操作系统复习.docx
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操作系统复习.docx
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操作系统复习
1.有哪几种IO通讯方式
可编程IO:
处理器轮询I/O设备的状态,由CPU亲自负责I/O的操作
中断驱动IO:
来自I/O的中断将处理器打断,处理器保存好当前状态后开始处理I/O中断
直接存储器访问(DMA):
处理器给DMA发一个读、写命令,由DMA直接控制I/O与主存的读写,CPU不参与处理
2.高速缓存的原理是什么,有什么替换算法和流程
利用局部性原理,试图使得访问速度接近现有最快的存储器,同时保持价格便宜的大存储容量
在映射函数的约束下,当一个新块加入到高速缓冲存储器中时,如果告诉缓冲存储器中所有存储槽都已经被别的块占满,那么替换算法要选择替换不久将被访问的可能性最小的块。
尽管不可能找到这样的块,但是合理有效的策略是替换高速缓冲存储器中最长时间未被访问的块。
这个策略称为最近最少使用算法。
3.操作系统经历了哪些阶段P41
串行处理、简单批处理系统、多道程序批处理系统、分时系统、实时系统
4.操作系统发展过程中有几个重要的理论进展P48
进程、内存管理、信息保护和安全、调度和资源管理、系统结构
5.操作系统作为计算机资源管理者管理哪些P53
管理各种可用资源(主存空间、IO设备、处理器),并调度各种活动进程使用这些资源
6.现代操作系统的特征P57
微内核体系结构、多线程、对称多处理、分布式操作系统、面向对象设计
7.进程状态变迁(状态和变迁的条件)
看书第三章
运行态:
该程序正在执行
就绪态:
进程做好了准备,只有有机会就开始执行
阻塞态:
进程在某些事件发生前不能执行,如I/O操作完成
新建态:
刚刚创建的进程,操作系统还没有把它加入到可执行进程组中
退出态:
操作系统从可执行进程组中释放出的进程,或者是因为它自身停止了,或者是因为某种原因被取消
五状态
运行就绪:
1.超时2.被高优先级的抢占3.自愿放弃
阻塞/挂起态:
进程在辅存中并等待一个事件
就绪/挂起态:
进程在辅存中,但是只要被载入主存中就可以执行
七状态
8.程序控制块PCB的作用
每个进程控制块包含操作系统所需要的关于进程的所有信息。
实际上,操作系统中的每个模块,包括哪些涉及到调度、资源分配、中断处理、性能监控和分析的模块,都可能读取和修改它们。
可以说,资源控制块集合定义了操作系统的状态。
PCB包含了充分的信息,这样就可以中断一个进程的执行,并且在后来恢复执行进程时就好像进程未被中断过。
(进程控制块是操作系统能够支持多进程和提供多处理的关键工具)
9.中央处理器的工作状态有哪些
运行、空闲、在分派
10.操作系统的执行有哪些方式
非特权模式:
用户模式,特权模式:
系统模式或控制模式或内核模式
11.线程有哪些类型和执行方式P115
派生、阻塞、解除阻塞、结束
用户级线程、内核级线程
12.什么是微内核体系结构P125
微内核的基本原理是,只有最基本的操作系统功能才能放在内核中。
非基本的服务和应用程序在微内核之上构造,并在用户模式下执行
13.什么是进程切换?
具体步骤是什么
在某一时刻,一个正在运行的进程被中断,操作系统指定另一个进程为运行状态,并把控制权交给这个进程
了解是因为什么原因中断的:
时钟中断、IO中断、内存失效
模式切换(模式切换进程的状态不改变)
步骤如下:
a)保存处理器上下文,包括程序计数器和其他寄存器
b)更新当前处于运行态的进程的进程控制块,包括把进程的状态改变为另一个状态。
还必须更新其他相关域,包括离开运行态的原因和审计信息
c)把进程的进程控制块移到相应的队列
d)选择另一个进程执行
e)更新所选进程的进程控制块,包括把进程的状态变为运行态
f)更新内存管理的数据结构,这取决于如何管理管理地址转换
g)恢复处理器在被选择的进程最近一次切换出运行态时的上下文,这可以通过载入程序计数器和其他寄存器以前的值来实现。
14.什么是临界资源、临界区P148
两个或多个进程需要访问某个不可共享的资源
临界区,是一段代码,在这段代码中进程将访问共享资源,当另一个进程已经在这段代码中运行时,这个进程就不能在这段代码中执行
15.信号量的物理意义是什么(看书)
基本原理是:
两个或多个进程可以通过简单的信号进行合作
程序在执行semWait操作之后会把信号量的值减1。
如果此时信号量的值小于0,执行semWait操作的进程就会受阻,否则继续执行,直到它接收到一个特定的信号。
16.信号量的值与资源数量、进程数量的关系是什么(看书)
信号量大于0表示可用的资源数量,信号量小于等于0表示无可用资源。
每当进程申请资源都会使信号量减一,如果为正,进程执行,如果小于等于0则阻塞。
若有进程执行结束,释放资源则信号量的值加一,同时对相应阻塞的进程进行解除阻塞。
17.信号量如何控制程序的运行(看书)
18.如何使用信号量来解决资源竞争和同步问题(看书)
19.什么是管程,其结构是什么?
和信号量相比其有点是什么
管程是一个程序设计语言结构,它提供了与信号量同样的功能,但更易于控制
cwait(c),csignal(c)
20.什么是消息传递、如何通过mailbox实现进程的同步和互斥(看书)
send(destination,message),receive(source,message)
阻塞send,阻塞receive
无阻塞send,阻塞receive(最好)
无阻塞send,无阻塞receive
21.什么是资源分配图,从图上能够获取哪些信息P188
资源分配图是有向图,阐述了系统资源和进程的状态情况,每个资源和进程用节点表示。
能知道进程和资源间的占有和申请关系,并可以看出有没有死锁。
(图看书)
22.死锁产生的四个条件
互斥(一次只有一个进程可以使用一个资源,其他进程不能访问已分配给其他进程的资源)
占有且等待(当一个进程在等待分配得到其他资源时,其继续占有已分配得到的资源)
非抢占(不能强行抢占进程中已经占有的资源)
循环等待(存在一个封闭的进程链,使得每个资源至少占有此链中下一个进程所需要的一个资源)
23.什么是进程的竞争?
会不会产生死锁?
如何解决?
多个进程在读写一个共享数据时结果依赖于它们执行的相对时间,这种情形叫竞争。
死锁,两个或两个以上的进程因其中的每个进程都在等待其他进程做完某些事情而不能继续执行,这样的情形叫死锁。
要预防死锁只需对四个必要条件,破坏其中一个就可以,如何破坏?
看书P189
24.什么是银行家算法,能解决什么问题,其具体的过程和步骤
资源拒绝分配策略又称为银行家算法。
是解决死锁问题的一种方法,叫做死锁避免。
步骤:
当一个进程请求一组资源时,假设同意该请求,从而改变了系统的状态,然后确定其结果是否还处于安全状态。
如果是,同意这个请求,如果不是,阻塞该进程直到同意该请求后仍然是安全的。
看书P192
25.在银行家算法中什么是安全状态?
什么是不安全状态
安全状态是指至少有一个进程执行序列不会导致死锁(也就是说,所有进程都能运行直到结束)
不安全状态当然就是指不安全的一个状态
26.什么是进程趋势图,如何根据它来获得进程的同步
比如:
s3要等s1和s2
27.什么是伙伴系统,如何确定伙伴是左还是右
定义P225。
判断方法:
地址除以块长度,结果为奇数则为右伙伴
28.什么是页表,页表的作用重要性P229
操作系统为每个进程维护一个页表,页表给出了进程的每一页对应的帧的位置。
在程序中,每个逻辑地址包括一个页号和在该页中的偏移量。
重要性..
29.给定页表、段表,如何进行逻辑地址到物理地址的转换?
在此过程中要考虑哪些因素
见图P231。
(分页,地址拼接。
分段,地址相加)
页表:
提取页号,即逻辑地址最左边的n位
以这个页号为索引,查找该进程页表中相应的帧号k.
该帧的起始物理地址为k×2m,被访问字节的物理地址是这个数加上偏移量。
物理地址不需要计算,它可以通过简单地把偏移量添加到帧号后面来构造。
段表:
提取段号,即逻辑地址最左边的n位
以这个段号为索引,查找该进程段表中该段的起始物理地址
最右边m位表示偏移量,偏移量和段长度进行比较,如果偏移量大于该长度,则该地址无效。
物理地址为该段的起始物理地址加上偏移量的和
要考虑的因数:
越界、不在内存中,缺页中断
30.什么是反向列表,什么是二级列表
反向页表P245,系统中只有一个反向页表。
在反向页表中,虚拟地址的页号部分使用一个简单的散列函数映射到哈希表中。
哈希表包含一个指向反向表的指针,而反向表中含有页表项。
通过这个结构,哈希表和反向表中各有一项对应于一个实存页,而不是虚拟页。
二级页表,页表的页表。
使用一个页目录,每一项指向一个页表。
31.时间片、系统响应时间、效率之间的关系
时间片,即进程在被中断前可以执行的最大时间段
时间片越短
系统响应时间越短
系统效率越低
32.在页式管理系统中,页面大小和内存浪费关系P248
页面越大内部碎片越大
33.多个进程如何共同使用同一个临界资源
临界区、互斥
进程在临界区使用临界资源,但临界区中一次只能有一个进程。
34.什么是缺页中断、如何处理
需要的页不在主存中,这时将产生一次存储器访问故障,称为页错误。
这时离开硬件作用范围,调用操作系统,由操作系统负责装入所需要的页,并更新页表。
35.操作系统如何实现文件名(作用是什么)和实际存储位置的映射关系
36.Unix如何创建进程(都用fork()创建)
通过在父进程中调用fork()函数,该函数对父进程返回子进程的PID,对子进程返回0
37.最先、最佳、最近适配算法的流程(P224)
38.什么是作业、进程平均周转时间,不同调度算法下如何计算平均周转时间P289.291
39.什么是文件的逻辑、物理结构
a)文件的逻辑结构是用户可见结构,逻辑文件从结构上分成二种形式:
一种是无结构的流式文件,是指对文件内信息不再划分单位,它是依次的一串字符流构成的文件。
一种是有结构的记录式文件,是用户把文件内的信息按逻辑上独立的含义划分信息单位,每个单位称为一个逻辑记录(简称记录)。
所有记录通常都是描述一个实体集的,有着相同或不同数目的数据项,记录的长度可分为定长和不定长记录两类。
文件的物理结构是从系统的角度来看文件,从文件在物理介质上的存放方式来研究文件:
连续结构(顺序)、链接结构、索引结构
(具体优缺点
40.什么是平均寻道长度,在不同算法下如何计算长度P357.359.360
FIFO:
按顺序处理
SSTF:
最短服务时间优先(找下一个离当前磁道最近的)
SCAN:
磁头臂仅仅沿着一个方向移动,并在途中满足所有未完成的请求,直到达到这个方向上的最后一个磁道,接着反方向扫描。
CSCAN:
磁头臂仅仅沿着一个方向移动,并在途中满足所有未完成的请求,直到达到这个方向上的最后一个磁道,接着从磁盘相反方向磁道的末端开始扫描
41.什么是虚拟存储器,其理论基础是什么
一个进程只能在主存中执行,因此这个存储器称为实存储器,但是程序员或者用户感觉到的是一个更大的内存,通常它被分配到磁盘上,这称为虚拟内存。
理论基础是局部性原理。
42.什么是程序的局部性原理(时间与空间)
概括来说,局部性原理描述了一个进程中程序和数据引用的集簇倾向。
因此,假设在很短的时间内仅需要访问进程的一部分块是合理的。
同时,还可以对在不远的将来可能会访问的块进行猜测,从而避免系统抖动。
43.页式、段式、段页式管理系统的特点是什么
在内存中每个进程浪费的空间仅仅是进程最后一页的一小部分形成的内部碎片。
没有任何外部碎片。
分段的方案中,一个程序可以占据多个分区,并且这些分区不要求是连续的。
分段消除了内部碎片,但是和动态分区一样,它会产生外部碎片。
不过由于进程被分城许多小块,因此外部碎片是很小的。
段页式见书上P251.252(虚拟地址:
段号+页号+偏移量)
44.页表中页的大小和地址对数以及空间大小的关系
页越小,内部碎片越小
页越小,每个进程需要更多的页
每个进程需要更多的页,则页表越大
页表越大,更多的页表在虚拟内存中
辅存被设计成能有效地传输大块数据,因此一个大的页尺寸可能更好
45.什么是TLB,使用TLB的整个访问过程是什么?
有TLB的情况下,如何计算平均查找时间(流程可见P247)
TLB转移后背缓冲器:
为页表项使用的一个特殊的高速缓冲
a)先判断页表项是否在TLB中,如果在直接读取页号,再去内存读具体数据TLB+内存
b)不在TLB中访问页表,如果在内存中就更新TLB并读取页号,再去内存中读取具体指向的数据块:
页表(内存)+内存
c)访问页表,不在主存中就调用缺页中断(从磁盘中读取该页,传送该页到主存中,主存满就执行页替换,不满就页更新),再访问页表读取地址,最后访问内存读具体数据:
页表(内存)+缺页中断+页表+内存
d)
46.不同的内存访问次序(和内存块大小),对缺页率的影响?
P256
OPT:
选择替换下次访问距离当前时间最长的页
LRU:
替换主存中上次使用距离当前最远的页
FIFO:
先被换进的最先被换出
Clock:
当某页首次装入主存中时,该帧的使用位设置为1;当该页随后被访问到时,他的使用位也被置为1。
当需要替换一页时,操作系统扫描缓冲区,以查找使用位被置为0的一帧,每当遇到一个使用位为1的帧时,操作系统就将该位重新置为0。
当一页被替换时,该指针被设置为指向缓冲区中的下一帧。
47.什么是交换技术?
有什么好处和代价
交换技术用于将额外的就绪进程加载到主存,从而保持处理器处于工作状态,但就交换技术本身而言,其就是一个IO操作。
48.文件系统如何解决同名问题?
49.什么系统抖动,如何避免?
处理器的大部分时间都用于交换块,而不是执行指令。
使用基于局部性原理的推理避免系统抖动。
假设在很短的时间内仅需要访问进程的一部分块是合理的,同事对在不远的将来可能会访问的块进行猜测。
优化算法,不至于不断倒入倒出
简答题
(还有两题不清楚)
50.在请求式分页管理系统中,如何计算不同内存块中,不同调度算法下计算缺页率P256
最佳:
选择替换下次访问距当前时间最长的那些页,可以看出该算法导致最少的页错误
最近最少使用:
替换主存中上次使用距当前最远的页
先进先出:
看作一个循环缓冲区
时钟:
这个比较复杂。
看书P256-259
51.系统的安全、不安全状态和死锁的关系
安全状态不会产生死锁
不安全状态不是死锁状态,进入不安全状态的系统有可能进入死锁
52.文件的五种不同逻辑关系(有什么特点?
那些合适文件的记录频率增加方式)
堆
数据按他们到达的顺序被采集,每个记录由一串数据组成。
当保存的数据大小和结构不同时,这种类型的文件空间使用情况很好,能较好的用于穷举搜索,且易于修改。
顺序文件
在这类文件中,每个记录都使用一种固定的格式。
所有记录都具有相同的长度,并且由相同数目、长度固定的域按特定的顺序组成。
顺序文件通常用于批处理的应用中,并且如果这类应用设计到对所有记录的处理,则顺序文件通常是最佳的。
对于查询或更新记录的交互式应用,顺序文件表现出很差的性能。
索引顺序文件
索引顺序文件保留了顺序文件的关键特征,它还增加了两个特征,用于支持随机访问的文件索引和溢出文件。
索引提供了快速接近目标记录的查找能力。
索引文件
为了基于其他的属性而不是关键域搜索一条记录时,需要一种采用多索引的结构,每种可能成为搜索条件的域都有一个索引。
可以使用长度可变的记录。
当往主文件增加一条新记录时,索引文件必须全部更新。
所以,索引文件大多用于对于信息的及时性要求比较严格并且很少会对所有数据进行处理的应用。
直接或散列文件
直接文件或散列文件开发直接访问磁盘中任何一个地址已知的块的能力。
直接文件使用基于关键字的散列,常在要求快速访问时使用,并且记录的长度是固定的,通常一次只访问一条记录。
文件操作(文件组织方式对应何种操作)
53.什么是缓冲技术,为什么要使用缓冲技术
缓冲技术是为了协调吞吐速度相差很大的设备之间数据传送的工作
作用有:
改善CPU与IO设备间速度不匹配的矛盾
减少对CPU的中断频率,放宽对中断响应时间的限制
提高CPU和IO设备之间的并行性
54.什么是寻道时间,旋转延迟、存储时间,如何计算P357.358例题
寻道时间:
磁头定位到磁道所需要的时间
旋转延迟:
磁头到达扇区开始位置的时间
存取时间:
寻道时间和旋转延迟的总和
传送时间:
传送所需的时间
T表示传送时间,b表示要传送的字节数,N表示一个磁道中的字节数,r表示旋转速度
Ta为总平均存取时间,Ts为平均寻道时间,
为平均旋转延迟如何访问一个文件,其过程是什么?
包括读和写
55.有哪些磁盘调度算法(调度原则)P359..
随机调度、先进先出、进程优先级、后进先出
最短服务优先、在磁盘上往复、一条道路,快速返回、一次N个记录的SCAN、N-step-SCAN,N=SCAN循环开始处的队列大小使用率
56.文件的物理存储方式?
各需要哪些辅助信息
预分配:
要求在发出创建文件的请求时声明该文件的最大大小
动态分配:
只有在需要的时候才给文件分配空间
文件分配方法:
连续分配:
在创建文件时,给文件分配一组连续的块
链式分配:
链式分配基于单个的块。
链中的每一块都包含指向下一块的指针。
局部性原理不再适用,适合于顺序处理的顺序文件。
索引分配:
每个文件在文件分配表中有一个一级索引。
分配给该文家的每个分区都在索引中有一个表项。
57.多道程序设计环境下,CPU和IO如何同步运行P44
由于IO操作,CPU的等待时间很长。
所以引入多道程序或多任务处理。
假设内存空间容得下操作系统的两个用户程序,那么当一个作业要求等待IO时,处理器可以切换到另一个可能并不在等待IO的作业。
进一步还可以扩展存储器以保存三个、四个或更多的程序。
58.什么是记录的存取与分解
记录的组块和分解
组块:
固定组块、可变长度跨越式组块、可变长度非跨越式组块
考试题型
判断题8道8分
填空题12道12分
选择题10道10分
简答题3道
综述题5道
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