操作系统(复试).ppt

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1、18:141操作系统复习18:1418:142复试题型 一、单项选择题 二、名词解释 三、简答题 四、计算题/应用题218:143主要内容主要内容 第一章：操作系统概述第一章：操作系统概述 第二第二/ /三章：进程和处理机管理、进程同步、互斥、通信与三章：进程和处理机管理、进程同步、互斥、通信与死锁死锁 第四章：存储管理第四章：存储管理 第五章：设备管理和第五章：设备管理和I/OI/O系统系统 第六章：文件管理第六章：文件管理318:144名词解释题型分析名词解释题型分析第一章（操作系统概述）第一章（操作系统概述） 操作系统的定义操作系统的定义 第二第二/ /三章（进程）三章（进程） 进程进程

2、 原语原语 临界资源临界资源 第五章（设备管理）第五章（设备管理） 虚拟设备虚拟设备第六章（文件）第六章（文件） 文件系统文件系统418:145简答题型分析简答题型分析第一章（操作系统概述）第一章（操作系统概述） 分时操作系统和实时操作系统分时操作系统和实时操作系统 并发与并行并发与并行 操作系统的四大基本特性操作系统的四大基本特性 第二第二/ /三章（进程）三章（进程） 进程与程序进程与程序 死锁的四大必要条件死锁的四大必要条件 第四章（存储管理）第四章（存储管理） 分页和分段分页和分段第五章（设备管理）第五章（设备管理） SPOOLingSPOOLing工作原理工作原理第六章（文件系统）第

3、六章（文件系统） FAT32FAT32文件系统原理文件系统原理518:146计算题型分析计算题型分析 第二第二/ /三章（进程）三章（进程） CPUCPU调度算法调度算法 PVPV操作操作第四章（存储）第四章（存储） 连续分配，分区分配：适配算法连续分配，分区分配：适配算法 地址转换计算：分页管理方式；分段管理方式。地址转换计算：分页管理方式；分段管理方式。 页面置换算法页面置换算法 第五章（设备管理）第五章（设备管理） 磁盘调度算法磁盘调度算法第六章（文件）第六章（文件） 文件系统的计算文件系统的计算 ( (多重索引结构多重索引结构) )618:147第一章 概述 操作系统的定义：操作系统是

4、计算机系统的一个系统软件，它是这样的一些程序模块的集合：他们能有效的组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源，合理的组织计算机工作流程，控制程序的执行，并向用户提供各种服务功能， 使得用户能够灵活、方便、有效的使用计算机，使整个计算机系统能高效运行。简单版本：操作系统是一种控制和管理计算机系统硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程以及方便用户的程序集合提供接口：1.用户界面 2.编程接口（API）18:148第一章 概述 操作系统的四大基本特性：并发性：同一时间间隔（并行：同一时刻）共享性：系统资源供不同并发进程使用。（磁盘、打印机等）虚拟技术：时分复用技术（多道程序设计）和空分复用技术（页面

5、置换）异步性：并发性导致了异步性，进程控制及同步机制保证了一定同步性（PV）18:149第一章 概述 分时操作系统和实时操作系统:分时操作系统（Unix）： 1.人机交互 2.共享主机 3.便于用户上机 实时操作系统 （导弹制导系统）： 1.实时控制 2.实时信息处理 3.高可靠性 18:1410第一章 概述 分时操作系统和实时操作系统:比较：1.多路性：后者也会有分时原则，但主要体现在系统周期性地对多路现场进行采集，以及对多个对象进行控制。而前者则与用户情况有关，时多时少。 2.及时性：实时信息处理两者类似。实时控制，则后者严格一些。 3.交互性：侧重点不同。 4.可靠性：后者采取多级容错措

6、施来保障系统的安全性及数据的安全性。 18:1411第一章 概述 中断技术（很重要但是不好考）：- 中断是指计算机在执行期间，系统内发生任何不寻常的或者非预期的急需处理的事件，使得CPU暂时中断当前正在执行的程序而转去执行相应的事件处理程序，待处理完毕后又返回原来被中断处继续执行或调度新的进程执行的过程。- 引起中断发生的事件称为中断源。- 中断源向CPU发出的请求中断处理信号称为中断请求。- CPU收到中断请求后转到相应的事件处理程序的过程称为中断相应。 18:1412第一章 概述 硬中断（强迫性中断）：事件不是正在运行的程序所期待的，而是由于某种事故或外部请求信息所引起的。 - 机器故障中

7、断。（掉电，主存储器出错） - 程序性中断。（地址越界，/0） - 外部中断事件。（定时中断，控制台控制信息） - 输入输出中断。（设备出错） 软中断（自愿性中断）：事件是正在运行的程序所期待的事件。- 进程的切换 18:1413第一章 概述 中断处理过程：1，CPU检查响应中断的条件是否满足。2，如果CPU响应中断，则CPU关中断，使其进入不可再次响应中断的状态。3，保存被中断进程现场。4，分析中断原因，调用中断处理子程序。5，执行中断处理子程序。6，退出中断，回复中断进程的现场或调度,新的进程占据处理机7，开中断，CPU继续执行。 18:1414第二、三章 进程管理 进程是一个具有一定独立

8、功能的程序在一个数据集合上的一次动态执行过程。 进程与线程：（同学就餐）进程是资源分配的基本单位。线程是调度和分派的基本单元。 临界资源：是指计算机系统中需要互斥使用的硬件或软件资源，如外设、共享代码段、共享数据结构等。（在一段时间内，只允许一个进程访问的资源） 原语：是由若干条指令组成的，不可中断的用于完成一定功能的一个过程。 死锁的四大必要条件：1.互斥条件 2.请求和保持条件 3.不可掠夺 4.循环等待 15进程映像进程映像 进程控制控制块：存储进程标志标志信息、现场现场信息和控制控制信息。 进程程序程序块：被执行的程序，规定进程一次运行应完成的功能。通常它是纯代码，作为一种系统资源可被

9、多个进程共享。 进程核心栈核心栈：每个进程捆绑一个，进程在核心态下工作时使用，用来保存中断/异常现场，及执行函数调用的参数和返回地址，系统调用的参数和返回地址等。 进程数据块数据块：即进程私有地址空间，存放各种私有数据，用户栈也在数据块中开辟，用于函数调用时存放栈帧、局部变量等参数，包括程序数据、用户栈和可修改的程序包括程序数据、用户栈和可修改的程序。 进程的描述和组成进程的描述和组成16程序块程序块数据块数据块PCBPCB进程映像进程映像（线程共享）核心栈核心栈18:1417处理器调度算法 FCFS (先来先服务先来先服务) SPN (最短进程优先最短进程优先)18:1418SPN (最短进

10、程优先) 非抢占式非抢占式调度调度 选择选择所需处理时间最短所需处理时间最短的进程的进程 短进程短进程将会越过长进程，将会越过长进程，优先优先获得调度获得调度1818:1419SPN (最短进程优先)05101520123451918:1420SPN (最短进程优先) 问题问题 只要持续不断地提供更短的进程，长进程就有可能饿死。只要持续不断地提供更短的进程，长进程就有可能饿死。2018:1421例子： 假定在单假定在单CPU条件下有下列要执行的作业：条件下有下列要执行的作业： 作业作业 运行时间运行时间 优先级优先级 1 10 2 2 4 3 3 3 5 作业到来的时间是按作业编号顺序进行的（

11、即后面作业依次比前一个作作业到来的时间是按作业编号顺序进行的（即后面作业依次比前一个作业迟到一个时间单位）。业迟到一个时间单位）。 （1）用一个执行时间图描述在分别采用）用一个执行时间图描述在分别采用FCFS算法、算法、SPN算法算法 时执行这时执行这些作业的情况。些作业的情况。 （2）对于上述算法，各个作业的周转时间是多少？平均周转时间是多）对于上述算法，各个作业的周转时间是多少？平均周转时间是多少？少？ （3）对于上述算法，各个作业的带权周转时间是多少？平均带权周转）对于上述算法，各个作业的带权周转时间是多少？平均带权周转时间是多少？时间是多少？2118:1422PV操作与进程状态转换模型

12、（排队） 运行态就绪态等待态选中落选出现等待事件等待事件结束P(s) 操作V(s) 操作18:1423PV操作与进程状态队列模型（医院例子）处理器处理器指派指派提交提交完成完成超时超时事件事件1 1等待队列等待队列事件事件2 2等待队列等待队列事件事件n n等待队列等待队列就绪队列就绪队列等待事件等待事件1 1等待事件等待事件2 2等待事件等待事件n n事件事件1 1出现出现事件事件2 2出现出现事件事件n n出现出现P(s) 操作V(s) 操作18:1424一个生产者一个生产者/一个消费者一个消费者/多个缓单元多个缓单元process producerbegin L1: produce a

13、product； P(empty); Bputptr := product； putptr :=(putptr+1) mod k; V(full); goto L1;end;process consumer begin L2: P(full); Product:= Bgetptr； getptr:=(getptr+1) mod k; V(empty); consume a product； goto L2;end;B : ARRAY0.k-1 of integer;empty: semaphore； /* 可以使用的空缓冲区数 */full: semaphore; /* 缓冲区内可以使用的产品

14、数 */empty := k; /* 缓冲区内允许放入k件产品 */full:= 0; /* 缓冲区内没有产品 */putptr, getptr : integer; putptr:=0; getptr:=0; 18:1425读者/写者问题 读者与写者问题(reader-writer problem) (Courtois, 1971)也是一个经典的并发程序设计问题。有两组并发进程：读者和写者，共享一个文件F，要求： (1)允许多个读者可同时对文件执行读操作 (2)只允许一个写者往文件中写信息 (3)任意写者在完成写操作之前不允许其他读者或写者工作 (4)写者执行写操作前，应让已有的写者和读者全

15、部退出 使用PV操作求解该问题18:1426读者/写者问题semaphore rmutex，wmutex；rmutex=1; wmutex=1; int readcount=0; /读进程计数process reader_i( ) while (true) P(rmutex); if (readcount=0) P(wmutex); readcount+; V(rmutex); 读文件； P(rmutex); readcount-; if(readcount=0) V(wmutex); V(rmutex); process writer_i( ) while(true) P(wmutex);

16、写文件； V(wmutex); ? 什么问题读者优先！18:1427哲学家就餐问题(1) 有五个哲学家围坐在一圆桌旁，桌中央有一盘通心面，每人面前有一只空盘于，每两人之间放一把叉子。每个哲学家思考、饥饿、然后吃通心面。为了吃面，每个哲学家必须获得两把叉子，且每人只能直接从自己左边或右边去取叉子 哲学家顺时针编号哲学家顺时针编号012341023418:1428semaphore fork5;for (int i=0;i5;i+)forki=1;cobeginprocess philosopher_i( ) /i= 0,1,2,3,4 while(true) think( ); P(forki);/先取右手的叉子 P(fork(i+1)%5);/再取左手的叉子 eat( ); V(forki); V(fork(i+1)%5); coend哲学家就餐问题存在什么问题？存在什么问题？死锁！死锁！18:1429 semaphore fork5; for (int i=0;i5;i+) forki= 1;cobeginprocess philosopher_i( )/*i=0,1,2,3 */w