計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)考試試題及答案考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)述進(jìn)程與線程的主要區(qū)別。在操作系統(tǒng)中引入線程的主要優(yōu)勢(shì)是什么？二、描述進(jìn)程的三個(gè)基本狀態(tài)。在從就緒態(tài)轉(zhuǎn)換為阻塞態(tài)時(shí)，通常需要經(jīng)歷哪些原因？請(qǐng)分別說(shuō)明。三、某計(jì)算機(jī)采用搶占式調(diào)度，設(shè)有5個(gè)就緒進(jìn)程P1,P2,P3,P4,P5，它們按照到達(dá)順序依次到達(dá)。調(diào)度算法采用優(yōu)先級(jí)調(diào)度，優(yōu)先級(jí)數(shù)字越小，優(yōu)先級(jí)越高。P1的優(yōu)先級(jí)為1，P2為3，P3為4，P4為2，P5為5。假設(shè)所有進(jìn)程的執(zhí)行時(shí)間均為T單位時(shí)間。請(qǐng)畫出采用優(yōu)先級(jí)調(diào)度的進(jìn)程執(zhí)行序列（Gantt圖），并計(jì)算平均等待時(shí)間。四、簡(jiǎn)述分頁(yè)存儲(chǔ)管理方式與分段存儲(chǔ)管理方式的主要區(qū)別。分頁(yè)機(jī)制如何解決外部碎片問題？五、什么是虛擬內(nèi)存？采用虛擬內(nèi)存技術(shù)需要滿足哪些基本條件？簡(jiǎn)述頁(yè)置換算法中的LRU（最近最少使用）算法的基本思想。六、在操作系統(tǒng)中，文件系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理磁盤上的文件。請(qǐng)簡(jiǎn)述文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“按名存取”的功能主要依賴于哪些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？并說(shuō)明文件系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)文件的共享。七、什么是死鎖？請(qǐng)列舉產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件。簡(jiǎn)述預(yù)防死鎖、避免死鎖和檢測(cè)/解除死鎖三種基本策略中的任意一種。八、信號(hào)量機(jī)制是解決進(jìn)程同步與互斥問題的重要工具。請(qǐng)解釋什么是信號(hào)量，并說(shuō)明P操作和V操作的具體含義。使用信號(hào)量機(jī)制，如何實(shí)現(xiàn)兩個(gè)進(jìn)程之間的互斥訪問臨界資源？九、假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)中有三種類型的資源A、B、C，數(shù)量分別為X、Y、Z?，F(xiàn)有三個(gè)進(jìn)程P1、P2、P3正在申請(qǐng)和釋放這些資源。請(qǐng)簡(jiǎn)述銀行家算法的基本思想，并說(shuō)明它如何判斷系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)，從而避免死鎖的發(fā)生。試卷答案一、進(jìn)程是資源分配的基本單位，線程是CPU調(diào)度的基本單位。進(jìn)程擁有獨(dú)立的地址空間和資源，而線程共享所屬進(jìn)程的地址空間和資源。線程的引入提高了并發(fā)性，減少了上下文切換的開銷，使得程序更高效。二、進(jìn)程的基本狀態(tài)有：就緒態(tài)（Ready）、運(yùn)行態(tài)（Running）、阻塞態(tài)（Blocked）。從就緒態(tài)轉(zhuǎn)換為阻塞態(tài)通常需要經(jīng)歷以下原因：1.進(jìn)程需要等待某個(gè)事件發(fā)生，例如等待I/O操作完成。2.進(jìn)程需要申請(qǐng)的資源當(dāng)前不可用。3.進(jìn)程主動(dòng)調(diào)用阻塞原語(yǔ)（如wait）。三、進(jìn)程執(zhí)行序列（Gantt圖）：```P1P4P1P2P3P5||||||0123456789101112```計(jì)算平均等待時(shí)間：P1:(2-0)+(4-2)+(6-4)+(8-6)+(10-8)+(12-10)=5+2+2+2+2+2=15P2:(3-1)=2P3:(5-3)=2P4:(1-0)=1P5:(12-11)=1平均等待時(shí)間=(15+2+2+1+1)/5=21/5=4.2四、分頁(yè)存儲(chǔ)管理將進(jìn)程的邏輯地址空間和物理內(nèi)存空間都劃分為大小相等的頁(yè)和塊（幀），通過頁(yè)表進(jìn)行地址映射。分段存儲(chǔ)管理將進(jìn)程的邏輯地址空間劃分為多個(gè)邏輯意義完整的段（如代碼段、數(shù)據(jù)段），段的大小可以不相等，通過段表進(jìn)行地址映射。分頁(yè)機(jī)制通過使用頁(yè)置換算法，當(dāng)需要調(diào)入內(nèi)存的頁(yè)不存在時(shí)，選擇一個(gè)在內(nèi)存中的頁(yè)淘汰掉，從而將新的頁(yè)調(diào)入內(nèi)存，解決了外部碎片問題（內(nèi)存中可能存在許多不連續(xù)的小空閑塊）。五、虛擬內(nèi)存是一種讓應(yīng)用程序認(rèn)為它擁有連續(xù)且私有的內(nèi)存空間的技術(shù)，實(shí)際上這部分空間可能存儲(chǔ)在磁盤上。采用虛擬內(nèi)存技術(shù)需要滿足的基本條件包括：1.具有足夠大的輔助存儲(chǔ)器（磁盤）。2.具有地址映射機(jī)制（硬件MMU）。3.具有合理的頁(yè)面置換算法。LRU（最近最少使用）算法的基本思想是：當(dāng)需要調(diào)入內(nèi)存而內(nèi)存不足時(shí)，淘汰那個(gè)在最近一段時(shí)間內(nèi)最久未被使用的頁(yè)。六、文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“按名存取”主要依賴于以下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：1.文件控制塊（FCB）或稱為目錄項(xiàng)（DirectoryEntry）：記錄文件的基本信息（如文件名、物理位置、大小、屬性等）。2.文件目錄：由一系列文件控制塊組成，用于檢索文件名與文件物理位置之間的映射關(guān)系。文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)文件共享可以通過：1.利用硬鏈接：為同一個(gè)物理文件創(chuàng)建多個(gè)目錄項(xiàng)。2.利用軟鏈接（符號(hào)鏈接）：創(chuàng)建一個(gè)指向目標(biāo)文件目錄項(xiàng)的鏈接文件。七、死鎖是指兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行過程中，因爭(zhēng)奪資源而造成的一種相互等待的現(xiàn)象，若無(wú)外力作用，這些進(jìn)程都將無(wú)法向前推進(jìn)。產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件是：1.互斥（MutualExclusion）：資源不能被共享，必須占用才能使用。2.請(qǐng)求與保持（HoldandWait）：進(jìn)程至少占有一個(gè)資源，并請(qǐng)求其他進(jìn)程占有的資源。3.不剝奪（NoPreemption）：資源只能由占有它的進(jìn)程使用，不能被強(qiáng)制剝奪。4.循環(huán)等待（CircularWait）：存在一個(gè)進(jìn)程等待環(huán)，環(huán)中的每個(gè)進(jìn)程都等待下一個(gè)進(jìn)程占有的資源。預(yù)防死鎖策略：破壞產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件之一或組合。例如，破壞循環(huán)等待可以通過資源按序申請(qǐng)（所有進(jìn)程按相同順序請(qǐng)求資源）。八、信號(hào)量是一個(gè)整型變量，用于表示資源的可用數(shù)量或進(jìn)程之間的同步狀態(tài)。P操作（Wait）和V操作（Signal）是信號(hào)量操作原語(yǔ)。P操作：進(jìn)程申請(qǐng)一個(gè)資源，若信號(hào)量S>0，則S:=S-1；若S=0，則進(jìn)程阻塞等待。V操作：進(jìn)程釋放一個(gè)資源，則S:=S+1，并喚醒等待該資源的某個(gè)進(jìn)程。使用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)互斥：定義一個(gè)信號(hào)量S初始化為1。每個(gè)需要訪問臨界資源的進(jìn)程在進(jìn)入臨界區(qū)前執(zhí)行P(S)，在離開臨界區(qū)后執(zhí)行V(S)。由于每次只有一個(gè)進(jìn)程能執(zhí)行P(S)成功，因此實(shí)現(xiàn)了互斥。九、銀行家算法的基本思想是：系統(tǒng)在分配資源前，先檢查該分配是否能使系統(tǒng)進(jìn)入安全狀態(tài)。安全狀態(tài)是指系統(tǒng)能找到一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行序列（安全序列），使得每個(gè)進(jìn)程都需要資源時(shí)，系統(tǒng)中有足夠的資源供其申請(qǐng)，這樣所有進(jìn)程最終都能完成。判斷系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)的方法：1.選擇一個(gè)尚未完成且資源需求量最小的進(jìn)程。2.檢查當(dāng)前系統(tǒng)能提供的資源加上該進(jìn)程所占有的資源，是否大于或等于該進(jìn)程的資源