：提高計算機效率、可靠性，具有實時響應(yīng)能力。DMA（直接訪問內(nèi)存）控制方式：完全由硬件執(zhí)行I/O數(shù)據(jù)交換，直接在內(nèi)存和I/O設(shè)備之間進行。優(yōu)點：傳輸速度快，減少處理器開銷，效率高。通道控制方式：目的：進一步減少數(shù)據(jù)輸入輸出對整個系統(tǒng)運行效率的影響。一個系統(tǒng)中可設(shè)立三種類型的通道：選擇通道、數(shù)組多路通道、字節(jié)多路通道。例（1704）解釋通道命令、通道程序、通道地址字和通道狀態(tài)字。答：通道命令：規(guī)定的設(shè)備一種操作的命令。通道程序：若干條通道命令組成的程序，由通道執(zhí)行，完成一次I/O操作。通道地址字：用來存放通道程序首地址的主存固定單元。通道狀態(tài)字：用來記錄通道程序執(zhí)行結(jié)果的主存固定單元。例（1904）請回答通道有哪三種類型？簡述三類通道的優(yōu)缺點。答：通道的三種類型是：選擇通道、數(shù)組多路通道、字節(jié)多路通道。選擇通道優(yōu)點是以數(shù)據(jù)塊為單位傳輸，傳輸效率高，缺點是通道利用率低。數(shù)組多路通道優(yōu)點是以數(shù)據(jù)塊為單位進行傳輸，傳輸率高，具有多路并行操作的能力，通道利用率高，缺點是控制復雜。字節(jié)多路通道優(yōu)點是具有多路并行操作能力，缺點是以字節(jié)為單位傳輸，傳輸效率低。設(shè)備分配算法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含四張表：系統(tǒng)設(shè)備表、設(shè)備控制表、控制器控制表、通道控制表設(shè)備的絕對號：系統(tǒng)為每一臺設(shè)備確定一個編號設(shè)備的相對號：由用戶在程序中定義的設(shè)備的編號指定設(shè)備的方式：1.絕對號2.設(shè)備類、相對號為了提高設(shè)備分配的靈活性，用戶用“設(shè)備類、相對號”來提出使用設(shè)備的要求；用戶程序中所指定的設(shè)備可與實際能占用的設(shè)備無關(guān)。磁盤調(diào)度：執(zhí)行依次輸入輸出所花的時間：尋找時間、延遲時間、傳送時間塊號b=扇區(qū)k+扇區(qū)數(shù)s*（磁頭j+柱面i*磁道數(shù)t）柱面號=第p塊/（扇區(qū)數(shù)*磁道數(shù)）磁頭號=（第p塊mod（扇區(qū)數(shù)*磁道數(shù)））/扇區(qū)數(shù)扇區(qū)號=（第p塊mod（扇區(qū)數(shù)*磁道數(shù)））mod扇區(qū)數(shù)移臂調(diào)度：根據(jù)訪問者指定的柱面位置來決定執(zhí)行次序的調(diào)度移臂調(diào)度的目的：盡可能減少操作中的尋找時間常用的移臂調(diào)度算法：先來先服務(wù)調(diào)度算法、最短尋找時間調(diào)度算法、電梯調(diào)度算法、單向掃描算法。旋轉(zhuǎn)調(diào)度：根據(jù)延遲時間來就決定執(zhí)行次序的調(diào)度。緩沖的引入：為了緩解I/O設(shè)備與CPU速度的不匹配問題緩沖技術(shù)分為：單緩沖、雙緩沖、多緩沖、緩沖池SPOOLing技術(shù)：同時的外部設(shè)備聯(lián)機操作，也稱為假脫機技術(shù)。SPOOLing系統(tǒng)包括：輸入程序模塊、輸出程序模塊、作業(yè)調(diào)度程序三部分。SPOOLing：把獨占設(shè)備改造成了共享設(shè)備，從而提高了設(shè)備的利用率和系統(tǒng)效率。綜合題：P、V操作：例（1804）在多個生產(chǎn)者-消費者問題中，設(shè)置信號量mutex，初值為1，用于實現(xiàn)臨界區(qū)（喚醒緩沖池）的互斥；信號量empty，初值為k，用于標識緩沖池中空緩沖區(qū)的數(shù)目；信號量full，初值為0，用于標識緩沖區(qū)中產(chǎn)品的數(shù)目。另設(shè)整形變量i和j，初值均為0，i表示空緩沖區(qū)的頭指針，j表示有產(chǎn)品緩沖區(qū)的頭指針。生產(chǎn)者進程P1,P2,....,Pa；i=0;While(true){生產(chǎn)一個產(chǎn)品；P(empty)；P(mutex);往Buffer[i]中放一個此產(chǎn)品；i=(i+1)modk;V(mutex);V(full);}消費者進程Q1,Q2,....,Qm；j=0;While(true){P(full);P(mutex);從Buffer[j]中取一個產(chǎn)品；j=(j+1)modk;V(mutex);V(empty);消費一個產(chǎn)品；}例（1704）若有一個文件F，供多進程讀?，F(xiàn)把進程分成A,B兩組，規(guī)定同組的進程可以同時讀文件F，但不同組的進程不能同時讀文件F?，F(xiàn)定義兩個計數(shù)器C1和C2分別記錄A組和B組中正在讀文件F的進程數(shù)。當用PV操作進行管理時設(shè)置三個信號量S1、S2、SAB才能保證正確并發(fā)執(zhí)行，程序結(jié)構(gòu)如下：BeginS1,S2,SAB:semaphore;C1,C2:integer;S1:=1;S2:=1;SAB:=1;C1:=0;C2:=0;CobeginProcessAi(i=1,2,...)//A組讀進程BeginP(S1);C1:=C1+1;IfC1=1thenP(SAB);V(S1);ReadfileF;P(S1);C1:=C1-1;IfC1=0thenV(SAB);V(S1);End;ProcessBj(j=1,2...)//B組讀進程BeginP(S2);C2:C2+1;IfC2=1thenP(SAB);V(S2);ReadfileF;P(S2);C2:=C2-1;IfC2=0thenV(SAB);V(S2);End;Coend;End;說明信號量S1,S2,SAB的作用。答：S1是對計數(shù)器C1的互斥信號量，S2是對C2互斥信號量，SAB是AB兩組的互斥信號量例（1904）桌上有一空盤，只允許存放一個水果，爸爸可向盤中放蘋果或橘子，兒子專吃盤中的橘子，女兒轉(zhuǎn)持盤中的蘋果。規(guī)定當盤空時一次只能放一個水果供吃者取用。程序如下Semaphores1=1;semaphores2=0;semaphores3=0;爸爸進程：While(true){P(s1);If(放入的是蘋果)V(s2);ElseV(s3);}女兒進程：While(true){P(s2);從盤中取蘋果；V(s1);}兒子進程：While(true){P(s3);從盤中取橘子；V(s1);}進程算法：例（1904）某單CPU系統(tǒng)有如下一批處于就緒狀態(tài)的進程給出在先來先服務(wù)FCFS算法和最短進程優(yōu)先SJF算法下各進程的各時間填表計算在各算法下的平均周轉(zhuǎn)時間。進程進入就緒隊列的先后順序運行時間FCFSSJF開始時間完成時間周轉(zhuǎn)時間開始時間完成時間周轉(zhuǎn)時間110010109191921101111011321113132444113141412255141919499FCFS:(10+11+13+14+19)/5=13.4SJF:(19+1+4+2+9)/5=7缺頁：例（1904）某程序在內(nèi)存分配三個頁面，初始為空，所需頁面的走向為0、1、2、3、0、1、4、0、1、2、3、4，請給出分別采用先進先出頁面置換算