第一章

判断操作系统类型

操作系统按功能可以分为

1. 批处理操作系统

   将选中的若干作业调入内存以多道方式投入运行。

   优点是系统吞吐量大，资源利用率高。

   不具有交互性，这是其缺点。

2. 分时操作系统 --------- 人机交互 共享主机

   采用“时间片”、动态优先数等方式使CPU轮流为多个用户终端或多个任务服务。

   主要特点：

   多路调制性 独占性 及时性 交互性

3. 实时操作系统

   响应速度 快，可靠性要求 高

   更强调系统的 安全性 和 可靠性

   不具备分时系统的强交互性。

   主要特点是：

   1. 对响应时间的实时要求（可高可低）。
   2. 系统可靠性和安全性放在第一位，系统效率放在次要地位，交互性差或根本没有交互性。
   3. 系统整体性强。很多实时系统同时又是分布式系统，具有分布式系统整体性强的优点。

   类型：工业武器控制系统、信息查询系统、多媒体系统、嵌入式系统

操作系统主要特征

并发性（进程）、共享性、虚拟性、异步性

操作系统主要功能

处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理

1.为什么说操作系统实现了对计算机资源的抽象？

OS首先在裸机上覆盖一层I/O设备管理软件，实现了对计算机硬件操作的第一层次抽象；在第一层软件上再覆盖文件管理软件，实现了对硬件资源操作的第二层次抽象。OS 通过在计算机硬件上安装多层系统软件，增强了系统功能，隐藏了对硬件操作的细节，由它们共同实现了对计算机资源的抽象。

2.实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？

关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及时接收并及时处理该命令，
在用户能接受的时延内将结果返回给用户。
解决方法：针对及时接收问题，可以在系统中设置多路卡，使主机能同时接收用户从各个终
端上输入的数据；为每个终端配置缓冲区，暂存用户键入的命令或数据。针对及时处理问题，
应使所有的用户作业都直接进入内存，并且为每个作业分配一个时间片，允许作业只在自己
的时间片内运行，这样在不长的时间内，能使每个作业都运行一次。

3.OS有哪几大特征？其最基本的特征是什么？

并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征；最基本的特征是并发性和共享性。

4.何谓微内核技术？在微内核中通常提供了哪些功能？

把操作系统中更多的成分和功能放到更高的层次（即用户模式）中去运行，而留下一个尽量小的内核，用它来完成操作系统最基本的核心功能，称这种技术为微内核技术。

在微内核中通常提供了进程（线程）管理、低级存储器管理、中断和陷入处理等功能。

第二章

进程

特征：动态性、并发性、独立性、异步性

程序没有建立PCB是不能参与并发执行的。

时间片：一个时间片就是一段很短的时间，系统规定每个作业每次只能运行一个时间片，然后暂停该作业的运行，调度下一个作业运行。

三种基本状态：就绪、执行、阻塞

五种状态：创建、就绪、执行、阻塞、终止

七种状态：创建、活动就绪、静止就绪、执行、活动阻塞、静止阻塞、终止

PCB的作用

1. 作为独立运行基本单位的标志
2. 能实现间断性运行方式
3. 提供进程管理所需要的信息
4. 提供进程调度所需要的信息
5. 实现与其他进程的同步和通信

1.试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因

• 就绪状态→执行状态：进程分配到CPU资源

• 执行状态→就绪状态：时间片用完

• 执行状态→阻塞状态：I/O请求

• 阻塞状态→就绪状态：I/O完成

2.试说明引起进程阻塞或被唤醒的主要事件是什么？

a. 请求系统服务；b. 启动某种操作；c. 新数据尚未到达；d. 无新工作可做

3.为什么要在OS 中引入线程？

在操作系统中引入线程，则是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销，使OS具有更好的并发性，提高CPU的利用率。进程是分配资源的基本单位,而线程则是系统调度的基本单位。

4.线程控制块TCB中包含了哪些内容

线程控制符、一组寄存器（包括PC和状态寄存器和通用寄存器的内容）、线程运行状态（何种运行状态）、优先级（线程执行的优先程度）、线程专有存储区、信号屏蔽、堆栈指针

第三章

处理机调度的层次

1. 高级调度

   长程调度or作业调度，调度对象是作业；

   作业调入内存，创建进程分配资源；

   主要用于 多道批处理系统，分时or实时中不设置

2. 低级调度

   进程调度or短程调度，对象是进程/内核级线程；

   决定哪个进程应获得处理机，将处理机分配给进程；

   最基本的调度；

   多道批处理、分时、实时都必须配置；

   运行频率最高

3. 中级调度

   内存调度；

   提高内存利用率和系统吞吐量；

   把不能运行的进程调到外存等待；把可以运行的进程重新调入内存，修改状态为就绪

作业调度

批处理系统中，是以作业为基本单位从外存调入内存的；

周转时间 = 完成时间 - 到达时间；

带权周转时间 = 周转时间 / 服务时间；

P2- 20

进程调度的任务

1. 保存处理机的现场信息
2. 按某种算法选取进程
3. 把处理器分配给进程

产生死锁的必要条件

任一条件不成立，死锁就不会发生：

1. 互斥条件

   在一段时间内，某资源只能被一个进程占用，其他请求的资源只能等待。

2. 请求和保持条件

   进程保持了至少一个资源，请求新资源的时候被阻塞，对自己已获得的资源保持不放

3. 不可抢占条件

   进程已获得的资源在未使用完之前不能被抢占

4. 循环等待条件

   进程-资源 循环链

产生死锁的根本原因：

系统资源不足

不产生死锁的最小资源数

设系统所拥有的资源总数为M，共享该资源的进程数为P，每个进程所需使用该资源的最大需求为N，则 M≥P(N-1)+1* 时 无论如何分配都不会产生死锁。

处理死锁的方法

1. 预防死锁

   设置某些限制条件去破坏产生死锁的必要条件

2. 避免死锁

   在动态分配的过程中用某种方法阻止系统进入不安全状态

3. 检测死锁

   事前不采取措施，通过检测机构及时检测出死锁的发生，采取适当措施

4. 解除死锁

   检测到死锁时采取相应措施，常用方法：撤销一些进程，回收资源，将它们分配给阻塞状态的进程

银行家算法

安全状态→找到安全序列

• 可利用资源向量Available，Available[j]=K，表示系统中现有j类资源K个
• 最大需求矩阵Max，Max[i,j]=K，表示进程i需要j类资源的最大数目为K
• 分配矩阵Allocationm,Allocation[i,j]=K，表示进程i当前已分得j类资源的数目为K
• 需求矩阵Need,Need[i,j]=K，表示进程i还需要j类资源K个
• Need[i, j]=Max[i, j]-Allocation[i, j]

Request i是进程Pi的请求向量，如果Request i[j]=K，表示进程Pi需要K个j类型的资源。当Pi发出资源请求后，系统按下述步骤进行检查：

1. 如果Request i[j]≤Need[i,j]，转向步骤(2); //所求的资源数必须小于总共宣布需要资源的最大数

   否则认为出错，因为它所需要的资源数已超过它所宣布的最大值。

2. 如果Requesti[j]≤Available[j]，便转向步骤(3)；否则，表示尚无足够资源，Pi须等待。

3. 系统试探着把资源分配给进程P i，并修改下面数据结构中的数值：

   Available[j]:= Available[j]-Request i[j]；//可用的减少了

   Allocation[i,j]:= Allocation[i,j]+Request i[j]；//已配分的增加了

   Need[i,j]:= Need[i,j]-Request i[j]；//还需要的也减少了

4. 执行安全性算法，安全了才正式分配资源，否则作废，让进程等待

安全性算法：

1. 设置两个向量：

   1. 工作向量Work，它表示系统可提供给进程继续运行所需的各类资源数目，它含有m个元素，在执行安全算法开始时，Work=Available。
   2. Finish，它表示系统是否有足够的资源分配给进程，使之运行完成。开始时先做Finish[i]:=false；当有足够资源分配给进程时，再令Finish[i]:=true。

2. 从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程：

   ① Finish[i]=false；//资源未分配

   ② Need[i,j]≤Work[j]；//资源足够分配

   ​ 若找到，执行步骤(3)，否则，执行步骤(4)。

3. 当进程Pi获得资源后，可顺利执行，直至完成，并释放出分配给它的资源，故应执行

   Work[j]:= Work[j]+Allocation[i,j]；//释放资源

   Finish[i]:=true；//设置完成标志

   go to step 2； //继续寻找下一个

1.何谓死锁？产生死锁的原因和必要条件是什么？

死锁是指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，它们都将无法再向前推进。

产生死锁的原因为竞争资源和进程间推进顺序非法。其必要条件是：互斥条件、请求和保持条件、不可抢占条件、循环等待条件。

2.请详细说明可通过哪些途径预防死锁

• 破坏“请求和保持”条件，就是如果系统有足够资源，便一次性把进程需要的所
  有资源分配给它；只分配给进程初期所需要的资源，进程运行过程中再逐步释放用毕的资源，再请求新资源。
• 破坏“不可抢占”条件，就是已经拥有资源的进程，当它提出新资源请求而不能立即
  满足时，必须释放它已保持的所有资源，待以后需要时再重新申请；
• 破坏“循环等待”条件，就是将所有资源按类型排序标号，所有进程对资源的请求必须严格按序号递增的次序提出。

3.在银行家算法中，若出现下述资源分配情况，试问：

第一章

判断操作系统类型

操作系统按功能可以分为

1. 批处理操作系统

   将选中的若干作业调入内存以多道方式投入运行。

   优点是系统吞吐量大，资源利用率高。

   不具有交互性，这是其缺点。

2. 分时操作系统 --------- 人机交互 共享主机

   采用“时间片”、动态优先数等方式使CPU轮流为多个用户终端或多个任务服务。

   主要特点：

   多路调制性 独占性 及时性 交互性

3. 实时操作系统

   响应速度 快，可靠性要求 高

   更强调系统的 安全性 和 可靠性

   不具备分时系统的强交互性。

   主要特点是：

   1. 对响应时间的实时要求（可高可低）。
   2. 系统可靠性和安全性放在第一位，系统效率放在次要地位，交互性差或根本没有交互性。
   3. 系统整体性强。很多实时系统同时又是分布式系统，具有分布式系统整体性强的优点。

   类型：工业武器控制系统、信息查询系统、多媒体系统、嵌入式系统

操作系统主要特征

并发性（进程）、共享性、虚拟性、异步性

操作系统主要功能

处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理

1.为什么说操作系统实现了对计算机资源的抽象？

OS首先在裸机上覆盖一层I/O设备管理软件，实现了对计算机硬件操作的第一层次抽象；在第一层软件上再覆盖文件管理软件，实现了对硬件资源操作的第二层次抽象。OS 通过在计算机硬件上安装多层系统软件，增强了系统功能，隐藏了对硬件操作的细节，由它们共同实现了对计算机资源的抽象。

2.实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？

关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及时接收并及时处理该命令，
在用户能接受的时延内将结果返回给用户。
解决方法：针对及时接收问题，可以在系统中设置多路卡，使主机能同时接收用户从各个终
端上输入的数据；为每个终端配置缓冲区，暂存用户键入的命令或数据。针对及时处理问题，
应使所有的用户作业都直接进入内存，并且为每个作业分配一个时间片，允许作业只在自己
的时间片内运行，这样在不长的时间内，能使每个作业都运行一次。

3.OS有哪几大特征？其最基本的特征是什么？

并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征；最基本的特征是并发性和共享性。

4.何谓微内核技术？在微内核中通常提供了哪些功能？

把操作系统中更多的成分和功能放到更高的层次（即用户模式）中去运行，而留下一个尽量小的内核，用它来完成操作系统最基本的核心功能，称这种技术为微内核技术。

在微内核中通常提供了进程（线程）管理、低级存储器管理、中断和陷入处理等功能。

第二章

进程

特征：动态性、并发性、独立性、异步性

程序没有建立PCB是不能参与并发执行的。

时间片：一个时间片就是一段很短的时间，系统规定每个作业每次只能运行一个时间片，然后暂停该作业的运行，调度下一个作业运行。

三种基本状态：就绪、执行、阻塞

五种状态：创建、就绪、执行、阻塞、终止

七种状态：创建、活动就绪、静止就绪、执行、活动阻塞、静止阻塞、终止

PCB的作用

1. 作为独立运行基本单位的标志
2. 能实现间断性运行方式
3. 提供进程管理所需要的信息
4. 提供进程调度所需要的信息
5. 实现与其他进程的同步和通信

1.试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因

• 就绪状态→执行状态：进程分配到CPU资源

• 执行状态→就绪状态：时间片用完

• 执行状态→阻塞状态：I/O请求

• 阻塞状态→就绪状态：I/O完成

2.试说明引起进程阻塞或被唤醒的主要事件是什么？

a. 请求系统服务；b. 启动某种操作；c. 新数据尚未到达；d. 无新工作可做

3.为什么要在OS 中引入线程？

在操作系统中引入线程，则是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销，使OS具有更好的并发性，提高CPU的利用率。进程是分配资源的基本单位,而线程则是系统调度的基本单位。

4.线程控制块TCB中包含了哪些内容

线程控制符、一组寄存器（包括PC和状态寄存器和通用寄存器的内容）、线程运行状态（何种运行状态）、优先级（线程执行的优先程度）、线程专有存储区、信号屏蔽、堆栈指针

第三章

处理机调度的层次

1. 高级调度

   长程调度or作业调度，调度对象是作业；

   作业调入内存，创建进程分配资源；

   主要用于 多道批处理系统，分时or实时中不设置

2. 低级调度

   进程调度or短程调度，对象是进程/内核级线程；

   决定哪个进程应获得处理机，将处理机分配给进程；

   最基本的调度；

   多道批处理、分时、实时都必须配置；

   运行频率最高

3. 中级调度

   内存调度；

   提高内存利用率和系统吞吐量；

   把不能运行的进程调到外存等待；把可以运行的进程重新调入内存，修改状态为就绪

作业调度

批处理系统中，是以作业为基本单位从外存调入内存的；

周转时间 = 完成时间 - 到达时间；

带权周转时间 = 周转时间 / 服务时间；

P2- 20

进程调度的任务

1. 保存处理机的现场信息
2. 按某种算法选取进程
3. 把处理器分配给进程

产生死锁的必要条件

任一条件不成立，死锁就不会发生：

1. 互斥条件

   在一段时间内，某资源只能被一个进程占用，其他请求的资源只能等待。

2. 请求和保持条件

   进程保持了至少一个资源，请求新资源的时候被阻塞，对自己已获得的资源保持不放

3. 不可抢占条件

   进程已获得的资源在未使用完之前不能被抢占

4. 循环等待条件

   进程-资源 循环链

产生死锁的根本原因：

系统资源不足

不产生死锁的最小资源数

设系统所拥有的资源总数为M，共享该资源的进程数为P，每个进程所需使用该资源的最大需求为N，则 M≥P(N-1)+1* 时 无论如何分配都不会产生死锁。

处理死锁的方法

1. 预防死锁

   设置某些限制条件去破坏产生死锁的必要条件

2. 避免死锁

   在动态分配的过程中用某种方法阻止系统进入不安全状态

3. 检测死锁

   事前不采取措施，通过检测机构及时检测出死锁的发生，采取适当措施

4. 解除死锁

   检测到死锁时采取相应措施，常用方法：撤销一些进程，回收资源，将它们分配给阻塞状态的进程

银行家算法

安全状态→找到安全序列

• 可利用资源向量Available，Available[j]=K，表示系统中现有j类资源K个
• 最大需求矩阵Max，Max[i,j]=K，表示进程i需要j类资源的最大数目为K
• 分配矩阵Allocationm,Allocation[i,j]=K，表示进程i当前已分得j类资源的数目为K
• 需求矩阵Need,Need[i,j]=K，表示进程i还需要j类资源K个
• Need[i, j]=Max[i, j]-Allocation[i, j]

Request i是进程Pi的请求向量，如果Request i[j]=K，表示进程Pi需要K个j类型的资源。当Pi发出资源请求后，系统按下述步骤进行检查：

1. 如果Request i[j]≤Need[i,j]，转向步骤(2); //所求的资源数必须小于总共宣布需要资源的最大数

   否则认为出错，因为它所需要的资源数已超过它所宣布的最大值。

2. 如果Requesti[j]≤Available[j]，便转向步骤(3)；否则，表示尚无足够资源，Pi须等待。

3. 系统试探着把资源分配给进程P i，并修改下面数据结构中的数值：

   Available[j]:= Available[j]-Request i[j]；//可用的减少了

   Allocation[i,j]:= Allocation[i,j]+Request i[j]；//已配分的增加了

   Need[i,j]:= Need[i,j]-Request i[j]；//还需要的也减少了

4. 执行安全性算法，安全了才正式分配资源，否则作废，让进程等待

安全性算法：

1. 设置两个向量：

   1. 工作向量Work，它表示系统可提供给进程继续运行所需的各类资源数目，它含有m个元素，在执行安全算法开始时，Work=Available。
   2. Finish，它表示系统是否有足够的资源分配给进程，使之运行完成。开始时先做Finish[i]:=false；当有足够资源分配给进程时，再令Finish[i]:=true。

2. 从进程集合中找到一个能满足下述条件的进程：

   ① Finish[i]=false；//资源未分配

   ② Need[i,j]≤Work[j]；//资源足够分配

   ​ 若找到，执行步骤(3)，否则，执行步骤(4)。

3. 当进程Pi获得资源后，可顺利执行，直至完成，并释放出分配给它的资源，故应执行

   Work[j]:= Work[j]+Allocation[i,j]；//释放资源

   Finish[i]:=true；//设置完成标志

   go to step 2； //继续寻找下一个

1.何谓死锁？产生死锁的原因和必要条件是什么？

死锁是指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，它们都将无法再向前推进。

产生死锁的原因为竞争资源和进程间推进顺序非法。其必要条件是：互斥条件、请求和保持条件、不可抢占条件、循环等待条件。

2.请详细说明可通过哪些途径预防死锁

• 破坏“请求和保持”条件，就是如果系统有足够资源，便一次性把进程需要的所
  有资源分配给它；只分配给进程初期所需要的资源，进程运行过程中再逐步释放用毕的资源，再请求新资源。
• 破坏“不可抢占”条件，就是已经拥有资源的进程，当它提出新资源请求而不能立即
  满足时，必须释放它已保持的所有资源，待以后需要时再重新申请；
• 破坏“循环等待”条件，就是将所有资源按类型排序标号，所有进程对资源的请求必须严格按序号递增的次序提出。

3.在银行家算法中，若出现下述资源分配情况，试问：