计算机操作系统面经（一）

计算机操作系统面经（二）

计算机操作系统面经（三）

    （1）目录结构有：单级目录结构，两级目录结构、多级目录结构（树形结构）、无环目录结构。

    （2）目前广泛采用的是多级目录结构（树形结构）。

    （3）优点：

        （3.1）允许文件重名；

        （3.2）便于实现文件共享；

        （3.3）能有效提高对目录的检索；

    （1）连续分配：连续分配方法要求每个文件在磁盘上占有一组连续的块。

          优点：实现简单，存取速度快；

          缺点：文件长度不宜动态增加，因为一个文件末尾后的盘块可能己分配给其他文件，一旦需要增加，就需要大量移动盘块。

    （2）链接分配：链接分配采取离散分配的方式，可以分为隐式链接和显式链接两种形式。

         优点：可解决外存的碎片问题，提高外存空间的利用率，动态增长较方便

         缺点：只能按照文件的指针链顺序访问，查找效率低，指针信息存放消耗外存空间。

    （3）索引分配：把每个文件的所有的盘块号集中在一起构成索引块（表）

          优点：可以随机访问；易于文件的增删

          缺点：索引表增加了存储空间的开销；索引表的查找策略对文件系统效率影响较大。

    （1）先来先服务（First Come First Served, FCFS）算法：FCFS 算法根据进程请求访问磁盘的先后顺序进行调度，这是一种最简单的调度算法；

    （2）最短寻找时间优先（ Shortest Seek Time First, SSTF ） 算法：SSTF算法选择调度处理的磁道是与当前磁头所在磁道距离最近的磁道，以便使每次的寻找时间最短

    （3）扫描（ SCAN ）算法（又称电梯调度算法）：SCAN算法在磁头当前移动方向上选择与当前磁头所在磁道距离最近的请求作为下一次服务的对象，实际上就是在最短寻找时间优先算法的基础上规定了磁头运动的方向。

    （4）循环扫描（Circular SCAN, C-SCAN）算法：在扫描算法的基础上规定磁头单向移动来提供服务，回返时直接快速移动至起始端而不服务任何请求。 

    （1）程序直接控制方式：由CPU通过程序不断查询I/0设备是否己做好准备，从而控制I/0设备与主机交换信息。程序直接控制方式虽然简单且易于实现，但是由于CPU和I/0设备只能串行工作，导致CPU的利用率相当低。

    （2）中断驱动方式：只在I/O设备准备就绪并向CPU发出中断请求时才予以响应。

    （3）DMA方式：主存和I/0 设备之间有一条直接数据通路，当主存和I/O设备交换信息时，无须调用中断服务程序。

    （4）通道方式：在系统中设有通道控制部件，每个通道都挂接若干外设，主机在执行I/O 命令时，只需启动有关通道，通道将执行通道程序，从而完成I/O操作。

    （1）用户层I/0软件：实现与用户交互的接口，用户可直接调用在用户层提供的、与 I/O操作有关的库函数，对设备进行操作。

    （2）设备独立性软件：用于实现用户程序与设备驱动器的统一接口、设备命令、设备保护及设备分配与释放等，同时为设备管理和数据传送提供必要的存储空间。

    （3）设备驱动程序：与硬件直接相关，负责具休实现系统对设备发出的操作指令，驱动 I/O设备工作的驱动程序。

    （4）中断处理程序：用于保存被中断进程的 CPU 环境，转入相应的中断处理程序进行处理，处理完并恢复被中断进程的现场后，返回到被中断进程。

    （5）硬件设备：I/O设备通常包括一个机械部件和一个电子部件。

    （1）状态跟踪。要实现实时掌握外部设备的状态。

    （2）设备存取。要实现对设备的存取操作。

    （3）设备分配。在多用户环境下，负责设备的分配与回收。

    （4）设备控制。包括设备的驱动、完成和故障的中断处理。

    （1）缓和CPU与I/O设备之间速度不匹配的矛盾。

    （2）减少对 CPU 的中断频率，放宽对CPU中断响应时间的限制。

    （3）解决基本数据单元大小（即数据粒度）不匹配的问题。

    （4）提高CPU和I/O设备之间的并行性。

    （1）设备独立性是指用户在编程序时使用的设备与实际设备无关。一个程序应独立于分配给它的某类设备的具体设备，即在用户程序中只指明I/0使用的设备类型即可。

    （2）设备独立性有以下优点：

        （2.1）方便用户编程；

        （2.2）使程序运行不受具体机器环境的限制。

        （2.3）便于程序移植

    （1）为了缓和CPU的高速性与I/O设备低速性之间的矛盾，引入了脱机输入／输出技术。该技术利用专门的外围控制机，将低速I/O设备上输入设备的数据传送到高速磁盘上，或者相反。

    （2）组成部分：

        （2.1）输入井和输出井：输入井和输出井是指在磁盘上开辟出的两个存储区域。输入井模拟脱机输入时的磁型，用于收容I/O设备输入的数据。输出井模拟脱机输出时的磁盘，用于收容用户程序的输出数据。

        （2.2）输入缓冲区和输出缓冲区：输入缓冲区和输出缓冲区是在内存中开辟的两个缓冲区。输入缓冲区用于暂存由输入设备送来的数据，以后再传送到输入井。输出缓冲区用于暂存从输出井送来的数据，以后再传送到输出设备。

        （2.3）输入进程和输出进程：

    （3）共享打印机是使用SPOOLing技术的一个实例，当用户进程请求打印输出时， SPOOLing系统同意为它打印输出，但并不真正立即把打印机分配给该用户进程，而只为它做两件事：

        （3.1）由输出进程在输出井中为之申请一个空闲磁盘块区，并将要打印的数据送入其中 。

        （3.2）输出进程再为用户进程申请一张空白的用户请求打印表，井将用户的打印要求填入其中，再将该表挂到请求打印队列上。

    （1）管态又叫特权态，系统态或核心态。CPU在管态下可以执行指令系统的全集。如果程序处于管态，则该程序就可以访问计算机的任何资源，即它的资源访问权限不受限制。通常，操作系统在管态下运行。

    （2）目态又叫常态或用户态。机器处于目态时，程序只能执行非特权指令，不能直接使用系统资源，也不能改变CPU的工作状态，并且只能访问这个用户程序自己的存储空间。

    （3）区分管态和目态两种操作方式的目的是为了保护操作系统程序。通常CPU执行两种不同性质的程序，一种是操作系统内核程序，一种是用户自编程序或系统外层的应用程序，对操作系统而言，这两种程序的作用不同，前者是后者的管理者，因此，“管理程序”要执行一些特权指令，而“被管理程序”处于安全考虑不能执行这些指令。所谓特权指令，是指计算机中不允许用户直接使用的指令，比如I/O指令。

    （1）系统调用。用户态进程通过系统调用申请使用操作系统提供的服务程序完成工作。系统调用机制的核心是使用操作系统为用户特别开放的一个中断来实现。

    （2）异常。当CPU在执行用户态程序时，发生了某些事先不可知的异常，这时会触发由当前运行进程切换到处理此异常的内核相关程序中，也就转到了内核态。

    （3）I/O设备的中断。当I/O设备完成用户请求操作后，会向CPU发出相应的中断信号，这时CPU会暂停执行下一条即将要执行的指令，转而去执行与中断信号对应的处理程序。