软件评测师之操作系统基础知识

一.操作系统的概述

作用：管理硬件资源，改善人机交互。
应用软件→其他系统软件→操作系统→计算机硬件

考法1：考查操作系统的作用

操作系统的主要任务是___.
A.把源程序转换为目标代码
B.负责文字格式编排和数据计算
C.负责存取数据库中的各种数据、完成SQL查询
D.管理计算机系统中的软、硬件资源
解析：选D。A选项是编译器的功能；B选项是数据处理和文字处理的软件，如word和excel；C选项是数据库管理系统的作用。

操作系统的分类：
⭐批处理操作系统：把多个要执行的程序写成批程序
⭐分时操作系统：将CPU的工作时间分成很多很短的时间片，轮流的为各个用户提供服务
⭐实时操作系统：计算机对于外来的信息能够以足够快的速度进行处理，在对象允许的时间内做出响应
⭐网络操作系统：联网的计算机能够有效的共享网络资源
⭐分布式操作系统：多个分散的计算机连接而成的系统，不分主次通过网络进行信息的交互
⭐微机操作系统：微型计算机
⭐嵌入式操作系统

考法2：考查各类操作系统的特点

下列操作系统中，___保持网络系统的全部功能，并具有透明性、可靠性和高性能等特性。
A.批处理操作系统
B.分时操作系统
C.分布式操作系统
D.实时操作系统
解析：选C。

二.P、V、S机制

(1)进程控制

进程：是程序在一个数据集合上的运行过程，是系统进行资源分配和调度的独立单位，由程序块、控制块和数据块三个部分组成。
进程控制：对系统中所有进程从开始创建到消亡的整个过程实施有效的控制。
计算机的进程控制是由操作系统中类和的原语来实现的。

(2)原语

原语是指由若干条机器指令组成的用于完成特定功能的程序
特点：不可分割的，原子性，要么都做、要么都不做。

(3)互斥

是一种间接的制约关系。就像千军万马过独木桥，只有等人过桥之后，其他人才能过桥，但是桥的数量我们可以控制，提高过桥的效率。

(4)同步

是一种直接的制约关系。就像去医院看病，只有等门诊医生开化验单之后，化验员才能进行化验，然后门诊医生基于化验的结果继续诊断病情；如果门诊医生没有开化验单，那化验员就只能等待没有事做，如果化验员没有进行化验，门诊医生就不能基于化验的结果继续诊断病情，只能等待。

(5)临界资源

一次只能让一个进程使用的资源叫临界资源

(6)临界区

要使用临界资源的这一段区间的程序代码叫做临界区

P、V、S机制中的S表示信号量，是一个整形变量。有公用信号量【用来实现进程间的互斥，初始值一般为1或互斥资源的数量】和私用信号量【用来实现进程间的同步，初始值一般为0或某一个整数】。当S≥0时，说明系统有资源分配给这个进程；当S＜0时，其绝对值表示所在队列里面等待该资源的进程数。
P操作是申请资源的操作，P操作会使信号量的值减1。当执行P操作之后S的值≥0时，表示系统还有资源分配给这个进程；当执行P操作之后S的值＜0时，说明系统没有资源分配给这个进程了。
V操作是释放资源的操作，V操作会使信号量的值加1。当执行V操作之后S的值≤0时，说明在等待队列里面有进程在等待；当执行V操作之后S的值＞0时，说明在等待队列里面没有进程在等待
P、V如果没有成对出现，容易产生死锁

考法1：信号量的变化范围

假设系统有n（n>5）个并发进程，他们竞争互斥资源R.若采用PV操作，当有3个进程同时申请资源R，而系统只能满足其中1个进程的申请时，资源R对应的信号量S的值应为___.
A.-1
B.-2
C.-3
D.0
解析：选B。当S＜0时，其绝对值表示所在队列里面等待该资源的进程数。系统只能满足一个进程，那么就有两个进程在等待，所以S值为-2.

考法2：信号量的类型及初始值

某企业的生产流水线上有2名工人P1和P2，1名检验员P3。P1将初步加工的半成品放入半成品箱B1，P2从半成品箱B1取出继续加工，加工好的产品放入成品箱B2，P3从成品箱B2取出产品检验。假设B1可存放N件半成品，B2可存放M件产品，并且设置6个信号量S1、S2、S3、S4、S5、S6，且S3和S6的初值都为0，采用PV操作实现P1、P2、P3的同步模型如下图所示，则信号量S1和S5___S2、S4的初值分别为___.

(1)
A.分别为同步信号量和互斥信号量，初值分别为0和1
B.都是同步信号量，其初值为0和0
C.都是互斥信号量，其初值为1和1
D.都是互斥信号量，其初值为0和1
(2)
A.n，0
B.m，0
C.m，n
D.n，m
解析：选C、D。由图看出，S1和S5都是成对出现的，加工好的产品放入成品箱B2之后才能从成品箱B2取出，不能同时进行。

三.三态模型

三种状态：
运行——占有处理器，正在运行
等待(睡眠)——进程不具备运行的条件
就绪——运行的条件基本满足，就差CPU资源

当运行态的进程缺乏运行条件时会进入等待态；当运行态中CPU的时间片用完之后，就会进入到就绪态；当就绪态获得调度CPU资源之后就进入到运行态；当等待态的等待事件发生，基本条件满足之后就进入到就绪态。

考法3：三态模型各状态的转换

在进程状态转换过程中，可能会引起进程阻塞的原因是___.
A.时间片到
B.执行V操作
C.I/O完成
D.执行P操作
解析：选D。执行P操作是申请资源的操作，如果没有申请到资源就没有运行的条件也就会进入到阻塞状态。

四.死锁

会造成死锁的四个条件：互斥、保持和等待、环路等待、不剥夺

如何预防死锁？打破造成死锁四个条件中的任意一个。
如何避免死锁？银行家算法【系统在给进程分配资源之前，先进行衡量系统是否会进入不安全的状态，如果会进入不安全的状态则不会分配，如果不会进入不安全的状态则会分配】、有序资源分配法。所谓安全状态，指的是这些进程能够按照某个次序依次执行下去，那么称系统是安全的。

给每个进程分配其所需资源的最大数少一个资源以后，系统还剩下一个资源则系统不会发生死锁。

考法4：不发生死锁的最小资源数计算

若资源中有4个互斥资源R，当系统中有2个进程竞争R，且每个进程都需要i个R（i≤3）时，该系统可能会发生死锁的最小i值是___.
A.1
B.2
C.3
D.4
解析：选C.给系统的每个进程分配最大资源数-1的时候，系统还存在一个资源进行分配就不会发生死锁。即 2(i-1)+1≥4，i≥2.5，所以为3.

考法5：银行家算法

假设系统中有三类互斥资源R1,R2和R3，可用资源数分别为10，5和3.在T0时刻系统中有P1,P2,P3,P4和P5五个进程，这些进程对资源的最大需求量和已分配资源数如下表所示，此时系统剩余的可用资源数分别为___.如果进程按__序列执行，那么系统状态是安全的。

(1)
A.1、1和0
B.1、1和1
C.2、1和0
D.2、0和1
(2)
A.P1→P2→P4→P5→P3
B.P5→P2→P4→P3→P1
C.P4→P2→P1→P5→P3
D.P5→P1→P4→P2→P3
解析：选D,B.R1有10个资源，已分配8个，还剩2个；R2有5个资源，已分配5个，还剩0个；R3有3个资源，已分配2个，还剩1个。将剩下的资源与已分配的资源相加，只有和大于最大的需求量才能够保证系统的安全

五.进程资源图

考法6：进程资源图的应用

在如下所示的进程资源___.

A.P1,P2,P3都是阻塞节点
B.P1是阻塞节点，P2,P3是非阻塞节点
C.P1,P2是阻塞节点，P3是非阻塞节点
D.P1,P2是非阻塞节点，P3是阻塞节点
解析：选C.【先分配再申请】R1有2个资源，分别给了P1,P3之后，剩余0个资源，那么P2再向R1申请时就没有资源了，所以P2是阻塞节点；R3有2个资源，给了P2之后还剩一个，所以当P3申请资源的时候可以为其提供一个资源；R2有3个资源，分别给了P1,P2,P3之后，剩余0个资源，那么P1再向R2申请时就没有资源了，所以P1是阻塞节点。

六.文件管理

考法7：文件目录

操作系统通过__来组织和管理外存中的信息。
A.字处理程序
B.设备驱动程序
C.文件目录和目录项
D.语言翻译程序
解析：选C。字处理程序是指WPS，word这些软件，设备驱动程序是系统正常使用硬件设备用到的，语言翻译程序是开发语言运行时用到的。

多级目录结构

⭐绝对路径：从/开始的路径
⭐相对路径：相对于当前路径访问的路径
⭐文件全名

考法8：确定绝对路径、相对路径、文件全名

若某文件系统的目录结构如下图所示，假设用户要访问文件f1.java，且当前工作目录为Program，则该文件的全文件名为___，其相对路径为__.

(1)
A.f1.java
B.\Document\Java-prog\f1.java
C.D:\Program\Java-prog\f1.java
D.\Program\Java-prog\f1.java
(2)
A.Java-prog
B.\java-prog
C.Program\Java-prog
D.\Program\Java-prog
解析：选C,A。

七.存储管理

考法9：位示图相关计算【一个块表示一个二进制，再转成字节】

某文件管理系统采用位示图(bitmap)记录磁盘的使用情况。如果系统的字长为32位，磁盘物理块的大小为4MB，物理块依次编号为：0、1、2，位示图字依次编号为：0、1、2，那么16385号物理块的使用情况在位示图中的第___个字中描述；如果磁盘的容量为1000GB，那么位示图需要__个字来表示。
(1)
A.128
B.256
C.512
D.1024
(2)
A.1200
B.3200
C.6400
D.8000
解析：选C、D。编号是由0开始的，那么16385号实际为16386，一个字长32位，那么16386有几个字长呢？16386/32≈512；磁盘容量为1000GB，也就是1024000MB，而由题意可知磁盘物理块的大小为4MB，那么1024000/4=256000，又一个字长为32，那么256000/32=8000.

1.页式存储

由页号和页内地址构成。
优点：内存的利用率高，内存碎片小，分配和管理起来比较简单；
缺点：增加了系统开销

考法10：页式存储地址结构

某计算机系统采用页式存储管理方案，假设其地址长度为32位，其中页号占20位，页内地址占12位。系统中页面总数与页面大小分别为___.
A.1K,1024K
B.4K,1024K
C.1M,1K
D.1M,4K
解析：选D.2的20次方=1M，2的12次方=4K.

考法11：页式存储地址转换

某计算机系统页面大小为4K，进程P的页面变换表如下表所示。若P中某数据的逻辑地址为十六进制2C18H，则该地址的页号和页内地址分别为___；经过地址变换后，其物理地址应为十六进制__。

页号	物理块号
0	2
1	4
2	5
3	8

(1)
A.2和518H
B.2和C18H
C.5和518H
D.5和C18H
(2)
A.2C18H
B.4C18H
C.5C18H
D.8C18H
解析：选B、C。由题意“计算机系统页面大小为4K”可知，有12位二进制是用来表示页内地址的。2C18可以用16个二进制数表示【 软件评测师之数的表示中有提到十六进制与二进制的转换，十六进制对应二进制的范围为 0000-1111，4位；也就是说，可以将二进制的数值从右到左划分为4位一组】，那么C18就是表示页内地址，2表示为页号。又2的页号对应的物理块号为5，页内地址不变，所以物理地址为5C18H.

2.段式存储

由段号和段内地址组成。
优点：利于多道程序去共享程序段
缺点：系统复杂度较大，内存的浪费会比较高

按照程序段的大小进行分割

3.段页式存储

结合了段式存储和页式存储的优点。
优点：内存利用率高，碎片小，每一个程序段也都得到了保存；
缺点：软件管理的成本增加，复杂性增加，导致系统的性能下降，执行效率低
由段号、页号和页内地址组成。

一个段最多有多少个页，一个段页式存储最多允许有多少个段？

考法12：段页式存储的地址结构

假设段页式存储管理系统中的地址结构如下图所示，则系统中___.

A.页的大小为4K，每个段的大小均为4096个页，最多可有256个段。
B.页的大小为4K，每个段最大允许有4096个页，最多可有256个段。
C.页的大小为8K，每个段的大小均为2048个页，最多可有128个段。
D.页的大小为8K，每个段最大允许有2048个页，最多可有128个段。
解析：选B。