2023年SWPU操作系统期末考试考点总结

支持多道程序执行的系统和支持单道程序执行的系统的吞吐量和周转时间的对比

  • 吞吐量：多道程序执行的系统在单位时间内可以完成更多的任务，因为它可以同时执行多个程序。相比之下，单道程序执行的系统只能一次执行一个程序，因此其吞吐量较低。
  • 周转时间：周转时间是指从任务提交到任务完成的时间。在多道程序执行的系统中，由于任务可以交替执行，因此某些任务可能会等待较长时间才能得到执行，从而导致周转时间增加。而在单道程序执行的系统中，任务不会被其他任务打断，因此周转时间通常较短。

原语和原子操作

  • 原语：原语是操作系统中执行特定功能的不可分割的基本操作。它们通常以硬件指令的形式实现，以确保其原子性。
  • 原子操作：原子操作是指在执行过程中不会被其他操作中断的操作。原子操作保证了操作的完整性和一致性。

操作系统中任务调度的单位

  • 进程：进程是操作系统中执行的基本单位，它包含了执行任务所需的资源和状态信息。
  • 线程：线程是进程内的执行单位，它共享进程的资源和地址空间，可以独立执行。

作业调度的算法，作业的周转时间和带权周转时间

  • 先来先服务（FCFS）算法：按照作业提交的顺序进行调度，先提交的作业先执行。
  • 短作业优先（SJF）算法：优先调度短作业，以减少平均周转时间。
  • 最高响应比优先（HRRN）算法：根据作业的响应比（等待时间与执行时间的比值）来进行调度。
  • 作业的周转时间：从作业提交到作业完成的时间。
  • 带权周转时间：作业的周转时间与作业执行时间的比值，用于衡量作业的执行效率。

进程创建线程，同一进程内的多个线程共享的进程资源

  • 进程的地址空间：线程共享进程的地址空间，可以访问进程内的所有数据。
  • 打开的文件描述符：线程共享进程打开的文件描述符，可以访问同一文件。
  • 信号处理程序：线程共享进程的信号处理程序，可以处理相同的信号。
  • 进程的状态：线程共享进程的状态，如运行、阻塞等。

进程的基本状态

  • 运行状态：进程正在 CPU 上执行。
  • 就绪状态：进程已准备好执行，但由于 CPU 被其他进程占用而暂时无法执行。
  • 阻塞状态：进程等待某个事件（如 I/O 操作完成）而无法继续执行。

单处理机系统中，n 个进程建立后，处于不同状态的进程的可能数量

  • 可能有 0 个或 1 个进程处于运行状态，因为只有一个 CPU。
  • 可能有 n-1 个进程处于就绪状态，因为除了正在运行的进程外，其他进程都可以处于就绪状态。
  • 可能有 0 个、1 个或 n 个进程处于阻塞状态，具体数量取决于进程是否需要等待特定事件。

信号量机制中的 PV 操作概念、原理、应用

  • P 操作（减量操作）：通过信号量减 1，表示申请一个资源。如果信号量的值小于 0，表示资源已被占用，进程将被阻塞。
  • V 操作（增量操作）：通过信号量加 1，表示释放一个资源。如果信号量的值小于或等于 0，表示有进程在等待该资源，将唤醒一个等待的进程。
  • 应用：信号量机制用于实现进程间的同步和互斥。通过使用信号量，可以控制进程对共享资源的访问。

几个经典的进程同步问题，生产者消费者，哲学家进餐，读者写者，独木桥

  • 生产者消费者问题：生产者生产产品，消费者消费产品。通过使用信号量来协调生产者和消费者的操作，以确保生产者不会在缓冲区已满时继续生产，消费者不会在缓冲区为空时继续消费。
  • 哲学家进餐问题：五位哲学家围绕一张圆桌进餐，每个人都需要两支筷子才能进食。通过使用信号量来避免死锁，确保每个哲学家都能获得所需的筷子。
  • 读者写者问题：多个读者可以同时读取文件，但在写入文件时需要互斥。通过使用信号量来协调读者和写者的操作，以确保读取和写入的正确性。
  • 独木桥问题：两个人在独木桥上相向而行，需要避免碰撞。通过使用信号量来协调双方的行动，以确保安全通过独木桥。

并发进程数量和竞争资源的数量在什么条件下不会发生死锁

  • 互斥条件：如果每个资源都只能被一个进程占用，则并发进程数量和竞争资源的数量不会发生死锁。
  • 占有并等待条件：如果一个进程在请求一个资源时已经持有了另一个资源，则可能发生死锁。
  • 不可剥夺条件：如果一个进程已经持有了一个资源，则不能被其他进程剥夺。
  • 循环等待条件：如果一组进程形成了一个环形等待链，每个进程都在等待前一个进程释放资源，则会发生死锁。

要避免死锁，可以通过破坏这些条件中的一个或多个来实现。例如，使用信号量机制可以破坏占有并等待条件和循环等待条件。此外，合理的资源分配策略也可以减少死锁的发生。

预防死锁的方法有哪些

  • 破坏互斥条件：如果资源可以共享，则不会发生死锁。
  • 破坏占有并等待条件：确保每个进程在请求资源时不会持有其他资源。
  • 破坏不可剥夺条件：允许进程在需要时释放资源。
  • 破坏循环等待条件：通过合理的资源分配策略，避免形成环形等待链。

解除死锁的方法有哪些

  • 抢占资源：从一个或多个进程中抢占足够的资源以满足其他进程的需求。
  • 终止进程：终止一个或多个进程以释放其占用的资源。
  • 回退：回退到一个安全状态，然后重新分配资源。

通过进程资源分配图判断死锁是否会发生的方法

  • 如果资源分配图中存在环路，则可能发生死锁。
  • 如果资源分配图中没有环路，则不会发生死锁。

进程的通信方式有哪些

  • 共享内存：进程通过共享内存区域进行通信。
  • 消息传递：进程通过发送和接收消息进行通信。
  • 管道：进程通过管道进行通信，其中一个进程将数据写入管道，另一个进程从管道中读取数据。

重定位的概念

  • 重定位是指在程序执行期间，将程序的逻辑地址转换为物理地址的过程。
  • 重定位的目的是允许程序在不同的地址空间中运行，而无需修改程序本身。

快表的概念和应用了快表以后的存储访问的平均时间的计算

  • 快表是一种特殊的高速缓存，用于存储最近访问过的页表项。
  • 应用了快表以后，存储访问的平均时间可以通过计算快表命中率和快表未命中时的访问时间来计算。

分页式存储管理的存储器

地址总线的逻辑地址字段的划分方法，页内地址的位数与页面大小的关系等，处理器的逻辑地址格式和存储器的物理地址格式如何表示？

  1. 地址总线的逻辑地址字段可以划分为页号和页内地址两部分。
  2. 页内地址的位数与页面大小成反比，即页面大小越大，页内地址的位数就越少。
  3. 处理器的逻辑地址格式通常表示为页号:页内地址。
  4. 存储器的物理地址格式通常表示为物理地址 = 基地址 + 页内地址。

虚拟存储器的概念，特征

  • 虚拟存储器是一种计算机系统的概念，它提供了一个虚拟的地址空间，使得程序可以访问比实际物理存储器更大的地址空间。
  • 虚拟存储器的特征包括：
    1. 离散性：虚拟地址空间被划分为离散的页面。
    2. 多次性：一个虚拟地址可以对应多个物理地址。
    3. 对换性：可以将程序的部分或全部从主存储器换出到辅助存储器，以释放主存储器空间。

磁盘的物理地址格式由哪些部分组成

  • 磁盘的物理地址格式通常由柱面号、磁头号和扇区号组成。

主机通过设备控制器对设备实现控制的方式有哪些？

  • 主机通过设备控制器对设备实现控制的方式包括：
    1. 查询方式：主机定期查询设备控制器以获取设备状态。
    2. 中断方式：设备在完成操作或发生错误时向主机发送中断信号。
    3. DMA 方式：设备直接访问主存储器，无需经过主机处理器。

引入文件系统的目的

  • 引入文件系统的目的是为了提供一种统一的、方便的方式来管理和存储文件。
  • 文件系统提供了文件和目录的组织结构，使得用户可以方便地访问和操作文件。

设置目录的原因

  • 设置目录的原因是为了方便文件的管理和访问。
  • 目录提供了一种层次结构，使得用户可以更轻松地找到所需的文件。

文件的分类有哪些

  • 文件的分类包括：
    1. 按文件的性质和用途分类：系统文件、用户文件、库文件。
    2. 按文件的逻辑结构分类：有结构文件、无结构文件。
    3. 按文件的物理结构分类：顺序文件、索引文件、哈希文件。
    4. 按文件的存取方式分类：只读文件、读写文件、只执行文件。
    5. 按文件的存储介质分类：磁盘文件、磁带文件、光盘文件。