2022年操作系统复习资料.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 操作系统复习要点 一、概论1. 操作系统的进展过程：（运算机操作系统的进展和运算机硬件的进展密不行分）（1）手工阶段（预约机时） - 无 OS （联机）（2）操作员（脱机）（3）简洁批处理阶段（程序之间转换的“ 自动化”）软件：监控程序（ monitor ）操作系统的雏形常驻内存 硬件：纸带（卡片）磁带监控程序不是为明白决某个详细应用而产生的,它是为明白决运算机自 身正常运行而设计的；（4）多道程序阶段（中断技术、通道技术）多程序并发执行- 脱机 多道程序阶段标志着操作系统真正的产生了！2. 什么是操作系统？操作系统是有效治理运算机系统中的资源

2、,合理的组织运算机的工作流程,便利用户操作的程序的集合；3. 操作系统的功能（1）处理机治理：处理机的调度策略第 1 页 共 25 页名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 25 页精选学习资料 - - - - - - - - - （2）内存治理：内存安排、回收收、扩充、爱护和共享（3）设备治理：设备安排、设备回收、设备驱动（4）文件治理：文件的按名存取、文件的加密与爱护、文件共享等等；4. 操作系统的分类分类 追求的目标多道批处理系统 资源的利用率分时系统 联机（交互性）实时系统 准时性通用系统 同时具备多道、分时、实时两个或两个以上的功能个人机操作系统 便利用户使用（好用）

3、网络操作系统 资源共享,通信才能多处理机系统 充分提高处理才能分布式系统 充分提高处理才能嵌入式系统 高效（用最少的资源做想要做的事情）分时系统：分时系统是指一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端,同进答应多个用户共享主机中的资源,每个用户都可通过终端以交互方式使用运算机；分时系统的特点如下：（1）多路性；即多个用户分时使用一台主机；（2）独立性；每个用户各占一个终端,独立操作,互不干扰；（3）准时性；用户的恳求能在很短时间内获得响应；（4）交互性；用户可通过终端与系统进行广泛的人机对话；5. 运算机操作系统的硬件支撑（1）计时器（硬件时钟）肯定时钟、间隔时钟（闹钟）（2）系统堆栈（内存中

4、的一个固定区域）a. 储存中断现场 b.操作系统子程序调用,参数,返回值（3）特权指令和非特权指令 非特权指令：算术运算、规律运算、位移指令、转移指令特权指令：设置中断向量、开关中断、停机、设置硬件时钟、修改 PSW （4） 处理机状态 管态：系统态、核心态第 2 页 共 25 页名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 25 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目态：用户态（5） 中断装置（中断：系统对于异步大事的响应）中断处理过程（6） 地址映射机制（7） 内存爱护机制：界地址寄存器、储备爱护键方式（8） 输入输出通道（ I/O 处理机）二、进程治理1. 什么

5、是进程？2. 进程概念的引入？3. 进程的特点（和程序的区分）？（1）静态和动态（2）程序和进程（ 1：N）（3）永久和临时（4）并发性（5）结构性（ PCB）: 操作系统通过 PCB感知进程存在（6）独立性 : 在系统中进程是竞争资源的独立（基本）单位（7）异步性（随机性）4. 进程的三个基本状态（1）运行：占有 CPU,正在 CPU上执行（2）就绪：等待 CPU以便执行（3）堵塞（等待）：等待除 CPU以外的其他资源（等待某个大事的发生）第 3 页 共 25 页名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 25 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5. PCB 里

6、面究竟有什么？进程描述信息进程名和进程ID 用户名和用户ID 父子关系（ PID/PPID ）进程掌握信息 进程当前的状态进程优先级各种计时信息（反馈）进程间通信的信息进程资源信息 占内存（哪里,多少）占设备（哪些,设备号）占文件（拜访了哪些文件,文件指针）进程现场信息 通用寄存器值PSW 用户栈指针数据结构PCB指针：指向和自己具有同种状态的进程的PCB 6. PCB 的组织治理形式（1）基本的组织形式：数组（2）为了能有效的治理系统中的7. 进程掌握PCB,常用的组织形式有：链式和索引式系统中通过一些特定功能的程序段来完成进程的创建、终止以及完成进程间各种状态的转换；第 4 页 共 25

7、页名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 25 页精选学习资料 - - - - - - - - - 8. 原语：原语是由如干个机器指令构成的完成某种特定功能的程序段,具有不行 分割性,在执行过程中不答应被中断； （原语具有不行中断性（或原子性） ）9. 和进程掌握相关的原语：创建原语、撤销原语、堵塞原语、唤醒原语、挂起原 语、激活原语；（每个原语被调用的缘由以及每个原语详细做什么事情）10. 线程（ Thread）（1）线程引入的目的：进一步提高系统并发粒度；（2）线程和进程的区分：a. 调度：（进程拥有资源和调度,线程就是调度单位）b. 拥有资源（进程是拥有资源的基本单位,

8、线程除一点必需资源外不拥有系 统资源）c. 并发性（引入线程后, 不仅进程之间可以并发执行,且同一进程内的多个 线程也可）d. 系统开销（进程创建和撤销时, 系统都得为其安排和回收资源,在进程切 换时,设计整个进程当前的 CPU环境的储存以及新调度到进程的 CPU环境 的设置,而线程切换只需储存和设置少量寄存器内容,开销很小, 而且进 程内多个线程共享进程地址空间、多线程之间的同步与通信特别简洁实 现,甚至无需操作系统干预；（3）线程的状态（线程不拥有资源所以线程没有挂起状态）（4）线程的实现方式（ ULT、KLT、ULT&KLT）- 各自的优缺点？三、并发掌握互斥与同步 1. 进程间的联系与

9、相互作用 2. 进程同步 一个进程等待另一个协作进程给它供应消息,在消息到达之前,该进程处于 堵塞状态,一旦消息到达,该进程被唤醒进入到就绪状态,进程间的这种关 系称为同步 3. 进程互斥由于各进程要共享资源,但某些资源需要互斥的使用,因此进程间竞争使用 这些资源的关系称为互斥；4. 临界资源（ Critical Resource 5. 临界区的使用原就）和临界区 Critical Section （1）闲暇让进； 当没有进程处于临界区是, 恳求进入临界区的进程可以立刻 进入临界区；第 5 页 共 25 页名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 25 页精选学习资料 - - -

10、 - - - - - - （2）忙就等待； 当已有进程进入临界区时, 其他试图进入临界区的进程必需 等待；（3）有限等待； 对要求拜访临界资源的进程,界区；应保证能在有限时间内进入临（4）让权等待；当进程不能进入临界区时,应主动舍弃 CPU的使用权；6. 互斥 &同步解决方案（1）软件解决方法（ Dekker 算法、 Peterson 算法）（2）硬件解决方法（开关中断、机器指令）（3）信号量（ Semaphore）（4）管程 Monitor 7. 信号量 - 信号量是解决进程互斥问题的最优秀的解决方法（1） 定义：Struct Semaphore / 信号量用于描述资源 int value

11、; / 必需有一个非负的初值,只能初始化一次 &PCB queue; / 该信号量的等待队列 （2）P（wait ）、Vsignal 操作1.P（wait ）操作相当于申请资源的操作Waitsemaphore s s.value -; ifs.value 0 将执行该 P 操作的进程状态改为堵塞 并且把执行该 P 操作的进程 PCB插入到该信号量的等待队列中去； 2. VSignal 操作相当于释放资源的操作 Signalsemaphore s s.value +; ifs.value 0 s.value 表示可用资源个数b. S.value=0 表示无资源,无进程等待c. S.value 0

12、 vurgent; else vmutex cwaitsemaphore s, int s_count s_count + ; ifurgent_count 0 vurgent else vmutex ps; csignalsemaphore s, int s_count ifs_count 0 /P - Q s_count -; urgent_count+ vs purgent 第 11 页 共 25 页名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 25 页精选学习资料 - - - - - - - - - preRead enter ifwriter_count 0 cwaits

13、r,sr_count; reader_count+ csignalsr,sr_count; leave finishRead enter reader_count -; ifreader_count = 0 csignalsw,sw_count; leave preWrite enter writer_count +; ifwrite_count 1 or reader_count 0 cwaitsw,sw_count; 第 12 页 共 25 页名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 25 页精选学习资料 - - - - - - - - - leave finishWrit

14、e enter writer_count -; ifwriter_count 0 csignalsw,sw_count; else csignalsr,sr_count; leave Reader: preRead; 到数据区中读取数据 finishRead; Writer: preWrite; 向数据区中写入数据finishWrite;四、死锁处理 1. 死锁：两个或两个以上的进程显现了永久性堵塞的情形 2. 死锁产生的缘由？第 13 页 共 25 页名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 25 页精选学习资料 - - - - - - - - - （1）资源不够（2）进程推

15、动次序不当 3. 死锁产生的四个必要条件（1）互斥条件（2）占用并等待（3）非抢占（4）循环等待 4. 死锁解决方案（1）死锁预防 a. 打破互斥条件 b. 资源静态安排 c. 抢占 d. 资源定序（2）死锁防止（银行家算法 banker ）（3）死锁检测与复原 - （4）鸵鸟算法五、处理机调度基本概念：轮转（周转）时间 tq 服务（执行）时间 ts 资源恳求安排图的化简标准化轮转时间（带权周转时间） = tq / ts 要求：知道每一种策略的基本思路、优点以及缺点调度策略进程1 2 3 4 5 平均值到达时间0 2 4 6 8 FCFS 服务 ts 3 6 4 5 2 2.56 完成时间3

16、9 13 18 20 轮转 tq 3 7 9 12 12 非抢占tq/ts 1 1.17 2.25 2.4 6 RR 完成时间4 19 17 20 15 2.74 轮转 tq 4 17 13 14 7 （1）tq/ts 1.333 2.83 3.25 2.8 3.5 抢占RR 完成时间2.58 3 19 11 20 17 轮转 tq 3 17 7 14 9 （4）tq/ts 1 2.83 1.75 2.8 4.5 抢占SPN 完成时间1.84 3 9 15 20 11 第 14 页 共 25 页名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 25 页精选学习资料 - - - - -

17、- - - - 非抢占轮转 tq 3 7 11 14 3 tq/ts 1 1.17 2.75 2.8 1.5 1.59 SRT 可抢占式 SPN 完成时间 轮转 tq tq/ts 3 15 8 20 10 3 13 4 14 2 其他策1 2.17 1 2.8 1 略参考值 完成时间3 9 13 20 15 2.14 HRRN 轮转 tq tq/ts 3 7 9 14 7 1 1.17 2.25 2.8 3.5 完成时间4 20 16 19 11 2.29 FB 轮转 tq 4 18 12 13 3 1 tq/ts 1.33 3 3 2.6 1.5 完成时间4 17 18 20 14 2.63

18、 FB 轮转 tq 4 15 14 14 6 2n tq/ts 1.33 2.5 3.5 2.8 3.0 六、内存治理1. 内存治理要解决的主要问题（1）内存的安排与回收（2）地址转换（3）内存扩充（4）内存的共享和爱护 2. 储备治理基本技术（1）重定位：静态重定位、动态重定位（2）分区法 : 固定分区法、动态分区法（3）进程放置时的适应算法（最优,最差,最先（循环最先）（4）程序浮动技术、多重分区法（5）掩盖技术、交换技术 3. 页式储备（1） 页式储备如何安排回收内存（2） 页式储备如何实现地址转换（页表）规律地址 = 页号 + 页内偏移第 15 页 共 25 页名师归纳总结 - - -

19、 - - - -第 15 页,共 25 页精选学习资料 - - - - - - - - - 查“ 页表” 得出页号对应的块号物理地址 = 块号 * 页面大小 + 页内偏移（3）页式储备如何实现内存扩充: 虚拟内存的置换算法a.FIFO、LRU、OPT、其次次机会、时钟（ CLOCK）、NUR b.Belady 反常 c. 抖动 物理块数量,页面置换算法,程序设计本身 （4）页式储备如何实现共享和爱护 共享：规律空间中的页面指向相同的物理块爱护：页式储备治理自身的防越界机制、储备爱护键4. 页式储备在实现时会遇到的主要问题及解决方法（1）两次内存拜访问题：使用快表（联想储备器）（2）正确页面大小

20、：和程序平均长度有关（3）页表跨页问题：二级页表或多级页表（4）用户程序对缺页中断的影响5. 段式储备和页式储备的区分 分页与分段系统有很多相像之处,但两者在概念上完全不同,主要表现在：（1）页是信息的物理单位,分页是为实现离散安排方式,以消减内存的外 汇零头,提高内存利用率；段是规律单位,分段的目的是为了更好的满意用户的需要；（2）页的大小固定,段的长度不固定（3）分业的作业地址是一维的,分段的地址空间是二维的,在标识一个地 址时,要给出段名和段内地址（4）段式储备更有利于信息的共享七、 I/O 设备治理 1I/O 技术（程序 I/O 、中断、 DMA、I/O 通道）2Spooling 技术

21、（独占型设备改造成共享型设备）3磁盘调度（1）磁盘的相关概念（磁头,磁道,柱面,扇区）（2）磁盘性能指标： a. 寻道时间 b. 旋转推迟（埋伏期） c. 处理时延（3）磁盘调度算法（ FCFS、最短寻道时间优先,扫描策略、循环扫描策略）第 16 页 共 25 页名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 25 页精选学习资料 - - - - - - - - - 课堂上讲过的习题在单处理机环境中,以下中可以并行的是 _ A.进程与进程 B. 处理机和设备 C. 设备和设备 D. 处理机和通道以下选项中,操作系统供应应应用程序的接口是 _ A.系统调用 B. 中断 C. 库函数 D

22、. 原语有两个程序 A 和 B,A程序的执行流程是：CPU 10S , 设备 1 5S , CPU 5S , 设备 2 10S , CPU 10S B 程序的执行流程是：设备 1 10S , CPU 10S , 设备 2 5S , CPU 5S,设备 2 10S 问：在单道方式下和多道并发环境下执行 A、B 两个程序CPU的利用率分别是多少？以下选项中,在用户态执行的是 _ A.命令说明程序 B. 缺页中断处理程序 C. 进程调度程序 D. 时钟中断处理程序中断系统一般是由相应的 _组成A.硬件 B. 软件 C. 硬件和软件 D. 固件能影响中断响应次序的技术是 _ A.时间片 B. 中断处理

23、程序 C. 中断屏蔽 D. 特权指令用户程序在目态下使用特权指令引起的中断属于 _ A.硬件故障中断 B. 程序中断 C. 外部中断 D. 访管中断以下选项中,降低进程优先级的合理时机是 _ A.进程的时间片用完 B. 进程刚完成 I/O, 进入就绪状态队列C.进程长期处于就绪队列中 D. 进程从就绪状态转为运行态以下选项中,导致创建新进程的操作是 _ I. 用户登录胜利 II. 设备安排 III. 启动程序执行A.仅 I 和 II B. 仅 II 和 III C. 仅 I 和 III D.I、II 、III 第 17 页 共 25 页名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共

24、25 页精选学习资料 - - - - - - - - - 在支持多线程的系统中,进程P创建的如干线程不能共享的是_ A.进程 P 的代码段 B. 进程 P 中打开的文件C.进程 P 的全局变量 D. 进程 P 中的某线程的栈指针设系统中有 nn2 个进程,且当前不在执行进程调度程序,试考虑下述 6 种情形：1. 没有进程在运行,有 2 个就绪进程, n-2 个进程处于等待状态2. 没有进程在运行,有 n 个进程处于等待状态；3. 没有进程在运行,有 1 个就绪进程, n-1 个进程处于等待状态；4. 有 1 个进程在运行,没有就绪进程,n-1 个进程处于等待状态5. 有 1 个进程在运行,有

25、1 个就绪进程, n-2 个进程处于等待状态6. 有 1 个进程在运行,有 n-1 个就绪进程,没有进程处于等待状态上述情形中,不行能发生的情形有哪些？ 单处理机环境 在单用户系统中,有 n 个进程,请问就绪队列和等待队列中进程个数的范畴是什么？一个进程的基本状态可以从其他两种基本状态转变过来,这个基本状态肯定是 _ A.运行状态 B. 堵塞状态 C. 就绪状态 D. 完成状态某银行供应一个服务窗口和10 个供顾客等待的座位,顾客到达银行时,如有空座位,就到取号机上领一个号,等待叫号； 取号机每次只答应一个顾客使用；当营业员闲暇时,通过叫号机选取一位顾客,并为其服务；顾客和营业员的活动过程如下

26、描述：顾客进程 _x： 取号等待叫号猎取服务第 18 页 共 25 页名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 25 页精选学习资料 - - - - - - - - - 营业员进程：whiletrue 叫号为顾客服务 三个进程 p1 p2 p3 互斥使用一个包含N个单元的缓冲区P1 每次用 produce 生成一个正整数并用 put 送入缓冲区的某一空单元；P2 每次用 getodd 从该缓冲区中取出一个奇数并用 countodd 统计奇数的个数P3 每次用 geteven 从该缓冲区中取出一个偶数并用 counteven 统计偶数个数 . 请用信号量机制实现这三个进程的同步与

27、互斥活动,并说明所定义信号量的含义；某时刻进程的资源使用情形如下表所示,此时的安全序列是_ P1 进程已安排资源尚需资源可用资源1 R1 R2 R3 R1 R2 R3 R1 R2 R3 2 0 0 0 0 1 P2 1 2 0 1 3 2 0 2 P3 0 1 1 1 3 1 P4 0 0 1 2 0 0 第 19 页 共 25 页名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 25 页精选学习资料 - - - - - - - - - 试化简以下资源安排图,并利用死锁检测原理给出相应结论：图（ A）图（ B）以下进程调度算法中,综合考虑进程等待时间和执行时间的是 _ A.时间片轮转调

28、度算法 B. 最短进程优先调度算法 C.先来先服务调度算法 D. 高响应比优先调度算法以下选项中,满意短任务优先并且不会发生饥饿现象的调度算法是 _ A.时间片轮转调度算法 B. 非抢占式最短进程优先调度算法 C.先来先服务调度算法 D. 高响应比优先调度算法第 20 页 共 25 页名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 25 页精选学习资料 - - - - - - - - - 在一个多道程序环境下,有一个 CPU和两个 IO 设备 IO_1 、IO_2 ,同时投入 3 个作业 JOB1 、JOB2、JOB3运行；这 3 个作业对 CPU和 IO 设备的使用次序和时间如下所

29、示：JOB1： IO_230ms ; CPU10ms ; IO_130ms; CPU10ms; IO_220ms JOB2： IO_120ms ; CPU20ms ; IO_240ms; JOB3： CPU30ms ; IO_120ms ; CPU10ms; IO_110ms; 假设 CPU、IO_1、IO_2 能并行工作,进程优先级满意JOB1JOB2JOB3,优先级高的进程可以抢占优先级低的进程的 CPU使用权,但不能抢占 IO 设备；问：（1）3 个作业从投入到完成总共需要多少时间 . （2）从投入到完成 CPU的利用率是多少？（3）IO 设备的利用率分别是多少？为满意 2 64地址空间的程序运行,采纳多级分页储备治理方式,假设页面大小为 4K,在页表中的每个页表项占 8 个字节,为了满意系统的分页治理至少应采纳多少级页表？一个进程的大小为 5 个页面,每个页面大小为 1K, 系统为它安排了 3 个物理块；当前进程的页表如下所示：页号块号存在位拜访位修改位0 0X1C 1 1 0 1 0X3F 1 1 1 2 - 0 0 0 3 - 1 0 0 4 -0X5D 0 0 0 有哪些页面不在内存中？请分别运算进程中拜访地址 理地址；0X3B7、 0X12A5 、0X1432 单元时的物考虑下面页面走向12, 3, 42, 1, 56, 2, 12, 3, 76, 3, 2