软考软件设计师网课课程学习笔记—操作系统部分（5-7分）

一、操作系统-概述

1.管理系统的硬件、软件、数据资源
2.控制程序运行
3.人机之间的接口
4.应用软件与硬件之间的接口

操作系统管理职能：进程管理（进程的状态、前趋图、PV操作、死锁问题），存储管理（段页式存储，页面置换算法），文件管理（索引文件、位示图），作业管理，设备管理。

微内核操作系统（虚设备与SPOOLING技术）

二、进程管理

1.进程的状态

2.进程的同步与互斥

互斥:如千军万马过独木桥
同步:速度有差异，在一定情况停下等待

3.PV操作

临界资源:诸进程间需要互斥方式对其进行共享的资源，如打印机、磁带机等

临界区:每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区

信号量:是一种特殊的变量

例1：

解析：假设没有a1、a2、b1、b2的约束而产生那些问题从而照出约束

假设先实行收银员进程没有b1约束则周而复始实行收费进程，但收费的前提是没有消费者提出购书请求，收费行为是不被允许的，则b1应为P操作，且b1应是由付款动作唤醒的，即是a1唤醒b1。当a1未收到付款申请时，a1是被阻塞的则a1应为V操作（唤醒收银操作）。所以由a1和b1是一对PV操作则PV操作中的值应该相同且s1=s2所以填入那个均可。因为V操作不具备阻塞职能，所以a2应当可以实行阻塞操作所以a2应该填入P操作则b2为V操作则只能选 AD

例2：

解析：设置信号量遵循从左到右，从上到下。每一个箭头即对应一个信号量。箭头起点即为V操作终点为P操作。易得答案为C,A,A

4.死锁问题

进程管理是操作系统的核心，但如果设计不当，就会出现死锁的问题如果一个进程在等待一件不可能发生的事，则进程就死锁了。而如果个或多个进程产生死锁，就会造成系统死锁。

例:系统有3个进程:A、B、C。这3个进程都需要5个系统资源。如果系统至少有多少个资源，则不可能发生死锁。

解析：不会发生死锁所需拥有资源最小数=进程数×（需要资源数-1）+1

左侧为产生死锁拥有的必须条件

银行家算法:分配资源的原则

当一个进程对资源的最大需求量不超过系统中的资源数时可以接纳该进程

进程可以分期请求资源，但请求的总数不能超过最大需求量

当系统现有的资源不能满足进程尚需资源数时，对进程的请求可以推迟分配但总能使进程在有限的时间里得到资源

解析：首先确定剩余资源。将已分配全部减去得出。剩余（R1：2、R2：1、R3：0）

则将剩余资分配给剩余源数大于进程还需要资源数的进程。否则将产生死锁。

三、存储管理

1.分区存储组织

某计算机系统的内存大小为128k，采用可变分区分配方式进行内存分配，当前系统的内存分块情况如下图所示，现有作业4申请内存9k，几种不同的存储分配算法在分配中，会产生什么样的结果呢?

首次适应法：第一个符合需求的空间即分配。

最佳适应法：用最小的空闲区间依次匹配符合即分配（缺陷：长时间运行后容易产生较多的小的内存碎片难以利用）。

最差适应法：用最大的空闲区间分配。

循环首次适应法：将空闲区连成循环依次按顺序分配

2.页式存储组织

页式存储：为解决大程序无法一次性装入的问题，将用户程序等分为同样大小的页，将内存空间也等分为同样大小的页。需要使用时将对应的页调入。

练习：

答案：A，B

解析：要求物理地址，首先应将逻辑地址中的页号有页内地址分开。通过页面大小分开，4K写成二进制是2^12（说明页内地址为12位，转化为十六进制则为三位即A29）页号是5查表得页帧号（即物理块号）是6则选A。淘汰只能淘汰在内存里的页号，且被访问为1的不能被淘汰，所以只有1号页选B。

3.段式存储组织

4.段页式存储组织

5.快表

快表是一块小容量的相联存储器(AssociativeMemory)，由高速缓存器组成速度快，并且可以从硬件上保证按内容并行查找，一般用来存放当前访问最频繁的少数活动页面的页号。

6.页面置换算法

最优(0ptimal，0PT)算法
随机(RAND)算法
V先进先出(FIFO)算法:有可能产生“抖动”。例如，432143543215序列，用3个页面，比4个缺页要少
最近最少使用(LRU)算法:不会“抖动”

练习：

解析：没有使用快表即每读一次内存的块需要一次查一次表所以每块需要两次内存访问所以（1）选A

指令会一次性读入，其他块因为在两个页中则各会产生两次缺页中断。（2）选C

四、文件管理

1.索引文件结构

练习

解析：逻辑块5对应即58，因为数据盘块大小为1k那么在一级间接地址索引中一个盘块可以存256个5+256为261则逻辑块261对应的是187。101由图应是二级地址索引表

2.文件和树型目录结构

文件属性：R 只读文件属性、A 存档属性、S 系统文件、H 隐藏文件

文件名的组成：驱动器号、路径、主文件名、扩展名

绝对路径:是从盘符开始的路径
相对路径:是从当前路径开始的路径。
若当前目前为:D1，要求F2路径，则:绝对路径:/D1/W2/F2，相对路径:W2/F2

3.空闲存储空间的管理

空闲区表法(空闲文件目录)
空闲链表法
位示图法
成组链接法

练习

解析：1个字有32位，4195号即第4196个物理块4196/32=131.125所以在第132个字当中选D。

占用物理块那么取值一定为1排除AC，所以第三位置“1”。

五、设备管理

1.数据传输控制方式

2.虚设备与SPOOLING技术

六、微内核操作系统

	实质	优点	缺点
单体内核	将图形、设备驱动及文件系统等功能全部在内核中实现，运行在内核状态和同一地址空间。	减少进程间通信和状态切换的系统开销，获得较高的运行效率。	内核庞大，占用资源较多且不易剪裁。 系统的稳定性和安全性不好。
微内核	只实现基本功能，将图形系统、文件系统、设备驱动及通信功能放在内核之外。	内核精练，便于剪裁和移植。系统服务程序运行在用户地址空间，系统的可靠性稳定性和安全性较高。可用于分布式系统	用户状态和内核状态需要频繁切换，从而导致系。

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