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1、操作系统复习提要2016年题型（往年的）1.是非题（20分，每题2分）2.留意，错题要纠错！3.单项选择题（30分，每题3分）4.简答题（20分，每题5分）5.计算、设计题（30分）考试范围n前15章（第七版第七版）n重点113章1.4Silberschatz,Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition,Jan 12,2005Part 1:Overview 1.Introduction 2.Operating-System Structures Part 2:Process Management 3.Processes
2、4.Threads 5.CPU Scheduling 6.Process Synchronization 7.Deadlocks Part 3:Memory Management 8.Main Memory 9.Virtual Memory 1.5Silberschatz,Galvin and Gagne 2005Operating System Concepts 7th Edition,Jan 12,2005Part 4:Storage Management 10.File-System Interface 11.File-System Implementation 12.Mass-Stor
3、age Structure 13.I/O Systems 14.Protection15.Security1 绪论nComputer System StructureApplication programsOperating systemHardwareUsers1 绪论n存储结构n程序方式/中断/DMAnMultiprogramming/Timesharing(multitasking)1 绪论例题n名词辨析：分时（time-sharing）与多道程序（multi-programming）n核心态和用户态n推断：分时（time-sharing）是为了在操作系统中支持同时运行多个程序，从而提高
4、CPU的利用率而提出的。2 操作系统结构n从三个角度l用户角度用户角度、l程序员角度程序员角度l操作系统设计人员角度操作系统设计人员角度2 操作系统结构nOperating System ServiceslUser Operating System InterfacelSystem CallslSystem ProgramsnOperating System Design and ImplementationlOperating System StructurelVirtual MachineslOperating System GenerationlSystem Bootlmicrokern
5、eln进入操作系统的三种场景n1.中断 Interruptn2.异样 Exceptionn3.系统调用，System Call，Trap2 操作系统结构例题n名词辨析：微内核和模块化内核n在微内核结构的操作系统中，进程间通讯可以不在微内核内。l错。进程通讯是内核的核心功能，对微内核系错。进程通讯是内核的核心功能，对微内核系统，也在微内核内实现。统，也在微内核内实现。n以下对操作系统内核的运行方式的描述，正确的是：DlA.操作系统是一个以内核态运行的独立的进程；lB.操作系统内核运行时不能访问其它进程的地址空间；lC.只有在硬件中断发生时，操作系统内核才会运行；lD.操作系统内核可以以内核态在用
6、户进程上下文中运行。3 进程n进程概念n进程调度n进程操作n进程协作n进程间通信3 进程3 进程n数据结构：lPCBl调度用的queuen基本进程编程方法3 进程n长程调度（或作业调度）长程调度（或作业调度）从作业池中选从作业池中选择进程，并将它们装入内存以执行。择进程，并将它们装入内存以执行。n短程调度（或短程调度（或CPU调度）调度）从就绪可执行从就绪可执行的进程中选择进程，并为其中之一支配的进程中选择进程，并为其中之一支配CPU。n中程调度中程调度3 进程例题n名词辨析：长程调度（long-term scheduling）与中程调度（mid-term scheduling）4.线程n概述
7、n多线程模型n若干线程问题4.线程n基本概念n特点n与进程的关系，比较4.线程例题n1）是非：线程都保存有各自的栈信息和CPU状态（寄存器、指令计数器等）。n2）是非：在多进程多线程操作系统中，每个进程只须要维护一个栈（stack）；n3）名词辨析：进程和线程5.CPU调度n基本概念n调度准则/评估n几种调度算法lFCFS，lSJF（SRTF）l优先级调度lRR5.CPU调度例题是非题：在微内核结构的操作系统中，CPU调度必定在微内核内。名词辨析：最短作业优先调度和最短剩余时间优先调度6进程同步n概念n生产者-消费者问题n哲学家问题n信号量6进程同步例题n1）是非：单CPU环境下由于任何时刻只
8、有一个进程（线程）能够运行，因此操作系统不须要实现同步与互斥支持。n2）选择：多CPU共享内存环境下，以下哪种实现临界区的方法无效？nA.运用test_and_set机器指令实现“忙等”（busy waiting）nB.Peterson算法nC.关中断nD.运用swap机器指令实现“忙等”7死锁n系统模型n死锁特点n死锁的4个条件n资源支配图n死锁？饥饿？n死锁处理方法n死锁预防n死锁避开n死锁检测n死锁复原n平安状态/死锁n银行家算法（矩阵）7死锁例题1）选择：以下哪种状况照旧可能会发生死锁？A.资源都是可共享的；B.每一种资源的数量都超过单个进程所需这类资源的最大值；C.空闲资源能够满足随
9、意一个进程还须要的资源需求；D.每个进程必需一次申请、获得所需的全部资源7死锁例题2）辨析：死锁（deadlock）与饥饿（starvation）3)在抢占式（preemptive）操作系统中，进程不会因为申请、运用资源发生死锁。4）担忧全状态未必会导致死锁的发生；始终处于平安状态也不能保证死锁确定不会发生。5）问答：7死锁例题.（10分）现有以下实现有界缓存（bounded buffer）问题的伪代码1.semaphore mutex=1;2.semaphore full=0;3.semaphore empty=3;/buffer中允许3个item4.producer()5./produce
10、 an item6.wait(empty);7.wait(mutex);8./add it to the buffer9.signal(mutex);10.signal(full);11.12.consumer()13.wait(mutex);14.wait(full);15./remove one from buffer16.signal(mutex);17.signal(empty);18./consume the removed item19.a)请问该代码是否会引起死锁？（3分）b)假如不会引起死锁，请证明死锁（证明死锁的四个必要条件中有一个不成立）；假如可能引起死锁，请画出资源支配图
11、（信号量作为资源），指出代码发生死锁的缘由，并进行改正。（7分）8主存管理n背景n交换n连续内存支配n分页n分段n带有分页的分段8主存管理例题n是非：段表由各个进程自己管理，进程可在用户态对段表进行更新。n名词辨析：段式内存管理和页式内存管理9虚存管理n背景n按需（demanding）页面调度n进程创建n页面置换n算法：FIFO（Beladys）；LRU，LFU，MFUn帧支配n系统颠簸（Thrashing）9虚存管理例题n1）是非：微内核操作系统中，CPU调度和虚存管理功能必需在微内核中实现；n2）是非：在虚存管理时，接受先进先出（FIFO）页面替换策略，必定会发生Belady异样（即支配页
12、框越多，缺页率反而越高）；n3）选择：当发生抖动（或称为颠簸，thrashing）时，以下哪种现象不会出现？nA.处于等待（waiting）状态的进程数增多nB.CPU利用率增高nC.磁盘I/O增多nD.长程调度（long-term scheduling）允许更多的进程进入就绪（ready）状态9虚存管理例题n4）计算：接受按需调页（demand paging），现有3个页框，分别存储着页面号2,3,4三个页面。已知接下来的页面访问依次为1,2,3,4,1,2,5,1,2,3,4,5。运用时钟算法（clock algorithm）作为页面替换算法。（10分）n请计算会发生的缺页次数（假设初始时
13、在页框内的页面的引用位（reference bit）都是1，2/3/4三个页面按序存放，初始时指针指向页面2）？（7分）n请写出这一访问序列所对应的工作集。（3分）n试简述缺页中断处理的具体过程（从发生缺页中断起先至页面调度结束，进程接着执行为止），并指明每一个步骤中，处理所处的上下文环境和模式。10文件系统接口n文件概念n访问方法n书目结构n文件系统安装n文件共享n疼惜10文件系统接口例题n1）简答：请简述在一个支持有向无环图书目结构的文件系统中，删除一个一般文件（非书目文件）时操作系统须要执行哪些操作。（5分）11文件系统实现n文件系统结构n文件系统实现nFCBn书目实现n支配方法n连续支
14、配n链接支配n索引支配n空闲空间管理n复原11文件系统实现例题n1）是非：在书目文件中，必需保存文件名和文件限制块信息。n2）选择：以下哪种数据结构必需存放在许久存储介质上？nA.进程限制块nB.页表nC.文件限制块nD.打开文件列表11文件系统实现例题n3）以下对于书目及其实现的描述，错误的是：nA.书目是文件的集合，是一种逻辑概念，通常用文件实现nB.书目文件中存放的就是书目中文件的文件限制块（file control block）nC.书目中可以有子书目，形成嵌套结构nD.书目中的“.”和“.”通常分别代表该书目本身和其父书目11文件系统实现例题4）（15）假设有文件系统运用i-node
15、如图所示。其中一个磁盘块大小为4KB，一个磁盘块指针大小为32位（4B），干脆块（direct block）大小为2KB，其它索引块大小和一个磁盘块一样大小。假设有一个4MB大小的文件，其i-node已在内存中（direct block也在内存中），文件的其它部分都在磁盘上，不考虑缓存。请问：a)访问其第一个字节，第1K个字节，第1M个字节，第2M个字节，第3M个字节，和最终一个字节分别须要访问几个磁盘块（2x5=10）？b)该文件系统最大能支持多大的文件(5)？11文件系统实现例题n5）计算、设计题（15）n设有一个文件系统，文件数据块（磁盘块）大小为4KB，每个文件数据块指针大小为4B（3
16、2位）。该文件系统须要支持以下操作：nint read(int fd,int pos,int len,int*buf);nint write(int fd,int pos,int len,int*buf);nint insert(int fd,int pos,int len,int*buf);n其中，fd为文件句柄（handle），pos为读写插入位置，以上三个函数会依据pos x 4KB为实际位置读写插入buf中len x 4KB的数据，即每次数据操作必定读写插入一个磁盘块大小的数据，且插入位置的偏移量正好是4KB的整数倍。na)请分别具体描述如何在连续磁盘块支配、链接支配、索引支配状况下实
17、现插入操作（3x3）；nb)不考虑缓存，不考虑连续支配时空间不够的状况，请具体分析以上三种实现每次读写插入操作须要访问多少次磁盘（2x3）；nc)请问以上哪种方式最不适合这一场景？哪种方式最适合这一场景？为什么？（2x2）nd)假设在FCB中，还剩余256B的空间，请参考UNIX文件系统的i-node结构，设计一个多级的包含干脆块和间接索引的块管理方式，并分析该方式与以上三种方式相比的优缺点。（3）n现有如下代码nint pos10;n /*和用户交互，为posi赋值*/nint fd=open(“/home/us001/test.txt”,O_WRONLY);/*以只写方式打开文件*/nfo
18、r(int i=0;i 10;i+)n fseek(fd,posi,SEEK_CUR);/*文件指针定位到当前位置+posi*/n fprint(fd,“pos%dn”,i);/*写文件*/nnclose(fd);/*关闭文件*/na）请说明第2、第4、第5、第6行代码执行时，操作系统分别须要进行哪些操作？（8分）nb）请问第4、第5行代码的写操作属于依次访问还是随机访问？（2分）nc）请问对于这种访问方式，接受何种文件块组织方式较合适？为什么？（5分）n。11文件系统实现例题12 海量存储n磁盘调度n多级存储12 海量存储例题n1）.以下哪个操作不是磁盘格式化进行的？nA.划分扇区和磁道nB
19、.建立空闲FCB列表nC.建立空闲块列表nD.设定根书目文件n2）辨析：二级存储（secondary storage）与三级存储（tertiary storage）n3）简答:请简述磁盘访问效率由哪些部分确定，并分析如何提高文件系统中依次访问文件的效率。（5）12 海量存储例题n已知磁盘访问队列98,183,37,122,14,124,65,67（标号为柱面号），当前磁头位置为53。（10分）na)请写出一种最优的磁头移动序列，并计算磁头移动距离。（5分）nb)请问这一序列和哪种调度算法的结果是一样的？（2分）nc)请问这种调度算法能否保证在随意状况下是最优的？为什么？（3分）12 海量存储例
20、题n（10）设现有磁头访问恳求队列98，83，137，122，14，124，67，65，当前磁头位置为50。请：na)分别计算最短寻道时间优先（SSTF）算法和SCAN算法所需的磁头移动距离（3x2）nb)请比较以上两种方法的优缺点（4）。12 海量存储例题n假设磁盘磁头当前在磁道100，磁道恳求队列为：:n1.请计算FIFO（先进先出）策略下的寻道总长度(包括过程)（4分）n2.请计算SSTF（最近寻道时间优先）策略下的寻道总长度(包括过程)（4分）n3.请问：SSTF是否确定是总寻道长度最短的，为什么？（2分）13 I/O系统nPolling/Interrupt/DMA13 I/O系统1）
21、是非：对于键盘这样的低速字符设备，接受DMA方式进行数据交换是不合适的；2)是非：块设备确定是快速设备，且确定既能支持依次访问又能支持随机访问。3）辨析：程序限制输入输出（programmed I/O）与干脆内存访问（DMA）n选择：以下哪种设备常用假脱机方式（spooling）进行IO操作：la.磁带lb.磁盘lc.网络ld.打印机n2.试简述接受DMA方式进行I/O操作的整个过程，并说明DMA方式适合哪种类型的I/O操作，并说明缘由。14/15.Protection&Securityn.在一个老师与学生共享运用的Linux系统中，已知任课老师wnqian有书目：/home/wnqian/o
22、s/exam/，用于存放试题和答案。该书目的全部者是wnqian，所属的组中包括wnqian和历年的助教（每年不同）。该书目下还有/home/wnqian/os/exam/2013，/home/wnqian/os/exam/2014等书目，分别存放各年的试题。助教应只能访问担当助教当年的书目。请问，对于/home/wnqian/os/exam/书目，以下哪种权限设置是最合理的，符合最小权限原则？nA.rwxrwx-；nB.rwxr-xr-x；nC.rwx-x-；nD.rw-；复习n概念间的比较n各类辨析n数据结构的比较n如 PCB/TCB/FCBn算法间的比较n相像性，联系，区分，不同场合nTrade-off流程图nPagingnInterrupt，Exception，DMA，综合题-算法n进程调度（FCFS，RR，SRTF）n页替换（FIFO，Optimal，LRU，LRU-A.，LFU/MFU）n磁盘调度（FCFS，SSTF，SCAN，C-SCAN，LOOK，C-LOOK）综合题-程序n信号量l生产者，消费者，。综合题-数据结构nInodenPCB、TCB、FCB