2023操作系统期末

目录

1、简述进程最基本的三种状态，并画图说明状态之间转换的条件。哪些事件可能会引起不同状态间的转换？

2、简述什么是死锁?死锁产生的原因和四个必要条件?

3、在解决死锁问题的几个方法中，哪个方法最易于实现？哪个方法可使资源利用率最高？如何预防死锁？

4、实时系统常用的调度算法有哪些？请分别介绍它们。

5、什么是临界资源？什么是临界区？

6、同步机制应遵循的准则有哪些？（临界问题四准则）

7、为什么各进程对临界资源的访问必须互斥？

8、如果用于进程同步的信号量的 P、V 操作不用原语实现，则会产生什么后果？举例说明。

9、何谓工作集？它是基于什么原理确定的？

10、为了实现请求分段存储管理，应在系统中增加哪些硬件机构？

11、在基本存储管理方式中，分页存储与分段存储的区别主要在于哪些方面？

12、简述操作系统的四个基本特征。

根据往年和多个班级的小道消息总结，标红的五个必背！！！

进程有运行态,就绪态和阻塞态三种基本状态。

死锁：多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当进程处于这种僵持状态时，若无外力作用，它们都将无法向前推进。产生死锁的原因有：①竞争不可抢占性资源；                                 ②竞争可消耗资源；                                 ③进程间推进顺序不当。 产生死锁必须同时具备4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。                                                         

【参考答案】实时系统的调度算法主要是基于任务开始/截止时间的EDF（earliest deadline  first，最早截止时间优先）调度算法，以及基于任务紧急/松弛程度的LLF（least laxity first，最 低松弛度优先）调度算法。 （1）EDF调度算法。该算法是根据任务的开始/截止时间确定任务的优先级的，截止时间越 早则优先级越高。算法要求在系统中保持一个实时任务就绪队列，该队列按各任务截止时间的先后顺序进行排序。 （2）LLF调度算法。该算法是根据任务的紧急/松弛程度确定任务的优先级的。任务的紧急 程度越高，赋予该任务的优先级就越高，以使其优先执行。例如，一个任务在200ms时必须完 成，而它本身所需的运行时间就是100ms，因此，调度程序必须在100ms或之前调度执行，该任 务的紧急程度（松弛程度）为100ms。

【参考答案】①在计算机中有许多资源一次仅允许一个进程使用，我们把一次仅允许一个 进程使用的资源称为临界资源，如打印机和一些共享变量等。②进程中访问临界资源的那段代码称为临界区。

【参考答案】同步机制应遵循的准则主要有4个。 （1）空闲让进。当无进程处于临界区时，表明临界资源处于空闲状态，应允许一个请求进 入临界区的进程立即进入临界区，以有效地利用临界资源。 （2）忙则等待。当已有进程在临界区时，表明临界资源正在被访问，因而其他试图进入临 界区的进程必须等待，以保证对临界资源的互斥访问。 （3）有限等待。对要求访问临界资源的进程，应保证其能在有限时间内进入临界区，以免 陷入“死等”状态。 （4）让权等待。当进程不能进入临界区时，其应立即释放处理机，以免进程陷入“忙等”。

【参考答案】临界资源本身的特性决定了它们只能被各个进程互斥地访问，如果并发执行 的多个进程同时访问临界资源，则会造成系统混乱或程序执行结果不确定。这样，进程运行结果就可能不正确或者不确定。比如，两个进程并发执行如下程序段

其中，共享变量counter初值为0，对counter执行加1操作。如果允许一个进程访问counter，另一个进程也可以对其进行操作，则counter的值最终可能是正确结果2，也可能是错误结果1，即计算结果出现了不确定性。因此，各进程对临界资源的访问必须互斥地进行。

【参考答案】例如：利用P、V操作实现A、B进程对临界资源的互斥使用，代码如下。

若P、V操作不被设计成原语，则执行P、V操作时进程可以被中断。A、B并发执行，初始 状态下，临界资源空闲，故应允许第一个申请临界资源的进程（假设为A进程）进入临界区而使用临界资源。但如果A执行到P操作的语句S.value--后（此时S.value的值为0）被B中断，B进程执行P操作，则当B进程执行语句S.value--且S.value的值变为-1时，由于S.value＜0，B会被阻塞，A进程再次获得CPU后，同样也会因为S.value＜0而被阻塞，这就出现了临界资源虽然空闲但进程申请不到的情况，即此时P、V操作无法满足同步机制中“空闲让进”的要求。同样，一个执行P操作的进程被中断后，另一个进程去执行V操作；或一个执行V操作的进程被中断后，另一个进程去执行P或V操作，都将发生混乱，难以实现进程同步。因此，P、V操作必须设计成原语的方式。

【参考答案】①工作集（或驻留集）是指在某段时间间隔内进程实际要访问的页面集合。经常 被使用的页面需要存在于工作集中，而长期不被使用的页面则要从工作集中丢弃。②确定工作集的原理是：基于程序运行时的局部性原理，程序在运行期间对页面的访问在一段时间内局限于较少的页面，这些页面称为活跃页面，页面集合即为工作集。如果能预先将活跃页面调入内存，则将大大降低缺页率。因此须使OS跟踪每个进程的工作集，并为进程分配大于其工作集的物理块。如果还有空闲物理块，则可以再调一个进程到内存以增加多道程序数。如果所有工作集之和超过了可用物理块的总数，那么OS会暂停一个进程，将其页面调出并且将其物理块分配给其他进程，以防止出现抖动现象。正确选择工作集的大小，对存储器利用率和系统吞吐量的提高具有重要影响。

【参考答案】为了实现请求分段存储管理，应在系统中配置多种硬件机构，以支持快速完 成请求分段功能。所需的硬件支持有段表机制、缺段中断机构以及地址转换机构。

① 目的不同：分页是由于系统管理的需要而不是用户的需要，它是信息的物理单位；分段的目的是为了能更好地满足用户的需要，它是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息； ②大小不同：页的大小固定且由系统决定；而段的长度却不固定，由其所完成的功能决定； ③地址空间不同： 段向用户提供二维地址空间；页向用户提供的是一维地址空间； ④信息共享：段是信息的逻辑单位，便于存储保护和信息的共享，页的保护和共享受到限制； ⑤内存碎片：页式存储管理的优点是没有外碎片（因为页的大小固定），但会产生内碎片（一个页可能填充不满）；而段式管理的优点是没有内碎片（因为段大小可变，改变段大小来消除内碎片）。但段换入换出时，会产生外碎片（比如 4k 的段换 5k 的段，会产生 1k 的外碎片）

OS的4个特征：并发、共享、虚拟、异步。 ①并发：一段时间间隔内多个进程（线程）并发执行，是宏观上的并行，微观上的串行。 ②共享：系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程或线程共同使用。 ③虚拟：通过某种技术将物理实体变为若干个逻辑上的对应物。 ④异步：进程以人们不可预知的速度向前推进，每次运行只要环境相同，则结果必定一致。