操作系统简答题

1..试述现代操作系统的基本特征（1）并发性：并发指的是在操作系统中存在着许多同时的或并行的活动。

例如，在多道程序设计的环境下，各个程序同时在处理机上交替、穿插地执行。

（2）共享性：系统中存在的各种并发活动，要求共享系统的硬、软件资源。

（3）虚拟性：虚拟指的是讲一个物理实体映射为若干个逻辑实体。

前者是客观存在的，后者是虚构的。

例如，在多道程序系统中，虽然只有一个CPU，每一时刻只能执行一道程序，但采用多道技术之后，在一段时间间隔内，宏观上有多个程序在运行。

在用户看来，就好像有多个CPU在各自运行自己的程序。

（4）不确定性：1.程序执行结果不确定，程序执行结果不能再现。

同一程序，对给定相同的初始数据，在相同的环境下运行，多次运行可能得到完全不同的结果。

2. 多道程序设计环境下，程序按异步方式运行。

也就是说，每道程序在何时执行、各个程序执行的顺序以及每到道程序所需的时间都是不确定的，也是不可预知的。

（有疑惑）2.试述操作系统与用户接口并举例说明。

概念：为了方面用户对计算机系统的使用和编程，操作系统向用户提供了用户与操作系统的接口，简称为用户接口。

操作系统提供了两类接口：一类是程序级接口，即系统调用或称操作系统应用程序接口；另一类是作业控制级接口，即键盘控制命令与作业控制命令。

作业控制级接口（即命令程序）：分为脱机用户接口和联机用户接口。

脱机用户接口由一组作业控制命令或称作业控制语言组成。

联机接口由一组操作系统命令组成，用于联机作业的控制。

例如，系统管理、环境设置、权限管理、文件管理等。

3.画出进程状态转换图并作必要文字说明。

进程调度的基本调度状态及其转换文字说明：（1）运行状态。

进程已获得必要的资源，并占有一个处理机，处理机正在执行该进程的程序。

（2）就绪状态。

如果进程已具备了运行条件，但由于处理机已被其他进程占用，因此暂时不能运行，而等待分配处理机，则称该进程处于就绪状态，有时也称可运行状态。

（3）阻塞状态。

进程在运行过程中，因等待某一事件而暂时不能运行的状态，称为阻塞状态，即进程的运行受到了阻塞。

此时，及时处理机“空闲”，也无法使用。

这种状态也可称为不可运行状态。

进程的各种调度状态，可以根据一定的条件而发生变化。

处于运行状态的进程可能因某种事件的发生而变成阻塞状态。

相应事件发生之后，该进程可以从阻塞状态变成就绪状态。

当系统的进程调度程序把处理机分配给某一就绪状态的进程时，它就从就绪状态进入运行状态。

4.什么是信号量？什么是P、V操作？（1）在操作系统中，信号量是表示资源的实体，是一个与队列有关的整型变量，其值仅能有P、V操作来改变。

操作系统利用信号量对进程和资源进行控制和管理。

（2）P、V操作是定义在信号量S上的两个操作，其定义如下：P(S)：○1S：=S-1；○2若S>=0，则调用P(S)的进程继续运行；○3若S<0，则调用P(S)的进程被阻塞，并把它插入到等待信号量S的阻塞队列中。

V(S)：○1S：=S+1；○2若S>0，则调用V(S)的进程继续运行；○3若S <=0，从等待信号量S的阻塞队列中唤醒头一个进程，然后调用V(S)的进程继续运行。

5：什么是进程互斥？如何实现互斥？答：进程是操作系统结构的基础，是一个正在执行的程序，用来描述系统和用户的程序活动。

两个或两个以上进程由于不能同时使用同一临界资源，只能一个进程使用完了，另一个进程才能使用，这种现象称为进程互斥。

（1）.空闲让进当临界资源处于空闲状态，允许一个请求进入临界区的进程立即进入临界区，从而有效的利用资源。

（2）.忙则等待已经有进程进入临界区时，意味着相应的临界资源正在被访问，所以其他准备进入临界区的进程必须等待，来保证多进程互斥。

（3）.有限等待对要求访问临界资源的进程，应该保证该进程能在有效的时间内进入临界区，防止死等状态。

（4）.让权等待当进程不能进入临界区，应该立即释放处理机，防止进程忙等待。

6：存储管理的主要研究课题是什么？答：存储管理研究课题可归纳为四个方面：（1）：存储分配问题：重点是研究存储共享和各种分配算法。

（2）：地址再定位问题：研究各种地址变换机构，以及静态和动态再定位方法。

（3）：存储保护问题：研究保护各类程序，数据区的方法。

（4）：存储扩充问题：主要研究虚拟存储问题及其各种调度算法。

7：试述文件管理的功能和文件系统的组成。

答：文件系统主要实现了对文件存储器的空间的组织和分配，对文件信息的存储，以及对存入的文件进行保护和检索。

文件管理部分的功能有四点：1.文件的结构及有关存取方法；2.文件的目录机构和有关处理；3.文件存储空间的管理；4.文件的共享和存取控制；文件系统由三部分组成：与文件管理有关的软件、被管理的文件以及实施文件管理所需的数据结构。

8什么是死锁，产生死锁的原因和必要条件是什么？（1）当某一进程提出资源的使用要求后，使得系统中一些进程处于无休止的阻塞状态，在无外力的作用下，这些进程永远也不能继续前进。

我们称这种现象为死锁。

（2）原因：资源竞争和进程推进速度。

一个进程在其运行过程中可以提出使用多个资源的要求，仅当指定的全部资源都满足时，进程才能继续运行而到达终点，否则该进程因得不到所要求的资源而处于阻塞状态，当两个或两个以上的进程同时对多个互斥资源提出使用要求时，有可能导致死锁。

当进程争夺资源时，有可能产生死锁，但不一定就会死锁。

这取决于各进程推进的速度和对资源请求的顺序，从而说明死锁是一种与时间有关的错误。

（3）必要条件：（1）互斥控制：进程对其所要求的资源进行排它控制，一个资源仅能被一个进程独占。

（2）非剥夺控制：进程所获得的资源在未被释放之前，不能被其它进程剥夺，即使该进程处于阻塞状态，它所占用的资源也不能被其它进程使用，而其他进程只能等待该资源的释放。

（3）逐次请求:进程以随意的零星方式逐次取得资源，而不是集中性的一次请求，这样有利于提高资源的利用率。

（4）环路条件：在发生死锁时，其有向图必构成环路，即前一进程保持着后一进程所要求的资源。

9试述文件的物理结构和存取方法的概念及相互关系？（1）物理结构：文件的物理结构是指逻辑文件在文件存储器上的存储结构。

（2）所谓文件的存取方法，是指读写文件存储器上的一个物理块的方法。

通常有三类存取方法：顺序存取法，直接存取法和按键存取法。

（3）文件的物理结构密切依赖于文件存储器的特性和存取方法。

究竟采用何种物理结构和存取方法，要看系统的应用范围和文件的使用情况。

如果采用顺序存取方法，则连接，串接，索引，连续等几种结构都可存取。

如果采用直接存取法，则索引文件效率最高，连续文件效率剧中，串联文件效率最低。

10试述外部设备的体系结构与设备分配算法？（有疑惑）A、I/O设备的分类：（1）按使用特性分类。

分为存储设备，输入/输出设备，终端设备和脱机设备。

169页图6.1（2）按所属关系分类，分为系统设备和用户设备。

（3）按资源分配角度分类，分为独占设备，共享设备，虚拟设备。

（4）按传输数据数量分类，分字符设备和块设备。

B、I/O设备的分配算法（1）先请求先服务。

当有多个进程对同一设备提出I/O请求时，该算法是把所有发出I/O 请求的进程，按其发出请求的先后顺序排成一个等待该设备的队列。

I/O调度程序把I/O设备分配给该队列中的第一个进程。

（2）优先级高者优先。

在进程调度中优先级高者，优先获得处理机。

如果在I/O调度中，对优先级高者优先满足它的I/O请求，这也是非常合理的。

因为这样做有利于尽快地结束该进程，从而尽早地释放它所占有的资源。

11、试述设备管理的软件体系结构。

答：为了实现I/O系统的四个目标：设备无关性、错误处理、同步/一部传输和必须能够处理独占设备和共享设备的I/O操作，I/O系统应组织成以下四个层次：（1）中断处理程序；（2）设备驱动程序；（3）与设备无关的I/O软件；（4）用户空间的I/O软件；12、为什么说通道技术是现代操作系统的主要硬件支持？简要说明通道的工作原理。

答：（1）、采用通道技术解决了I/O操作的独立性和各部件工作的并行性，把CPU从繁琐的输入输出操作中解放出来，能实现CPU与通道的并行操作，而且通道与通道间也能实现并行操作，各通道上的外设也能实现并行操作，从而大大提高计算机系统的效率。

（2）、工作原理（采用通道技术后，I/O操作过程为）：CPU在执行用户程序时如果遇到I/O 请求，则它用I/O指令启动指令通道上选址的设备，一旦启动成功，通道开始控制设备进行操作。

当设备I/O操作完成后，由通道发出I/O，结束中断，CPU停止当前工作，转向中断处理程序。

13、为什么说进程是操作系统的核心概念？进程与程序有何异同？答：（1）、因为几乎操作系统的所有内容都离不开进程这一概念，进程是操作系统中最基本的元素，是操作系统中资源分配的基本单位，也是进程调度的基本单位。

（2）进程与程序的区别：a、进程是程序的一次执行，属于一种动态概念，而程序是一组有序的指令，是一种静态的概念。

[但是进程离开了程序也就失去了存在的意义。

因此，我们可以说进程是程序的动态过程，而程序是进程运行的静态文本。

]b、一个进程可以执行一个或几个程序；反之，同一个程序可能由几个进程同时执行。

c、程序可以作为一种软件资源长期保留，而进程是程序的一次执行过程，是暂时的。

d、进程具有并发性，它能与其它进程并发运行。

而一般的程序不具有这种明显的特性。

e、进程是一个独立的运行单位，也是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

因此，进程具有独立性。

出来独立性一面之外，另一方面进程间又具有相互制约性，这种特性变现为进程之间的同步与互斥。

程序是进程的一部分，是进程的实体。

14. 试比较请求页式存储管理和段式存储管理的异同？答：异：段式存储管理：分段由用户设计划分，每段对应一个相应的的程序模块，有完整的逻辑意义。

段面是信息的逻辑单位。

便于段的共享，执行时按需动态链接装入。

段长不等，可动态增长，有利于新数据增长。

二维地址空间：段名、段中地址；段号、段内单元号。

管理形式上象页式，但概念不同。

请求页式存储管理：分页用户看不见，由操作系统为内存管理划分。

页面是信息的物理单位。

页一般不能共享。

页面大小相同，位置不能动态增长。

一维地址空间。

往往需要多次缺页中断才能把所需信息完整地调入内存。

同：实现页（段）的共享是指某些作业的逻辑页号（段号）对应同一物理页号（内存中该段的起始地址）。

页（段）的保护往往需要对共享的页面（段）加上某种访问权限的限制，如不能修改等；或设置地址越界检查，对于页内地址（段内地址）大于页长（段长）的存取，产生保护中断。

15. 有哪几种方案可以实现虚拟存储器，简要说明其工作原理？答： 1.请求分页存储管理：（1）页框：物理地址分成大小相等的许多区，每个区称为一块；（2）址分成大小相等的区，区的大小与块的大小相等，每个称一个页面。