操作系统期末复习文档

5.进程的特征


结构特征：每个进程实体中除了相应的程序段、数 据段外，还必须包含一个数据结构PCB，即进程控 制块 动态性 并发性 独立性 异步性

6.在操作系统中为什么要引入进程概念?为了 实现并发进程间的合作和协调工作，以及保证 系统的安全性，操作系统在进程管理方面应做 哪些工作？
设计现代OS 的主要目标是什么?.



答：方便性。配置操作系统后可使计算机系统更容易使用。 有效性。配置操作系统后可提高系统资源的利用率，提高 系统的吞吐量。 可扩充性。操作系统应采用模块化结构，以便于增加新的 功能和修改老的功能模块。 开放性。为使出自不同厂家的计算机及其设备能通过网络 加以集成化并正确、有效地协同工作，实现应用程序的可 移植性和互操作性，要求操作系统必须提供统一的开放环 境，进而要求OS具有开放性。开放性是指系统能遵循世界 标准规范，特别是遵循开放系统互连（OSI）国际标准。
第2章 进程
组成部分
进程控制 概念 状态 就绪 执行 阻塞 状态 概念 线程控制
引入的原因
PCB 特征
结构特征 动态性 并发性
进程
进程通信
特例
区 别
独立性 临界资源和临界区 同步与互斥 四个准则 管程 信号量 用户级线程
区 别
进程同步 程序 属性
同步机制
线程 引入的原因
类别 内核支持线程 线程同步 整型 记录型 类别 应用

15.临界资源和临界区


临界资源特点：一次仅允许一个进程使用。 临界区：每个进程访问临界资源的那一段必须互斥执行的程 序。一个共享变量可以有多个临界区。把使用统一变量的一 组临界区称为“相关临界区”。并发进程不允许同时或交叉 地在各个相关临界区中执行。

16.同步机制应遵循的规则



空闲让进 忙则等待 有限等待：应保证为有限等待，不会产生死等。 让权等待：不能进入临界区的执行进程应放弃CPU 执行权。

14.进程的同步与互斥


同步与互斥的区别

同步



互斥


进程—进程 时间次序上受到某种限制 相互清楚对方的存在及其 作用，交换信息 往往指有几个进程共同完 成一个任务 举例：生产与消费之间， 发送与接受之间，作者与 读者之间，供者与用者之 间


进程—资源—进程 竞争到某一物理资源时不 允许进程工作 不一定清楚其它进程情况 往往指多个任务多个进程 间通讯制约 举例：交通十字路口，单 轨火车的拨道岔

11.进程控制

所谓进程控制，是指系统使用一些具有特定功能的 程序段来创建、撤销进程以及完成进程各状态间转 换的一系列有效管理。操作系统是通过这些被称为 原语的程序段对进程进行控制的 原语是机器指令的延伸，由若干条机器指令构成， 用于完成特定功能的一段程序。为了保证需哦的正 确性，原语在执行的过程中是不可分割的，也即其 执行过程是不允许被中断的

18.进程通信的类型

共享存储器系统 消息传递系统 管道通信 构成消息：发送进程在工作区设置发送区，填信息。 发送消息：将消息从发送区复制到消息缓冲区，并把它 插入到目标进程的消息队列中。 接受消息：从消息队列中去消息并拷贝到接收区 互斥与同步：

19.消息缓冲队列通信机制应具有那几方面的功能
第1章 操作系统引论

什么是操作系统？并分别从功能、软件、 管理者及用户观点叙述之


Biblioteka 操作系统是控制和管理计算机软、硬件资源，合理组织计算 机工作流程，以及方便用户使用的系统软件。 从功能角度看，操作系统是计算机的资源管理系统，由它负 责对计算机系统的全部软、硬件资源进行分配、控制、调度 和回收； 从软件的观点看，操作系统是一个大型系统软件，由多个 功能模块及数据集合组成； 从管理者角度看，操作系统是计算机工作流程的组织者。它 自动、高效、合理的对系统进行管理； 从用户观点看，操作系统是一个服务质量高、使用方便的虚 拟机。它是用户使用计算机的界面和桥梁。

10.某分时系统的进程出现如下图所示的状态变化。
③
等待打 印机输 出结果 运行
⑤ ②
等磁盘读文件
①
就绪进程队列
⑥
④
试问：（1）你认为该系统采用的是何种进程调度算法？ （2）把图中所示的六个状态变化的原因写出来。



【分析】从图中可以看出在①、②和“就绪进程队列” 之间存在一个环路，有的进程在执行过程中被剥夺处 理机，排入就绪队列的尾部，等待下一次调度，同时 进程调度程序又去调度当前就绪队列中的第一个进程， 这样的进程调度算法为时间片轮转法。 解： （1）该分时系统采用的进程调度算法是时间片轮转 法。 （2）①进程被选中，变成运行态；②时间片到，运 行的进程排入就绪队列尾部；③运行的进程启动打印 机，等待打印；④打印工作结束，等待的进程排入就 绪队列尾部；⑤等待磁盘读文件工作；⑥磁盘传输信 息结束，等待的进程排入就绪队列尾部。


在多道程序环境中，程序的执行是并发的，这样就 要失去封闭性，并且间断且不可再现 。并发执行 的三个特点决定通常的程序是不能并发执行的，于 是引进了进程的概念。 操作系统应该在进程管理方面做以下工作： ⑴进程控制。⑵进程调度。⑶进程同步。⑷进程 通信。⑸防止死锁。




7.进程与程序的区别 进程更能真实地描述并发，而程序不能 进程是由程序和数据两部分组成的 程序是静态的，进程是动态的 进程有生命周期，有诞生有消亡，短暂的； 而程序是相对长久的 一个程序可对应多个进程，反之亦然 进程具有创建其他进程的功能，而程序没有

12.原语


13.进程同步

进程同步是指对多个相关进程在执行次序上进行协调， 目的是使系统中诸进程之间能有效地共享资源和相互合 作，从而使程序的执行具有可再现性。用来实现同步的 机制被称为同步机制。
进程的互斥是指并发进程在竞争共享资源时的相互制约 关系。 进程的同步是指一个进程是否能使用共享资源依赖与其 他进程的执行情况，一个进程在没有受到其他进程的消 息时必须等等待，直至另一进程送来消息后才可继续执 行下去。


1.一条小河上有一座独木桥,规定每次只允许 一个人过桥,现在河东河西都有人要过桥,如 果把每个过桥者看作一个进程,为保证安全, 请用PV操作实现正确管理. 2.一条小河上有一座独木桥,同一方向的可连 续过桥;某方向有人过桥时另一方向的人等待, 现在河东河西都有人要过桥,如果把每个过桥 者看作一个进程,为保证安全,请用PV操作实 现正确管理.

9. 为什么说PCB是进程存在的唯一标志？

在创建进程时，系统为他配置一个PCB；在进 行进程调度时，系统根据PCB中的状态和优先 级等信息来选择新进程，然后将老进程的现场 信息保存到他的PCB中，再根据新进程PCB中 所保存的处理机状态信息来恢复现场；执行中 的进程，如果需要访问文件或者需要与合作进 程实现同步或通信，也要访问PCB；当进程因 某种原因而暂停执行时，也必须将断点的现场 信息保存到他的PCB中；当进程结束时，系统 将回收他的PCB。可见，再进程的整个生命周 期中，系统总是通过其PCB对进程进行控制和 管理。



20.线程的属性


轻型实体。线程中的实体基本上不拥有系统资源， 只是有一点必不可少的、能保证独立运行的资源。 独立调度和分派的基本单位。 可并发执行。 共享进程资源。

22.进程与线程的比较



调度型：在传统的操作系统中，拥有资源的基本单位和 独立调度、分派的基本单位都是进程。而在引入线程的 OS中，则把线程作为调度和分派的基本单位，把进程 作为资源拥有的基本单位。 并发性。在引入线程的OS中，不仅进程间可以并发执 行，而且在一个进程的多个线程间也可以并发执行 拥有资源。在这两种OS中，拥有资源的基本单位都是 进程。线程除了一点在运行时必不可少的资源（如线程 控制块、程序计数器、一组寄存器值和堆栈）外，本身 基本不拥有系统资源，但可访问其隶属进程的资源。 开销。由于创建或撤销进程时，系统要分配或回收资源； 进程切换时要保存和设置的现场信息也明显多于线程， 因此，OS在创建、撤销和切换进程时所付出的开销明 显地大于线程。另外，由于隶属于同一个进程的多个线 程共享同一地址空间和该进程的所有已打开文件，从而 使它们之间的同步和通信的实现也比进程更方便。

8.什么是进程控制块？试从进程管理、进程通信、中 断处理、文件管理、存储管理、设备管理的角度设计 进程控制块应包含的项目。






⑴进程控制块（PCB）是为了控制进程在多道程序环境下能 够独立并发地运行而设计的数据结构，它包含了控制和描述 该进程所需要的所有信息。 ⑵从进程管理的角度：PCB应该包含进程标识符、CPU状态 信息、进程状态、进程调度信息。 从进程通信的角度：PCB应该包含指向消息队列的指针，用 于互斥访问消息队列的信号量。 从中断处理的角度：PCB应该包含中断前的CPU的状态信息。 从文件管理的角度：PCB应该包含用户文件描述符表。 从存储管理的角度：PCB应该包含程序段、数据段和堆栈段 的地址和长度。 从设备管理的角度：PCB应该包含该进程已分配到得设备和 运行还需要分配的设备的列表。

1.程序顺序执行的特征 2.前趋图：描述程序段或进程之间执行的先后顺
序

3.程序并发执行时的特征

间断性 失去封闭性 不可再现性 进程是一个可并发执行的具有独立功能的程 序关于某个数据集合的一次执行过程，也是操 作系统进行资源分配和保护的基本单位（1978 年全国操作系统学术会议）

4.进程的概念

17.信号量机制及其应用




信号量的含义：信号量是一个用来实现同步的整型 或记录型变量，除了初始化外，对它只能执行wait 和signal两种操作。 信号量的物理意义：一个信号量S通常对应于一类 临界资源。S.wait申请资源，S.signal释放资源。 S.value表示当前可用资源数 用信号量实现互斥 用信号量实现前趋关系
操作系统具有哪几大特征？它们之间有何关系？
答：操作系统的特征有并发、资源共享、虚拟和异步性。它们的关系 如下： (1)并发和共享是操作系统最基本的特征。为了提高计算机资源的利 用率，操作系统必然采用多道程序设计技术，使多个程序共享系 统资源，并发地执行。 (2)并发和共享互为存在的条件。一方面，资源的共享是以程序（进 程）的并发执行为条件，若系统不允许程序并发执行，自然不存 在资源共享问题；另一方面，若系统不能对资源共享实施有效的 管理，协调好诸进程对共享资源的访问，也必将影响到程序的并 发执行，甚至根本无法并发执行。 (3)虚拟技术以并发和资源共享为前提。为了使并发进程能更方便、 更有效地共享资源，操作系统常采用多种虚拟技术来逻辑上增加 CPU和设备的数量以及存储器的容量，从而解决众多并发进程对 有限的系统资源的争用问题。 (4)异步性是并发和共享的必然结果。操作系统允许多个并发进程共 享资源、相互合作，使得每个进程的运行过程受到其他进程的制 约，不再“一气呵成”，这必然导致异步特性的产生。

试说明操作系统与硬件、其他系统软件以及用 户之间的关系

操作系统是覆盖在硬件上的第一层软件，它管理计 算机的硬件和软件资源，并向用户提供良好的界面。 操作系统与硬件紧密相关，它直接管理着硬件资源， 为用户完成所有与硬件相关的操作，从而极大地方 便了用户对硬件资源的使用并提高了硬件资源的利 用率。操作系统是一种特殊的系统软件，其他系统 软件运行在操作系统的基础之上，可获得操作系统 提供的大量服务，也就是说操作系统是其他系统软 件与硬件之间的接口。而一般用户使用计算机除了 需要操作系统支持外，还需要用到大量的其他系统 软件和应用软件，以使其工作更方便和高效。可见， 硬件、操作系统、其他系统软件、应用程序和用户 之间存在着右图所示的层次关系。

操作系统的地位



操作系统是计算机系统中硬、软件资源的总指挥部。 操作系统的性能高低决定了整体计算机的潜在硬件 性能能否发挥出来。 操作系统本身的安全可靠程度决定了整个计算机系 统的安全性和可靠性 操作系统是软件技术含量最大、附加值最高的部分， 是软件技术的核心，是软件的基础运行平台。

为什么说操作系统实现了对计算机资源的抽象？



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。