【软考高级系统分析师】第二章操作系统基础

喜欢ヅ旅行 2023-09-26 20:31 16阅读 0赞

#### 【软考 高级 系统分析师】第二章 操作系统基础 ####

*  一、概述
 *  二、进程
 *  三、PV操作
 *  四、存储管理
 *  五、设备管理
 *  六、文件存储管理

## 一、概述 ##

1.1、操作系统：处理机处理、存储器管理、设备管理、文件管理、用户接口  
1.2、处理机处理：进程的状态、前驱图、PV操作  
1.3、存储器管理：逻辑地址、物理地址、存储方案  
1.4、设备管理：输入输出控制方式  
1.5、文件管理：文件的索引

## 二、进程 ##

2.1、三状态态模型：运行、就绪、阻塞  
2.2、进程通常由程序、数据集合、进程控制块PCB组成。PCB是一种数据结构，是进程存在的唯一标识。

（1）线性方式：把所有PCB组织在一张线性表中，每次查找是需要扫描全表。
    （2）链接方式：把具有同一状态的PCB，用其中的链接字链成一个队列，PCB存储在一个连续的区域。
    （3）索引方式：同一状态的进程归入一个索引表，多个状态对应多个不同的索引表。

2.3、真题  
2.3.1、某计算机系统中的进程管理采用三态模型，那么下图所示的PCB（进程控制块）的组织方式采用（1），图中（2）。  
![在这里插入图片描述][13eb0bf741af448eb4c07cbba0674252.bmp_pic_center]

（1）A. 顺序方式 	B. 链接方式 	C. 索引方式 	D. Hash
    （2）A. 有1个运行进程，2个就绪进程，4个阻塞进程 
    	B. 有2个运行进程，3个就绪进程，3个阻塞进程 
    	C. 有2个运行进程，3个就绪进程，4个阻塞进程 
    	D. 有3个运行进程，2个就绪进程，4个阻塞进程

2.4、前驱图是一个有向无循环图，由节点和有向边组成，节点代表各程序段的操作，而节点间的有向边表示两个程序段操作之间存在的前趋关系。 用于这种图可以描述多个程序或进程之间的执行顺序关系。  
![在这里插入图片描述][de7d565fc8584719bea9a00738821edc.bmp_pic_center]  
2.5、真题  
2.5.1、前驱图是一个有向无环图，记为→=\{pi,pj，pi完成时间先千pj开始时间｝。假设系统中进P=\{p1,p2,p3,p4,p5,p6,p7,p8\}，且进程的前驱图如下。 那么该前驱图可记为 （1）图中 （2）。  
![在这里插入图片描述][3c9bf44f891d43288d9c3169833a3782.bmp_pic_center]

（1）A. →={(P1,P2),(P1,P3),(P1,P4),(P2,P5),(P3,P2),(P3,P4),(P3,P6),(P4,P7),(P5,P8)} 
    	B. →={(P1,P2),(P1,P4),(P2,P3),(P2,P5),(P3,P4),(P3,P6),(P4,P7),(P5,P6),(P7,P6),(P6,P8)} 
    	C. →={(P1,P2),(P1,P4),(P2,P5),(P3,P2),(P3,P4),(P3,P6),(P4,P6),(P4,P7),(P6,P8),(P7,P8)} 
    	D. →={(P1,P2),(P1,P3),(P2,P4),(P2,P5),(P3,P2),(P3,P4),(P3,P5),(P4,P7),(P6,P8),(P7,P8)} 
    	
    （2）A. 存在着十个前驱关系。P1为初始节点。P2P4为终止节点。
    	B. 存在着两个前驱关系。P6为初始节点，P2P4为终止节点。 
    	C. 存在着九个前驱关系。P6为初始节点，P8为终止节点。 
    	D. 存在着十个前驱关系。P1为初始节点，P8为终止节点。

## 三、PV操作 ##

3.1、互斥问题：

（1）进入临界区之前先执行P操作；（可能阻塞当前进程）
    （2）离开临界区之后执行V操作；（可能唤醒某个进程）

3.2、P操作：（加锁）

（1）将信号量S的值减1，即S=S-1；（信号量S的初始值可以理解为资源数，如1台打印机，S=1）
    （2）如果S>=0，则该进程继续执行；否则该进程置为等待状态。

V操作：（解锁）

（1）将信号量S的值加1，即S=S+1；
    （2）如果S>0该进程继续执行；否则说明有等待队列中有等待进程，需要唤醒等待进程。

3.3、真题  
3.3.1、假设系统中有n个进程共享3台打印机，任一进程在任一时刻最多只能使用1台打印机。若用PV操作控制n个进程使用打印机，则相应信号量s的取值范围为 (1) ；若信号量S的值为3 , 则系统中有 (2) 个进程等待使用打印机。

（1）A. 0, -1, ···, -(n-1) 		B. 3, 2, 1, 0, -1, ···, -(n-3) 
    	C. 1, 0, -1, ···, -(n-1) 	D. 2, 1, 0, -1, ···, -(n-2)
    
    （2）A. 0 	B. 1 	C. 2 	D. 3

3.4、同步问题：

（1）运行条件不满足时，能让进程暂停（在关键操作之前执行P操作）
    （2）运行条件满足时，能让进程继续（在关键操作之后执行V操作）

规则：

（1）不能向满缓冲区存数据；
    （2）不能向空缓冲区取数据；
    （3）每个时刻仅允许1个生产者或消费者存或取1个数据。

/*
     * 伪代码
     */
    int empty = 5; // 信号量：缓冲区中空位的个数，初值5
    int full = 1; // 信号量：缓冲区中数据的个数，初值0
    int mutex = 1; // 信号量：缓冲区互斥使用，初值1, 可用
    
    // 生产者
    procducer_i() {
        
    	while(true) {
        
    		// 生产一个数据
    		P(empty);
    		P(mutex);
    		// 存一个数据倒缓冲区
    		V(mutex);
    		V(full);
    	}
    }
    
    // 消费者
    consumer_j() {
        
    	while(true) {
        
    		P(full);
    		P(mutex);
    		// 从缓冲区取一个数据
    		V(mutex);
    		V(empty);
    		// 消费数据
    	}
    }

3.5、真题  
3.5.1、进程 P1、P2、P3和P4的前驱图如下所示：  
![在这里插入图片描述][cec9234e552143fa9eb02411964fa805.bmp_pic_center]  
若用PV操作控制进程P1、P2、P3、P4井发执行的过程，则需要设置5个信号量S1、S2、S3、S4和S5，且信号量S1~S5的初值都等于0。下图中a、b和c处应分别填写（1）；d、e和f处应分别填写（2）。（注：分配信号量规则：从左到右，从小到大。）  
![在这里插入图片描述][3ce6056d4f0443189861131d4fea2782.bmp_pic_center]

（1）A. V(S1)V(S2)、P(S1)V(S3)和V(S4) 
    	B. P(S1)V(S2)、P(S1)P(S2)和V(S1)
    	C. V(S1)V(S2)、P(S1)P(S3)和V(S4)
    	D. P(S1)P(S2)、V(S1)P(S3)和V(S2)
    
    （2）A. P(S2)、V(S3)V(S5)和P(S4)P(S5)
    	B. V(S2)、P(S3)V(S5)和V(S4)P(S5)
    	C. P(S2)、V(S3)P(S5)和P(S4)V(S5)
    	D. V(S2)、V(S3)P(S5)和P(S4)V(S5)

## 四、存储管理 ##

4.1、各个存储的关系：![在这里插入图片描述][242a11fb83314c52ad9f5c1862015875.bmp_pic_center]

（1）当内存太小不够用时，用辅存来支援内存。
    （2）暂时不运行的模块换出到辅存上，必要时再换入内存。

4.2、地址重定位是指将程序中的地址虚拟地址（逻辑地址）变换成内存的真实地址（物理地址）的过程。

（1）逻辑地址：相对地址。CPU所生成的地址。逻辑地址是内部和编程使用的、并不唯一。
    （2）物理地址：绝对地址。加载倒内存地址寄存器中的地址，内存单元的真正地址。

4.2.1、重定位方式：

（1）静态重定位：绝对地址＝相对地址＋程序存放的内存起始地址
    （2）动态重定位：绝对地址＝重定位寄存器的值（BR）＋逻辑地址寄存器的值（VR）

4.2.2、静态重定位：

（1）程序运行前就确定映射关系；
    （2）程序装入后不能移动；
    （3）程序占用连续的内存空间。

4.2.3、动态重定位：

（1）程序占用的内存空间可动态变化；
    （2）程序不要求连续的内存空间；
    （3）便于多个进程共享代码。

4.3、存储管理的主要目的是解决多个用户使用主存的问题。存储管理类型：

（1）分区存储管理
    （2）分页存储管理
    （3）分段存储管理
    （4）段页式存储管理
    （5）虚拟存储管理

4.4、分区管理：把主存的用户区划分成若干个区域，每个区域分配给—个用户作业使用，并限定它们只能在自己的区域中运行。

（1）固定分区
    （2）可变分区：首次适应算法、最佳适应算法、最差适应算法
    （3）可重定位分区

4.5、分页存储管理：将一 个进程的地址空间划分成若干个大小相等的区域，称为页。相应地，将主存空间划分成与页相同大小的若干个物理块，称为块或页框。

（1）逻辑地址（32位）：页号（20位：12~31）+ 页内地址（12位：0~11）
    （2）物理地址（32位）：块号（20位：12~31）+ 块内地址（12位：0~11）
    （3）页表：页号 + 物理块号

![在这里插入图片描述][db60e52bb42a4ada985beac0b0ae7280.bmp_pic_center]

例：求逻辑地址为2100的单元放到AX寄存器，求其物理地址？
    解析：假设页和物理块的大小均为1024B，
    	页号 ＝ 2100 / 1024 = 2（商大于2，页号从0开始，属第3页）
    	页内地址 ＝ 2100 % 1024 = 52
    	物理地址 ＝ 8 * 1024 + 52 = 8244

4.6、真题  
4.6.1、某计算机系统页面大小为4K，若进程的页面变换表如下所示，逻辑地址为十六进制1D16H。该地址经过变换后，其物理地址应为十六进制（ ）。  
![在这里插入图片描述][ce08a483e44f4e148d7df41c808431b8.bmp_pic_center]

A. 1024H 	B. 3D16H 	C. 4D16H 	D.6D16H

4.6.2、某操作系统采用分页存储管理方式，下图给出了进程A和进程B的页表结构。如果物理页的大小为512字节，那么进程A逻辑地址为1111（十进制）的变量存放在（1）号物理内存页中。假设进程A的逻辑页4与进程B的逻辑页5要共享物理页8，那么应该在进程A页表的逻辑页4和进程B页表的逻辑页5对应的物理页处分别填（2）。  
![在这里插入图片描述][6e3b9a1bed5f4da4acbf4fbe0d637a3d.bmp_pic_center]

（1）A. 9 	B. 2 	C. 4 	D. 6
    （2）B. 4、5 	B. 5、4 	C. 5、8 	D. 8、8

4.7、分段管理：分段式存储管理系统中，为每个段分配一个连续的分区，而进程中的各个段可以离散地分配到主存的不同分区中。在系统中为每个进程建立一张段映射表，简称为“段表”。每个段在表中占有一个表项，在其中记录了该段在主存中的起始地址（又称为“基址”）和段的长度。进程在执行时，通过查段表来找到每个段所对应的主存区。  
![在这里插入图片描述][b2c596f74d56423facf0cb4fbb417df9.bmp_pic_center]  
4.8、真题  
4.8.1、假设系统采用段式存储管理方法，进程P的段表如下所示。逻辑地址（1）不能转换为对应的物理地址；不能转换为对应的物理地址的原因是进行（2）。  
![在这里插入图片描述][409cff5e157d4181b2ba838188e379f6.bmp_pic_center]

（1）A. (0, 790)和(2, 88) 	B. (1, 30)和(3, 290) 
    	C. (2, 88)和(4, 98) 	D. (0, 810)和(4, 120)
    
    （2）A. 除法运算时除数为零 
    	B. 算术运算时有溢出 
    	C. 逻辑地址到物理地址转换时地址越界 
    	D. 物理地址到逻辑地址转换时地址越界

4.9、段页式管理：段页式系统的基本原理是先将整个主存划分成大小相等的存储块（页框），将用户程序按程序的逻辑关系分为若干个段，再将每个段划分成若干页，以页框为单位离散分配。在段页式系统中，其地址结构由段号、段内页号和页内地址三部分组成。  
![在这里插入图片描述][3363a6a7dbba4a64987fa8032d592a81.bmp_pic_center]  
4.10、虚拟存储：在前面介绍的存储管理方案中，必须为每个作业分配足够的空间，以便装入全部信息。当主存空间不能满足作业要求时，作业无法装入主存执行。如果一个作业只部分装入主存便可开始启动运行，其余部分暂时留在磁盘上，在需要时再装入主存，这样可以有效地利用主存空间。从用户角度看，该系统所具有的主存容量将比实际主存容量大得多，人们把这样的存储器称为虚拟存储器。

## 五、设备管理 ##

5.1、工作方式：

（1）程序控制
    （2）中断
    （3）DMA（直接内存存取）

5.2、程序控制：

（1）无条件传送：I/O端口总是准备好，CPU在需要时，随时直接利用访问相应的I/O端口。
    （2）程序查询：CPU必须不停地测试I/O设备的状态端口。CPU与I/O设备是串行工作的。

![在这里插入图片描述][88e2cfee19054ec496f79b19400b4c90.bmp_pic_center]  
5.3、中断：某个进程要启动某个设备时，CPU就向相应的设备控制器发出一条设备I/O启动指令，然后CPU又返回做原来的工作。CPU与I/O设备可以并行工作。  
![在这里插入图片描述][7fef713181b2483f8572df8b2d56acb8.bmp_pic_center]  
5.4、DMA（直接内存存取）：通过DMA控制器直接进行批量数据交换，除了在数据传输开始和结束时，整个过程无须CPU的干预。  
![在这里插入图片描述][4d6e17e3293c4589bf19a78dfc8e4232.bmp_pic_center]  
5.5、真题  
5.5.1、DMA（直接存储器访问）工作方式是在（）之间建立起直接的数据通路。

A. CPU与外设 	B. CPU与主存 	C. 主存与外设 	D. 外设与外设

## 六、文件存储管理 ##

6.1、索引法

（1）直接索引
    （2）间接索引：一级间接索引、二级间接索引、三级间接索引

![在这里插入图片描述][73bf9874fa0c49f0899fa1a6d6800bc7.bmp_pic_center]  
6.2、真题  
6.2.1、某文件系统文件存储采用文件索引节点法。假设文件索引节点中有8个地址项iaddr\[0\] ~ iaddr\[7\]，每个地址项大小为4字节，其中地址项iaddr\[0\] ~ iaddr\[5\]为直接地址索引，iaddr\[6\]是一级间接地址索引，iaddr\[7\]是二级间接地址索引，磁盘索引块和磁盘数据块大小均为4KB。该文件系统可表示的单个文件最大长度是（1）KB。若要访问iclsClient.dll文件的逻辑块号分别为6、520和1030，则系统应分别采用（2）。

（1）A. 1030 	B. 65796 	C. 1049606 	D. 4198424
    （2）A. 直接地址索引、一级间接地址索引和二级间接地址索引
    	B. 直接地址索引、二级间接地址索引和二级间接地址索引
    	C. —级间接地址索引、—级间接地址索引和二级间接地址索引 
    	D. —级间接地址索引、二级间接地址索引和二级间接地址索引

6.3、位示图法。该方法是在外存上建立一张位示图（Bitmap），记录文件存储器的使用情况。每一位仅对应文件存储器上的一个物理块，取值0和1分别表示空闲和占用。（参考电影院座位图）

6.4、真题  
6.4.1、某文件管理系统在磁盘上建立了位示图（bitmap），记录磁盘的使用情况。若磁盘上物理块的编号依次为0、1、2、…·。系统中的字长为64位，字的编号依次为0、1、2、…。字中的一位对应文件存储器上的一个物理块。取值0和1分别表示空闲和占用。如下图所示。假设操作系统将256号物理块分配给某文件，那么该物理块的使用情况在位示图中编号为（1）的字中描述，系统应该将（2）。  
![在这里插入图片描述][ba256ae71d764e399389af1930b134aa.bmp_pic_center]

（1）A. 3 	B. 4 	C. 5 	D. 6
    （2）A. 该字的0号位置“1” 	B. 该字的63号位置“1” 
    	C. 该字的0号位置“0” 	D. 该字的63号位置“0”

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