操作系統(tǒng)簡答題

1、1.試述現(xiàn)代操作系統(tǒng)的基本特征（1）并發(fā)性：并發(fā)指的是在操作系統(tǒng)中存在著許多同時的或并行的活動。例如，在多道程序設(shè)計的環(huán)境下，各個程序同時在處理機上交替、穿插地執(zhí)行。（2）共享性：系統(tǒng)中存在的各種并發(fā)活動，要求共享系統(tǒng)的硬、軟件資源。（3）虛擬性：虛擬指的是講一個物理實體映射為若干個邏輯實體。前者是客觀存在的，后者是虛構(gòu)的。例如，在多道程序系統(tǒng)中，雖然只有一個CPU，每一時刻只能執(zhí)行一道程序，但采用多道技術(shù)之后，在一段時間間隔內(nèi)，宏觀上有多個程序在運行。在用戶看來，就好像有多個CPU在各自運行自己的程序。（4）不確定性：1.程序執(zhí)行結(jié)果不確定，程序執(zhí)行結(jié)果不能再現(xiàn)。同一程序，對給定相同的初始數(shù)

2、據(jù)，在相同的環(huán)境下運行，多次運行可能得到完全不同的結(jié)果。2. 多道程序設(shè)計環(huán)境下，程序按異步方式運行。也就是說，每道程序在何時執(zhí)行、各個程序執(zhí)行的順序以及每到道程序所需的時間都是不確定的，也是不可預(yù)知的。（有疑惑）2.試述操作系統(tǒng)與用戶接口并舉例說明。概念：為了方面用戶對計算機系統(tǒng)的使用和編程，操作系統(tǒng)向用戶提供了用戶與操作系統(tǒng)的接口，簡稱為用戶接口。操作系統(tǒng)提供了兩類接口：一類是程序級接口，即系統(tǒng)調(diào)用或稱操作系統(tǒng)應(yīng)用程序接口；另一類是作業(yè)控制級接口，即鍵盤控制命令與作業(yè)控制命令。作業(yè)控制級接口（即命令程序）：分為脫機用戶接口和聯(lián)機用戶接口。脫機用戶接口由一組作業(yè)控制命令或稱作業(yè)控制語言組成。

3、聯(lián)機接口由一組操作系統(tǒng)命令組成，用于聯(lián)機作業(yè)的控制。例如，系統(tǒng)管理、環(huán)境設(shè)置、權(quán)限管理、文件管理等。運行就緒阻塞調(diào)度時間片用完I/O請求I/O完成3.畫出進程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖并作必要文字說明。進程調(diào)度的基本調(diào)度狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換文字說明：（1）運行狀態(tài)。進程已獲得必要的資源，并占有一個處理機，處理機正在執(zhí)行該進程的程序。（2）就緒狀態(tài)。如果進程已具備了運行條件，但由于處理機已被其他進程占用，因此暫時不能運行，而等待分配處理機，則稱該進程處于就緒狀態(tài)，有時也稱可運行狀態(tài)。（3）阻塞狀態(tài)。進程在運行過程中，因等待某一事件而暫時不能運行的狀態(tài)，稱為阻塞狀態(tài)，即進程的運行受到了阻塞。此時，及時處理機“空閑”，也無

4、法使用。這種狀態(tài)也可稱為不可運行狀態(tài)。進程的各種調(diào)度狀態(tài)，可以根據(jù)一定的條件而發(fā)生變化。處于運行狀態(tài)的進程可能因某種事件的發(fā)生而變成阻塞狀態(tài)。相應(yīng)事件發(fā)生之后，該進程可以從阻塞狀態(tài)變成就緒狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)的進程調(diào)度程序把處理機分配給某一就緒狀態(tài)的進程時，它就從就緒狀態(tài)進入運行狀態(tài)。4.什么是信號量？什么是P、V操作？（1）在操作系統(tǒng)中，信號量是表示資源的實體，是一個與隊列有關(guān)的整型變量，其值僅能有P、V操作來改變。操作系統(tǒng)利用信號量對進程和資源進行控制和管理。（2）P、V操作是定義在信號量S上的兩個操作，其定義如下：P(S)：S：=S-1； 若S=0，則調(diào)用P(S)的進程繼續(xù)運行；若S0，則調(diào)用V

5、(S)的進程繼續(xù)運行；若S =0，從等待信號量S的阻塞隊列中喚醒頭一個進程，然后調(diào)用V(S)的進程繼續(xù)運行。 5：什么是進程互斥？如何實現(xiàn)互斥？答：進程是操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，是一個正在執(zhí)行的程序，用來描述系統(tǒng)和用戶的程序活動。兩個或兩個以上進程由于不能同時使用同一臨界資源，只能一個進程使用完了，另一個進程才能使用，這種現(xiàn)象稱為進程互斥。（1）.空閑讓進 當(dāng)臨界資源處于空閑狀態(tài)，允許一個請求進入臨界區(qū)的進程立即進入臨界區(qū)，從 而有效的利用資源。 （2）.忙則等待 已經(jīng)有進程進入臨界區(qū)時，意味著相應(yīng)的臨界資源正在被訪問，所以其他準(zhǔn)備進 入臨界區(qū)的進程必須等待，來保證多進程互斥。 （3）.有限等待

6、對要求訪問臨界資源的進程，應(yīng)該保證該進程能在有效的時間內(nèi)進入臨界區(qū)，防 止死等狀態(tài)。 （4）.讓權(quán)等待 當(dāng)進程不能進入臨界區(qū)，應(yīng)該立即釋放處理機，防止進程忙等待。6：存儲管理的主要研究課題是什么？答：存儲管理研究課題可歸納為四個方面：（1）：存儲分配問題：重點是研究存儲共享和各種分配算法。（2）：地址再定位問題：研究各種地址變換機構(gòu)，以及靜態(tài)和動態(tài)再定位方法。（3）：存儲保護問題：研究保護各類程序，數(shù)據(jù)區(qū)的方法。（4）：存儲擴充問題：主要研究虛擬存儲問題及其各種調(diào)度算法。7：試述文件管理的功能和文件系統(tǒng)的組成。答：文件系統(tǒng)主要實現(xiàn)了對文件存儲器的空間的組織和分配，對文件信息的存儲，以及對存入的

7、文件進行保護和檢索。文件管理部分的功能有四點：1.文件的結(jié)構(gòu)及有關(guān)存取方法；2.文件的目錄機構(gòu)和有關(guān)處理；3.文件存儲空間的管理；4.文件的共享和存取控制；文件系統(tǒng)由三部分組成：與文件管理有關(guān)的軟件、被管理的文件以及實施文件管理所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。8什么是死鎖，產(chǎn)生死鎖的原因和必要條件是什么？（1）當(dāng)某一進程提出資源的使用要求后，使得系統(tǒng)中一些進程處于無休止的阻塞狀態(tài)，在無外力的作用下，這些進程永遠也不能繼續(xù)前進。我們稱這種現(xiàn)象為死鎖。（2）原因：資源競爭和進程推進速度。一個進程在其運行過程中可以提出使用多個資源的要求，僅當(dāng)指定的全部資源都滿足時，進程才能繼續(xù)運行而到達終點，否則該進程因得不到所要

8、求的資源而處于阻塞狀態(tài)，當(dāng)兩個或兩個以上的進程同時對多個互斥資源提出使用要求時，有可能導(dǎo)致死鎖。當(dāng)進程爭奪資源時，有可能產(chǎn)生死鎖，但不一定就會死鎖。這取決于各進程推進的速度和對資源請求的順序，從而說明死鎖是一種與時間有關(guān)的錯誤。（3）必要條件：（1）互斥控制：進程對其所要求的資源進行排它控制，一個資源僅能被一個進程獨占。（2）非剝奪控制：進程所獲得的資源在未被釋放之前，不能被其它進程剝奪，即使該進程處于阻塞狀態(tài)，它所占用的資源也不能被其它進程使用，而其他進程只能等待該資源的釋放。（3）逐次請求:進程以隨意的零星方式逐次取得資源，而不是集中性的一次請求，這樣有利于提高資源的利用率。（4）環(huán)路條件

9、：在發(fā)生死鎖時，其有向圖必構(gòu)成環(huán)路，即前一進程保持著后一進程所要求的資源。9試述文件的物理結(jié)構(gòu)和存取方法的概念及相互關(guān)系？（1）物理結(jié)構(gòu)：文件的物理結(jié)構(gòu)是指邏輯文件在文件存儲器上的存儲結(jié)構(gòu)。（2）所謂文件的存取方法，是指讀寫文件存儲器上的一個物理塊的方法。通常有三類存取方法：順序存取法，直接存取法和按鍵存取法。（3）文件的物理結(jié)構(gòu)密切依賴于文件存儲器的特性和存取方法。究竟采用何種物理結(jié)構(gòu)和存取方法，要看系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和文件的使用情況。如果采用順序存取方法，則連接，串接，索引，連續(xù)等幾種結(jié)構(gòu)都可存取。如果采用直接存取法，則索引文件效率最高，連續(xù)文件效率劇中，串聯(lián)文件效率最低。 10試述外部設(shè)備的

10、體系結(jié)構(gòu)與設(shè)備分配算法？（有疑惑）A、I/O設(shè)備的分類：（1）按使用特性分類。分為存儲設(shè)備，輸入/輸出設(shè)備，終端設(shè)備和脫機設(shè)備。169頁圖6.1（2）按所屬關(guān)系分類，分為系統(tǒng)設(shè)備和用戶設(shè)備。（3）按資源分配角度分類，分為獨占設(shè)備，共享設(shè)備，虛擬設(shè)備。（4）按傳輸數(shù)據(jù)數(shù)量分類，分字符設(shè)備和塊設(shè)備。B、I/O設(shè)備的分配算法 （1）先請求先服務(wù)。當(dāng)有多個進程對同一設(shè)備提出I/O請求時，該算法是把所有發(fā)出I/O請求的進程，按其發(fā)出請求的先后順序排成一個等待該設(shè)備的隊列。I/O調(diào)度程序把I/O設(shè)備分配給該隊列中的第一個進程。（2）優(yōu)先級高者優(yōu)先。在進程調(diào)度中優(yōu)先級高者，優(yōu)先獲得處理機。如果在I/O調(diào)度中

11、，對優(yōu)先級高者優(yōu)先滿足它的I/O請求，這也是非常合理的。因為這樣做有利于盡快地結(jié)束該進程，從而盡早地釋放它所占有的資源。11、 試述設(shè)備管理的軟件體系結(jié)構(gòu)。答：為了實現(xiàn)I/O系統(tǒng)的四個目標(biāo)：設(shè)備無關(guān)性、錯誤處理、同步/一部傳輸和必須能夠處理獨占設(shè)備和共享設(shè)備的I/O操作，I/O系統(tǒng)應(yīng)組織成以下四個層次：（1）中斷處理程序；（2）設(shè)備驅(qū)動程序；（3）與設(shè)備無關(guān)的I/O軟件；（4）用戶空間的I/O軟件；12、 為什么說通道技術(shù)是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的主要硬件支持？簡要說明通道的工作原理。答：（1）、采用通道技術(shù)解決了I/O操作的獨立性和各部件工作的并行性，把CPU從繁瑣的輸入輸出操作中解放出來，能實現(xiàn)CP

12、U與通道的并行操作，而且通道與通道間也能實現(xiàn)并行操作，各通道上的外設(shè)也能實現(xiàn)并行操作，從而大大提高計算機系統(tǒng)的效率。（2）、工作原理（采用通道技術(shù)后，I/O操作過程為）：CPU在執(zhí)行用戶程序時如果遇到I/O請求，則它用I/O指令啟動指令通道上選址的設(shè)備，一旦啟動成功，通道開始控制設(shè)備進行操作。當(dāng)設(shè)備I/O操作完成后，由通道發(fā)出I/O，結(jié)束中斷，CPU停止當(dāng)前工作，轉(zhuǎn)向中斷處理程序。13、 為什么說進程是操作系統(tǒng)的核心概念？進程與程序有何異同？答：（1）、因為幾乎操作系統(tǒng)的所有內(nèi)容都離不開進程這一概念，進程是操作系統(tǒng)中最基本的元素，是操作系統(tǒng)中資源分配的基本單位，也是進程調(diào)度的基本單位。（2）

13、進程與程序的區(qū)別： a、進程是程序的一次執(zhí)行，屬于一種動態(tài)概念，而程序是一組有序的指令，是一種靜態(tài)的概念。但是進程離開了程序也就失去了存在的意義。因此，我們可以說進程是程序的動態(tài)過程，而程序是進程運行的靜態(tài)文本。 b、一個進程可以執(zhí)行一個或幾個程序；反之，同一個程序可能由幾個進程同時執(zhí)行。 c、程序可以作為一種軟件資源長期保留，而進程是程序的一次執(zhí)行過程，是暫時的。 d、進程具有并發(fā)性，它能與其它進程并發(fā)運行。而一般的程序不具有這種明顯的特性。 e、進程是一個獨立的運行單位，也是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位。因此，進程具有獨立性。出來獨立性一面之外，另一方面進程間又具有相互制約性，這種

14、特性變現(xiàn)為進程之間的同步與互斥。 程序是進程的一部分，是進程的實體。14. 試比較請求頁式存儲管理和段式存儲管理的異同？答： 異：段式存儲管理：分段由用戶設(shè)計劃分，每段對應(yīng)一個相應(yīng)的的程序模塊，有完整的邏輯意義。段面是信息的邏輯單位。便于段的共享，執(zhí)行時按需動態(tài)鏈接裝入。段長不等，可動態(tài)增長，有利于新數(shù)據(jù)增長。二維地址空間：段名、段中地址；段號、段內(nèi)單元號。管理形式上象頁式，但概念不同。 請求頁式存儲管理：分頁用戶看不見，由操作系統(tǒng)為內(nèi)存管理劃分。頁面是信息的物理單位。頁一般不能共享。頁面大小相同，位置不能動態(tài)增長。一維地址空間。往往需要多次缺頁中斷才能把所需信息完整地調(diào)入內(nèi)存。 同：實現(xiàn)頁（

15、段）的共享是指某些作業(yè)的邏輯頁號（段號）對應(yīng)同一物理頁號（內(nèi)存中該段的起始地址）。頁（段）的保護往往需要對共享的頁面（段）加上某種訪問權(quán)限的限制，如不能修改等；或設(shè)置地址越界檢查，對于頁內(nèi)地址（段內(nèi)地址）大于頁長（段長）的存取，產(chǎn)生保護中斷。15. 有哪幾種方案可以實現(xiàn)虛擬存儲器，簡要說明其工作原理？答： 1.請求分頁存儲管理：（1） 頁框：物理地址分成大小相等的許多區(qū)，每個區(qū)稱為一塊； （2）址分成大小相等的區(qū)，區(qū)的大小與塊的大小相等，每個稱一個頁面。 （3） 邏輯地址形式：與此對應(yīng)，分頁存儲器的邏輯地址由兩部分組成，頁號和單元號。（4）頁表和地址轉(zhuǎn)換：采用的辦法是動態(tài)重定位技術(shù)，讓程序的指

16、令執(zhí)行時作地址變換。2.分段存儲管理：一個用戶作業(yè)的程序按其邏輯結(jié)構(gòu)可劃分為若干段，這些段中的每一段都是完整的。在分段存儲管理系統(tǒng)中，可以用類似于分頁管理用過的地址變換機構(gòu)，實現(xiàn)分段管理的地址變換。這里使用的是段變換表SMT，它把作業(yè)地址空間變換為物理存儲空間，作用地址空間的段與主存中的段大小相等，地址變換是在作業(yè)執(zhí)行過程中由硬件自動完成的。3.段頁式存儲管理：是基本分段存儲管理方式和基本分頁存儲管理方式原理的結(jié)合，即先將用戶程序分成若干個段，再把每個段分成若干個頁，并為每一個段賦予一個段名。16. 什么是文件目錄，操作系統(tǒng)如何通過文件目錄進行文件操作？答：系統(tǒng)中文件種類繁多，數(shù)量龐大，為了使

17、用戶方便地找到所需文件，需要在系統(tǒng)中建立一套目錄機構(gòu)。這套能方便而迅速地對目錄進行檢索，從而能準(zhǔn)確地找到所需文件的目錄機構(gòu)即為文件目錄。通常情況下，系統(tǒng)會為文件目錄建立一個簡單的索引表，只包含文件的ID、文件名、文件當(dāng)前狀態(tài)（可讀/可寫/不可訪問）及一個指向?qū)?yīng)文件目錄表項的指針。 系統(tǒng)在對一個文件進行讀寫的操作過程如下： （1）根據(jù)提供的文件名查找對應(yīng)的文件索引表； （2）根據(jù)索引表指針找到對應(yīng)的目錄項； （3）根據(jù)目錄項的物理地址項找到文件； （4）修改文件索引表中文件的當(dāng)前狀態(tài)（若系統(tǒng)只讀文件，不進行修改，則標(biāo)記為可讀，若系統(tǒng)要對文件進行修改，則標(biāo)記為不可訪問）； （5）將文件讀入內(nèi)存，

18、對文件進行讀寫操作； （6）操作完畢，釋放文件，修改索引表中文件的狀態(tài)；1.生產(chǎn)者消費者問題P72（1） 設(shè)置兩個私用信號量和一個公用信號量公用信號量S，初值為1，表示沒有進程進入臨界區(qū)，它用于實現(xiàn)進程互斥；私用信號量S0，用于表示產(chǎn)品數(shù)目，初值為0；私有信號量Sn，用于表示可用緩沖區(qū)數(shù)，初值為n；（2） 生產(chǎn)者消費者進程描述入下：生產(chǎn)者進程 消費者進程生產(chǎn)一種產(chǎn)品 P（S0）P（Sn） P（S） P（S） 從緩沖區(qū)取一種產(chǎn)品 產(chǎn)品送入緩沖區(qū) V（Sn）V（S0） V（S）V（S） 消耗該產(chǎn)品 （3） 生產(chǎn)者和消費者可按如下算法進行：beginB:array0n-1 of integer;P,

19、R:integer;S ,Sn, S0:semaphore;P：=R:=0;S:=1; Sn：=n; S0:=0；cobegin process producer i(i=1,2.,m)begin L1: produce a product; P(Sn); P(S); BP:=product;P:=(P+1)mod n; V(S0); V(S); go to L1;end;process consumer j(j=1,2,k);begin L2:P(S0); P (S); take a product from BR; R:=(R+1) mod n; V(Sn); V(S); consume

20、go to 12;end;coend;end; 2讀者和寫者問題P74（1） 寫者優(yōu)先的程序中，信號量S，初值為1，用于讀者與寫者或?qū)懻吲c寫者之間的互斥；（2） Sn，初值為n，表示系統(tǒng)中最多有n個進程可同時進行讀操作。begin S,Sn:Semaphore;S:=1; Sn=n;cobeginProcess Reader i(i=1,2,n)begin P(S);P(Sn);V(S);read file F;V(Sn)end;Process Writer j(j=1,2,k) begin P(S) for i:=1 to n do P(Sn);Writer file F;for i:=1

21、to n do V(Sn);V(S)end;coend;end;P94 （24）3.有一閱覽室，讀者進入時必須先在一張登記表上進行登記。該表為每一座位列出一個表目，包括座號、姓名。讀者離開時要撤銷登記信息。閱覽室有100個座位，試問：（1） 為描述讀者的動作，應(yīng)編寫幾個程序，應(yīng)該設(shè)置幾個進程？進程和程序之間的對應(yīng)關(guān)系如何？（2） 試用P、V操作描述這些進程間的同步算法。答：Semaphore zmess=100;座位資源Semaphore mutex=1;登記表資源Main() cobegin reader_entry();讀者進入 reader_exit();讀者離開 Coend Reade

22、r_entry() While(true) P(zmess); P(mutex); Sit and read; V(mutex); Reader_exit()While(true)P(mutex);Mod tableV(mutex);V(zmess); P94（28）4.桌上有一只盤子，每次只能放入一個水果。爸爸專向盤中放蘋果，媽媽專向盤中放橘子，一個女兒專等吃盤中的蘋果，一個兒子專等吃盤中的橘子。試用P、V操作寫出他們能同步的程序。Main() Int Sp=1； / 是否有空盤子 Int Sa=0；/ 盤中是否有蘋果Int So=0； / 盤中是否有橘子Pf( )；Pm( )；Pd( )；

23、Ps( )；Pf( ) P(Sp)； 向盤中放蘋果； V(Sa)；Pm( ) P(Sp)； 向盤中放橘子； V(So)；Pd( ) P(Sa)； 取盤中的蘋果； V(Sp)；Ps( ) P(So)； 取盤中的橘子； V(Sp)；5.哲學(xué)家就餐問題有五個哲學(xué)家坐在一圓桌旁，桌中央有一盤通心面，每個人面前有一只空盤子，每兩人之間放一把叉子。每個哲學(xué)家思考、饑餓，然后吃通心面。但是，每個哲學(xué)家必須獲得兩把叉子（只能從自己左邊和右邊去取叉子），才能吃到通心面。begin S1,S2,S3,S4,S5:semaphore;S1:=S2:=S3:=S4:=S5:=1Cobrgin process Pi(i=1,2,3,4) begin Li:thinking;