操作系统期末复习—简答题

2021/12/11 from Xwhite 仅用于个人复习参考

简答题

操作系统的类型

• 批处理系统：单道批处理、多道批处理
• 分时系统
• 实时系统

操作系统的特征

• 并发性
• 共享性
• 虚拟技术
• 异步性

操作系统的作用

• 用户与计算机硬件之间的接口
• 计算机资源的管理者
• 对计算机资源的抽象

操作系统的功能

• 处理机管理（对处理机的分配和运行进行管理）

  • 进程控制：为作业创建进程，撤销已结束的进程，以及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(互斥和同步)
  • 进程通信：实现在相互合作的进程之间的信息交换
  • 调度：作业调度、进程调度

• 存储器管理（为多道程序的运行提供良好的环境）

  • 内存分配：为每道程序分配内存空间，尽量提高内存利用率
    • 静态分配
    • 动态分配
    • 内存分配机制中应具有这样的结构和功能：内存分配数据结构、内存分配功能、内存回收功能
  • 内存保护：确保每道用户程序都只能在自己的内存空间内运行，彼此互不干扰。
  • 地址映射：将地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中的物理地址（需要硬件支持）
  • 内存扩充：逻辑上扩充内存
    • 请求调用功能
    • 置换功能

• 设备管理功能（主要完成用户的I/O请求）

  • 缓冲管理：有效缓和CPU与I/O设备速度不匹配的矛盾，提高CPU的利用率，进而提高系统吞吐量。
  • 设备分配：根据进程的I/O请求，系统现有的资源情况以及设备的分配策略，为之分配其所需要的设备
  • 设备处理：又称为设备驱动程序。基本任务是用于实现CPU和设备控制器之间的通信

• 文件管理（主要是使用户能方便、安全地使用各种信息资源）

  • 文件存储空间的管理：为每个文件分配必要的外存空间、提高外存的利用率，并有助于提高文件系统的存、取速度。

  • 目录管理：通过目录的方式来组织文件，以实现文件的按名存取，并提高检索速度

  • 文件的读/写管理和保护：实现文件的读写操作，并提供有效的存取控制功能来保护文件的安全性。

    文件保护的目标：

    ​ 防止未经核准的用户存取文件；

    ​ 防止冒名顶替存取文件；

    ​ 防止以不正确的方式使用文件。

• 友好的用户接口（方便用户使用计算机）

  • 用户接口：提供给用户使用的接口，用户可通过该接口取得操作系统服务
    • 联机用户接口（命令行）
    • 脱机用户接口(批处理用户接口)
    • 图形用户接口
  • 程序接口：操作系统提供了一组系统调用，供用户程序调用操作系统的功能

进程的含义

进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

进程和程序的关系、区别

• 进程实体包括：数据段，程序段，PCB

• 进程是程序的一次执行过程，进程是动态的，程序是静态的。

• 进程可以并发执行，而程序因为并发执行存在不可再现性，所以不可并发执行

• 进程是一个能够独立运行，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位，而程序不能独立运行。

• 进程与程序不一一对应。一个程序，可以产生多个进程，一个进程也可以执行不同的程序。

进程与线程的关系、区别

• 调度：线程作为调度和分配的基本单位，进程作为资源拥有的基本单位
• 并发性：进程之间可以并发执行，一个进程的多个线程也可以并发执行，从而提高系统资源的利用率和系统吞吐量。
• 拥有资源：线程不拥有系统资源
• 系统开销：在创建或撤销进程的时候，系统都要为其创建或回收PCB，分配或回收资源所以开销远大于线程的开销。

四个同步准则

• 空闲让进
• 忙则等待
• 有限等待
• 让权等待

如何保证多进程互斥地访问临界资源

在临界区前增加一段称作进入区的代码，以检查是否有其他进行已进入临界区使用临界资源，当然也需要在临界区后面增加一段称作退出区的代码。

死锁的概念

指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，若无外力作用，它们将无法向前推进。

死锁的原因

• 竞争资源
• 进程推进顺序不当。

死锁的必要条件

• 互斥条件
• 请求和保持条件
• 不剥夺条件
• 环路等待条件

处理死锁的方法

• 预防死锁：破坏四个必要条件中一个或多个。
• 避免死锁：利用安全性算法（银行家算法）防止进程进入不安全状态
• 检测死锁：利用资源分配图和死锁定理判断是否死锁。
• 解除死锁：资源剥夺，进程回退，撤销进程

什么是虚拟存储器

虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储系统。

虚拟存储器的特征

• 多次性：允许作业被分成多次调入内存运行。
• 对换性：允许作业运行时进行掉进和调出。
• 虚拟性：逻辑上扩充内存的容量，让用户看到的内存容量远大于实际的内存容量

怎么样提高内存利用率

• 将连续分配改成离散分配，减少内存中的碎片
• 增加对换机制，将展示不能运行的进程或暂时不需要的程序和数据换出到外存，腾出内存来装入可运行的进程
• 引入动态链接机制，当程序运行中需要调用某段程序时，才由外存装入内存。
• 引入虚拟存储器机制，使更多的作业能装入内存，使CPU更加忙碌。
• 引入存储器共享机制，允许一个正文段或数据段被多个进程共享，减少重复的拷贝。

分段存储引入的原因

• 通常的程序都可以分为若干个段，每个段大多都是一个相对独立的逻辑单位。
• 实现和满足信息共享，信息保护，动态链接以及信息的动态增长等需求，也都是以段为基本单位的。

设备驱动程序的功能

• 接收由I/O进程发来的I/O命令和参数，并将命令中的抽象要求转换为具体要求。如：将磁盘盘块号转换为磁盘的盘面，磁道扇区号
• 检查用户I/O请求的合法性。
• 了解I/O设备的状态，如果设备准备就绪，则向设备控制器设置设备的工作方式，传递有关参数，否则就挂到请求队列。
• 发出I/O命令，如果设备空闲，便立即启动I/O设备，完成指定的I/O操作。
• 及时响应由设备控制器发来的中断请求，并根据其中断类型，调用响应的中断处理程序进行处理。

I/O设备控制器的功能

• 接收和识别命令。
• 数据交换。
• 标识和报告设备状态。
• 地址识别
• 数据缓冲区。
• 差错控制。

I/O控制方式

程序直接控制方式、中断控制方式、DMA方式、通道控制方式

文件存储空间的管理方式

• 空闲表法
• 空闲链表法
• 位示图法
• 成组链接法

文件目录管理的要求

• 实现“按名存取”
• 提高对目录的检索速度；
• 文件共享；
• 允许文件重名。

文件系统应具备哪些功能

• 对文件存储空间的管理
• 对文件目录的管理
• 对文件读和写的管理
• 文件的安全性管理
• 提供用户接口
• 将文件的逻辑地址转化为物理地址