实用操作系统考试范围

1、1.什么是操作系统：操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件(或程序集合)，是用户与计算机之间的接口.2.操作系统的主要功能：1)处理机管理：作业和进程调度、进程控制和进程通信； 2)存储器管理：内存分配、地址映射、内存保护和内存扩充；3)设备管理：缓冲区管理、设备分配、设备驱动和设备无关性； 4)文件管理：文件存储空间的管理、文件操作的一般管理、目录管理、文件的读写管理和存取控制、文件的逻辑结构和物理结构； 5)用户接口功能：命令接口、图形接口和系统调用接口；3.操作系统的基本特征（2 个最基本的特征是并发和共享）:1)并发：两个或多个活动在同一给定的时间间隔内进行； 2)共享：计算机系统中的资源被多个任务所共用。3)虚拟：虚拟处理机、虚拟内存、虚拟外设等。 4)异步：多道程序下，各程序的执行过程由程序执行时的现场决定。4.三种基本类型的操作系统：1)批处理系统：用户作业成批的处理，作业建立、过渡、完成都自动由系统成批完成，且在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，使它们在管理程序的控制下，相互穿插运行。 2)分时系统：系统内存在若干并发

2、程序对 CPU 时间片共享使用。UNIX 是分时操作系统。3)实时系统：计算机对于外来信息能够以足够快的速度进行处理，并在被控对象允许的时间范围内做出快速反应。5.分时概念：分时主要指若干并发进程对 CPU 时间的共享。6.通用操作系统：兼备了批处理、分时和实时操作系统三者或其中二者的功能的操作系统。7.现代操作系统的三种用户界面：命令界面、图形界面和系统调用。1.什么是进程，进程与程序的区别和关系： 学习重点：进程管理1)进程：进程是可以和别的计算并发执行的计算；进程是程序的一次执行，是在给定内存区域中的一组指令序列的执行过程；进程是一个程序在给定活动空间和初始条件下在一个处理机上的执行过程；进程可定义为一个数据结构和能在其上进行操作的一个程序；进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。2)进程与程序的区别：程序是静态概念，而进程是程序的一次执行过程，是动态概念。进程是一个能独立运行的单位，能与其它进程并发执行。进程是作为申请和调度单位存在的；而通常的程序是不能作为一个独立运行的单位而并发执行的。程序和进程无一一对应关系。 各个进程在并发执行过程

3、中会产生相互制约关系，而程序本身是静态的，不存在这种异步特征。2.进程的两个基本属性：可拥有资源的独立单位、可独立调度和分派的基本单位3.进程的特征：动态性、并发性、独立性、异步性、结构特征4.进程的基本状态及其变化： 有些操作系统中增加了两种状态：新状态和终止状态.1)三种基本状态：运行态：当前进程已分配到 CPU，它的程序正在处理机上运行； 就绪态：进程已具备运行条件，但因为其它进程正占用 CPU，所以暂时不能运行而等待分配 CPU 的状态；阻塞态：因等待某件事件发生而暂时不能运行的状态。就绪运行：被调度程序选中，分配到 CPU. 运行阻塞：因缺乏某种条件而放弃对 CPU 的占用。阻塞就绪：阻塞态进程所等待的事件发生了.运行就绪：进程用完时间片(分时系统中)或一个优先权更高的进程进入就绪队列（“优先权高优先”调度算法中）.5.某些操作系统中引入的进程的挂起状态（静止状态）- 挂起就绪、挂起阻塞；6.进程由哪些部分组成，进程控制块（PCB）的作用：进程由程序段、相关数据段和 PCB 组成；PCB 是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。作用是使一个在多道程序环境下不能

4、独立运行的程序，成为一个能独立运行的基本单位，成为能与其它进程并发执行的进程。OS 是根据 PCB 对并发执行的进程进行控制和管理的。进程控制块是进程组成中最关键的部分，每个进程有唯一的 PCB，操作系统根据 PCB 对进程实施控制和管理，PCB 是进程存在的唯一标志。7.进程的切换（处理机从一个进程转到另一个进程），可能引起进程切换的时机（进程运行结束；进程从运行态变为就绪态；进程从运行态变为等待态；进程从等待态变为就绪态）；8.并发进程间两种相互制约关系：什么是进程的同步（直接制约关系）与互斥（间接制约关系）：进程的同步：进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系（）； 进程的互斥：两个逻辑上本来完全独立的进程由于竞争同一个物理资源而相互制约。(打印机，磁带机)9.多道程序设计概念： 多道程序设计是在一台计算机上同时运行两个或更多个程序，多道程序设计具有提高系统资源利用率和增加作业吞吐量的优点；10.处理机的两种执行状态：管态（核心态）和目态（用户态）；11.线程：什么是线程？有哪几种基本状态？为什么要在操作系统中引入线程？1)线程:线程有时被称为轻量级进程，是程序执行流的最小

5、单元。一个标准的线程由线程 ID，当前指令指针(PC） ，寄存器集合和堆栈组成。另外，线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，线程自己不拥有系统资源，只拥有一点儿在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。 2)线程基本状态:执行 就绪 阻塞.3)为什么要在操作系统中引入线程: 在多道程序环境下，程序的执行属于并发执行，此时它们将失去其封闭性。并具有间断性及不可再现性的特征。这就决定了通常的程序是不能并发执行的而程序的顺序执行使系统资源利用率低，为此引入线程.12.线程的属性：是一种轻型进程；独立调度和分派的基本单位；可并发执行；共享所属进程所拥有的资源。13.线程是调度的基本单位（即是分配 CPU 的基本单位） ，而进程是资源分配的基本单位。14.什么是临界资源、临界区：临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源； 临界区：每个进程访问临界资源的那段程序。15.进程同步机制应遵循的准则：空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待。16.进程同步的机制：信号量机制。17.什么是信号量，从物理概念上解释 PV 操作（即 wait、signal

6、 操作），进程间简单同步与互斥的实现。1)信号量：记录型信号量是由两个成员组成的数据结构，其中一个成员是整型变量，表示信号量的值，另一个是进程链表 L，用于链接等待进程。信号量的值与相应资源的使用情况有关。互斥信号量：初值为 1； 资源信号量：初值为资源的数目；P、V 操作（也叫 wait、signal 操作）的解释：2)P 操作：当 S.value0 时，表示目前系统中这类资源还有可用的。执行一次 P 操作，意味着进程请求一个单位的该类资源，使系统中可供分配的该类资源减少一个，因此描述为 S.value:=S.value-1；当 S.value0 时，表示该类资源已分配完毕，进程应调用 block 原语自我阻塞，放弃处理机，并插入到信号量链表 S.L 中。3)V 操作：执行一次 V 操作，意味着释放一个单位的可用资源，使系统中可供分配的该类资源数增加一个，故执行 S.value:=S.value+1 操作。若加 1 后S.value0，则表示在该信号量链表中，仍有等待该资源的进程被阻塞，因此应调用 wakeup 原语，将 S.L 链表中的第一个等待进程唤醒。18.三个经典的进程同步问

7、题：生产者-消费者问题（能否将消费者进程的 wait(full)和 wait(mutex)语句互换，为什么？）、读者-写者问题、哲学家进餐问题（不出现死锁）。能够使用信号量及 PV 操作解决进程的同步问题。19.进程同步的例题：例 1 父亲 Father、女儿 Daughter、儿子 Son 互斥使用一个包含 20 个格子的容器。Father 每次取一个水果（苹果或香蕉） ，用 putfruit()把水果送入容器的某一个空格子中；Daughter 每次用 getapple()从该容器中取出一个苹果并用 countapple()统计苹果的个数；Son 每次用 getbanana()从该容器中取出一个香蕉并用 countbanana()统计香蕉的个数。请用信号量机制实现三者的同步与互斥活动。参考答案：semaphore mutex=1;semophore apple=0,banana=0;semophore empty=20;main() cobegin 进程 Father：While(true) 取水果;P(empty);P(mutex);putfruit();V(mutex);If 水

8、果是苹果 V(apple);else V(banana);进程 Daughter：While(true) P(apple);P(mutex);getapple();V(mutex);V(empty);countapple();进程 Son：While(true) P(banana);P(mutex);getbanana();V(mutex);V(empty);countbanana();coend.例 2 生产者消费者问题 例 3 哲学家进餐问题（不能出现死锁） 例 4 读者写者问题1.作业及作业的状态：提交状态、后备状态、运行状态、完成状态。 学习重点：处理机调度与死锁2.三级调度：作业调度（高级调度）、中级调度和进程调度（低级调度）。3.三级调度的主要任务（高级调度-用于决定把外存上处于后备队列中的哪些作业调入内存，并为它们创建进程、分配必要的资源，排在就绪队列上。低级调度-从就绪队列中选择一个进程来执行并分配处理机。），引入中级调度的原因（为了提高内存利用率和系统吞吐量，引入了中级调度。 ）。4.进程调度的两种方式： 剥夺式调度和非剥夺式调度（或抢占式调度和非抢占式调度）。5.调

9、度算法：会用各种调度算法计算作业调度次序和作业的平均周转时间、平均带权周转时间。先来先服务调度法（FCFS）短作业/短进程优先调度算法（SJF/SPF，分为剥夺式和非剥夺式，剥夺式短进程优先调度算法又叫最短剩余时间优先调度算法。若无特别说明，则是指非剥夺式调度方式）-重点时间片轮转调度法（RR）高优先权优先调度算法高响应比优先调度算法6.什么是死锁，产生死锁的原因和四个必要条件。1)死锁: 是指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程.2)产生死锁的原因: 产生死锁的竞争不可抢占性资源引起死锁，竞争可消耗资源引起死锁，进程推进顺序不当引起死锁。3)产生死锁的四个必要条件:互斥条件，请求和保持条件，不可抢占条件，循环等待条件。7.处理死锁的四种方法：预防死锁、避免死锁、检测和解除死锁。8.死锁预防的基本思想和可行的解决办法（从产生死锁的四个必要条件出发，例如破坏环路等待） ；银行家算法属于避免死锁；剥夺资源是检测和解除死锁的基本方法。基本思想：破环“请求和保持”条件；破环“不可抢占”条件；破环“循环等待”条件9.什么是进程的安全序列，死锁与安全序列的关系，安全状态、不安全状态和死锁状态之间的关系。1)指在某一时刻，系统能按某种进程顺序(P1,P2,，Pn)来为每个进程 Pi 分配其资源,直到满足每个进程对资源的最大需求,使每个进程都可顺利地完成，称此时的系统状态为安全状态，称序列(P1,P2,，Pn)为安全序列. 2)死锁与安全序列的关系:如果没有一个安全序列,那么系统处于不安全状态，就有可能死锁. 3)三者关系：1.如果一个系统在安全状态，就没有死锁 2.如果一个系统处于不安全状态，就有可能死锁 10.死锁的避免与银行家算法，会用银行家算法判断某一时刻系统状态是否安全以及当某进程提出资源请求时能否分配（当一个进程提出的资源请求将导致系统从安全状态进入不安全状态时，系统就拒绝它的资

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