操作系统期末考复盘

简答题	4题*5`    20分
计算题	2题*5`    10分
综合应用	2题*10`  20分
程序填空	1题10`   10分

1、简答题（8抽4）

1、在计算机系统上配置OS的目标是什么？作用主要表现在哪个方面？

        在计算机系统上配置OS，主要目标是实现:方便性、有效性、可扩充性和开放性。
        OS的作用主要表现在以下3个方面:

                ①OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口;

                ②OS作为计算机系统资源的管理者;

                ③OS实现对计算机资源的抽象。

2、试说明推动OS发展的主要动力是什么。

    推动OS发展的主要动力表现在:

        ①计算机系统资源的利用率不断提高:

        ②方便用户;

        ③器件不断更新换代;

        ④计算机体系结构不断发展;

        ⑤新的应用需求不断被提出。 

3、什么是前趋图？请画出下列4条语句的前趋图。

        S1: a=xty; S2: b=z+1; S3: c=a-b; S4: w=c+1;

 （1）前趋图(precedence graph)是一个有向无环图，记为DAG ( directed acyclic graph)，用于描述进程间执行的前后关系。

前趋图

4、何谓作业和JCB ( job control block,作业控制块) ? 

 ①、作业包含通常所说的程序和数据，还配有作业说明书。系统根据该说明书对程序的运行进行控制。批处理系统中是以作业为基本单位将其从外存调入内存的。

 ②、JCB是作业在系统中存在的标志。为了管理和调度作业，为每个作业设置一个JCB， 用于记录管理和调度作业所需的全部信息。

5、什么是临界资源?什么是临界区?

①、在计算机中有许多资源一次仅允许一个进程使用，我们把一次仅允许 一个进程使用的资源称为临界资源，如打印机和一些共享变量等。

②、进程中访问临界资源的那段代码称为临界区。

 6、存储器管理的基本任务,是为多道程序的并发执行提供良好的存储器环境。请问:“良
好的存储器环境”应包含哪几个方面?

 “良好的存储器环境”应包含:

        ①让每道程序“各得其所”，在不受干扰的环境中运行，还可以使用户从存储空间的分配、保护等烦琐事务中解脱出来;

        ②向用户提供更大的存储空间，使更多的作业能同时运行，或使更大的作业能在较小的内存空间中运行;

        ③为用户在信息的访问、保护、共享以及动态链接等方面提供方便;

        ④使存储器有较高的利用率。

7、试说明/O系统的基本功能。

I/O系统的基本功能主要包括:

        ①隐藏物理设备的细节;

        ②保证OS与设备无关;
        ③提高处理机和IO设备的利用率;

        ④控制I/O设备;确保对设备的正确共享;

        ⑥处理错误。

8、一个比较完善的文件系统应具备哪些功能?

①文件存储空间管理。通过文件存储空间管理，能使文件“各得其所”.并且能尽量提高文件存储空间的利用率。

②目录管理。通过目录管理，能实现文件“按名存取”，提高文文件的检索速度，解决文件的命名冲突问题(允许文件重名)，并能实现文件共享。

③文件读/写管理。通过文件读/写管理，可以实现文件数据的快速读/写。

④文件安全性管理。通过采取多级文件保护等措施，可以实现对系统中文件的保护，防止文件被偷窃、修改和破坏。

⑤用户接口管理。文件系统向用户提供一个统一的、方便使用的接口，用户通过该接口可以方便地获得如文件存取、创建、删除、修改等文件管理服务。

2、计算题 ( 4 抽 2 )

1、某请求调页系统，页表保存在寄存器中。若个被替换的页未被修改过，则处理 一个缺页中断需要8ms ;若被替换的页己被修改过，则处理一个缺页中断需要20ms。内存存取时间为1us,访问页表的时间可忽略不计。假定70%被替换的页被修改过，为保证有效存取时间不超过2μs,可接受的最大缺页率是多少?

2、某分页式虚拟存储系统，用于页面交换的磁盘的平均访问与传输时间 是20ms,页表保存在内存中，访问时间为1μs,即每引用一次指令或数据就需要访问内存 2次。为改善性能，可以增设一个联想寄存器，若页表项在联想寄存器中，则只要访问1 次内存。假设80%的访问对应的页表项在联想寄存器中,剩下的20%中有10%的访问(即总数的2% )会产生缺页。请计算有效访问时间。 

3、对于容量为200GB的硬盘，若采用FAT文件系统且盘块大小设定为 4KB，则请问其FAT表项长度应当选用16位还是32位(采用二进制表示)? 其FAT共须占用多少字节的空间?

4、某个容量为1.44MB的软盘，共有80个柱面，每个柱面上有18个盘块，盘块大
小为1KB，盘块和柱面均从0开始编号。文件A依次占据了20、500、750、900这4个
盘块，其FCB位于51号盘块上，磁盘最后- -次访问的是 50号盘块。若采用隐式链接分配
方式，则请计算顺序存取该文件的全部内容需要的磁盘寻道距离。

3、综合应用 

页面置换算法：

1、最页面置换算法

2、先进先出页面置换算法

3、最近最久未使用页面置换算法

4、最少使用页面置换算法

5、Clock页面置换算法

6、改进型Clock页面置换算法

 银行家算法

 安全序列有时候是不唯一的

4、程序填空 (2 抽一 )

1、生产者 -- 消费者

#include 
#include 
#define MAX 18 /* 要生产的最大数量 */

pthread_mutex_t the_mutex;  // 互斥锁，提供对共享资源的互斥访问
pthread_cond_t condc, condp;  // 条件变量，用于线程间的信号传递
int buffer = 0;  // 缓冲区，生产者和消费者之间共享的数据

void *producer(void *ptr) /* 生产数据 */
{ 
    int i;
    for (i = 1; i <= MAX; i++) {
        pthread_mutex_lock(&the_mutex);  // 获取对缓冲区的独占访问权
        while (buffer != 0) pthread_cond_wait(&condp, &the_mutex);  // 缓冲区非空，等待
        buffer = i; /* 将项目放入缓冲区 */
        printf("产品 %d 已生产。\n", buffer);
        sleep(1);  // 模拟一些处理时间
        pthread_cond_signal(&condc);  // 唤醒消费者
        pthread_mutex_unlock(&the_mutex);  // 释放对缓冲区的访问权
    }
    pthread_exit(0);
}

void *consumer(void *ptr) /* 消费数据 */
{ 
    int i;
    for (i = 1; i <= MAX; i++) {
        pthread_mutex_lock(&the_mutex);  // 获取对缓冲区的独占访问权
        while (buffer == 0) pthread_cond_wait(&condc, &the_mutex);  // 缓冲区为空，等待
        printf("产品 %d 已消费。\n", buffer);
        buffer = 0; /* 从缓冲区取出项目 */
        pthread_cond_signal(&condp);  // 唤醒生产者
        pthread_mutex_unlock(&the_mutex);  // 释放对缓冲区的访问权
    }
    pthread_exit(0);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    pthread_t pro, con;
    pthread_mutex_init(&the_mutex, 0);  // 初始化互斥锁
    pthread_cond_init(&condc, 0);  // 初始化消费者条件变量
    pthread_cond_init(&condp, 0);  // 初始化生产者条件变量
    pthread_create(&con, 0, consumer, 0);  // 创建消费者线程
    pthread_create(&pro, 0, producer, 0);  // 创建生产者线程
    pthread_join(pro, 0);  // 等待生产者线程结束
    pthread_join(con, 0);  // 等待消费者线程结束
    pthread_cond_destroy(&condc);  // 销毁消费者条件变量
    pthread_cond_destroy(&condp);  // 销毁生产者条件变量
    pthread_mutex_destroy(&the_mutex);  // 销毁互斥锁
}

2、读者 -- 写者

#include 
#include 
#include 

#define M 6 // 读者数量
#define N 2 // 写者数量

int rc = 0; // 当前读者数量
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // 用于互斥地修改rc变量 
pthread_mutex_t db = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // 用于读、写以及写、写之间的互斥 

void *read(void *arg) {
    pthread_mutex_lock(&mutex); // 锁定互斥锁mutex，用于修改rc变量
    rc = rc + 1;
    if (rc == 1) pthread_mutex_lock(&db); // 如果是第一个读者，锁定互斥锁db
    pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁互斥锁mutex，允许其他读者进入
    printf("reader %d is reading\n", arg); // 打印读者正在读
    sleep(1); // 模拟读操作，休眠1秒
    printf("reader %d is leaving\n", arg); // 打印读者正在离开
    pthread_mutex_lock(&mutex); // 锁定互斥锁mutex，用于修改rc变量
    rc = rc - 1;
    if (rc == 0) pthread_mutex_unlock(&db); // 如果是最后一个读者，解锁互斥锁db
    pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁互斥锁mutex
}

void *write(void *arg) {
    pthread_mutex_lock(&db); // 锁定互斥锁db，用于写操作
    printf("writer %d is writing\n", arg); // 打印写者正在写
    sleep(1); // 模拟写操作，休眠1秒
    printf("writer %d is leaving\n", arg); // 打印写者正在离开
    pthread_mutex_unlock(&db); // 解锁互斥锁db
}

int main() {
    pthread_t readers[M], writers[N]; // 定义M个读者线程和N个写者线程
    int i;
    for (i = 0; i < M; ++i)
        pthread_create(&readers[i], NULL, read, (void *) i); // 创建M个读者线程
    for (i = 0; i < N; ++i)
        pthread_create(&writers[i], NULL, write, (void *) i); // 创建N个写者线程
    sleep(6); // 主线程休眠6秒，等待读者和写者线程执行
    return 0;
}