【操作系统不挂科】操作系统期末专项＜简答题汇总＞

一.操作系统概论

1. 什么是操作系统及功能和特点

• 功能：处理机管理，内存管理，文件管理，设备管理
• 特点：并发，共享，虚拟，异步

2. 计算机的两种运行模式（程序的两种运行状态）（内核态、用户态）特点

• 内核态拥有对系统的完全控制权限
• 用户态下，应用程序只能访问有限的资源。

3. 各类操作系统特点（批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、分布式系统）

• 在批处理系统中，用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个队列，称为“后备队列”。然后，由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干个作业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资源。
• 分时系统是指，在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。
• 所谓“实时”，是表示“及时”，而实时系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致的运行。
• 分布式系统是由多台计算机组成，多台计算机在地域上市分散的，可以分散到各个世界各个角落（有网络的地方），整个系统的功能分散到各个计算机（节点）上面实现的

4.简述局部性原理，并举例其在操作系统设计中的应用。

• 时间局部性：如果一个信息项现在正在被访问，那么近期很有可能会再次被访问到
• 空间局部性：一个地址被访问，则这个地址的周围也有可能被访问。
• 应用：CACHE、虚拟存储器、快表

5. 覆盖技术与虚拟技术有何本质不同？

• 覆盖技术中，覆盖段由用户设计，用户对内存的划分要参与操作（覆盖描述语言）；
• 虚拟存储技术是由系统提供空间给用户使用，用户并不需要了解内存情况，物理空间的划分和管理均由系统来完成。

二.输入/输出

1. 独享设备、共享设备、虚拟设备及 SPOOLing 概念

• 独享设备：即不能共享的设备，一段时间只能由一个作业独占。
• 共享设备：指能够被多个作业或进程同时访问和使用的硬件设备。
• 虚拟设备：虚拟设备是指通过某种虚拟技术，将一台物理设备变换成若干台逻辑设备，从而实现多个用户对该物理设备的同时共享
• SPOOLing：它是一种允许多个用户共享一台I/O设备的技术

2. 输入输出管理系统层次结构

• 用户层I/O软件——设备独立性软件——设备驱动程序——中断处理程序——硬件

三.进程与线程

1.画出五种进程状态模型，注明转换的条件。

2.简述进程与线程的关系和区别。

1. 线程是进程内的一个执行单元（或可调度的实体）
2. 一个进程至少有一个线程
3. 线程不能单独运行，只能包含在进程中执行
4. 线程与进程一样有生命期及执行的上下文
5. 线程共享进程的所有资源
6. 进程创建时，同时建立第一个线程
7. 同一进程的线程切换不会引起进程切换，不同进程的线程切换，会引起进程切换
8. 进程内所有线程结束时，进程结束

四.文件系统

1.文件目录的作用是什么？文件目录项通常包含哪些内容？

• 文件目录是文件名与文件所在文件存储器位置的一张映射表。文件系统依据它来实现用户的按名存取文件。
• 文件目录由若干目录项组成，每个目录项记录一个文件的管理和控制信息，包括文件名、文件的类型、文件在文件存储器中的位置、文件的存取控制信息、文件的创建、访问和修改信息等。

五.死锁

1.死锁的四个必要条件是什么？为了解决哲学家就餐问题的死锁，试给出至少两种解决方案，并指出破坏了死锁必要条件中的哪个条件？

• 答案： 死锁的四个必要要求：互斥条件、占有和等待条件、不可抢占条件、循环等待条件 解决方案： 1） 增加（5 根）筷子：破坏互斥条件 2）同时拿两根筷子：破坏占有和等待条件 3）筷子集中到一起：破坏占有和等待条件或循环等待条件

2.考虑下图单行桥上的死锁问题。写出死锁的四个必要条件，并给出预防死锁的解决方案

• 答案： 死锁的四个必要要求：互斥条件、占有和等待条件、不可抢占条件、循环等待条件 解决方案： 1） 每次只让一个方向的车通过（红绿灯）。破坏“占有和等待”或“循环等待条件”。 2） 再加一座桥。破坏“互斥条件。

六.内存管理

1.针对以下问题，比较连续内存分配、纯分段和纯分页的内存组织方案:1)外部碎片2)内部碎片3)能够跨进程共享代码

答案： 一、外部碎片 • 连续内存分配：在这种方式下，外部碎片可能较为严重。因为一旦为某个程序分配了连续的内存空间，那么在这段空间被释放之前，即使它中间有部分空闲（比如程序实际使用的空间小于分配的空间），这部分空闲也无法被其他程序使用，从而形成外部碎片。如果多个这样的空闲区域分散存在，而每个又都无法满足新程序的内存需求时，就会导致外部碎片问题加剧。 • 纯分段：纯分段存储管理也会产生外部碎片。因为每段的大小是不固定的，由用户程序决定，所以当内存中的空闲区域无法满足某个段的大小时，即使这些空闲区域的总和足够大，也会因为不连续而无法被利用，从而形成外部碎片。 • 纯分页：纯分页系统通过固定大小的页面来划分内存和进程地址空间，这有助于减少外部碎片。因为当一个小程序只需要少量内存时，它可以只占用一个或多个页面，而剩下的页面可以被其他程序使用。这样，内存的使用就变得更加灵活和高效，外部碎片问题相对较轻。 二、内部碎片 • 连续内存分配：在连续内存分配中，内部碎片通常发生在为程序分配的空间大于程序实际需要的空间时。这部分多余的空间在程序运行期间无法被利用，从而形成内部碎片。 • 纯分段：纯分段存储管理同样存在内部碎片问题。因为每段的大小是根据用户程序来划分的，所以有可能出现段的大小大于程序实际需要的空间的情况，这时段内就会有空闲空间无法被利用，形成内部碎片。 • 纯分页：在纯分页系统中，由于页面大小是固定的，所以内部碎片问题相对较为固定和可控。当程序的实际大小不是页面大小的整数倍时，最后一个页面可能只会部分被使用，从而形成内部碎片。但这种碎片的大小是固定的，且由于页面大小通常设计得相对合理，所以内部碎片问题并不会太严重。 三、能够跨进程共享代码 • 连续内存分配：在连续内存分配中，由于内存空间是连续分配的，所以跨进程共享代码相对困难。每个进程都有自己独立的内存空间，要实现跨进程共享代码需要额外的机制（如内存映射文件等）。 • 纯分段：纯分段存储管理便于实现代码的共享。因为每段都包含了一组相对完整的逻辑信息（如程序段、数据段等），所以可以通过设置段表项来实现多个进程对同一段代码的共享。这有助于节省内存空间并提高程序的运行效率。 • 纯分页：纯分页系统虽然也可以实现跨进程共享代码，但相对于分段来说要复杂一些。因为分页是基于固定大小的页面来划分的，所以要实现跨进程共享代码需要确保多个进程都映射到相同的页面集合上，这通常需要通过操作系统提供的共享内存机制来实现。

2.简述下图虚拟内存管理典型页表项各域的作用。