操作系統(tǒng)精髓與設(shè)計原理第六版期末考試重點內(nèi)容

1、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)重點知識點P25第一章1.4什么是中斷？答：中斷：其他模塊（I/O，存儲器）中斷處理器正常處理過程的機(jī)制。1.5多中斷的處理方式是什么？ 處理多中斷有兩種方法。第一種方法是當(dāng)正在處理一個中斷時，禁止再發(fā)生中斷。第二種方法是定義中斷優(yōu)先級，允許高優(yōu)先級的中斷打斷低優(yōu)先級的中斷處理器的運行。1.8列出并簡要地定義I/O操作的三種技術(shù)?答：可編程I/O：當(dāng)處理器正在執(zhí)行程序并遇到與I/O相關(guān)的指令時，它給相應(yīng)的I/O模塊發(fā)布命令（用以執(zhí)行這個指令）；在進(jìn)一步的動作之前，處理器處于繁忙的等待中，直到該操作已經(jīng)完成。中斷驅(qū)動I/O：當(dāng)處理器正在執(zhí)行程序并遇到與I/O相關(guān)的指令時，它給相應(yīng)的I

2、/O模塊發(fā)布命令，并繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)指令，直到后者完成，它將被I/O模塊中斷。如果它對于進(jìn)程等待I/O的完成來說是不必要的，可能是由于后續(xù)指令處于相同的進(jìn)程中。否則，此進(jìn)程在中斷之前將被掛起，其他工作將被執(zhí)行。直接存儲訪問：DMA模塊控制主存與I/O模塊間的數(shù)據(jù)交換。處理器向DMA模塊發(fā)送一個傳送數(shù)據(jù)塊的請求，（處理器）只有當(dāng)整個數(shù)據(jù)塊傳送完畢后才會被中斷。P68第二章2.3什么是多道程序設(shè)計?多道程序設(shè)計是一種處理操作，它在兩個或多個程序間交錯處理每個進(jìn)程。2.7解釋實地址和虛地址的區(qū)別?虛地址指的是存在于虛擬內(nèi)存中的地址，它有時候在磁盤中有時候在主存中。實地址指的是主存中的地址。P103第三章

3、3.3對于圖3.6中的進(jìn)程模型,請簡單定義每個狀態(tài).答：運行態(tài)：該進(jìn)程正在執(zhí)行。就緒態(tài)：進(jìn)程做好了準(zhǔn)備，只要有機(jī)會就開始執(zhí)行。阻塞態(tài)：進(jìn)程在某些事件發(fā)生前不能執(zhí)行，如I/O操作完成。新建態(tài)：剛剛創(chuàng)建的進(jìn)程，操作系統(tǒng)還沒有把它加入到可執(zhí)行進(jìn)程組中。退出態(tài)：操作系統(tǒng)從可執(zhí)行進(jìn)程組中釋放出的進(jìn)程，或者是因為它自身停止了，或者是因為某種原因被取消3.5什么是交換,其目的是什么?答：交換是指把主存中某個進(jìn)程的一部分或者全部內(nèi)容轉(zhuǎn)移到磁盤。當(dāng)主存中沒有處于就緒態(tài)的進(jìn)程時，操作系統(tǒng)就把一個阻塞的進(jìn)程換出到磁盤中的掛起隊列，從而使另一個進(jìn)程可以進(jìn)入主存執(zhí)行。3.10為什么需要兩種模式(用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài))?答：用

4、戶模式下可以執(zhí)行的指令和訪問的內(nèi)存區(qū)域都受到限制。這是為了防止操作系統(tǒng)受到破壞或者修改。而在內(nèi)核模式下則沒有這些限制，從而使它能夠完成其功能。3.11操作系統(tǒng)創(chuàng)建一個新進(jìn)程所執(zhí)行的步驟是什么?答：1.給新進(jìn)程分配一個唯一的進(jìn)程標(biāo)識號。2.給進(jìn)程分配空間。3.初始化進(jìn)程控制塊。4.設(shè)置正確的連接。5.創(chuàng)建或擴(kuò)充其他的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。3.14模式切換和進(jìn)程切換有什么區(qū)別?答：發(fā)生模式切換可以不改變當(dāng)前正處于運行態(tài)的進(jìn)程的狀態(tài)。發(fā)生進(jìn)程切換時，一個正在執(zhí)行的進(jìn)程被中斷，操作系統(tǒng)指定另一個進(jìn)程為運行態(tài)。進(jìn)程切換需要保存更多的狀態(tài)信息。P134第四章4.5哪些資源通常被一個進(jìn)程中的所有線程共享?答：例如地址空

5、間，文件資源等。4.6列出用戶級線程相對與內(nèi)核級線程的3個優(yōu)點點.答：1.由于所有線程管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都在一個進(jìn)程的用戶地址空間中，線程切換不需要內(nèi)核模式的特權(quán)，因此，進(jìn)程不需要為了線程管理而切換到內(nèi)核模式，這節(jié)省了在兩種模式間進(jìn)行切換（從用戶模式到內(nèi)核模式；從內(nèi)核模式返回用戶模式）的開銷。2.調(diào)用可以是應(yīng)用程序?qū)Ｓ玫?。一個應(yīng)用程序可能傾向于簡單的輪詢調(diào)度算法，而另一個應(yīng)用程序可能傾向于基于優(yōu)先級的調(diào)度算法。調(diào)度算法可以去適應(yīng)應(yīng)用程序，而不會擾亂底層的操作系統(tǒng)調(diào)度器。3.用戶級線程可以在任何操作系統(tǒng)中運行，不需要對底層內(nèi)核進(jìn)行修改以支持用戶級線程。線程庫是一組供所有應(yīng)用程序共享的應(yīng)用級軟件包。4.

6、7列出用戶級線程相對與內(nèi)核級線程的2個缺點.答：1.在典型的操作系統(tǒng)中，許多系統(tǒng)調(diào)用都會引起阻塞。因此，當(dāng)用戶級線程執(zhí)行一個系統(tǒng)調(diào)用時，不僅這個線程會被阻塞，進(jìn)程中的所有線程都會被阻塞。2.在純粹的用戶級進(jìn)程策略中，一個多線程應(yīng)用程序不能利用多處理技術(shù)。內(nèi)核一次只把一個進(jìn)程分配給一個處理器，因此一次進(jìn)程中只能有一個線程可以執(zhí)行。P168第五章5.7列出對互斥的要求.答：1.必須強(qiáng)制實施互斥：在具有關(guān)于相同資源或共享對象的臨界區(qū)的所有進(jìn)程中，一次只允許一個進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)。2.一個在非臨界區(qū)停止的進(jìn)程必須不干涉其他進(jìn)程。3.絕不允許出現(xiàn)一個需要訪問臨界區(qū)的進(jìn)程被無限延遲的情況，即不會餓死或饑餓。4

7、.當(dāng)沒有進(jìn)程在臨界區(qū)中時，任何需要進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程必須能夠立即進(jìn)入。5.對相關(guān)進(jìn)程的速度和處理器的數(shù)目沒有任何要求和限制。6.一個進(jìn)程駐留在臨界區(qū)中的時間是有限的。5.8在信號量上可以執(zhí)行什么操作?答：1.一個信號量可以初始化成非負(fù)數(shù)。2.wait操作使信號量減1，如果值為負(fù)數(shù)，那么進(jìn)程執(zhí)行wait就會受阻。3signal操作使信號量增加1，如果小于或等于0，則被wait操作阻塞的進(jìn)程被解除阻塞。5.11什么是管程?管程是由一個或多個過程，一個初始化序列和局部數(shù)據(jù)組成的軟件模塊。5.12對于信息,阻塞和無阻塞有什么區(qū)別?P205第六章6.3產(chǎn)生死鎖的4個條件是什么?互斥，占有且等待，非搶占,

8、循環(huán)等待。6.4如何防止占有且等待條件?可以要求進(jìn)程一次性地請求所有需要的資源，并且阻塞這個資源直到所有請求都同時滿足。6.5給出防止不可搶占條件的兩種方法.答：第一種，如果占有某些資源的一個進(jìn)程進(jìn)行進(jìn)一步資源請求被拒絕，則該進(jìn)程必須釋放它最初占用的資源，如果有必要，可再次請求這些資源和另外的資源。 第二種，如果一個進(jìn)程請求當(dāng)前被另一個進(jìn)程占有的一個資源，則操作系統(tǒng)可以搶占另一個進(jìn)程，要求它釋放資源。6.6如何防止循環(huán)等待條件?可以通過定義資源類型的線性順序來預(yù)防。如果一個進(jìn)程已經(jīng)分配到了類型的資源，那么它接下來請求的資源只能是那些排在類型之后的資源類型。6.7死鎖避免,檢測和預(yù)防之間的區(qū)別是

9、什么?死鎖預(yù)防是通過間接地限制三種死鎖必要條件的至少一個或是直接地限制循環(huán)等待的發(fā)生來避免死鎖的出現(xiàn)。死鎖避免允許可能出現(xiàn)的必要條件發(fā)生，但是采取措施確保不會出現(xiàn)死鎖的情況。而死鎖檢測允許資源的自由分配，采取周期性的措施來發(fā)現(xiàn)并處理可能存在的死鎖情況。P226第七章7.2為什么需要重定位進(jìn)程的能力?答：通常情況下，并不能事先知道在某個程序執(zhí)行期間會有哪個程序駐留在主存中。此外還希望通過提供一個巨大的就緒進(jìn)程池，能夠把活動進(jìn)程換入和換出主存，以便使處理器的利用率最大化。在這兩種情況下，進(jìn)程在主存中的確切位置是不可預(yù)知的。7.5在固定分區(qū)方案中,使用大小不等的分區(qū)有什么好處?答：通過使用大小不等的

10、固定分區(qū)：1.可以在提供很多分區(qū)的同時提供一到兩個非常大的分區(qū)。大的分區(qū)允許將很大的進(jìn)程全部載入主存中。2.由于小的進(jìn)程可以被放入小的分區(qū)中，從而減少了內(nèi)部碎片。7.6內(nèi)部碎片和外部碎片有什么區(qū)別?答：內(nèi)部碎片是指由于被裝入的數(shù)據(jù)塊小于分區(qū)大小而導(dǎo)致的分區(qū)內(nèi)部所浪費的空間。外部碎片是與動態(tài)分區(qū)相關(guān)的一種現(xiàn)象，它是指在所有分區(qū)外的存儲空間會變成越來越多的碎片的。7.7邏輯地址,相對地址和物理地址間有什么區(qū)別?答：邏輯地址是指與當(dāng)前數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的物理分配地址無關(guān)的訪問地址，在執(zhí)行對內(nèi)存的訪問之前必須把它轉(zhuǎn)化成物理地址。相對地址是邏輯地址的一個特例，是相對于某些已知點（通常是程序的開始處）的存儲單元

11、。物理地址或絕對地址是數(shù)據(jù)在主存中的實際位置。P265第八章8.2解釋什么是抖動.虛擬內(nèi)存結(jié)構(gòu)的震動現(xiàn)象，在這個過程中處理器大部分的時間都用于交換塊，而不是執(zhí)行指令。8.3為什么在使用虛擬內(nèi)存時,局部性原理是至關(guān)重要的?可以根據(jù)局部性原理設(shè)計算法來避免抖動。總的來說，局部性原理允許算法預(yù)測哪一個當(dāng)前頁在最近的未來是最少可能被使用的，并由此就決定候選的替換出的頁。8.5轉(zhuǎn)換檢測緩沖區(qū)的目的是什么?轉(zhuǎn)移后備緩沖器（TLB）是一個包含最近經(jīng)常被使用過的頁表項的高速緩沖存儲器。它的目的是為了減少從磁盤中恢復(fù)一個頁表項所需的時間。8.8FIFO和CLOCK頁面置換算法有什么聯(lián)系?時鐘算法與FIFO算法很

12、接近，除了在時鐘算法中，任何一個使用位為一的頁被忽略。P291第九章9.1簡要描述三種類型的處理器調(diào)度.長程調(diào)度：決定加入到待執(zhí)行的進(jìn)程池中；中程調(diào)度：決定加入到部分或全部在主存中的進(jìn)程集合中；短程調(diào)度：決定哪一個可用進(jìn)程將被處理器執(zhí)行。9.3周轉(zhuǎn)時間和響應(yīng)時間有什么區(qū)別?周轉(zhuǎn)時間是一個要求花費在系統(tǒng)上的包括等待時間和服務(wù)時間的總的時間。響應(yīng)時間對一個交互進(jìn)程，這是指從提交一個請求到開始接受響應(yīng)之間的時間間隔。通常進(jìn)程在處理該請求的同時，就開始給用戶產(chǎn)生一些輸出9.5搶占式和非搶占式調(diào)度有什么區(qū)別？非搶占：在這種情況下，一旦進(jìn)程處于運行態(tài)，他就不斷執(zhí)行直到終止，或者為等待I/O或請求某些操作系

13、統(tǒng)服務(wù)而阻塞自己。搶占：當(dāng)前正在運行的進(jìn)程可能被操作系統(tǒng)中斷，并轉(zhuǎn)移到就緒態(tài)。關(guān)于搶占的決策可能是在一個新進(jìn)程到達(dá)時，或者在一個中斷發(fā)生后把一個被阻塞的進(jìn)程置為就緒態(tài)時，或者基于周期性的時間中斷。9.6簡單定義FCFS調(diào)度。當(dāng)每個進(jìn)程就緒后，它加入就緒隊列。當(dāng)當(dāng)前正在運行的進(jìn)程停止執(zhí)行時，選擇在就緒隊列中存在時間最長的進(jìn)程運行。9.7簡單定義輪轉(zhuǎn)調(diào)度。以一個周期性間隔產(chǎn)生時鐘中斷，當(dāng)中斷產(chǎn)生時，當(dāng)前正在運行的的進(jìn)程被置于就緒隊列中，然后基于FCFS策略選擇下一個就緒作業(yè)運行。9.8簡單定義最短進(jìn)程和優(yōu)先調(diào)度。這是一個非搶占的策略，其原則是下一次選擇所需處理時間最短的進(jìn)程。9.9簡單定義最短剩余

14、時間調(diào)度。最短剩余時間是針對SPN增加了搶占機(jī)制的版本。在這種情況下，調(diào)度器總是選擇預(yù)期剩余時間最短的進(jìn)程。當(dāng)一個新進(jìn)程加入到就緒隊列時，他可能比當(dāng)前運行的進(jìn)程具有更短的剩余時間，因此，只有新進(jìn)程就緒，調(diào)度器就可能搶占當(dāng)前正在運行的進(jìn)程。9.10簡單定義最高響應(yīng)和優(yōu)先調(diào)度。在當(dāng)前進(jìn)程完成或被阻塞時，選擇R值最大的就緒進(jìn)程。R=(w+s)/s,w等待處理器的時間，s期待的服務(wù)時間。9.11簡單定義反饋調(diào)度調(diào)度基于搶占原則并且使用動態(tài)優(yōu)先級機(jī)制。當(dāng)一個進(jìn)程第一次進(jìn)入系統(tǒng)時，它被放置在RQ0。當(dāng)它第一次被搶占后并返回就緒狀態(tài)時，它被防止在RQ1。在隨后的時間里，每當(dāng)它被搶占時，它被降級到下一個低優(yōu)先

15、級隊列中。一個短進(jìn)程很快會執(zhí)行完，不會在就緒隊列中降很多級。一個長進(jìn)程會逐級下降。因此，新到的進(jìn)程和短進(jìn)程優(yōu)先于老進(jìn)程和長進(jìn)程。在每個隊列中，除了在優(yōu)先級最低的隊列中，都使用簡單的FCFS機(jī)制。一旦一個進(jìn)程處于優(yōu)先級最低的隊列中，它就不可能再降低，但是會重復(fù)地返回該隊列，直到運行結(jié)束。P329第十章10.4硬實時任務(wù)和軟實時任務(wù)有什么區(qū)別？ 硬實時任務(wù)指必須滿足最后期限的限制，否則會給系統(tǒng)帶來不可接受的破壞或者致命的錯誤。 軟實時任務(wù)也有一個與之相關(guān)聯(lián)的最后期限，并希望能滿足這個期限的要求，但是這并不是強(qiáng)制的，即使超過了最后期限，調(diào)度和完成這個任務(wù)仍然是有意義的。10.6列出并簡單定義對實時操

16、作系統(tǒng)的五方面的要求。 可確定性：在某中程度上是指它可以按固定的、預(yù)先確定的時間或時間間隔執(zhí)行操作?？身憫?yīng)性：它關(guān)注的是在知道中斷之后操作系統(tǒng)未中斷提供服務(wù)的時間用戶控制：用戶應(yīng)該能夠區(qū)分硬實時任務(wù)和軟實時任務(wù)，并且在每一類中確定相對優(yōu)先級。實時系統(tǒng)還允許用戶指定一些特性，例如使用分頁還是進(jìn)程交換、哪一個進(jìn)程必須常駐主存、使用何種磁盤算法、不同的優(yōu)先級的進(jìn)程各有哪些權(quán)限等?？煽啃?：可靠性必須提供這樣一種方式，以繼續(xù)滿足實時最后期限。故障弱化操作：故障弱化操作指系統(tǒng)在故障時盡可能多的保存其性能和數(shù)據(jù)的能力。P363第十一章11.3面向塊的設(shè)備和面向流的設(shè)備有什么區(qū)別？各舉一些例子。面向塊的設(shè)備

17、將信息保存在塊中，塊的大小通常是固定的，傳輸過程中一次傳送一塊。通常可以通過塊號訪問數(shù)據(jù)。磁盤和磁帶都是面向塊的設(shè)備。 面向流的設(shè)備以字節(jié)流的方式輸入輸出數(shù)據(jù)，其末使用塊結(jié)構(gòu)。終端、打印機(jī)通信端口、鼠標(biāo)和其他指示設(shè)備以及大多數(shù)非輔存的其他設(shè)備，都屬于面向流的設(shè)備。11.5在磁盤讀或?qū)憰r有哪些延遲因素尋道時間，旋轉(zhuǎn)延遲，傳送時間11.6簡單定義圖11.7中描述的磁盤調(diào)度策略。FIFO:按照先來先服務(wù)的順序處理隊列中的項目。SSTF:選擇使磁頭臂從當(dāng)前位置開始移動最少的磁盤I/O請求。SCAN:磁頭臂僅僅沿一個方向移動，并在途中滿足所有未完成的請求，直到它到達(dá)這個方向上最后一個磁道，或者在這個方向

18、上沒有其他請求為止。接著反轉(zhuǎn)服務(wù)方向，沿相反方向掃描，同樣按順序完成所有請求。 C-SCAN:類似于SCAN11.7簡單定義7個RAID級別。0：非冗余1：被鏡像；每個磁盤都有一個包含相同數(shù)據(jù)的鏡像磁盤。2：通過漢明碼實現(xiàn)冗余；對每個數(shù)據(jù)磁盤中的相應(yīng)都計算一個錯誤校正碼，并且這個碼位保存在多個奇偶校驗磁盤中相應(yīng)的文件。3：交錯位奇偶校驗；類似于第二層，不同之處在于RAID3為所有數(shù)據(jù)磁盤中同一位置的位的集合計算一個簡單的奇偶校驗位，而不是錯誤校正碼。4：交錯塊分布奇偶校驗；對每個數(shù)據(jù)磁盤中相應(yīng)的條帶計算一個逐位奇偶。5：交錯塊分布奇偶校驗；類似于第四層，但把奇偶校驗條帶分布在所有磁盤中。6：交

19、錯塊雙重分布奇偶校驗；兩種不同的奇偶校驗計算保存在不同磁盤的不同塊中P403第十二章12.5列出并簡單定義五種文件組織。答：堆是最簡單的文件組織形式。數(shù)據(jù)按它們到達(dá)的順序被采集，每個記錄由一串?dāng)?shù)據(jù)組成。順序文件是最常用的文件組織形式。在這類文件中，每個記錄都使用一種固定的格式。所有記錄都具有相同的長度，并且由相同數(shù)目、長度固定的域按特定的順序組成。由于每個域的長度和位置已知，因此只需要保存各個域的值，每個域的域名和長度是該文件結(jié)構(gòu)的屬性。索引順序文件保留了順序文件的關(guān)鍵特征：記錄按照關(guān)鍵域的順序組織起來。但它還增加了兩個特征：用于支持隨機(jī)訪問的文件索引和溢出文件。索引提供了快速接近目標(biāo)記錄的查找能力。溢出文件類似于順序文件中使用的日志文件，但是溢出文件中的記錄可以根據(jù)它前面記錄的指針進(jìn)行定位。索引文件：只能通過索引來訪問記錄