计算机操作系统试题库

四. 简答题

1. 什么是线程？进程和线程的关系是什么？

答：线程可定义为进程内的一个执行单位，或者定义为进程内的一个可调度实体。 在具有多线程机制的操作系统中，处理机调度的基本单位不是进程而是线程。一个进程可以有多个线程，而且至少有一个可执行线程。 进程和线程的关系是：

(1)线程是进程的一个组成部分。(2)进程的多个线程都在进程的地址空间活动。(3)资源是分给进程的，而不是分给线程的，线程在执行中需要资源时，系统从进程的资源分配额中扣除并分配给它。 (4)处理机调度的基本单位是线程，线程之间竞争处理机，真正在处理机上运行的是线程。(5)线程在执行过程中，需要同步。

2. 同步机制应遵循的准则是什么？答：有以下四条准则：空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待。

3. 进程通信有那三种基本类型？答：基于共享存储器的通信、基于消息传递系统的通信和基于管理文件的通信。 4. 对临界区管理的要求是什么？ 答：对临界区管理的要求是：（1）当有若干个进程要求进入它们的临界区时，应在有限的时间内使一个进程进入临界区，进程之间不应相互等待而使谁都不能进入临界区。（2）每次只允许一个进程进入临界区内。 （3）进程在临界区内逗留应在有限的时间范围内。

5. 设有n个进程共享一个互斥段，对于如下两种情况使用信号量，信号量的值的变化怎样？ （1）如果每次只允许一个进程进入互斥段。

（2）如果每次最多允许m个进程（m

（2）产生死锁的原因有：资源不足、进程推进次序不当。

（3）产生死锁的必要条件有：互斥条件、请求和保持条件、环路等待条件。 7. 比较三种解决死锁的方法?

此题答案为：答：比较三种解决死锁的方法：

（1）预防死锁方法，主要是破坏产生死锁的必要条件。该方法是最容易实现的，但系统资源利用率较低。 （2）避免死锁方法，比较实用的有银行家算法（Banker Algorithm）。该算法需要较多的数据结构，实现起来比较困难，但资源利用率最高。

（3）检测死锁方法是基于死锁定理设计的。定期运行该算法对系统的状态进行检测，发现死锁便予以解除。其中，需要比较一下各咱死锁解除方案的代价，找到代价最小的方案。该方法最难实现，资源利用率较高。 8. 预防死锁方法是破坏产生死锁的必要条件? 此题答案为：答：（1）摈弃请求和保持条件。采用静态分配方案，一次性地分配给进程所请求的全部资源。进程运行过程中不可再请求新资源。

（2）摈弃不剥夺条件。采用动态分配方案，进程运行中可以请求新资源。若进程请求资源不能满足时，就应使其释放已占有的资源。

（3）摈弃环路等待条件。采用动态分配方案，要求进程请求资源时，按资源序号递增（或递减）顺序提出。 （4）摈弃不可剥夺条件。利用Spooling系统将独享设备改造成共享设备。 9. I/O控制方式有几种？分别适用何种场合？ 此题答案为：答：I/O控制方式共有四种：

（1）程序I/O方式，又称作\忙-等\方式。该方式执行一个循环程序，反复查询外设状态，如果外设\忙碌\则循环查询直到查得外设状态为\闲置\时止。该方式适用于机内没有中断机构得场合。

（2）中断控制I/O方式。该方式在进行I/O时，CPU向设备控制器发出I/O命令后便转其他任务得处理，外设操作由设备控制器控制，CPU于外设并行工作。当外设完成I/O后向CPU发中断信号，CPU只需花费很少的时间进行I/O的善后处理，此前无须进行干预。该方式适用于低速设备I/O，并可配合DMA和通道方式实现I/O。 （3）DMA（直接内存访问）方式。该方式适用于高速外设I/O，一次可以在外设与内存之间传输一个或多个数据快，传输完毕后才需CPU干预。

（4）通道方式。该方式中系统预先要将I/O的过程实现为一段通道程序，置于内存的特定位置，而后启动通道。由通道负责执行通道程序对外设进行I/O控制，CPU转其他程序运行。I/O完成后通道向CPU发中断信号，CPU花很少时间作善后处理。

10. 试说明DMA的工作流程。 答：DMA的工作流程如下：

（1）CPU需要访问外存时便发送。一条访问命令给DMA的命令寄存器CR、一个内存地址码给DMA的内存地址寄存器MAR、本次要传送的字节数给DMA的数据计数器DC、外存地址给DMA的I/O控制逻辑。 （2）CPU启动DMA控制器后转向其他处理。

（3）DMA控制器负责控制数据在内存与外设之间传送。每传送一个字节就需挪用一个内存周期，按MAR从内存读出或写入内存一个字节，修改MAR和计算器DC。

（4）当DC修改为0时，表示传送结束，由DMA向CPU发出中断请求。 11. 进程的三个基本状态是什么？

此题答案为：答：进程的三个基本状态是就绪态、执行态、阻塞态。 12. 操作系统的基本功能有哪些？它们各自包括哪方面的内容？

答：1、处理机管理功能 进程控制，进程同步，进程通信，调度 2、存储器管理功能 内存分配、内存保护、地址映射、内存扩充 3、设备管理功能 缓冲管理、设备分配、设备处理

4、文件管理功能 文件储存空间的管理、目录管理、文件的读写管理和保护 5、用户接口 命令接口、程序接口、图形接口 13. 选择进程调度算法的准则是什么？

此题答案为：答：由于各种调度算法都有自己的特性，因此，很难评价哪种算法是最好的。一般说来，选择算法时可以考虑如下一些原则：① 处理器利用率；② 吞吐量；③ 等待时间；④ 响应时间。

在选择调度算法前，应考虑好采用的准则，当确定准则后，通过对各种算法的评估，从中选择出最合适的算法。 15. 磁盘移臂调度的目的是什么？常用移臂调度算法有哪些？

此题答案为：答：磁盘移臂调度的目的是尽可能地减少输入输出操作中的寻找时间。

常用的移臂调度算法有：① 先来先服务算法② 最短寻找时间优先算法③ 电梯调度算法④ 单向扫描算法。 16. 常用的作业调度算法有哪些？

此题答案为：答：① 先来先服务算法② 计算时间短的作业优先算法③ 响应比最高者优先算法 ④ 优先数调度算法⑤ 均衡调度算法 17. 简述信号量S的物理含义。

此题答案为：答：S＞0时，S表示可使用的资源数；或表示可使用资源的进程数； S＝0时，表示无资源可供使用；或表示不允许进程再进入临界区；

S＜0时，－S表示等待使用资源的进程个数；或表示等待进入临界区的进程个数；

当S＞0时，调用P（S）的进程不会等待；调用V（S）后使可用资源数加1或使可用资源的进程数加1； 当S＜0时，调用P（S）的进程必须等待；调用V（S）后将释放一个等待使用资源者或释放一个等待进入临界区者。

18. 试说明资源的静态分配策略能防止死锁的原因。

此题答案为：答：资源静态分配策略要求每个过程在开始执行前申请所需的全部资源，仅在系统为之分配了所需的全部资源后，该进程才开始执行。

这样，进程在执行过程中不再申请资源，从而破坏了死锁的四个必要条件之一\占有并等待条件\，从而防止死锁的发生。

19. 为实现设备的有效管理，应采用怎样的数据结构？

此题答案为：答：为实现设备、控制器、通道资源的分配与回收，系统需要记录有关的信息。通常设备管理要建立以下数据结构，以实施有效的管理。

1、设备控制块2、控制器控制块3、通道控制块4、系统设备表

20. 什么是设备的独立性？根据设备的类型，设备的分配策略有哪些？(独占设备、共享设备、虚拟设备与SPOOLing系统)。以磁盘为例，有哪些优化调度算法？应考虑哪些因素？

此题答案为：答：进程申请设备时，应当指定所需设备的类别，而不是指定某一台具体的设备，系统根据当前请求以及设备分配情况在相应类别的设备中选择一个空闲设备并将其分配给申请进程，这称作设备的独立性。 磁盘调度一般可采用以下几种算法：1、先来先服务磁盘调度算法（FCFS）2、最短寻道时间优先磁盘调度算法（SSTF）3、扫描算法（SCAN）

设计磁盘调试算法应考虑两个基本因素： 1、公平性2、高效性

21. 什么叫碎片？(零散的小空闲区) 怎样解决碎片问题？(紧凑技术)。 此题答案为：答：所谓碎片是指内存中出现的一些零散的小空闲区域。

解决碎片的方法是移动所有占用区域，使所有的空闲区合并成一片连续区域。这一过程称为紧凑，这一技术就是紧凑技术。

22. 什么叫物理地址？什么叫逻辑地址？什么叫地址映射？地址映射分哪几类？(静态、动态)

答：物理地址是内存中各存储单元的编号，即存储单元的真实地址，它是可识别、可寻址并实际存在的。

用户程序经过编译或汇编形成的目标代码，通常采用相对地址形式，其首地址为零，其余指令中的地址都是相对首地址而定。这个相对地址就称为逻辑地址或虚拟地址。逻辑地址不是内存中的物理地址，不能根据逻辑地址到内存中存取信息。

为了保证CPU执行程序指令时能正确访问存储单元，需要将用户程序中的逻辑地址转运行时可由机器直接寻址的物理地址，这一过程称为地址映射或地址重定位。

地址映射可分为两类：1、静态地址映射2、动态地址映射 23. 虚存储器的含义是什么？(两层含义)

答：虚存储器有两层含义，一是指用户程序的逻辑地址构成的地址空间；二是指当内存容量不满足用户要求时，采用一种将内存空间与外存空间有机地结合在一起，利用内外存自动调度的方法构成一个大的存储器，从而给用户程序提供更大的访问空间。

答：在多道程序系统中，内存中既有操作系统，又有许多用户程序。为使系统正常运行，避免内存中各程序相互干扰，必须对内存中的程序和数据进行保护。 1、防止地址越界

对进程所产生的地址必须加以检查，发生越界时产生中断，由操作系统进行相应处理。 2、防止操作越权

对属于自己区域的信息，可读可写；

对公共区域中允许共享的信息或获得授权可使用的信息，可读而不可修改； 对未获授权使用的信息，不可读、不可写。

存储保护一般以硬件保护机制为主，软件为辅，因为完全用软件实现系统开销太大，速度成倍降低。当发生越界或非法操作时，硬件产生中断，进入操作系统处理

24. 作业调度算法是按照什么样的原则来选取作业并投入运行，调试算法的合理性直接影响系统的效率，作业调度算法有哪些？对算法的选择要考虑哪些问题？

此题答案为：答：作业调度算法：1、先来先服务算法；2、短作业优先算法；3、最高响应比作业优先算法；4、资源搭配算法；5、多队列循环算法

对算法的选择要考虑三个目标：

1、尽量提高系统的作业吞吐量，即每天处理尽可能多的作业； 2、尽量使CPU和外部设备保持忙碌状态，以提高资源利用率； 3、对各种作业公平合理，使用有用户都满意。

四、算法题

1. 假设系统中有5个进程，它们的到达时间和服务时间见下表1，忽略I/O以及其他开销时间，若按先来先服务（FCFS）、非抢占的短作业优先和抢占的短作业优先三种调度算法进行CPU调度，请给出各个进程的完成时间、周转时间、带权周转时间、平均周转时间和平均带权周转时间，完成表2。 表1 进程到达和需要服务时间 进程 到达时间 服务时间 A 0 3 B 2 6 C 4 4 D 6 5 E 8 2

此题答案为： 表2 进程的完成时间和周转时间 进程 A 3 3 1.00 3 3 1.00 3 3 1.00 B 9 7 1.17 9 7 1.17 15 13 2.16 C 13 9 2.25 15 11 1.75 8 4 1.00 D 18 12 2.40 20 14 2.80 20 14 2.80 E 20 12 6.00 11 3 1.50 10 2 1.00 平均 8.6 2.56 7.6 1.84 7.2 1.59 FCFS 完成时间 SPF(非抢占) SPF(抢占) 周转时间 带权周转时间 完成时间 周转时间 带权周转时间 完成时间 周转时间 带权周转时间 3. 一个逻辑空间最多可有64个页，每页1KB字节。若把它映射到由32个物理块组成的存储器。问：（1）有效的逻辑地址由多少位？（2）有效的物理地址由多少位？

答：一个逻辑空间有64个页，每页1KB字节。若把它映射到由32个物理块组成的存储嚣。64＝26，则： （1）逻辑地址有16位。（2）物理地址有15位。

说明：解此题的关键是要知道在分页管理中，\页\和\块\是一样大小的，这样才知道物理存储器是32KB。

4. 对访问串：1，2，3，4，1，2，5，1，2，3，4，5，指出在驻留集大小分别为3，4时，使用FIFO和LRU替换算法的缺页次数。结果说明了什么？

答：首先采用FIFO，当m=3时，缺页次数＝9，当m=4时，缺页次数＝10。 采用LRU算法，当m=3时，缺页次数＝10；当m=4时，缺页次数＝8。

结果说明：FIFO有Belady奇异现象，即不满足驻留集增大，缺页次数一定减小的规律；另外在m=3时，LRU的缺页次数比FIFO要多，所以LRU算法并不总优于FIFO，还要看当前访问串的特点。

5. 在一个请求分页系统中，采用LRU页面置换算法时，假如一个作业的页面走向为4、3、2、1、4、3、5、4、3、2、1、5，当分配给该作业的物理内存块数M分别为3和4时，分别计算在访问过程中所发生的缺页次数和缺页率，并画出页面置换图。 此题答案为：

当M=3时，缺页次数为10次，缺页率为10/12=0.83=83%。 当M=4时，缺页次数为8次，缺页率为8/12=0.66=66%。

可见，增加分配给作业的内存块数可以减少缺页次数，从而降低缺页率。

6. 在分页存储管理系统中，存取一次内存的时间是8ns，查询一次快表的时间是1ns，缺页中断的时间是20ns。假设页表的查询与快表的查询同时进行，当查询页表时，如果该页在内存但快表中没有页表项，系统将自动把该页页表项送入快表。一个作业最多可保留3个页面在内存。现在开始执行一作业，系统连续对作业的2，4，5，2，7，6，4，8页面的数据进行一次存取，如分别采用FIFO算法和最优页面置换算法，求每种上存取这些数据需要的总时间。 答：（1）FIFO 第2页面：20＋8×3 第4页面：20＋8×3 第5页面：20＋8×3 第2页面：8＋1 第7页面：20＋8×3 第6页面：20＋8×3 第4页面：20＋8×3 第8页面：20＋8×3

因此总的时间是（20＋8×3）×7＋（8＋1）ns (2) OPT

第2页面：20＋8×3 第4页面：20＋8×3 第5页面：20＋8×3 第2页面：8＋1 第7页面：20＋8×3 第6页面：20＋8×3 第4页面：8＋1 第8页面：8＋1

因此总的时间是（20＋8×3）×5＋（8＋1）×3ns

6. 在一个请求分页系统中，采用LRU页面置换算法时，假如一个作业的页面走向为1、3、2、1、1、3、5、1、3、2、1、5，当分配给该作业的物理内存块数M分别为3和4时，分别计算在访问过程中所发生的缺页次数和缺页率，并画出页面置换图。 此题答案为：

当M=3时，缺页次数为6次，缺页率为6/12=0.5=50%。 当M=4时，缺页次数为4次，缺页率为4/12=0.33=33%。

可见，增加分配给作业的内存块数可以减少缺页次数，从而降低缺页率。

7. 有两个用户进程A和B，在运行过程中都要使用系统中的一台打印机输出计算结果。 (1)试说明A、B两进程之间存在什么样的制约关系？

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