操作系统题型_Windows应用程序设计课后题[通俗易懂]

个人复习用

概念

段页式存储管理：

连续分配方式会形成许多“碎片”，虽然可以通过“紧凑”方式将许多碎片拼接成可用的大块空间，但须为之付出很大开销。所以提出了“离散分配方式”的想法。如果离散分配的基本单位是页，则称为分页管理方式；如果离散分配的基本单位是段，则称为分段管理方式。

分页存储管理

是将一个进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的片，称为页面或页，并为各页加以编号，从0开始，如第0页、第1页等。相应地，也把内存空间分成与页面相同大小的若干个存储块，称为(物理)块或页框(frame)，也同样为它们加以编号，如0#块、1#块等等。在为进程分配内存时，以块为单位将进程中的若干个页分别装入到多个可以不相邻接的物理块中。由于进程的最后一页经常装不满一块而形成了不可利用的碎片，称之为“页内碎片”。
在分页系统中，允许将进程的各个页离散地存储在内存不同的物理块中，但系统应能保证进程的正确运行，即能在内存中找到每个页面所对应的物理块。为此，系统又为每个进程建立了一张页面映像表，简称页表。在进程地址空间内的所有页，依次在页表中有一页表项，其中记录了相应页在内存中对应的物理块号。在配置了页表后，进程执行时，通过查找该表，即可找到每页在内存中的物理块号。可见，页表的作用是实现从页号到物理块号的地址映射。
为了能够将用户地址空间中的逻辑地址，变换为内存空间中的物理地址，在系统中必须设置地址变换机构。地址变换任务是借助于页表来完成的。

页表的功能可由一组专门的寄存器来实现。由于寄存器成本较高，且大多数现代计算机的页表又很大，使页表项总数可达几千甚至几十万个，显然这些页表项不可能都用寄存器来实现，因此，页表大多驻留在内存中。因为一个进程可以通过它的PCB来时时保存自己的状态，等到CPU要处理它的时候才将PCB交给寄存器，所以，系统中虽然可以运行多个进程，但也只需要一个页表寄存器就可以了。

由于页表是存放在内存中的，这使得CPU在每存取一个数据时，都要两次访问内存。为了提高地址变换速度，在地址变化机构中增设了一个具有并行查询能力的告诉缓冲寄存器，又称为“联想寄存器”（Associative Lookaside Buffer）。

在单级页表的基础上，为了适应非常大的逻辑地址空间，出现了两级和多级页表，但是，他们的原理和单级页表是一样的，只不过为了适应地址变换层次的增加，需要在地址变换机构中增设外层的页表寄存器。

基本分段存储管理方式

分段存储管理方式的目的，主要是为了满足用户（程序员）在编程和使用上多方面的要求，其中有些要求是其他几种存储管理方式所难以满足的。因此，这种存储管理方式已成为当今所有存储管理方式的基础。

（1）方便编程；

（2）信息共享：分页系统中的“页”只是存放信息的物理单位（块），并无完整的意义，不便于实现共享；然而段却是信息的逻辑单位。由此可知，为了实现段的共享，希望存储器管理能与用户程序分段的组织方式相适应。

（3）信息保护；

（4）动态增长；

（5）动态链接。

分段管理方式和分页管理方式在实现思路上是很相似的，只不过他们的基本单位不同。分段有段表，也有地址变换机构，为了提高检索速度，同样增设联想寄存器。所以有些具体细节在这个不再赘述。

分页和分段的主要区别：

1、两者相似之处：两者都采用离散分配方式，且都要通过地址映射机构来实现地址变换。

2、两者不同之处：

（1）页是信息的物理单位，分页是为实现离散分配方式，以消减内存的外零头，提高内存的利用率。或者说，分页仅仅是由于系统管理的需要而不是 用户的需要。段则是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息。分段的目的是为了能更好地满足用户的需要。

（2）页的大小固定且由系统决定，而段的长度却不固定。

（3）分页的作业地址空间是一维的，即单一的线性地址空间；而分段的作业地址空间则是二维的。

段页式存储管理方式

前面所介绍的分页和分段存储管理方式都各有优缺点。分页系统能有效地提高内存利用率，而分段系统则能很好地满足用户需求。我们希望能够把两者的优点结合，于是出现了段页式存储管理方式。
段页式系统的基本原理，是分段和分页原理的结合，即先将用户程序分成若干个段，再把每个段分成若干个页，并为每一个段赋予一个段名。在段页式系统中，地址结构由段号、段内页号和页内地址三部分所组成。
和前两种存储管理方式相同，段页式存储管理方式同样需要增设联想寄存器。

存储器管理

－计算机系统中存储器一般分为内存储器和辅助存储器两级
－内存可以分成系统区和用户区两部分，系统区用来存储操作系统等系统软件，用户区用于分配给用户作业使用

存储管理目的

为用户提供方便、安全和充分大的存储空间.
存储管理的任务
地址转换
逻辑地址
物理地址

内存的分配和回收

当用户作业要装入内存时，需向操作系统提出申请，操作系统按一定策略分配存储空间，若某作业执行完毕，需归还内存空间时。

内存储器的地址保护

为避免内存中若干道程序相互干扰，尤其是为了防止用户程序侵犯系统程序所在的内存区域，必须对内存采取保护措施 ，内存储器的地址保护功能一般由硬件和软件配合实现。

内存储器的共享

为提高内存利用率，需要进行内存空间的共享，包括两方面的含义：
－共享内存储器资源
－共享内存储器的某些区域

内存储器的扩充

内存储器的扩充不是硬件设备上的扩充，而是用虚拟技术来实现的逻辑上的扩充，即虚拟存储概念

程序的链接和装入

程序的链接
静态链接方式
在程序运行以前，将各个目标模块及它们所需要的库函数，链接成一个完整的装入模块，又可称为可执行文件，通常不再拆开。

装入时动态链接
用户源程序经编译后所得的目标模块，在装入内存时，边装入边链接，即在装入一个目标模块时，如果发生一个外部模块调用事件，将引起装入程序去找出相应的外部目标模块，并将它装入内存，进行链接。
优点：①便于修改和更新。②便于实现对目标模块的共享。

运行时动态链接
这种链接方式是将对某些模块的链接推迟到执行时才进行。在执行过程中，当发现一个被调用模块尚未调入内存时，立即由操作系统去找到该模块并装入内存，再把它链接到调用者模块上。

程序的装入
绝对装入方式
逻辑地址转换成物理地址的过程发生在程序编译或汇编时

可重定位装入方式（静态重定位）
逻辑地址转换成物理地址的过程发生在程序装入到内存时进行。

动态运行时装入方式（动态重定位）
逻辑地址转换成物理地址的过程推迟到程序真正执行时。

死锁

死锁的条件

死锁的4个条件，缺一不可

互斥条件：对必须互斥使用的资源的争抢才会导致死锁

不剥夺条件：进程所获得的资源未使用完之前，不能被其他进程强行夺走，只能主动释放。

请求和保持条件：进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源又被其他进程占有，此时请求进程被阻塞，但又对自己有的资源保持不放。就像很窄的桥，两个人都要去对面，但谁又都无法让出位置来

循环等待条件：存在一种进程资源的循环等待，链中的每一个进程已获得的资源同时被下一个进程所请求。想象有一个闭环，闭环上每个人都需要下一个人手上的某个资源，那么所有人都没办法满足

错题

进程是提交给计算机系统的用户程序。（X）

处在可执行状态中的应用程序称为进程。从用户角度来看，进程是应用程序的一个执行过程。从操作系统核心角度来看，进程代表的是操作系统分配的内存、CPU时间片等资源的基本单位，是为正在运行的程序提供的运行环境。进程与应用程序的区别在于应用程序作为一个静态文件存储在计算机系统的硬盘等存储空间中，而进程则是处于动态条件下由操作系统维护的系统资源管理实体。

并发性指若干事件在同一时刻发生（X）

并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生，并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内，宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理器系统中每个时刻却仅有一道程序执行

当条件满足时，进程可以由就绪状态直接转化为阻塞状态（X）

多道批处理操作系统最大的缺点

用户不能干预；

1. 多道：系统内可同时容纳多个作业。这些作业放在外存中，组成一个后备队列，系统按一定的调度原则每次从后备作业队列中选取一个或多个作业进入内存运行，运行作业结束、退出运行和后备作业进入运行均由系统自动实现，从而在系统中形成一个自动转接的、连续的作业流。
2. 成批：在系统运行过程中，不允许用户与其作业发生交互作用，即：作业一旦进入系统，用户就不能直接干预其作业的运行。

CPU处于管态时，可以执行的指令是

全部命令；
管态，即操作系统的管理程序运行时的状态，具有较高的特权级别，也称为特权态、系统态、内核态或者核心态。当处理器处于管态时，可以执行所有的指令，包括各种特权指令，也可以使用所有的资源，并且具有改变处理器状态的能力。

目态，即用户程序运行时的状态，具有较低的特权级别，又称为普通态或用户态。在这种状态下不能使用特权指令，不能直接使用系统资源，也不能改变CPU的工作状态，并且只能访问这个用户程序自己的存储空间。

从用户的观点看，操作系统是

用户与计算机的接口。；
操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件，是用户与计算机之间的接口

分时操作系统有什么特点？

答：①多路性 ②独立性 ③及时性 ④交互性；
分时操作系统是使一台计算机采用时间片轮转的方式同时为几个、几十个甚至几百个用户服务的一种操作系统。
把计算机与许多终端用户连接起来，分时操作系统将系统处理机时间与内存空间按一定的时间间隔，轮流地切换给各终端用户的程序使用。由于时间间隔很短，每个用户的感觉就像他独占计算机一样。分时操作系统的特点是可有效增加资源的使用率。例如UNIX系统就采用剥夺式动态优先的CPU调度，有力地支持分时操作。；
交互性（同时性）：用户与系统进行人机对话。用户在终端上可以直接输入、调试和运行自己的程序，在本机上是修改程序中的错误，直接获得结果。
多路性（多用户同时性）：多用户同时在各自终端上使用同一CPU和其他资源，充分发挥系统的效率。
独立性：用户可彼此独立操作，互不干扰，互不混淆。
及时性：用户在短时间内可得到系统的及时回答。

多进程系统中，为了保证公共变量的完整性，各进程应互斥进入临界区，临界区是指：

一段程序；
每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区（Critical Section）（临界资源是一次仅允许一个进程使用的共享资源）。每次只准许一个进程进入临界区，进入后不允许其他进程进入。不论是硬件临界资源，还是软件临界资源，多个进程必须互斥地对它进行访问。
多个进程中涉及到同一个临界资源的临界区称为相关临界区。.

一个进程是：

由PCB结构和程序和数据的组合；

进程和程序的一个本质区别是：

进程是动态的，程序是静态的；

进程处于（）状态时，称其为等待（或阻塞）状态：

等待合作进程的一个消息；

PV操作管理相关进程的临界区时，信号量的初值应该定义为：

1；
每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区（Critical Section）（临界资源是一次仅允许一个进程使用的共享资源）。每次只准许一个进程进入临界区，进入后不允许其他进程进入。

为用户分配主存空间，保护主存中的程序和数据不被破坏，提高主存空间利用率的是：

存储器管理；

存储器管理中，碎片是指：

未被使用，而又暂时不能使用的存储区；
操作系统内存管理之 内部碎片vs外部碎片

分页式存储管理中，地址转换工作是由（）完成的：

硬件；
页式存储管理系统中，逻辑地址到物理地址的转换是在进程执行过程中，由硬件地址变换机构借助于页表自动进行的。-《计算机操作系统》学习指导与解题90页
MMU是Memory Management Unit的缩写，中文名是内存管理单元，有时称作分页内存管理单元（英语：paged memory management unit，缩写为PMMU）。它是一种负责处理中央处理器（CPU）的内存访问请求的计算机硬件。它的功能包括虚拟地址到物理地址的转换（即虚拟内存管理）、内存保护、中央处理器高速缓存的控制，在较为简单的计算机体系结构中，负责总线的仲裁以及存储体切换（bank switching，尤其是在8位的系统上）。

进程从运行变成就绪态，主要原因是：

运行时间到和更高优先级进程出现；

信号量的物理意义：

信号量值大于0时：表示可用资源的数目 ，小于0时表示 因请求此资源而被阻塞的进程数目；

虚地址和段页式

信号量机制

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