第三章 操作系统

一 章节知识架构图

二 进程

进程通常由程序、数据集合、进程控制块 PCB 组成。PCB 是一种数据结构，是进程存在的唯一标识。PCB 的组织方式有线性、链接和索引方式。

三 PV 操作

P 操作：
① 将信号量 S 的值减一，即 $S=S-1$
② 如果 $S \geq 0$，则该进程继续执行；否则该进程置为等待状态。

V 操作：
① 将信号量 S 的值加一，即 $S=S+1$
② 如果 $S > 0$ 该进程继续执行；否则说明等待队列中有等待进程，需要唤醒等待进程。

真题示例 - 3.1：

假设系统中有 n 个进程共享 3 台打印机，任一进程最多只能使用 1 台打印机。若用 PV 操作控制 n 个进程使用打印机，则相应信号量 S 的取值范围为（）；若信号量 S 的值为 -3，则系统中有（）个进程等待使用打印机。

A. $0,-1, \cdots, -(n-1)$
B. $3,2,1,0,-1, \cdots, -(n-3)$
C. $1,0,-1, \cdots, -(n-1)$
D. $2,1,0,-1, \cdots, -(n-2)$

A. 0   B. 1   C. 2   D. 3

真题示例 - 3.2：

进程 P1、P2、P3 和 P4 的前驱图如下所示：

若用 PV 操作控制进程 P1~ P4 并发执行的过程，则需要设置 5 个信号量 S1、S2、S3、S4 和 S5，且信号量 S1 ~ S5 的初值都等于 0。下图中 a、b 和 c 处应分别填写（）；d、e 和 f 处应分别填写（）。

A. V(S1)V(S2)、P(S1)V(S3)和V(S4)
B. P(S1)V(S2)、P(S1)V(S2)和V(S1)
C. V(S1)V(S2)、P(S1)P(S3)和V(S4)
D. P(S1)P(S2)、V(S1)P(S3)和V(S2)

A. P(S2)、V(S3)V(S5)和P(S4)P(S5)
B. V(S2)、P(S3)V(S5)和V(S4)P(S5)
C. P(S2)、V(S3)P(S5)和P(S4)V(S5)
D. V(S2)、V(S3)P(S5)和P(S4)V(S5)

四 存储管理

当内存不太不够用时，用辅存来支援内存。 暂时不运行的模块换出到辅存上，必要时再换入内存。

4.1 地址重定位

地址重定位是指将程序中的地址虚拟地址（逻辑地址）变换成内存的真实地址（物理地址）的过程。

逻辑地址：
相对地址。CPU 所生成的地址。逻辑地址是内部和编程使用的、并不唯一。

物理地址：
绝对地址。加载到内存地址寄存器中的地址，内存单元的真正地址。

4.2 分页存储管理

分页存储管理：将一个进程的地址空间划分成若干个大小相等的区域，称为页。相应地，将主存空间划分成与页相同大小的若干个物理块，称为块或页框。

真题示例 - 4.1：

进程 P 有 8 个页面，页号分别为 0~7，页面大小为 4K，假设系统给进程 P 分配了 4 个存储块，进程 P 的页面变换表如下所示。表中状态位等于 1 和 0 分别表示页面在内存和不在内存。若进程 P 要访问的逻辑地址为十六进制 5148H，则该地址经过变换后，其物理地址应为十六进制（）；如果进程 P 要访问的页面 6 不在内存，那么应该淘汰页号为（）的页面。

A. 3148H   B. 5148H   C.7148H   D.9148H
A. 1   B. 2   C. 5   D. 9

4.3 分段管理

分段式存储管理系统中，为每个段分配一个连续的分区，而进程中的各个段可以离散地分配到主存的不同分区中。在系统中为每个进程简历一张段映射表，简称为“段表”。每个段在表中占有一个表项，在其中记录了该段在主存中的起始地址（又称为“基址”）和段的长度。进程在执行时，通过查段表来找到每个段所对应的主存区。

4.4 段页式管理

段页式系统的基本原理是先将整个主存划分成大小相等的存储块（页框），将用户程序按照程序的逻辑关系分为若干个段，再将每个段划分成若干页，以页框为单位离散分配。在段页式系统中，其地址结构由段号、段内页号和页内地址三部分组成。

五 设备管理

5.1 程序控制

无条件传送：
I/O 端口总是准备好，CPU 在需要时，随时直接利用访问相应的 I/O 端口。

程序查询：
CPU 必须不停地测试 I/O 设备的状态端口。CPU 与 I/O 设备是串行工作的。

5.2 中断

某个进程要启动某个设备时，CPU 就向相应的设备控制器发出一条设备 I/O 启动指令，然后 CPU 又返回做原来的工作。CPU 与 I/O 设备可以并行工作。

5.3 DMA（Direct Memory Access，直接主存存取）

通过DMA 控制器直接进行批量数据交换，除了在数据传输开始和结束时，整个过程无须 CPU 的干预。

真题示例 - 5.1：

DMA（直接存储器访问）工作方式是在（）之间建立起直接的数据通道。

A. CPU 与 外设   B. CPU 与 主存   C. 主存 与 外存   D. 外设 与 外设

六 文件存储管理

真题示例 - 6.1：

某文件系统文件存储采用文件索引节点法。假设文件索引节点中有 8 个地址项 iaddr[0] ~ iaddr[7]，每个地址项大小为 4 字节，其中地址项 iaddr[0] ~ iaddr[5] 为直接地址索引，iaddr[6] 是一级间接地址索引，iaddr[7] 是二级间接地址索引，磁盘索引块和磁盘数据块大小均为 4KB。该文件系统可表示的单个文件最大长度是（）KB。若要访问 iclsClient.dll 文件的逻辑块号分别为 6、520 和 1030，则系统应分别采用（）。

A. 1030   B. 65796   C. 1049606   D. 4198424

A. 直接地址索引、一级间接地址索引和二级间接地址索引
B. 直接地址索引、二级间接地址索引和二级间接地址索引
C. 一级间接地址索引、 一级间接地址索引和二级间接地址索引
D. 一级间接地址索引、二级间接地址索引和二级间接地址索引

七 设备管理

位示图法。该方法是在外存上建立一张位示图（Bitmap），记录文件存储器的使用情况。每一位仅对应文件存储器上的一个物理块，取指 0 和 1 分别表示空闲和占用。

真题示例 - 7.1：

某文件管理系统在磁盘上建立了位示图（bitmap），记录磁盘的使用情况。若磁盘上物理块的编号依次为 0、1、2、…。系统中的字长为 64 位，字的编号依次为 0、1、2…。字中的一位对应文件存储器上的一个物理块。取值 0 和 1 分别表示空闲和占用。如下图所示。假设操作系统将 256 号物理块分配给某文件，那么该物理块的使用情况在位示图中编号为（）的字中描述，系统应该将（）。

A. 3   B. 4   C. 5   D. 6

A. 该字的 0 号位置 “1”
B. 该字的 63 号位置 “1”
C. 该字的 0 号位置 “0”
D. 该字的 63 号位置 “0”

真题答案