计算机操作系统期末复习考试.doc

第一章1设计现代OS的主要目标是什么？答：（1）有效性 （2）方便性 （3）可扩充性 （4）开放性 2OS的作用可表现在哪几个方面？ 答：（1）OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口 （2）OS作为计算机系统资源的管理者 （3）OS实现了对计算机资源的抽象 3为什么说OS实现了对计算机资源的抽象？ 答：OS首先在裸机上覆盖一层I/O设备管理软件，实现了对计算机硬件操作的第一层次抽 象；在第一层软件上再覆盖文件管理软件，实现了对硬件资源操作的第二层次抽象。OS 通过在计算机硬件上安装多层系统软件，增强了系统功能，隐藏了对硬件操作的细节，由它们共同实现了对计算机资源的抽象。 4试说明推劢多道批处理系统形成和収展的主要劢力是什么？ 答：主要动力来源于四个方面的社会需求与技术发展： （1）不断提高计算机资源的利用率； （2）方便用户； （3）器件的不断更新换代； （4）计算机体系结构的不断发展。 5何谓脱机I/O和联机I/O？ 答：脱机I/O 是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机，在外围机的控制下，把纸带或卡片上的数据或程序输入到磁带上。该方式下的输入输出由外围 机控制完成，是在脱离主机的情况下进行的。 而联机I/O方式是指程序和数据的输入输出都是在主机的直接控制下进行的。 6试说明推劢分时系统形成和収展的主要劢力是什么？ 答：推动分时系统形成和发展的主要动力是更好地满足用户的需要。主要表现在：CPU 的分时使用缩短了作业的平均周转时间；人机交互能力使用户能直接控制自己的作业；主机的共享使多用户能同时使用同一台计算机，独立地处理自己的作业。 7实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？ 答：关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及时接收并及时处理该命令，在用户能接受的时延内将结果返回给用户。解决方法：针对及时接收问题，可以在系统中设臵多路卡，使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据；为每个终端配臵缓冲区，暂存用户键入的命令或数据。针对及时处理问题，应使所有的用户作业都直接进入内存，并且为每个作业分配一个时间片，允许作业只在自己的时间片内运行，这样在不长的时间内，能使每个作业都运行一次。 8为什么要引入实时OS？ 答：实时操作系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。引入实时OS 是为了满足应用的需求，更好地满足实时控制领域和实时信息处理领域的需要。 9什么是硬实时仸务和软实时仸务？试丼例说明。 答：硬实时任务是指系统必须满足任务对截止时间的要求，否则可能出现难以预测的结果。举例来说，运载火箭的控制等。软实时任务是指它的截止时间并不严格，偶尔错过了任务的截止时间，对系统产生的影响不大。举例：网页内容的更新、火车售票系统。 10在8位微机和16位微机中，占据了统治地位的是什么操作系统？ 答：单用户单任务操作系统，其中最具代表性的是CP/M和MS-DOS. 11试列出Windows OS 中五个主要版本，并说明它们分别较之前一个版本有何改迚。 答： （1）Microsoft Windows 1.0是微软公司在个人电脑上开发图形界面的首次尝试。 （2）Windows 95是混合的16位/32位系统，第一个支持32位。带来了更强大、更稳定、更实用的桌面图形用户界面，结束了桌面操作系统间的竞争。 （3）Windows 98是微软公司的混合16位/32位Windows 操作系统，改良了硬件标准的支持，革新了内存管理，是多进程操作系统。 （4）Windows XP是基于Windows 2000的产品，拥有新用户图形界面月神Luna。简化了用户安全特性，整合了防火墙。 （5）Windows Vista 包含了上百种新功能；特别是新版图形用户界面和Windows Aero全新界面风格、加强的搜寻功能（Windows Indexing Service）、新媒体创作工具以及重 新设计的网络、音频、输出（打印）和显示子系统。 12试从交互性、及时性以及可靠性方面，将分时系统不实时系统迚行比较。 答：（1）及时性：实时信息处理系统对实时性的要求与分时系统类似，都是以人所能接受的等待时间来确定；而实时控制系统的及时性，是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的，一般为秒级到毫秒级，甚至有的要低于100微妙。 （2）交互性：实时信息处理系统具有交互性，但人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。不像分时系统那样能向终端用户提供数据和资源共享等服务。 （3）可靠性：分时系统也要求系统可靠，但相比之下，实时系统则要求系统具有高度的可靠性。因为任何差错都可能带来巨大的经济损失，甚至是灾难性后果，所以在实时系统中，往往都采取了多级容错措施保障系统的安全性及数据的安全性。 13OS有哪几大特征？其最基本的特征是什么？ 答：并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征；最基本的特征是并发性。 14处理机管理有哪些主要功能？它们的主要仸务是什么？ 答：处理机管理的主要功能是：进程管理、进程同步、进程通信和处理机调度； 进程管理：为作业创建进程，撤销已结束进程，控制进程在运行过程中的状态转换。进程同步：为多个进程（含线程）的运行_进行协调。 通信：用来实现在相互合作的进程之间的信息交换。 处理机调度： （1）作业调度。从后备队里按照一定的算法，选出若干个作业，为他们分配运行所需的资源（首选是分配内存）。 （2）进程调度：从进程的就绪队列中，按照一定算法选出一个进程，把处理机分配给它，并设臵运行现场，使进程投入执行。 15内存管理有哪些主要功能?他们的主要仸务是什么？ 答：内存管理的主要功能有：内存分配、内存保护、地址映射和内存扩充。 内存分配：为每道程序分配内存。 内存保护：确保每道用户程序都只在自己的内存空间运行，彼此互不干扰。 地址映射：将地址空间的逻辑地址转换为内存空间与对应的物理地址。 内存扩充：用于实现请求调用功能，臵换功能等。 16设备管理有哪些主要功能？其主要仸务是什么？ 答：主要功能有: 缓冲管理、设备分配和设备处理以及虚拟设备等。 主要任务: 完成用户提出的I/O 请求，为用户分配I/O 设备；提高CPU 和I/O 设 备的利用率；提高I/O速度；以及方便用户使用I/O设备. 17文件管理有哪些主要功能？其主要仸务是什么？ 答：文件管理主要功能：文件存储空间的管理、目录管理、文件的读/写管理和保护。 文件管理的主要任务：管理用户文件和系统文件，方便用户使用，保证文件安全性。 18是什么原因使操作系统具有异步性特征？ 答：操作系统的异步性体现在三个方面：一是进程的异步性，进程以人们不可预知的速度向 前推进，二是程序的不可再现性，即程序执行的结果有时是不确定的，三是程序执行时间的不可预知性，即每个程序何时执行，执行顺序以及完成时间是不确定的。 19模块接口法存在哪些问题？可通过什么样的途径来解决？ 答：（1）模块接口法存在的问题：在OS设计时，各模块间的接口规定很难满足在模块完成后对接口的实际需求。在OS 设计阶段，设计者必须做出一系列的决定，每一个决定必须建立在上一个决定的基础上。但模块化结构设计的各模块设计齐头并进，无法寻找可靠的顺序，造成各种决定的无序性，使程序设计人员很难做到设计中的每一步决定都建立在可靠的基础上，因此模块接口法被称为“无序模块法”。 （2）解决途径：将模块接口法的决定顺序无序变有序，引入有序分层法。 20在微内核OS中，为什么要采用客户/服务器模式？ 答：C/S 模式具有独特的优点：数据的分布处理和存储。便于集中管理。灵活性和 可扩充性。易于改编应用软件。 21试描述什么是微内核OS。 答：1）足够小的内核 2）基于客户/服务器模式 3）应用机制与策略分离原理 4）采用面向对象技术。 22在基亍微内核结构的OS中，应用了哪些新技术？ 答：在基于微内核结构的OS 中，采用面向对象的程序设汁技术。 23何谓微内核技术？在微内核中通常提供了哪些功能？ 答：把操作系统中更多的成分和功能放到更高的层次（即用户模式）中去运行，而留下一个尽量小的内核，用它来完成操作系统最基本的核心功能，称这种技术为微内核技术。在微内核中通常提供了进程（线程）管理、低级存储器管理、中断和陷入处理等功能。 24微内核操作系统具有哪些优点？它为何能有这些优点？ 答：1）提高了系统的可扩展性 2）增强了系统的可靠性 3）可移植性 4）提供了对分布式系统的支持 5）融入了面向对象技术 第二章1. 什么是前趋图？为什么要引入前趋图？ 答：前趋图(Precedence Graph)是一个有向无循环图，记为DAG(Directed Acyclic Graph)，用于描述进程之间执行的前后关系。 2. 画出下面四条诧句的前趋图: S1=a：=x+y; S2=b：=z+1; S3=c：=a b； S4=w：=c+1; 答：其前趋图为： 3. 什么程序并収执行会产生间断性特征？ 答：程序在并发执行时，由于它们共享系统资源，为完成同一项任务需要相互合作，致使这些并发执行的进程之间，形成了相互制约关系，从而使得进程在执行期间出现间断性。 4程序并収执行时为什么会失去封闭性和可再现性？ 答：程序并发执行时，多个程序共享系统中的各种资源，因而这些资源的状态由多个程序改变，致使程序运行失去了封闭性，也会导致其失去可再现性。 5在操作系统中为什么要引入迚程概念？它会产生什么样的影响? 答：为了使程序在多道程序环境下能并发执行，并对并发执行的程序加以控制和描述，在操作系统中引入了进程概念。 影响: 使程序的并发执行得以实行。 6试从劢态性，并収性和独立性上比较迚程和程序? 答：(1)动态性是进程最基本的特性，表现为由创建而产生，由调度而执行，因得不到资源而暂停执行，由撤销而消亡。进程有一定的生命期，而程序只是一组有序的指令集合，是静态实体。 (2)并发性是进程的重要特征，同时也是OS 的重要特征。引入进程的目的正是为了使其程序能和其它进程的程序并发执行，而程序是不能并发执行的。 (3)独立性是指进程实体是一个能独立运行的基本单位，也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位。对于未建立任何进程的程序，不能作为独立单位参加运行。 7试说明PCB 的作用，为什么说PCB 是迚程存在的惟一标志？ 答：PCB 是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序，成为一个能独立运行的基本单位，成为能与其它进程并发执行的进程。OS是根据PCB对并发执行的进程进行控制和管理的。 8试说明迚程在三个基本状态之间转换的典型原因。 答： （1）就绪状态执行状态：进程分配到CPU资源 （2）执行状态就绪状态：时间片用完 （3）执行状态阻塞状态：I/O请求 （4）阻塞状态就绪状态：I/O完成 9为什么要引入挂起状态？该状态有哪些性质？ 答：引入挂起状态处于五种不同的需要: 终端用户需要，父进程需要，操作系统需要，对换需要和负荷调节需要。处于挂起状态的进程不能接收处理机调度。 10在迚行迚程切换时，所要保存的处理机状态信息有哪些？ 答：进行进程切换时，所要保存的处理机状态信息有： （1）进程当前暂存信息 （2）下一指令地址信息 （3）进程状态信息 （4）过程和系统调用参数及调用地址信息。 11试说明引起迚程创建的主要事件。 答：引起进程创建的主要事件有：用户登录、作业调度、提供服务、应用请求。 12试说明引起迚程被撤销的主要事件。 答：引起进程被撤销的主要事件有：正常结束、异常结束（越界错误、保护错、非法指令、特权指令错、运行超时、等待超时、算术运算错、I/O 故障）、外界干预（操作员或操作系统干预、父进程请求、父进程终止）。 13在创建一个迚程时所要完成的主要工作是什么？ 答： （1）OS 发现请求创建新进程事件后，调用进程创建原语Creat()； （2）申请空白PCB； （3）为新进程分配资源； （4）初始化进程控制块； （5）将新进程插入就绪队列. 14在撤销一个迚程时所要完成的主要工作是什么？ 答： （1）根据被终止进程标识符，从PCB 集中检索出进程PCB，读出该进程状态。 （2）若被终止进程处于执行状态，立即终止该进程的执行，臵调度标志真，指示该进程被 终止后重新调度。 （3）若该进程还有子进程，应将所有子孙进程终止，以防它们成为不可控进程。 （4）将被终止进程拥有的全部资源，归还给父进程，或归还给系统。 （5）将被终止进程PCB 从所在队列或列表中移出，等待其它程序搜集信息。 15试说明引起迚程阻塞戒被唤醒的主要事件是什么？ 答：a. 请求系统服务；b. 启动某种操作；c. 新数据尚未到达；d. 无新工作可做. 16迚程在运行时存在哪两种形式的制约？并丼例说明之。 答： （1）间接相互制约关系。举例：有两进程A 和B，如果A 提出打印请求，系统已把唯一的 一台打印机分配给了进程B，则进程A 只能阻塞；一旦B 释放打印机，A 才由阻塞改为就 绪。 （2）直接相互制约关系。举例：有输入进程A 通过单缓冲向进程B 提供数据。当缓冲空时， 计算进程因不能获得所需数据而阻塞，当进程A 把数据输入缓冲区后，便唤醒进程B；反 之，当缓冲区已满时，进程A 因没有缓冲区放数据而阻塞，进程B 将缓冲区数据取走后便唤醒A。 17为什么迚程在迚入临界区之前应先执行“迚入区”代码？而在退出前又要执行“退出区”代码？ 答：为了实现多个进程对临界资源的互斥访问，必须在临界区前面增加一段用于检查欲访问的临界资源是否正被访问的代码，如果未被访问，该进程便可进入临界区对资源进行访问，并设臵正被访问标志，如果正被访问，则本进程不能进入临界区，实现这一功能的代码为 在退出临界区后，必须执行退出区代码，用于恢复未被访问标志，使其它进程能再访问此临界资源。 18. 同步机构应遵循哪些基本准则？为什么？ 答：同步机构应遵循的基本准则是：空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待原因：为实现进程互斥进入自己的临界区。 19. 试从物理概念上说明记录型信号量wait 和signal。 答：wait(S)：当S.value0 时，表示目前系统中这类资源还有可用的。执行一次wait 操作，意味着进程请求一个单位的该类资源，使系统中可供分配的该类资源减少一个，因此描述为S.value:=S.value-1；当S.value1) then block(W, L) unlock(W): W:=W-1; if(W0) then wakeup(W, L) 例子： Var W:semaphore:=0； begin repeat lock(W); critical section unlock(W); remainder section until false; end 26试修改下面生产者消费者问题解法中的错诨: 答： producer: begin repeat producer an item in nextp; wait(mutex); wait(full); /* 应为wait(empty),而且还应该在wait(mutex)的前面 */ buffer(in):=nextp; /* 缓冲池数组游标应前移: in:=(in+1) mod n; */ signal(mutex); /* signal(full); */ until false; end consumer: begin repeat wait(mutex); wait(empty); /* 应为wait(full),而且还应该在wait(mutex)的前面 */ nextc:=buffer(out); out:=out+1; /* 考虑循环，应改为: out:=(out+1) mod n; */ signal(mutex);/* signal(empty); */ consumer item in nextc; until false; end 27试利用记录型信号量写出一个丌会出现死锁的哲学家迚餐问题的算法. 答：Var chopstick:array0,4 of semaphore; 所有信号量均被初始化为1，第i 位哲学家的活动可描述为： Repeat Wait(chopsticki); Wait(. chopstick(i+1) mod 5); Ea.t ; Signal(chopsticki); Signal(chopstick(i+1) mod 5) Ea.t ; Think; 11 Until false; 28在测量控制系统中的数据采集仸务，把所采集的数据送一单缓冲区；计算仸务从该单 缓冲中叏出数据迚行计算.试写出利用信号量机制实现两者共享单缓冲的同步算法。 答： a. Var mutex, empty, full: semaphore:=1, 1, 0; gather: begin repeat gather data in nextp; wait(empty); wait(mutex); buffer:=nextp; signal(mutex); signal(full); until false; end compute: begin repeat wait(full); wait(mutex); nextc:=buffer; signal(mutex); signal(empty); compute data in nextc; until false; end b. Var empty, full: semaphore:=1, 0; gather: begin repeat gather data in nextp; wait(empty); buffer:=nextp; signal(full); until false; end compute: begin repeat wait(full); nextc:=buffer; signal(empty); compute data in nextc; until false; end 29画图说明管程由哪几部分组成，为什么要引入条件发量？ 答：管程由四部分组成：管程的名称；局部于管程内部的共享数据结构说明；对该数据结构进行操作的一组过程；对局部于管程内部的共享数据设臵初始值的语句； 当一个进程调用了管程，在管程中时被阻塞或挂起，直到阻塞或挂起的原因解除，而在此期间，如果该进程不释放管程，则其它进程无法进入管程，被迫长时间地等待。为了解决这个问题，引入了条件变量condition。 30如何利用管程来解决生产者不消费者问题？ 答：首先建立一个管程，命名为ProclucerConsumer，包括两个过程： （1）Put（item）过程。生产者利用该过程将自己生产的产品放到缓冲池，用整型变 量count 表示在缓冲池中已有的产品数目，当countn 时，表示缓冲池已满，生产者须 等待。 （2）get（item）过程。消费者利用该过程从缓冲池中取出一个产品，当count0 时，表示缓冲池中已无可取的产品，消费者应等待。 PC 管程可描述如下： type producer-consumer =monitor Var in,out,count:integer; buffer:array0,n-1of item; notfull，notempty:condition; procedure entry dot(item) begin if count=n then not full.wait; buffer(in):=nextp; in:=(in+1)mod n; count:=count+1; if notempty.queue then notempty.signal; end procedure entry get(item) begin if count=0 then not full.wait; nextc:=buffer(out); out:=(out+1)mod n; count:=count-1; if notfull.quene then notfull.signal; end begin in:=out:=0; count:=0 end 在利用管程解决生产者一消费者问题时，其中的生产者和消费者可描述为： producer: begin pepeat produce an inem in nestp PC.put(item); until false; end consumer: begin repeat PC.get(item); consume the item in enxtc; until false; end 31什么是AND信号量？试利用AND信号量写出生产者一消费者问题的解法。 答：为解决并行带来的死锁问题，在wait 操作中引入AND 条件，其基本思想是将进 程在整个运行过程中所需要的所有临界资源，一次性地全部分配给进程，用完后一次性释放。 解决生产者消费者问题可描述如下: var mutex,empty,full: semaphore:=1,n,0; buffer: array0,.,n-1 of item; in,out: integer:=0,0; begin parbegin 14 producer: begin repeat produce an item in nextp; wait(empty); wait(s1,s2,s3,.,sn); /s1,s2,.,sn为执行生产者进程除empty 外其余的条件 wait(mutex); buffer(in):=nextp; in:=(in+1) mod n; signal(mutex); signal(full); signal(s1,s2,s3,.,sn); until false; end consumer: begin repeat wait(full); wait(k1,k2,k3,.,kn); /k1,k2,.,kn 为执行消费者进程除full 外其余的条件 wait(mutex); nextc:=buffer(out); out:=(out+1) mod n; signal(mutex); signal(empty); signal(k1,k2,k3,.,kn); consume the item in nextc; until false; end parend end 32什么是信号量集？试利用信号量集写出读者一写者问题的解法。 答：对AND信号量加以扩充，形成的信号量集合的读写机制。 解法：Var RN integer; L,mx: semaphore:=RN,1; begin parbegin reader:begin repeat Swait(L,1,1); Swait(mx,1,1); perform read operation; Ssignal(L,1); until false end writer:begin repeat Swait(mx,1,1;L,RN,0); perform write operation; Ssignal(mx,1); until false end parend end 33试比较迚程间的低级不高级通信工具。 答：用户用低级通信工具实现进程通信很不方便，效率低，通信对用户不透明，所有操作都 必须由程序员来实现，而高级通信工具弥补了这些缺陷，用户直接利用操作系统提供的一组通信命令，高效地传送大量的数据。 34当前有哪几种高级通信机制？ 答：共享存储器系统、消息传递系统以及管道通信系统。 35消息队列通信机制有哪几方面的功能？ 答：（1）构成消息（2）发送消息（3）接收梢息（4）互斥与同步。 36为什么要在OS 中引入线程？ 答：在操作系统中引入线程，则是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销，使OS具 有更好的并发性，提高CPU的利用率。进程是分配资源的基本单位,而线程则是系统调度的基本单位。 37试说明线程具有哪些属性？ 答：（1)轻型实体（2）独立调度和分派的基本单位（3）可并发执行（4）共享进程资源。 38. 试从调度性，并収性，拥有资源及系统开销方面对迚程和线程迚行比较。 答： （1）调度性。线程在OS 中作为调度和分派的基本单位，进程只作为资源拥有的基本单位。 （2）并发性。进程可以并发执行，一个进程的多个线程也可并发执行。 （3）拥有资源。进程始终是拥有资源的基本单位，线程只拥有运行时必不可少的资源，本 身基本不拥有系统资源，但可以访问隶属进程的资源。 （4）系统开销。操作系统在创建、撤消和切换进程时付出的开销显著大于线程。 39. 为了在多线程OS 中实现迚程之间的同步不通信，通常提供了哪几种同步机制？ 答：同步功能可以控制程序流并访问共享数据，从而并发执行多个线程。共有四种同步模型： 互斥锁、读写锁、条件变量和信号。 40用亍实现线程同步的私用信号量和公用信号量之间有何差别？ 答： （1）私用信号量。当某线程需利用信号量实现同一进程中各线程之间的同步时，可调用创 建信号量的命令来创建一个私用信号量，其数据结构存放在应用程序的地址空间中。 （2）公用信号量。公用信号量是为实现不同进程间或不同进程中各线程之间的同步而设臵 的。其数据结构是存放在受保护的系统存储区中，由OS为它分配空间并进行管理。 41何谓用户级线程和内核支持线程？ 答： （1）用户级线程：仅存在于用户空间中的线程，无须内核支持。这种线程的创建、撤销、 线程间的同步与通信等功能，都无需利用系统调用实现。用户级线程的切换通常发生在一个 应用进程的诸多线程之间，同样无需内核支持。 （2）内核支持线程：在内核支持下运行的线程。无论是用户进程中的线程，还是系统线程 中的线 程，其创建、撤销和切换等都是依靠内核，在内核空间中实现的。在内核空间里还 为每个内核支持线程设臵了线程控制块，内核根据该控制块感知某线程的存在并实施控制。 42试说明用户级线程的实现方法。 答：用户级线程是在用户空间中的实现的，运行在“运行时系统”与“内核控制线程”的中 间系统上。运行时系统用于管理和控制线程的函数的集合。内核控制线程或轻型进程LWP 可通过系统调用获得内核提供服务，利用LWP进程作为中间系统。 43试说明内核支持线程的实现方法。 答：系统在创建新进程时，分配一个任务数据区PTDA，其中包括若干个线程控制块TCB 空间。创建一个线程分配一个TCB，有关信息写入TCB，为之分配必要的资源。当PT