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常考计算机操作系统面试习题（二）（上）

article 2025/3/24 10:24:25

1. 描述分段内存管理机制

2. 解释文件分配磁盘块链接分配方法的优点和缺点

3. 进程的状态有哪些？

4. 一个进程的空间包括哪些部分？

5. 进程和程序的区别？

6. CPU调度可能发生在当一个进程：

7. 哪些条件同时出现，死锁将会发生？

8. 常见的调度方法有哪些？列出5种。

9. 如何用互斥锁来解决临界区问题？

10. 如何用信号量来解决临界区问题？

11. 如何用swap指令实现互斥？

12. 文件的基本属性有哪些？

13. 端口寄存器共有几种类型？分别是哪些类型？

14. 计算机系统有哪些部分构成？

15. 简述分页管理

16. 如何预防死锁？

17. 描述安全状态算法

18. 描述是否满足进程 Pi 的资源请求算法

19. 描述死锁检测算法

20. 描述指令和数据绑定到内存地址可以在三个不同的阶段

21. 用Test-and-Set指令实现互斥

22. 描述缺页错误的处理过程

23. 解释文件分配磁盘块顺序分配方法及优点缺点

1. 描述分段内存管理机制

参考答案：
在分段内存管理机制中，逻辑地址是由两个向量组成：<segment-number, offset>。每个进程由多个段组成，每个段对应不同类型的数据或代码。
段表用于映射这些逻辑地址到物理地址。段表的每一项包括：

基址（Base Address）：指向该段在物理内存中的起始地址。
限长（Limit）：指定该段的长度，防止访问越界。

2. 解释文件分配磁盘块链接分配方法的优点和缺点

参考答案：
优点：

提高磁盘空间利用率：无需为每个文件预留固定的大小，可以动态分配磁盘空间。
支持文件动态扩充：文件可以随时增加更多磁盘块。
便于文件的插入和删除：文件在磁盘上的位置可以灵活调整。

缺点：

存取速度较慢：需要顺序访问每个块，适合顺序访问而非随机访问。
当物理块间的连接指针损坏时，可能会导致数据丢失。

3. 进程的状态有哪些？

参考答案：

新建：进程正在被创建中。
运行：进程的指令正在执行。
等待：进程在等待某些事件的发生。
就绪：进程已准备好执行，等待分配 CPU。
终止：进程的执行已完成。

4. 一个进程的空间包括哪些部分？

参考答案：

代码部分（文本部分）：存储程序的指令。
堆：动态分配的内存区域，用于存放运行时分配的内存。
堆栈：用于存储函数调用相关信息，包括局部变量、返回地址等。
数据部分：存储程序的全局变量和已初始化数据。

5. 进程和程序的区别？

参考答案：

进程是程序的一次执行实例，是程序在内存中的表现。
程序是静态的，它是一个可执行文件，通常存储在硬盘上。
进程具有状态、生命周期，而程序是固定的，执行时才成为进程。

6. CPU调度可能发生在当一个进程：

参考答案：

从运行状态转为就绪状态。
从等待状态转为就绪状态。
当进程的时间片用尽。
当发生中断时。
第1和第4种情况发生的调度称为 非抢占式调度（nonpreemptive），其他情况发生的调度称为 抢占式调度（preemptive）。

7. 哪些条件同时出现，死锁将会发生？

参考答案：

互斥：一次只能有一个进程使用资源。
占有并等待：进程持有资源，并等待其他资源。
不可抢占：资源只能由持有它的进程释放。
循环等待：形成一个进程等待资源的闭环，如 P0 → P1 → P2 → P0。

8. 常见的调度方法有哪些？列出5种。

参考答案：

FCFS（先来先服务）
SJF（最短作业优先）
Priority（优先级调度）
RR（时间片轮转）
多级队列调度
多级反馈队列调度

9. 如何用互斥锁来解决临界区问题？

参考答案：

do {
    请求锁
    // critical section
    释放锁
    // remainder section
} while (TRUE);

10. 如何用信号量来解决临界区问题？

参考答案：

Semaphore S; 
// 初始化为 1
do {
    P(S); // 或 wait(S)
    // 临界区
    V(S); // 或 signal(S)
    // 剩余区
} while (true);

11. 如何用swap指令实现互斥？

参考答案：

共享数据 (初始化为 false):
boolean lock; 
boolean waiting[n];
进程 Pi do {
    key = true;
    while (key == true) 
        swap(lock, key);
    // critical section
    lock = false;
    // remainder section
}

12. 文件的基本属性有哪些？

参考答案：

文件标志：标识文件的名称及属性。
文件逻辑结构：文件的信息大小、组织方式等。
文件物理结构信息：存储文件的物理数据块等。
文件使用信息：如访问时间、创建时间等。
文件许可信息：如文件的权限、文件拥有者等。

13. 端口寄存器共有几种类型？分别是哪些类型？

参考答案： 4种类型：

数据输入端口
数据输出端口
控制端口
状态端口

14. 计算机系统有哪些部分构成？

参考答案：

硬件：提供基本的计算资源。
操作系统：控制和协调应用程序对硬件的使用。
应用程序：规定用户如何使用系统资源。
用户：包括人、机器和其他计算机。

15. 简述分页管理

参考答案： 分页管理将物理内存分成大小固定的块，称为帧。将逻辑内存也分成大小固定的块，称为页。

系统保留空闲帧的记录。
当一个程序运行时，系统会将程序的页加载到空闲的帧中。
系统会为每个程序建立一个页表，将逻辑地址转换为物理地址，从而访问内存。

16. 如何预防死锁？

参考答案： 预防死锁的方法是通过抑制死锁发生的必要条件：

互斥：避免资源必须被独占使用。
占有并等待：必须确保进程申请资源时未占有其他资源。
不可抢占：允许资源在进程执行未完成时被抢占。
循环等待：通过对资源类型进行排序，进程按顺序申请资源，避免形成等待环路。

17. 描述安全状态算法

参考答案： 安全状态算法通过以下步骤进行：

初始化向量 Work 和数组 Finish。
设置 Work = Available，并初始化 Finish[i] = false（对所有进程）。
查找满足条件的进程 i：
- Finish[i] = false 且 Need[i] ≤ Work。
如果找到满足条件的进程 i，更新：
- Work = Work + Allocation[i]。
- 设置 Finish[i] = true。
返回步骤 2。
如果所有 Finish[i] = true，则系统处于安全状态；否则，系统处于不安全状态。

18. 描述是否满足进程 Pi 的资源请求算法

参考答案：

Request_i 是进程 Pi 的资源请求向量，表示 Pi 请求 R_jm 的 k 个实例。
如果 Request_i ≤ Need_i，继续步骤 2；否则报错，因请求超过声明的最大值。
如果 Request_i ≤ Available，继续步骤 3；否则，进程 Pi 必须等待，资源不可用。
假设满足条件，进行分配：
- 更新 Available = Available - Request_i。
- 更新 Allocation_i = Allocation_i + Request_i。
- 更新 Need_i = Need_i - Request_i。
如果系统仍处于安全状态，则分配资源给 Pi；否则恢复原有资源分配状态，Pi 必须等待。

19. 描述死锁检测算法

参考答案：

初始化向量 Work 和数组 Finish。
设置 Work = Available，并初始化 Finish[i]：
- 如果 Allocation[i] = 0，设置 Finish[i] = true；否则，设置 Finish[i] = false。
查找满足条件的进程 i：
- Finish[i] = false 且 Request[i] ≤ Work。
如果找到满足条件的进程 i，更新：
- Work = Work + Allocation[i]。
- 设置 Finish[i] = true。
如果 Finish[i] = false，则系统处于死锁状态，且进程 Pi 是死锁的。

20. 描述指令和数据绑定到内存地址可以在三个不同的阶段

参考答案：

编译时期（Compile time）：如果内存位置已知，编译时可生成绝对代码；如果开始位置改变，则需要重新编译。
加载时期（Load time）：如果存储位置在编译时未知，则必须生成可重定位代码。
执行时期（Execution time）：如果进程在执行时可以在内存中移动，则地址绑定延迟到运行时，硬件通过基址寄存器和限长寄存器来实现地址映射。

21. 用Test-and-Set指令实现互斥

参考答案：

boolean lock = false;
do {
    while (TestAndSet(lock)) ;   // 自旋等待直到锁可用
    // critical section
    lock = false;   // 离开临界区，释放锁
    // remainder section
} while (true);