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全国计算机等级考试操作系统四级论述题真题

11月23日 编辑 39baobao.com

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1.进程通信就是进程之间进行信息交换。系统中各进程异步执行,但有些进程之间必须保持一定的联系,以便协调一致地完成指定任务。这种联系就是通过交换一定数量的信息来实现的。

消息缓冲通信技术是一种高级通信机制,由Hansen首先提出。其基本思想是:根据"生产者-消费者关系"原理,利用公共消息缓冲区实现进程之间的信息交换。

(1)试叙述高级通信机制与低级通信机制P、V原语操作的主要区别。(5分)

(2)试叙述解释消息缓冲通信技术的基本原理。(10分)

(3)消息缓冲通信机制中提供发送消息原语。Send(receiver,a)和接收消息原语Receive(a)。调用参数a分别表示发送消息的内存区首地址或接收进程的内存消息区首地址。试设计相应的数据结构,并用P、V操作原语实现Send和Receive原语。(15分)

答案:

(1)要点:进程间通信时所交换的信息量可多可少。少者仅是一些状态和数据的交换,或者仅是一个简单的唤醒信号;多者可交换大量信息。前者称为进程同步与进程互斥,亦称进程间低级通信;后者通信方式称为进程间高级通信。

(答出要点给3分,根据组织情况再给2分)

(2)要点:

①由操作系统在系统空间维护一组缓冲区;

②由操作系统提供两个进程高级通信原语Send和Receive;

③发送进程要发送消息时,执行Send系统调用命令,产生自愿性中断 进入操作系统 核心;

④操作系统为发送进程分配一个空缓冲区,并将所发送的消息内容从发送进程空间拷贝到该缓冲区中;然后将此缓冲区连接到接收进程的消息队列尾;发送进程就完成了发送,返回到用户态继续执行;

⑤当接收进程执行到receive系统调用命令时,也产生自愿性中断,进入操作系统核心;

⑥操作系统将载有消息的缓冲区从消息队列中取出,并将消息内容拷贝到接收进程空间中,然后收回空闲缓冲区;接收进程完成了消息接收,返回到用户态继续执行;

(①、②、④、⑥为2分;③、⑤为1分)

(3)要点:①消息缓冲区的数据结构为:

TypeMessage=Recoud

Sender(消息发送者)

Size(消息长度)

text(消息正文)

pointer(消息队列指针)

End,

②设置信号如下:

*每个接收进程有一个m-mutex:互诉对消息队列的操作,初值为1;

*buffe:管理空闲缓冲区,初值为空闲缓冲区个数;

*b-mutex:互诉操作空闲缓冲区,初值为为1;

*message:管理接收进程消息,初值为0;

③Send(receiver,a)

Begin

根据参数R寻找接收进程,如果未找到,则出错返回;

P(buffer);

P(b-mutex);

从消息缓冲区链上摘取一个空闲消息缓冲区;

V(b-mutex);

将消息长度及消息正文由a指示由发送区拷贝到消息缓冲区中;

将发送进程的名字也记录在该缓冲区中;

P(m-mutex);

将消息缓冲区挂到接收进程消息链的尾部;

V(m-mutex);

V(mmssage)

End.

④Receive(a)

Begin

P(message);

P(m-mutex);

从消息队列中取一个载有消息的缓冲区;

V(m-mutex);

将消息长度及肖息正文由消息缓冲区拷贝到接收区(由a指示);

P(b-mutex);

将空闲缓冲区挂到系统消息缓冲区链尾;

V(b-mutex);

V(buffer);

End.

(①3分②4分③4分④4分③,④重点在P,V操作)

2 . (1).进程调度的主要功能。(8分)

(2).何时可进行进程调度?(8分)

(3).进程调度算法解决以何种次序对各就绪进程进行处理机的分配以及按何种时间比例让进程占用处理机。时间片轮转进程调度算法的基本思想是什么?时间片的大小对系统有什么影响?在选取时间片时应考虑哪些因素?(14分)

答案:(1).进程调度的主要功能是:

①.记录系统中所有进程的执行状况;(2分)

②.根据一定的调度算法,从就绪队列中选出一个进程来,准备把CPU分给它;(2分)

③.把CPU分配给进程,即把选中的进程控制块内在关的现场信息,如程序状态字,通用寄存器的内容送入处理器相应的寄存器中,从而让它占用CPU运行.(4分)

(2).进程调度的时机是:

①.正在执行的进程运行完毕;(1分)

②.正在执行的进程调用阻塞原语或P原语操作将自己阻塞起来进入等待状态;(2分)

③.执行中的进程提出I/O请求后被阻塞;(1分)

④.在分时系统中时间片已经用完;(2分)

以上都是在CPU为不可剥夺方式下引起进程调度的原因.在CPU方式为可剥夺时,有以下原因:

⑤.就绪队列中的某个进程的优先级变得高于当前运行进程的优先级,从而也将引起进程调度.(2分)

(3).时间片轮转法(RR):

这主要是分时系统中使用的一种调度算法.时间片轮转法的基本思想是:将CPU的处理时间划分成一个个时间片(2分),就绪队列中的诸进程轮流运行一个时间片(2分).当时间片结束时,就强迫运行进程让出CPU,该进程进入就绪队列,等待下一次调度(1分).同时,进程调度又去选择就绪队列中的一个进程,分配给它一个时间片,以投入运行(1分)

在轮转法中,时间片长度的选择非常重要,将直接影响系统开销和响应时间(1分).如果时间片长度很小,则调度程序剥夺处理机的次数频繁,加重系统开销(2分);反之,如果时间片长度选择过长,比方说一个时间片就能保证就绪队列中所有进程都执行完毕,则轮转法就退化成先进先出算法(2分)

影响时间片大小设置的主要因素有:系统响应时间(1分),就绪进程数目(终端数目)(1分)和计算机处理能力(1分).

3.从资源管理的观点来看,操作系统的管理对象是计算机系统的资源,操作系统则是管理系统资源的程序集合。

(1).试问操作系统所管理的资源有哪些?(4分)

(2).操作系统从哪几个方面对资源进行管理?主要完成什么工作?(12分)

(3).以存储管理中的段式存储管理为例,请叙述操作系统对内存的具体管理方案(包括功能、数据结构和算法)。(14分)

答案:

(1).操作系统所管理的资源分为硬件资源和软件资源,硬件资源包括:CPU、内存、各种外部设备,软件资源主要是信息(程序和数据)。(4分)

(2).操作系统在共享的前题下,以资源分配、使用和回收为出发点,考虑操作系统各部分程序的功能和算法,解决并发环境中的资源管理问题。

虽然操作系统所管理的各类资源的性质各不相同,但所需要解决的问题以及资源管理的策略又都具有类似之处。因此,每种资源管理模块都要研究以下几方面的内容:

①记住资源的使用状态,即记住哪些资源处于空闲,哪些资源已被使用和被谁使用等;

②确定资源的分配策略,即根据各类资源的不同特点确定一组原则,以决定如何进行资源的分配和调度;

③执行资源的分配,即根据用户的要求和资源分配策略,具体执行资源的分配工作;

④回收资源,即当某些用户作业已不再需要某种资源时,系统及时地回收资源,以便重新分配给其它的作业使用。

(答出一项给3分。)

(3).首先从内存划分、程序逻辑地址划分、内存分配几方面考虑段式存储管理方案的工作原理:

①内存划分:内存空间被动态地划分为若干个长度不相同的区域,每个区域称作一个物理段、每个物理段在内存中有一个起始地址,称作段首址。将物理段中的所有单元从0开始依次编址,称为段内地址。(2分)

②逻辑地址空间划分:用户程序按逻辑上有完整意义的段来划分。称为逻辑段。例如主程序、子程序、数据等都可各成一段,每段对应于一个过程,一个程序模块或一个数据集合。将一个用户程序的所有逻辑段从0开始编号,称为段号。将一个逻辑段中的所有单元从0开始编址,称为段内地址。(2分)

用户程序的逻辑地址由段号和段内地址两部分组成:段号,段内地址

③内存分配:系统以段为单位进行内存分配,为每一个逻辑段分配一个连续的内存区 (物理段)。逻辑上连续的段在内存不一定连续存放。(2分) 然后,从实现方法上考虑:

④建立段表(2分)

系统为每个用户程序建立一张段表,用于记录用户程序的逻辑段与内存物理段之间的对应关系,包括逻辑段号,物理段首地址和物理段长度三项内容。用户程序有多少逻辑段,该段表里就登记多少行,且按逻辑段的顺序排列。段表存放在内存系统区里。

⑤建立空闲区表(6分)

系统中设立一张内存空闲区表,记录内存中空闲区域情况,用于为段分配和回收内存。系统在寻找空闲区时可采用以下三种分配算法。

①首先适应算法

根据申请,在空闲区表中选取第一个满足申请长度的空闲区。此算法简单,可以快速做出分配决定。

②适应算法

根据申请,在空闲区表中选择能满足申请长度的最小空闲区。此算法最节约空间,因为 它尽量不分割大的空闲区。其缺点是可能会形成很多很小的空闲区域,称作碎片。

③最坏适应算法

根据申请,在空闲区表中选择能满足申请要求的的空闲区。该算法的出发点是:在大空头区中装人信息后,分割剩下的空闲区相对也大,还能用于装入新的信息。该算法的优点是可以避免形成碎片;缺点是分割大的空闲区后,再遇到较大的申请时,无法满足的可能性较大。

4. 目前,大多数计算机系统都支持虚拟页式地址转换机制。试回答下列问题:

(1).页式存储管理方案中,用户地址空间怎样划分?内存地址空间怎样划分?内存分配过程是怎样的?(10分)

(2).页表应设计哪些数据项,每个数据项的作用是什么?(10分)

(3).页式存储管理方案中,地址映射机制需要哪种寄存器的支持?为了加快地址映射速度,需要采取什么措施?该措施的作用是什么?(10分)

答案:

(1).系统将用户程序的逻辑空间按照相等大小划分成若干界面,称为逻辑页面。(2分)各个逻辑页面从0开始依次编号,每个逻辑页面内也从0开始编址,称为页内地址。用户程序的逻辑地址由逻辑页号和页内地址两部分组成。(2分)

页式存储管理将内存空间按照逻辑页面大小划分成等长的若干区域,每个区域为一个内存块。(2分)内存的所有内存块从0开始编号。(1分)

内存分配时,以页面(块)为单位,并按用户程序所需页数多少进行分配。(2分)逻辑上相邻的页面在内存中不一定相邻,即分配给用户程序的内存块不一定连续。(1分)

(2).页表表项有:

逻辑页面号;(2分)

物理页面号(或块号);(2分)

驻留位(中断位或特征位):指示该页在内存还是在外存;(2分)

外存地址:指示该页在外存的地址;(2分)

修改位:指示该页在内存驻留期间是否被修改过;(2分)

(3).系统提供一对硬件寄存器:页表始址寄存器和页表长度寄存器。(2分,答对1个为1分)

①页表始址寄存器,用于保存正在运行进程的页表在内存的首地址。当进程被调度程序选中投入运行时,系统将其页表首地址从进程控制块中取出送入该寄存器。(2分)

②页表长度寄存器,用于保存正在运行进程的页表的长度。当进程被选中运行时,系统将它从进程控制中块中取出送入该寄存器。(2分)

为了加快地址映射速度,可在地址映射机制中增加一个小容量的联想寄存器(相联存储器),(2分)它由高速寄存器组成,成为一张快表,快表用来存放当前访问最频繁的少数活动页的页号。(2分)

5. 有一个文件系统,根目录常驻内存,如图所示。目录文件采用链接结构,假设每个目录下最多允许建立60个文件或目录(统称为下级文件)。又假设每个磁盘块最多可存放10个文件目录项:如果下级文件是目录文件,则上级目录项指向该目录文件的第一块地址;

如果下级文件是普通文件,则上级目录项指向该文件的FCB(文件控制块)地址。假设图中所示的文件目录结构中,文件或子目录按自左向右的次序建立,而符号"…"表示尚有其他文件或子目录未列出。

(1) 假设普通文件采用UNIX的三级索引结构,主索引表放在文件控制块中。

①假设每个物理块能存放128个地址(物理块块号),那么,普通文件的大小为多少块?(3分)

②若要读/A/D/G/I/K的第7461块,系统最少启动硬盘几次,最多几次?(6分)

(2) 若普通文件采用顺序结构,若要读/A/D/G/I/K的第285块,最少启动硬盘几次,最多几次?(6分)

(3) 为了打开文件,用户给出文件名后,操作系统应做哪些工作?(6分)

(4) 一般在文件系统中,为了加快文件目录检索速度(减少启动硬盘的次数),可以采用什么方法?(9分)

答案:

(1) ①10+128+1282+1283块

②最少启动硬盘8次,最多启动硬盘23次

(2) 最少启动硬盘6次,最多启动硬盘21次

(3) 打开文件时,用户首先给出文件名,操作系统完成以下工作:

①查找目录,检查文件是否存在,如不存在,则报告错误;

②如该文件存在,检查操作的合法性,例如,若该文件为只读文件,但用户却将"读写方?quot;置为写,则系统不予打开;

③根据文件名在目录文件中找到该文件的文件控制块,把该文件的文件控制块调入内存。

(4).一般在文件系统中,为了加快文件目录检索速度,减少启动硬盘的次数,可以采用两种方法。

①引入"当前目录"。在一个多层次的树形文件目录结构中,如果每次都从根结点开始检索,很不方便,通常各目录文件放在外存,故影响访问速度,尤其是当层次较多时检索要耗费很多时间。为克服这一缺点,引入"当前目录"或称"工作目录"的概念。查找文件时可以从当前目录开始向下检索。这样检索路径缩短,检索速度提高。

②采用"目录项分解?quot;。一个文件控制块一般要占很多空间,这样一个目录文件往往很大。在检索目录时,为了找到所需要的目录项,常常要将存放目录文件的多个物理块逐块读入内存进行查找,这就降低了检索速度。可以利用目录项分解法解决这一问题,即把目录项(文件控制块)分为两部分:名号目录项,包含文件名以及相应的文件内部号;基本目录项,包含了除文件名外文件控制块的其他全部信息。

6.在多道程序系统中,一组进程中的每一个进程均无限期的等待被该组进程中的另一进程所占有、且永远不会释放的资源,这种现象将导致系统处于死锁状态。试述:

(1)产生死锁的原因是什么?(10分)

(2)产生死锁的必要条件是什么?(10分)

(3)如何处理死锁?(10分)

答案:

(1).产生死锁的原因:一是系统提供的资源数量有限,不能满足每个进程的使用(5分);二是多道程序运行时,进程推进顺序不合理(5分).

(2)产生死锁的必要条件是:

1)互斥条件(2.5分)

2)不剥夺条件(不可抢占)(2.5分)

3)部分分配(2.5分)

4)循环等待(2.5分)

(3)死锁的处理:

1)死锁的预防

2)死锁的避免

3)死锁的检测

4)死锁的解除

5)不做任何处理

(以上要点每答对1个给2.5分,答对4个及以上要点最多给10分)

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