操作系统学习笔记

这里专门摘录操作系统相关笔试题和面试题！也当作自己的一个复习！
一个很全的操作系统常考知识集合：

1.分段式存储和分页式存储，以及段页式存储的区别：
★分页是一维存储，分段是二维的
因为分页给出虚拟地址后，操作系统会自动划分页号和偏移量
而分段给出地址后，需要知道段号和偏移量，段的长度是可变的！故是二维的

★分页和分段管理要访问2次内存，而段页式要3次

★分段不会产生内部碎片，分页不会产生外部碎片

2.死锁：

★死锁产生的条件：

①进程互斥，即1个进程只用1个资源
②进程可以占有资源，并进行等待
③进程之间不能强行抢占资源
④会出现循环等待，即出现等待封闭链
★处理方法：
①死锁预防，即将上面4个条件之一进行去除，但是去除一个条件就会影响系统性能
②死锁避免：通过一定算法，在“预估”进程启动可能会死锁后，选择不执行相关进程或者不分配资源
③死锁检测：通过算法检测当前是否处于死锁，若处于则进行死锁去除，例如强制释放等。

3．UNIX系统中，目录结构采用（） 
Ａ．单级目录结构 Ｂ．二级目录结构 Ｃ．单纯树形目录结构 Ｄ．带链接树形目录结构

4.避免死锁的一个著名的算法是（B） 
A.先入现出法     
B.银行家算法   
C.优先级算法    
D.资源按需分配法 

5.怎么理解分配延迟（dispatch lantency）
A.分配器停止一个进程到开启另一个进程的时间  
B. 处理器将一个文件写入磁盘的时间  
C. 所有处理器占用的时间                        
D.以上都不对
解析：分派程式停止某一个处理元使用中央处理器，并分派中央处理器给另一个处理元所需的时间，称为分派时间（Dispatch Latency）。
16.假定我们有3个程序，每个程序花费80%的时间进行I/O，20%的时间使用CPU。每个程序启动时间和其需要使用进行计算的分钟数如下，不考虑进程切换时间。  
程序编号      启动时间                 需要CPU时间（分钟）
1                      00:00                       3.5 
2                      00:10                       2 
3                      00:15                      1.5 
请问在多线程/进程环境下，系统的总响应时间是（）
 A.22.5           B.23.5         C.24.5         D.25.5 
解答： 多道编程时CPU利用率的求法： 
只有一个进程的时候，CPU利用率肯定是20%。  
两个进程的时候：CPu利用率是：20% + (1-20%)*20% = 36%  (在80%的IO时间执行20%的CPU) 
三个进程是：36% + (1-36%)*20% = 48.8%  
其它的依次类推。 
0-10分钟的时候，只有一个进程1在运行。  
单进程CPU占有率是20%，所以这10分钟内，进程1消耗了2分钟的CPU。
进程2是0，进程3也是0  
然后在10-15分钟内，有两个进程在运行（1和2），双进程的CPU利用率是36%，  
所以，这五分钟内，CPU一共利用了1.8分钟，平均分给每个进程，是0.9分钟。  
此时，进程1已经占用了CPU 2.9分钟，还需要0.6分钟，这时候有三个进程在运行，所有总的CPU时间需要1.8分钟。 
三进程的CPU利用率是48.8%，所以总共需要1.8/0.488=3.69分钟。这时，进程1已经3.5分钟的CPu利用时间利用完了。
此时还剩下2和3号进程在运行。
2号进程还需要0.5分钟，所以0.5×2/0.36=2.78，此时2号进程的2分钟CPU时间也利用完了。  
3号进程还需要0.4分钟的CPU利用时间。0.4/0.2 = 2  

17.在所有非抢占CPU调度算法中，系统平均响应时间最优的是（C） 
A.实时调度算法     B.短任务优先算法       C.时间片轮转算法       D.先来先服务算法  
书上P286页指出，轮转法RR对所有进程产生的标准周转时间平均最短，公平地对待了所有进程
内存换页算法： 先进先出页面置换算法（FIFO）：选择最早进入内存的页面置换 最近最久未使用页面置换算法（LRU）：选择最近一段时间内最长时间没有被访问的页面置换 最优淘汰算法（OPT）：选择最长一段时间内不会被访问的页面进行置换，需要先将程序执行一遍，获得页面的使用情况。性能最好，但不容易事先，一般用来评价其他页面置换算法的好坏

18.什么是内存抖动（Thrashing）?
A.非常频繁的换页活动     B.非常高的CPU执行活动   C.一个极长的执行进程     D.一个极大的虚拟内存交换活动   
解析： 页面的频繁更换，导致整个系统效率急剧下降，这个现象称为内存抖动。  抖动一般是内存分配算法不好，内存太小引或者程序的算法不佳引起的页面频繁从内存调入调。
 
19. Belay's Anomaly 出现在哪里（B）  
A.内存管理算法     B.内存换页算法     C.预防死锁算法     D.磁盘调度算法  
解析： Belady异常（Belady Anomaly）：有些情况下，页故障率（缺页率）可能会随着所分配的帧数的增加而增加。 
原因：因为使用了不恰当的演算法(如FIFO)，虽然空间够多(frame够多)，但因为总是选到不应该被swap的page，所以反而让page fault次数变多了。

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某操作系统采用分页存储管理方式，下图给出了进程A的页表机构。如果物理页的大小为512字节，那么进程A逻辑地址为0x0457（十六进制）的变量存放在（ ）号物理内存页中。



A：9    B：2   C：4   D：6    E：8    F：5答案：C解答：16位逻辑地址，假设前n位为逻辑页号，后16-n位为偏移地址。每一页大小为512，512=2^9，说明0x0457的后9位是页内偏移地址，前7为为页号。前7位为0000 010，也就是页号为2，因此对应物理页是4。

12、在5个页框上使用LRU页面替换算法，当页框初始为空时，引用序列为0、1、7、8、6、2、3、7、2、9、8、1、0、2，系统将发生（C）次缺页
A、13            B、12           C、11          D、8
分析：首先填满五个，发生五次缺页0 1 7 8 6
2缺页，替换最远的0 ->2 1 7 8 6
3缺页，替换最远的1->2 3 7 8 6
7不缺页……
每次选择替换的页，看它的前五个就行了！选择最远的那个替换

文件分配表FAT是管理磁盘空间的一种数据结构，用在以链接方式存储文件的系统中记录磁盘分配和追踪空白磁盘块，整个磁盘仅设一张FAT表，其结构如下所示，如果文件块号为2，查找FAT序号为2的内容得知物理块2的后继物理块是5，再查FAT序号为5的内容得知物理块5的后继物理块是7，接着继续查FAT序号为7的内容为“Λ”，即该文件结束标志，
假设磁盘物理块大小为1KB，并且FAT序号以4bits为单位向上扩充空间。请计算下列两块磁盘的FAT最少需要占用多大的存储空间？
（1）一块540MB的硬盘                  （2）一块1.2GB的硬盘
分析：（1）磁盘块大小为1KB，540MB的硬盘可以分成540MB/1KB=5.4*105个磁盘块，因此至少需要5.4*105<220个编号，需要20bit存储空间
      （2）同理，1.2G至少需要1.2*106<221个编号，为21bit，由于FAT序号以4bits为单位向上扩充，因此需要24bit存储空间

在Linux的文件系统中，保存在磁盘分区中的文件不管是什么类型都给它分配一个编号，称为索引节点号inode 。软连接，其实就是新建立一个文件，这个文件就是专门用来指向别的文件的（那就和windows 下的快捷方式的那个文件有很接近的意味）。软链接产生的是一个新的文件，但这个文件的作用就是专门指向某个文件的，删了这个软连接文件，那就等于不需要这个连接，和原来的存在的实体原文件没有任何关系，但删除原来的文件，则相应的软连接不可用（cat那个软链接文件，则提示“没有该文件或目录“）
硬连接是不会建立inode的，他只是在文件原来的inode link count域再增加1而已，也因此硬链接是不可以跨越文件系统的。相反都是软连接会重新建立一个inode，当然inode的结构跟其他的不一样，他只是一个指明源文件的字符串信息。一旦删除源文件，那么软连接将变得毫无意义。而硬链接删除的时候，系统调用会检查inode link count的数值，如果他大于等于1，那么inode不会被回收。因此文件的内容不会被删除。硬链接实际上是为文件建一个别名，链接文件和原文件实际上是同一个文件。可以通过ls -i来查看一下，这两个文件的inode号是同一个，说明它们是同一个文件；而软链接建立的是一个指向，即链接文件内的内容是指向原文件的指针，它们是两个文件。软链接可以跨文件系统，硬链接不可以；软链接可以对一个不存在的文件名(filename)进行链接（当然此时如果你vi这个软链接文件，linux会自动新建一个文件名为filename的文件）,硬链接不可以（其文件必须存在，inode必须存在）；软链接可以对目录进行连接，硬链接不可以。两种链接都可以通过命令 ln 来创建。ln 默认创建的是硬链接。使用 -s 开关可以创建软链接。

交换分区大小一般是内存的1.5-2倍