操作系统概念（导论）

2024-01-07 21:10:10

SDU考试特别提醒：
整无语了，遇到hmb老师出题就躺平了吧。八个论述两个计算（死锁检测、硬盘访问），论述题感觉像考研题，基本是结合xx谈谈xx这样。
分数直接爆炸，心累了，呜呜。

操作系统（概念）

操作系统也叫作内核kernel，是一直运行在计算机上，控制和管理整个计算机系统的软硬件资源，合理地组织、调度计算机的工作与资源分配，为用户和其他软件提供方便接口与环境的程序集合。操作系统是最基本的系统软件。

多处理器系统的主要优点：增加吞吐量、规模经济、增加可靠性

人工操作→批处理系统→多道批处理系统→分时系统→实时系统→网络与分布式系统

操作系统提供的接口（用户能使用的接口）：

命令接口，又分为联机命令接口（适用于分时或实时操作系统）、脱机命令接口（适用于批处理系统）
程序接口，由一组系统调用（也叫广义指令）组成，用户使用系统调用请求操作系统为其提供服务

进程是执行的程序。操作系统负责：在CPU上调度进程和线程、创建和删除用户进程和系统进程、挂起和重启进程、提供进程同步机制、提供进程通信机制

多道分时环境下，多用户同时使用一个系统可能导致哪些安全问题？

问题①：两个用户同时访问并修改同一个文件，会导致先提交的用户的修改内容被覆盖。

问题②：如果有用户恶意修改操作系统，可能导致整个系统出错，所有用户都无法正常使用。
中断有何作用？陷阱与中断有何区别？

现代操作系统是中断驱动的，操作系统通过中断接管CPU，协调不同设备和进程的并发运行，处理出错的程序，响应请求等等。陷阱是指令执行过程中在处理机内部发生的事件，中断是来自处理机外部的请求事件。
用户能否故意制造中断？这样做有什么目的？

能。用户通过中断（如访管指令）请求操作系统提供服务，使操作系统转换为核心态，实现输入/输出等操作。
若计算机不支持硬件操作特权模式，能否为其构建安全的操作系统？为什么？

不能。不支持硬件操作特权模式，意味着操作系统与普通程序的权利没有区别，计算机上运行的所有程序都能执行特权指令，甚至篡改与操作系统运行有关的文件，给系统安全带来极大的隐患。
操作系统提供的服务和功能可以分为哪两大类，有什么区别？

一类服务是为了满足用户使用的需要，如用户界面、I/O操作等，这些服务方便了程序员和用户的使用；另一类服务是为了确保操作系统的安全和效率，如资源分配、保护与安全等。
微内核设计有哪些优缺点？

优点：降低了内核的复杂度，有效地分离了内核与服务、服务与服务，各部分可以独立优化；容易移植，可靠性高；如果运行的一个服务出错，操作系统的其他部分不受影响。

缺点：需要在用户态和内核态之间频繁切换，影响性能。

进程

长期、中期、短期调度之间的区别是什么

长期调度：从磁盘的缓冲池中选择进程装入内存，等待执行

短期调度：从内存中的就绪队列中选择进程，为其分配处理机

中期调度：将内存中的进程换出到磁盘中，该进程稍后可以再被换入内存，从中断处继续执行
描述内核在两个进程之间进行上下文切换的过程

内核先将处理机上下文（程序计数器和其他寄存器的值）保存到旧进程的PCB中，并更新PCB的状态信息，将PCB移入响应的队列；然后更新新进程的PCB信息，借助新进程的PCB恢复处理机上下文，继续执行。
下面设计的优缺点是什么？系统层次和用户层次都要考虑
- 同步和异步通信
  
  同步通信：系统层次，同步通信由于阻塞等待而占用了系统资源，效率较低。用户层次，同步通信保证了用户间通信的实时同步性，提高了用户体验。
  
  异步通信：系统层次，系统能够通过异步通信高效率地与多个对象进行通信。用户层次，从发送消息到收到回复之间有一段等待时间，且难以预知进程收到消息的时刻，可能导致错误。
- 自动和显式缓冲
  
  自动缓冲：系统层次，自动缓冲占用了大量系统资源。用户层次，自动缓冲使用方便，发送进程发消息时基本可以顺利即时发出，很少或不会被阻塞。
  
  显式缓冲：系统层次，占用资源较少。用户层次，发出消息时会被阻塞一段时间。
- 复制传送和引用传送
  
  复制传送：系统层次，传送时不允许修改参数，保证了安全性和通信传递的一致性。用户层次，使用起来不够灵活，功能不够强大。
  
  引用传送：系统层次，传送时允许修改参数，增加了程序的不确定性。用户层次，使用方便，允许程序员实现一个集中式应用程序的分布式版本。
- 固定大小和可变大小消息
  
  固定大小：系统层次，系统实现起来比较简单，处理方便。用户层次，编写代码的难度提高，不够灵活。
  
  可变大小：系统层次，系统实现变得复杂和困难。用户层次，编写代码简单灵活，空间能够充分利用。
描述线程库进行用户级线程上下文切换时采取的措施

用户级线程运行在内核提供的虚拟处理器LWP上。发生上下文切换时，内核会再分配一个LWP给线程用于执行upcall指令，运行切换程序，保存线程的状态（寄存器、栈空间等）。执行完毕后，释放线程原有的LWP，再将新的LWP用于运行下一个线程。