山东大学2017-2018操作系统年期末试题

### 概念解释 #### 1. 设备驱动程序 设备驱动程序是计算机软件的一种，其主要功能在于向操作系统提供接口以控制硬件设备。在现代操作系统中，驱动程序充当了硬件与用户空间应用程序之间的桥梁。它负责处理来自操作系统的输入，并将结果返回给操作系统。 #### 2. 信号量 信号量是一种同步机制，用于多进程共享资源或通信时避免冲突。它通过一个整型变量来记录资源的使用情况。当信号量值为正时，表示还有可用资源；当信号量值为零时，表示资源已被全部占用；当信号量值为负时，则表示已经有进程在等待该资源。信号量分为二进制信号量和计数信号量两种类型。 #### 3. 系统调用 系统调用是操作系统内核提供的一个接口，允许用户态程序请求操作系统的服务。它是用户程序与操作系统交互的主要方式之一。例如，打开文件、创建进程等操作都需要通过系统调用来完成。系统调用通过特定的中断指令实现，使得用户态程序可以进入内核态执行。 #### 4. RAID RAID（Redundant Array of Independent Disks）即独立磁盘冗余阵列，是一种将多个物理磁盘组合成单个逻辑单元的技术。RAID不仅可以提高存储系统的性能，还可以提供数据冗余和容错能力。根据不同的需求，RAID有不同的级别，如RAID 0、RAID 1、RAID 5等，每个级别的设计重点不同，有的侧重于提高读写速度，有的侧重于数据安全。 #### 5. 对换技术（Swapping） 对换技术是一种内存管理技术，当物理内存不足时，操作系统会将部分暂时不用的进程或进程的一部分从内存交换到磁盘上，从而释放出物理内存供其他进程使用。这种技术能够有效地利用有限的物理内存资源，支持更多的进程运行。 ### 简答题 #### 6. 操作系统需要考虑哪些调度？这些调度的目标和方法是什么？ 操作系统中的调度主要分为三级：高级调度（作业调度）、中级调度（对换调度）和低级调度（进程调度）。 - **高级调度**：决定了哪些进程可以进入内存参与运行，主要目的是提高内存利用率和系统吞吐量。 - **中级调度**：通过对换技术来平衡内存资源，以支持更多进程的并发执行。 - **低级调度**：决定了CPU时间片如何分配给就绪队列中的进程，其主要目标是提高CPU的利用率，优化响应时间和吞吐量。 常见的调度算法包括先来先服务(FCFS)、短作业优先(SJF)、优先级调度、轮转(Round Robin)等。 #### 7. 临界区及其解决方案条件的解释 临界区是指进程中用于访问共享资源的代码段。为了保证资源共享的正确性，必须确保一次只有一个进程能进入临界区。解决临界区问题的关键条件包括：空闲让进、忙则等待、有限等待和让权等待。 #### 8. 颠簸产生的原因及解决方案 颠簸（Thrashing），又称抖动，指的是系统频繁地进行页面置换和对换，导致大部分时间花费在I/O操作上，而不是实际执行用户程序，从而严重降低系统性能的现象。颠簸通常发生在系统中的进程过多或者分配给进程的物理页过少的情况下。解决颠簸的方法包括增加物理内存、减少运行的进程数量、采用更好的页面置换算法等。 #### 9. IO查询方式的特点 IO查询方式，也称为轮询方式，是指CPU不断地查询I/O设备的状态寄存器来判断设备是否准备就绪。这种方式简单但效率低下，因为它会导致CPU过度占用在等待I/O操作完成上。其主要特点是实现简单，但浪费CPU资源。 #### 10. FAT工作原理，在链接分配中引入FAT后的优点 文件分配表（FAT）是一种文件系统结构，主要用于跟踪磁盘上的文件片段。在链接分配中引入FAT可以有效地管理磁盘空间，使得文件可以存储在连续或不连续的空间中。FAT的优点包括：提高了磁盘空间的利用率、支持文件的随机访问、简化了文件管理和增加了磁盘空间的灵活性。 #### 11. 进程线程概念特点 - **进程**：是操作系统进行资源分配和调度的基本单位，包含了一组指令和数据的集合，以及用于控制执行状态的进程控制块(PCB)。 - **线程**：是进程内的执行单位，也被称为轻量级进程。同一进程中的线程共享相同的内存空间和资源，使得线程间的通信更加高效。线程的切换成本低于进程，因此适合于高度并发的应用场景。 #### 12. 逻辑地址和物理地址绑定的时间有几种？优缺点 逻辑地址和物理地址的绑定可以通过以下几种方式进行： - **静态重定位**：在程序加载到内存时完成地址转换，适用于单道程序环境。 - **动态重定位**：在程序执行过程中按需进行地址转换，支持多道程序并发执行。 - **分页/分段**：使用虚拟内存技术，通过页表或段表在内存访问时完成地址转换。 静态重定位简单但不够灵活；动态重定位更灵活但增加了系统的复杂度；而分页/分段机制能够提供更高级别的内存管理功能，支持虚拟内存，提高了内存利用率和程序的并发度。 #### 13. 缓冲区的作用，使用Cache的意义 - **缓冲区**：在数据传输过程中起到缓存的作用，用于协调不同设备之间的工作速率差异，提高数据传输效率。 - **Cache**：一种高速缓存，用于存储最近或经常使用的数据，以减少访问主存或其他存储设备的延迟，提高系统的整体性能。使用Cache可以显著提高数据访问速度，减少对主存的访问次数，从而提升整个系统的运行效率。 ### 计算题概述 #### 14. 逻辑地址映射到物理地址（页表） 逻辑地址到物理地址的转换通常通过页表来实现。页表是一张记录了每个逻辑页对应的物理页地址的表格。操作系统通过查找页表来完成地址转换。例如，给定一个逻辑地址，首先确定其页号，然后通过页号查找到相应的物理页地址，最后加上页内偏移得到物理地址。 #### 15. 进程调度，SJF的抢占，非抢占，RR（time=2）算法 - **SJF（Shortest Job First）**：按照进程的执行时间从短到长进行调度。如果采用抢占式策略，则当前正在执行的进程若比新到达的进程的执行时间长，则会被挂起；如果是非抢占式的，则一旦进程开始执行就不会被其他进程打断。 - **RR（Round Robin）**：轮转法，所有就绪进程轮流获得CPU的使用权，并限定每次运行的时间周期（本题中为2时间单位）。如果进程在时间片结束时仍然未完成，则被暂停并让出CPU，等待下一轮时间片。 #### 16. 页替换（FIFO，LRU，OPT） - **FIFO（First-In First-Out）**：最早进入内存的页面最先被替换出去。 - **LRU（Least Recently Used）**：最近最少使用的页面被替换出去。 - **OPT（Optimal）**：理论上最理想的页面替换算法，总是选择未来最长时间不会被访问的页面进行替换。在实际应用中很难实现，因为需要知道未来的访问序列。 #### 17. 仓库改成无限，去掉要求1 此题目的具体背景和细节不详，但从题目描述来看，似乎是在讨论某种资源分配或调度策略的变化。如果“仓库改成无限”指的是系统资源（如内存）变得无限大，则这种情况下许多原本受限的问题将不再存在，例如内存不足导致的页面置换问题。去掉要求1的具体含义不明确，可能是指取消某个特定的限制条件。在这种理想化的假设下，系统的调度策略和资源管理将变得更加简单和高效。