操作系统复习答案 - 图文

操作系统复习

第一部分 操作系统引论(1)

? 操作系统的主要功能及基本特征 操作系统的主要功能

一、处理机管理功能 1. 进程控制2. 进程同步3. 进程通信4. 调度 二、存储器管理功能 1. 内存分配 2.地址映射3.内存保护4.内存扩充

三、设备管理功能 缓冲管理、设备分配和设备处理，以及虚拟设备等功能 四、文件管理功能 1. 文件存储空间的管理2. 目录管理3. 文件的读/写管理和保护 文件安全性管理 提供用户接口 五、OS为用户提供良好接口 基本特征：1.并发

并行性与并发性这两个概念是既相似又区别的两个概念。并行性是指两个或者多个事件在同一时刻发生，这是一个具有微观意义的概念，即在物理上这些事件是同时发生的；而并发性是指两个或者多个事件在同一时间的间隔内发生，它是一个较为宏观的概念。

2.共享 (sharing) 所谓共享是指，系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。由于资源的属性不同，故多个进程对资源的共享方式也不同，可以分为：互斥共享方式 和 同时访问方式 3.虚拟 (virtual)

是指通过技术把 一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。在操作系统中虚拟的实现主要是通过分时的使用方法。显然，如果n是某一个物理设备所对应的虚拟逻辑设备数，则虚拟设备的速度必然是物理设备速度的1/n。 4.异步 (asynchronism)

进程以人们不可预知的速度向前推进，即进程异步性 ? 基本的操作系统及各自的特征

单道批处理系统（1、自动性2、顺序性3、单道性）

多道批处理系统 :(1) 资源利用率高。 (2) 吞吐量大。 (3) 周转时间长。

（4）无交互能力 （网：1、多道性2、无序性3、调度性）

分时系统（1、多路性2、独立性3、及时性4、交互性）

实时系统（1、多路性2、独立性3、及时性4、交互性5、可靠性。多级容错保证）

? 操作系统的基本职能 操作系统的主要功能 ：1处理机管理功能2存储器管理功能 3设备管理功能4文件管理功能

操作系统具有如下几方面功能。

1. 存贮管理。为每个程序分配足够的存贮空间。

2. CPU管理。为每一道程序分配一个优先数，优先数大的程序总是优先占有CPU。采用一定调度方法，使各个终端按一定的时间片轮转方式轮流占用CPU。

3. 设备管理。控制外部设备的操作，以及在多个作业间分配设备。从分配的角度看，外部设备可分为共享设备（可以同时为多个用户服务，例如磁盘机）和独占设备（在一段时间内只能为一个用户服务，如打印机）。对于独占设备，系统可以按照一定策略把它轮流分配给请求使用的用户，也可以采

用虚拟设备的方法，例如将行式打印机作为虚拟设备，用户的打印输出申请由操作系统先转换成写盘操作，待将打印信息暂时存盘，到适当时候由操作系统控制，成批向打印机输出，这种方法也叫假脱机打印。它提供了设备效率，也避免了在用计高峰时间因输出操作而过多占用CPU时间。

4. 文件管理。向用户提供有关文件的建立、删除、读取、或写入信息方面的服务。

? 为了使系统中所有的用户都能得到及时的响应，该操作系统应该是（分时系统）

第一部分 操作系统引论(2)

? 设计批处理多道系统时，首先要考虑的是（系统效率和吞吐量） ? 操作系统是一种（B ）。

A.应用软件 B. 系统软件 C.通用软件 D. 工具软件 ? 引入多道程序的目的

引入多道程序的目的在于充分利用CPU，减少CPU等待时间在计算机内存中同时存放若干道已开始运行且尚未结束的程序，它们交替运行，共享系统中的各种硬,软件资源，从而使出立即得到充分利用

（书）提高CPU的利用率；可提高内存和I/O设备利用率；增加系统吞吐量 ? 并发性

并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内，宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理机系统中，每一时刻却仅能有一道程序执行，故微观上这些程序只能是分时地交替执行。倘若在计算机系统中有多个处理机，则这些可以并发执行的程序便可被分配到多个处理机上，实现并行执行，即利用每个处理机来处理一个可并发执行的程序，这样，多个程序便可同时执行。 第二部分 进程管理(1)

? 进程的定义、结构、特征 较典型的进程定义有：

(1) 进程是程序的一次执行。

(2) 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动。

(3) 进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

在引入了进程实体的概念后，我们可以把传统OS中的进程定义为：“进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位”。 结构：进程控制块（PCB）+数据段+程序段 特征：

1) 结构特征：进程控制块（PCB）+数据+程序段 2) 动态性 ：进程一次执行过程；产生、灭亡 3) 并发性 ：并发执行

4) 独立性：独立运行、独立分配资源、独立调度单位

5) 异步性 ：不可预知速度运行

? 进程和程序的区别 进程与程序的区别

(1)程序是指令的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念。而进程是程序在处理机上的一次执行过程，它是一个动态的概念。

(2)程序可以作为一种软件资料长期存在，而进程是有一定生命期的。程序是永久的，进程是暂时的。

(3)进程更能真实地描述并发，而程序不能 (4)进程包括程序和数据+PCB两部分

(5)进程具有创建其他进程的功能，而程序没有

(6)同一程序同时运行于若干个数据集合上，它将属于若干个不同的进程。也就是说同一程序可以对应多个进程 ? 前趋图P35

前趋图是一个有向无循环图，记为DAG，用于描述进城之间执行的前后关系

前趋图中的每个结点可以表示一个程序段或一个进程乃至一条语句，结点间的有向边表示两个结点之间存在偏序或前趋关系。 ? 进程的三种基本状态及转换图 (1)就绪(Ready)状态 (2)执行状态 (3) 阻塞状态

? 具有挂起状态的进程转换图

? 临界资源？临界区？访问临界区的原则

答：临界资源：一次仅允许一个进程使用的共享资源 临界区：在每个进程中访问临界资源的那段程序 访问临界区应遵循下述四条准则： ? (1) 空闲让进。当无进程处于临界区时，应允许一个请求进入临界区的进程立即进入自己的临界区。 ? (2) 忙则等待。当已有进程进入临界区时，其它试图进入临界区的进程必须等待，以保证对临界资源的互斥访问。 ? (3) 有限等待。对要求访问临界资源的进程，应保证在有限时间内能进入自己的临界区，以免陷入“死等”状态。

? (4) 让权等待。当进程不能进入自己的临界区时，应立即释放处理机，以免进程陷入“忙等”状态。 ? 进程间同步和互斥的含义

同步：同步是进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系，同步进程间具有合作关系，在执行时间上必须按一定的顺序协调进行

互斥：互斥是并发执行的多个进程由于竞争同一资源而产生的相互排斥的关系，互斥进程彼此在逻辑上是完全无关的，它们的运行不具有时间次序的特征

? 在操作系统中，P操作和V操作的内容 P操作 (Wait操作)：申请一个单位资源 V操作 (Signal操作)：释放一个单位资源

? 程序的并发执行和顺序执行特征 ? 并发执行特征：

(1)间断性：执行-暂停-执行 (2) 失去封闭性：资源共享 (3) 不可再现性：结果不同

间断性；失去封闭性；不可再现性

顺序执行特征：顺序性；封闭性；可再现性 第二部分 进程管理(2)

? 对于整形信号量，在执行一次V操作时，信号量的值应( +1)

? 当前进程因时间片用完而让出处理机时，该进程的状态转换( 从执行状态到就绪状

态)

? 进程控制块是描述进程状态和特性的数据结构，一个进程（ D ）。 A、可以有多个进程控制块 B、可以和其他进程共用一个进程控制块 C、可以没有进程控制块 D、只能有惟一的进程控制块 ? 进程的高级通信机制不包括（ D ） A、共享存储器系统 B、消息传递系统 C、管道通信 D、RAID 第二部分 进程管理(3)

? 多个进程的实体能存在于同一内存中，在一段时间内都得到运行。这种性质称作进程的（ B ）。

A、动态性 B、并发性 C、调度性 D、异步性

? 某进程由于需要从磁盘上读入数据而处于阻塞状态。当系统完成了所需的

读盘操作后，此时该进程的状态将（从阻塞到就绪）。 ? 任何两个并发进程之间可能存在(同步或互斥关系) ? 操作系统中，进程分类

第二部分 进程管理(4) ? 桌上有一空篮，最多允许放一只彩球。爸爸可向盘中放一个红色彩球或放一个绿色彩球，儿子专等拿取盘中的红球玩耍，女儿专等拿取绿球玩耍。用P、V操作实现爸爸、儿子、女儿三个并发进程的同步 。

类似：桌上有一空盘，允许存放一只水果。爸爸可向盘中放苹果，也可向盘中放桔子，儿子专等吃盘中的桔子，女儿专等吃盘中的苹果。规定当盘空时一次只能放一只水果供吃者取用，请用P、V原语实现爸爸、儿子、女儿三个并发进程的同步。

分析 在本题中，爸爸、儿子、女儿共用一个盘子，盘中一次只能放一个水果。

当盘子为空时，爸爸可将一个水果放入果盘中。若放入果盘中的是桔子，则允许儿子吃，女儿必须等待；若放入果盘中的是苹果，则允许女儿吃，儿子必须等待。本题实际上是生产者-消费者问题的一种变形。这里，生产者放入缓冲区的产品有两类，消费者也有两类，每类消费者只消费其中固定的一类产品。 解：在本题中，应设置三个信号量S、So、Sa，信号量S表示盘子是否为空，其初值为l；信号量So表示盘中是否有桔子，其初值为0；信号量Sa表示盘中是否有苹果，其初值为0。同步描述如下： int S＝1; int Sa＝0; int So＝0; main() {

cobegin

father(); /*父亲进程*/ son(); /*儿子进程*/ daughter(); /*女儿进程*/ coend ｝ father() {

while(1) { P(S);

将水果放入盘中;

if（放入的是桔子）V(So); else V(Sa); } } son() {

while(1) {

P(So);

从盘中取出桔子; V(S); 吃桔子; ｝ }

daughter() {

while(1) {

P(Sa);

从盘中取出苹果

V(S); 吃苹果; ｝

｝

第二部分 进程管理(5)

? 四个进程A、B、C、D都要读一个共享文件F，系统允许多个进程同时读文件F，但限制是：进程A和进程C不能同时读文件F，进程B和进程D也不能同时读文件F。 请回答下面的问题： (1)应定义的信号量及初值： (2)试采用适当的P、V操作来完成各进程对文件的读操作，以保证它们能正确并发工作：

A() B() C() D() { { { {

[1]; [3]; [5]; [7];

read F; read F; read F; read F; [2]; [4]; [6]; [8]; } } } } 思考题解答：

（1）定义二个信号量S1、S2，初值均为1，即：S1=1，S2=1。其中进程A和C使用信号量S1，进程B和D使用信号量S2。

（2）从[1]到[8]分别为：P(S1) V(S1) P(S2) V(S2) P(S1) V(S1) P(S2) V(S2)

第二部分 进程管理(6)

? 用P、V操作解决下图之同步问题：一组get进程负责往缓冲池S中输入数据， 一组put进程负责从缓冲池S中取出数据用于处理（设缓冲池中有缓冲区N个）。

第二部分 进程管理(7)

? 如图所示，四个进程和四个信箱 ，进程间借助相邻信箱传递消息，即Pi每次从Mi中取一条消息，经加工后送入Mi+1 ，其中Mi(i=0~3)分别可存放3，3，2，2个消息。初始状态下，M0装了3条消息，其余为空。试以P、V操作为工具，写出 Pi (i=0~3)的同步工作算法。

答：

同步信号量：SM[i]（i=0~3），信箱Mi中的消息数目，初值分别为3，0，0，0 TM[i]（i=0~3），信箱Mi中还可容纳的消息数目，初值分别为0，3，2，2 互斥信号量：Mutex[i]（i=0~3），

临界资源信箱Mi，初值分别为1，1，1，1 P[i] （i=0~3）： P(SM[i]); P(Mutex[i]);

从信箱M[i]中取消息； V(Mutex[i]); V(TM[i]); 加工；

P(TM[(i+1)mod 4]); P(Mutex[(i+1)mod 4]);

放入信箱M[(i+1)mod 4]中； V(Mutex[(i+1)mod 4]); V(SM[(i+1)mod 4]); 第二部分 进程管理(8)

? 动物园的饲养员喂黑熊，饲养员苹果到盆中，黑熊从盆中抓走苹果吃掉，盆中只能放一个苹果。分别用饲养员进程、黑熊进程模拟饲养员喂黑熊的过程，请用P、V操作（即wait和signal）利用信号量机制实现这两个进程同步 （提示：进程饲养员、黑熊互斥使用盆，饲养员要用空盆，黑熊要吃盆中的苹果） 解

设置三个信号量:互斥信号量S=1—盆、S1=1—空间、S2=0—苹果 饲养员 黑熊 P（S1） P（S2） P（S） P（S）

〈放〉 〈取〉 V（S） V（S） V（S2） V（S1） 第二部分 进程管理(9)

设有一台计算机，有两条I/O通道，分别接一台卡片输入机和一台打印机。卡片机把一叠卡片逐一输入到缓冲区B1中，加工处理后再搬到缓冲区B2中，并在打印机上印出，问：

（1）系统要设几个进程来完成这个任务？各自的工作是什么？ （2）这些进程间有什么样的相互制约关系？ （3）用P、V操作写出这些进程的同步算法。

答：①系统可设三个进程来完成这个任务：R进程负责从卡片输入机上读入卡片信息，输入到缓冲区B1中；C进程负责从缓冲区B1中取出信息，进行加工处理，之后将结果送到缓冲区B2中；P进程负责从缓冲区B2中取出信息，并在打印机上印出。

②R进程受C进程影响，B1放满信息后R进程要等待——等C进程将其中信息全部取走，才能继续读入信息；C进程受R进程和P进程的约束：B1中信息放满后C进程才可从中取出它们，且B2被取空后C进程才可将加工结果送入其中；P进程受C进程的约束：B2中信息放满后P进程才可从中取出它们，进行打印。

第二部分 进程管理(10)

有两个优先级相同的进程P1和P2，各自执行的操作如右，信号量S1和S2初值均为0。

试问P1、P2并发执行后，x、y、z的值各为多少？ P1： P2： begin begin

y:=1; x:=1;

y:=y+3 //y=4; x:=x+5; //x=6 V(S1); P(S1);

z:=y+1 //z= 5; x:=x+y;//x=10 P(S2); V(S2); y:=z+y z:=z+x;

end. end. 10 ，9 ，15 x=10，y=19，z=15 ; 10，9，5 第二部分 进程管理(11) 有一个阅览室，读者进入时必须先在一张登记表上进行登记，该表为每一座位列

一表

目，包括座号和读者姓名，读者离开时，要删掉登记的信息，阅览室共有100个座试 问：（1）为描写读者动作，应编写几个程序，应设置几个进程？进程与程序间关系如何？（2）试用P、V操作写出这些进程间的同步算法。 答：(1) 应编写1个程序；设置2个进程； 进程与程序间的对应关系是：多对1。

(2) begin 信号量S1:=100 (有100个座位) 信号量S2:=0 (阅读者) 信号量S: =1 cobegin P1: repeat P(S1); P(S); 登记信息; V(S); V(S2) 就座，阅读； until false coend end

第二部分 进程管理(12)

动物园的饲养员喂黑熊，饲养员苹果到盆中，黑熊从盆中抓走苹果吃掉，盆中只能放一个苹果。分别用饲养员进程、黑熊进程模拟饲养员喂黑熊的过程，请用P、V操作（即wait和signal）利用信号量机制实现这两个进程同步 解：

设置三个信号量:互斥信号量S=1—盆、S1=1—空间、S2=0—苹果 饲养员 黑熊 P（S1） P（S2） P（S） P（S） 〈放〉 〈取〉 V（S） V（S） V（S2） V（S1） 第二部分 进程管理(13)

设公共汽车上有一位司机和一位售票员，它们的活动如下，请分析司机与售票员之间的同步关系，如何用PV操作实现。 司机 售票员： 启动车辆 正常行车 到站停车 售票 开车门 关车门

文件名，文件系统就会自动地完成对与给定文件名相对应文件的有关操作。

（4） 有效实现对文件的各种控制操作（如建立、撤销、打开、关闭文件等）和存取操作（如读、写、修改、复制、转储等）。 （5） 实现文件信息的共享，并且提供可靠的文件保密和保护措施。

? 文件的逻辑组织和物理组织？ 答：1 文件的逻辑组织

文件的逻辑组织通常分为两种形式，即有结构文件和无结构文件。 1）有结构文件

又称作记录式文件，它在逻辑上可被看成一组连续记录的集合，即文件是由若干个相关的记录组成。每个记录是一组相关的数据集合，用于描述一个对象某个方面的属性。

记录式文件按其记录的长度是否相同又可分为：定长记录文件和变长记录文件两种。

2）无结构文件

无结构文件是指文件内部不再划分记录，它是由一组相关信息组成的有序字符流，即流式文件，其长度直接按字节计算。如大量的源程序、可执行程序、库函数等采用的文件形式是无结构文件形式。在UNIX系统中，所有的普通文件都被看做是流式文件，系统不对文件进行格式处理。 2 文件的物理组织

几种基本的文件物理存储组织形式：

1）连续文件

连续文件（又称做顺序文件）是基于磁带设备的最简单的物理文件结构，它是把一个逻辑上连续的文件信息存放在连续编号的物理块（或物理记录）中。 2）串连文件

为克服连续文件的缺点，可把一个逻辑上连续的文件分散存放在不同的物理块中，这些物理块不要求连续，也不必规则排列。为了使系统能找到下一个逻辑块所在的物理块，可在各物理块中设立一个指针（称为连接字），它指示该文件的下一个物理块。 3）FAT文件

串连文件的缺点可通过把连接字放在一个内存表格中的方式加以克

服。这种在内存中的表格就称为文件分配表（FAT，File Allocation Table）。 4）索引文件

索引文件是实现非连续分配的另一种方案：系统为每个文件建立一个索引表。其中的表项指出存放该文件的各个物理块号，而整个索引表由文件说明项指出。 5）多重索引文件

为了用户使用方便，系统一般不应限制文件的大小。如果文件很大，那么不仅存放文件信息需要大量盘块，而且相应的索引表也必然很大。在这种情况下把索引表整个放在内存是不合适的，为此引出多重索引结构（又称多级索引结构）。

? 文件目录管理的要求

答：对目录管理的要求如下： (1)实现“按名存取”。

(2) 提高对目录的检索速度。合理组织目录结构 (3) 文件共享。 (4) 允许文件重名。 ? 文件存储空间的管理

答:空闲表法和空闲链表法

? 外存分配方式和各自的优缺点

答：外存分配方式（连续，链接，索引） 1、连续分配的主要优缺点 ? 优点如下： (1)顺序访问容易。 (2) 顺序访问速度快。 ? 缺点如下：

(1)要求有连续的存储空间。 (2) 必须事先知道文件的长度。 2、链接分配的主要优缺点 ? 优点如下：

(1)离散分配方式，提高了外存空间的利用率。 (2) 可动态分配盘块，无须事先知道文件大小。 (3)对文件的增、删、改也十分方便。 ? 缺点如下：

(1)不能支持高效的直接存取。 (2) FAT需占用较大的内存空间。 3、索引分配的主要优缺点

目前常用的外存分配方法有：连续分配、链接分配和索引分配三种。 (1)连续分配优点是：顺序访问容易；顺序访问速度快。（2分）

连续分配缺点是：要求有连续的存储空间、必须事先知道文件的长度。

(2)链接分配优点是：采取离散分配方式，消除了外部碎片，外存空间的利用率高；无须事先知道文件的大小，对文件的增、删、改十分方便。（2分）

链接分配缺点是：不支持高效的直接存取，FAT需占用较大的内存空间。 (3)索引分配方式优点是：支持直接访问。 索引分配方式缺点是：花费较多外存空间。（1分）

? 在UNIX系统中，目录结构采用（多级目录 ）

? 用磁带作为文件存贮介质时，文件只能组织成( 顺序文件 )

? 用户通过 ( 调用文件和打开文件 ) 操作来申请对文件的使用权

第六部分 文件管理(2)

? 文件系统的按名存取主要是通过（ 目录管理 ）实现的

? 根据外存设备不同，文件被划分为若干个大小相等的物理块，它是（A ）的基本单位。

A.存放文件信息或分配存储空间 B.组织和使用信息 C.表示单位信息 D.记录式文件

? （顺序文件 ）物理结构文件不便于文件的扩充。 ? 索引文件的索引表内容 第六部分 文件管理(3)

? 某个文件系统中，每个盘块为512字节，文件控制块占64字节，其中文件名占8个字节。对一个存放在磁盘上的256个目录项的目录，则为找到其中一个文件的FCB，需平均启动磁盘__17____次；如果引入索引节点，且索引节点编号占2个字节，为找到其中一个文件的FCB，需平均启动磁盘____4__次。

某个文件系统中，每个盘块为512字节，文件控制块占64字节，其中文件名占8个字节。如果索引节点编号占2个字节，对一个存放在磁盘上的256个目录项的目录，试比较引入索引节点前后，为找到其中一个文件的FCB，平均启动磁盘的次数。

目录文件存放的是文件名和索引节点的编号，故这256项的目录文件，需占用的空间为：256×（8＋2）/512＝5个盘块。因此，平均需要启动的磁盘次数为：（1＋5）/2＋1＝4次。

? 在UNIX系统中，采用混合索引分配方式。如果一个盘块的大小为1KB，每个盘块号占4个字节，即每块可放256个地址，则某文件中逻辑地址90000对应的物理地址为_________。

A、直接地址 B、一次间接地址 C、二次间接地址 D、多次间接地址

在UNIX 中，如果一个盘块的大小为1KB，每个盘块号占4个字节，即每块

可放256个地址。请转换下列文件的字节偏移量为物理地址。 ⑴9999； ⑵18000； ⑶420000

答：首先将逻辑文件的字节偏移量转换为逻辑块号和块内偏移量,就是将[字节偏移量]/[盘块大小]，商为逻辑块号，余数是块内偏移量。在FCB中，第0-9个地址为直接地址，第10个为一次间接地址，第11个地址为二次间接地址，第12个地址为三次间接地址。

再将文件的逻辑块号转换为物理块号。使用多重索引结构，在索引节点中根据逻辑块号

通过直接索引或间接索引找到对应的物理块号。

（1）9999/1024=9 余783，则逻辑块号为9，直接索引第9个地址得到物理块号，块内偏移地址为783。

（2）18000/1024=17余592，则逻辑块号为10<17<10+256，通过一次间接索引在第10个地址可得到物理块号，块内偏移地址为592。

（3）420000/1024=410 余160，则逻辑块号为10+256<410，通过二次间接索引在第11个地址可得到一次间址，再由此得到二次间址，再找到物理块号，其块内偏移地址160。

? 对文件存储空间的管理有多种方式，在UNIX系统中采用的是__D___。 A、空闲表法 B、空闲链表法 C、位示图法 D、成组链接法

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