操作系统考试复习大纲

操作系统：操作系统是合理组织计算机的工作流程，有效控制和管理计算机系统的各类资源，并方便用户使用计算机的程序的集合，是最基本的系统软件。

操作系统提供给用户的接口：命令接口、程序接口、图形用户接口

操作系统的主要内容：用户接口、内核和核外程序。

操作系统的结构主要有：整体式结构、层次式结构、虚拟机结构、客户服务器结构。

操作系统的五大功能：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和作业管理。

操作系统的分类（按处理任务的方式）：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、单用户操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。

操作系统的特性：并发性、共享性、虚拟性和异步性

操作系统在计算机系统中位于硬件和其他软件之间。

 

吞吐率：是指系统在单位时间内所完成的总工作量

作业周转时间：作业从进入系统开始，直到其完成并退出系统为止所经历的时间。

管态：操作系统的管理程序在执行是CPU所处的状态，又称系统态或核心态。

目态：是指用户程序在执行时CPU所处状态，又称用户态。

 

并发和共享是操作系统最基本的两个特征。

计算机系统由硬件系统和软件系统组成。

 

并发：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。

并行：指两个或多个事件在同一时刻内发生。

 

 

进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动

线程是进程中可独立执行的子任务，是系统独立调度和分配的基本单位。

 

死锁是指多道程序系统中两个或多个进程，因争夺临界资源或进程推进顺序不当而造成的一种相互等待的现象，若无外力作用，它们将无法推进下去。

死锁产生的原因：竞争临界资源、进程推进顺序不当。

产生死锁的必要条件：互斥条件、占有并请求条件、不可剥夺条件和循环等待条件。

 

临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源。

临界区使用原则：空则让进，忙则等待，等则有限，等则让权。

进程由程序段、数据段和PCB 3部分组成。

 

信号量是表示某类资源实体的一个与进程队列有关的整型变量 ，其值只能通过P、V操作来改变。

原语指操作系统内核中用于完成某种特定功能的一个过程，该过程在执行时不可分割，即呈现原子特性。

 

进程有哪些状态？它们之间是如何进行变化的？

进程具有就绪、执行、阻塞三个基本状态。处于就绪状态的进程，被调度程序选中后便可执行。正在执行的进程，如果因为分配给它的时间片用完而被暂停执行时，其状态便从执行又恢复到就绪。如果因等待某事件的发生而让出处理器，则进程将转变为阻塞状态。处于阻塞状态的进程，若其等待的事件已经发生，则该进程将转为就绪状态。

 

进程的互斥和同步：

1、进程互斥，即进程排他性的访问或共享，指的是对某个（种）系统资源，若一个进程正在访问它，则其他想要访问该资源的进程必须等待，而不能同时使用。进程互斥是多道程序系统中进程之间存在的一种源于资源共享的制约关系，也称间接制约关系。

2、进程同步指的是两个或多个进程为了合作完成同一个任务，在执行速度或某些确定的时序点上必须相互协调，即一个进程的执行依赖与另一个进程——其合作伙伴的消息，当一个进程到达了某一确定点而没有得到合作伙伴发来的“已完成某些操作”的消息时必须等待，直到该消息到达自己被唤醒后，才能继续向前推进。进程同步是多道程序系统中进程之间存在的一种源于进程间合作的制约关系，也称直接制约关系。

 

简述进程与程序的主要区别：

a从定义上看，进程是程序的一次执行过程。而程序是一组指令的有序集合

b进程具有动态性、并发性、独立性和异步性等，而程序不具备这些特性

c从进程结构特性来看，它包含程序（以及数据和PCB）

d进程和程序并非一一对应

 

内存管理的四个功能：内存的分配与回收、地址转换、内存的保护与共享、内存扩充。

存储管理的分类：分区式存储管理、分页式存储管理、分段式存储管理、段页式存储管理。

在分区分配算法中，最先适应算法倾向于优先利用内存中低地址部分的空闲区，从而保留高地址部分的大空闲区。

在可变分区存储管理中，最佳适应算法将空闲区在空闲区表中按容量递增次序进行排列。

 

重定位：将作业或进程地址空间中的逻辑地址转换成存储空间的物理地址的过程称为重定位

逻辑地址空间：逻辑地址的集合，或者说程序中的逻辑地址所限定的地址范围，称为逻辑地址空间。

 

内碎片：出现在作业或进程所在分区（页）内的空闲部分称为“内碎片”

外碎片：出现在作业或进程所在分区（段）之间的小的无法被利用的空闲区称为“外碎片”

外碎片出现在可变分区存储系统、分段存储系统

内碎片出现在固定分区存储系统、分页存储递推、段页存储系统

 

虚拟存储器：指具有请求调入和置换功能，能逻辑扩展内存的存储器系统

虚拟存储的应用需求是对物理内存实现逻辑扩充。

 

抖动：又称颠簸，是指在一段时间内，页面在内存与外存之间频繁地调度或换入换出，以至于系统用于调度页面所花的时间比进程实际运行所占用的时间还要多的现象。简言之，抖动是指系统中出现的由于大量页面的换入换出操作而导致CPU利用率急剧下降的一种现象。

 

Belady现象：在采用FIFO页面置换算法时，可能出现的给进程增加内存块后，进程的缺页率不降反增的异常现象。

 

局部性原理：包括时间上的局部性和空间上的局部性

时间局部性：在最近的未来要用到的信息很有可能是现在正在使用的信息

空间局部性：在最近的将要用到的信息很可能与正在使用的信息在程序空间上相邻或相近。

 

什么是页式存储管理的碎片？如何减少碎片的产生？

进程中最后一页无法利用的空闲区，称为页内碎片。采用较小页面可以减少页内碎片的产生。

 

分页和分段的主要区别是什么？

a页是信息的物理单位，页的内容通常无完整的意义；而段是信息的逻辑单位，段的内容具有完整的逻辑意义。

b页的大小固定由操作系统决定；而段的长度不固定，取决于用户所写的程序，通常由编译器根据信息的性质来划分。

c分页的作业地址空间是一维线性连续的，而分段的作业地址空间是二维的，既要给出段名也要给出段内地址。

d分页活动对用户是透明但不可见，而分段是用户可见的活动。

e分段比分页更容易实现信息的保护和共享。

 

试述分区式存储管理系统中的最先适应算法、最佳适应算法的原理，并比较其优缺点。

最先适应算法把空闲分区按照地址由低到高的顺序排列；最佳适应算法则把空闲分区按照容量由小到大的顺序排列。最先适应算法尽可能分配低地址空间，而保留高地址部分给作业或进程用，但每次查找都要从低地址部分开始，这增加了查找可用空闲分区的开销。最佳适应算法尽可能留下较大的空闲分区分配给作业或进程，它每次为作业或进程分配内存时，总是把既能满足要求且最小的空闲分区分配给作业或进程，但可能导致最后留下很多小的无法利用的空闲区，即碎片

缺页中断与一般中断的主要区别

a缺页中断在指令执行期（发现所要访问的指令或数据不在内存）时产生和处理中断信号；而一般中断是在CPU刚刚执行完一条指令后捕获（若有中断请求到达时）和响应中断。

b一条指令在执行期间可能产生多次缺页中断。如一条读取数据的多字节指令，指令本身可能跨越两个以上页面，若该指令后一部分所在页面不在内存，则该指令的执行至少需要产生两次缺页中断。

 

 

按信息交换单位，设备可分为字符设备和块设备两类，打印机属于字符设备。

按设备共享属性分类，设备可分为独占设备、共享设备和虚拟设备。

 

操作系统中对外部设备的启动和控制是由设备驱动程序来完成的。

设备驱动程序是驱动外部设备和相应的控制器等，使其可以直接和内存进行I/O操作的子程序的集合。它是I/O进程与设备控制器之间的通讯程序。

设备独立性：也指设备无关性，指应用程序与实际使用的物理设备无关，即它独立于具体的物理设备。用户程序中使用逻辑设备，由操作系统完成逻辑设备到物理设备的映射。

引入设备独立性可以带来三方面的好处：设备分配时的灵活性、易于实现I/O重定位、方便用户编程。

 

Spooling技术也称为虚拟设备技术或假脱机技术，是操作系统采用的一项将独占设备改造成可共享的虚拟设备的技术。

Spooling系统由输入井和输出井、输入缓冲区和输出缓冲区、输入进程和输出进程三部分组成。

Spooling技术的好处

提高了I/O速度，将独占设备改造成共享设备，实现了虚拟设备功能，提高了系统的并行性，减少了用户程序的等待时间。

 

设备驱动程序通常要完成那些工作？

a接受用户的输入/输出请求，并按设备控制器的要求进行格式转换

b检查输入/输出请求的合法性和设备状态的可用性，把相应的设备分配给请求队列中的队首进程

c构造输入/输出程序，或在配有通道的系统中构造通道程序

d启动设备进行输入/输出操作

e处理来自设备或通道的中断请求

 

常用的I/O控制方式有程序直接控制方式、中断控制方式、DMA控制方式和通道控制方式。

引起中断发生的程序称为中断源。

磁盘是一种随机存取设备，磁盘在转动时经过读写磁头所形成的圆形轨迹称为磁道。

活动头磁盘的访问时间包括寻道时间、旋转延迟时间和数据传输时间。

 

操作系统设备管理的目标是什么？

a提高I/O设备和CPU的利用率

b提高I/O速度

c为用户使用设备提供方便、统一的界面

 

为什么要引入缓冲技术？

为了缓解CPU与I/O设备之间速度不匹配的矛盾、为了减少外设中断CPU的次数、为了提高CPU与I/O设备间的并行性。

 

文件：外部存储器中具有符号名的一组相关信息的集合。

文件目录：是由文件的说明和控制信息组成的用于文件检索的特殊文件，称为目录文件，它是文件目录项的集合，每个文件目录项，又称文件控制块，记录该文件的所有属性信息。

 

文件系统最基本的目标是实现文件的按名存取，这主要是通过文件系统的目录管理功能来实现的。文件系统管理文件的最重要的依据是 文件目录

UNIX和MS-DOS中文件的逻辑采用无结构的流式结构。

MS-DOS和windows9x文件的物理结构属于链接结构，UNIX采用多级索引结构

在UNIX系统中，输入输出设备被看做特殊文件

 

文件物理结构可以分为顺序文件、链接文件和索引文件。

文件逻辑结构可以说有结构的记录式和无结构的流式。

索引结点（inode）是UNIX系统中用于存放除文件名以外的文件其他所有属性的数据结构。

 

在树形结构目录中，对文件的访问可以通过文件的绝对路径、相对路径和符号链接。

采用符号链接方式，可以实现跨越文件系统的文件共享。

可顺序存取的文件不一定能随机存取（无结构的顺序文件），但是，凡是可以随机存取的文件都可以顺序存取。

 

绝对路径：树形结构中，从根目录开始的文件名。它是由根目录到文件的通路上所有目录文件名和该文件的符号名连接而成的符号串，其中各符号名分量之间用同根目录一样的符号分隔开。

盘图：即位示图或字位映像表，是用字位向量表示磁盘空间使用情况的数据结构。它由若干字或字节构成，其中每一个二进制位与一个物理块对应，值为1时表示相应块已占用，值为0时表示该块空闲。

 为什么链接文件不适合随机存取？

链接文件利用非连续的物理块来存放文件信息，这些物理块用指针链接成串联队列。搜索时只能按照队列中的链接指针顺序进行，即只能顺序存取。如果直接读取某个物理块，将导致对队列的搜索，需时较多。因此，链式文件不适合随机存取。

 

系统安全性涉及系统的保护和保密两个范畴，旨在保障系统中数据的完整性、可用性和机密性。

DES数据加密标志算法是一种对称秘钥加密方法，秘钥长度56位。

攻击者威胁系统安全的行为大致可分为阻断、截获、篡改和伪造四种。

最基本的加密算法有两种，它们分别是置换法和移位法。

口令技术是根据用户已知的事物进行身份认证。

将存取保护矩阵按列划分，去掉空值元素，可为每一列建立一张访问控制表。

计算机病毒：指在计算机程序中插入的破坏计算机功能或毁坏数据、影响计算机使用、并能自我复制的一种计算机指令或程序代码，亦即具有可执行性、传染性、破坏性、欺骗性、隐蔽性和潜伏性、可触发性、针对性等特征的破坏性程序。

需要宿主程序的恶意程序有：陷门、特洛伊木马、病毒、逻辑炸弹。