第13章
操作系统
经过对历年考试情况的分析和总结发现，操作系统是网络工程师考试中的一个常考知识点，一般每次考试都会有几分试题，根据考试大纲，本章要求考生掌握以下知识点：
·操作系统定义、特征、功能及分类（批处理、分时、实时、网络、分布式）；
·多道程序；
·内核和中断控制；
·进程和线程；
·进程的状态及转换；
·进程调度算法（分时轮转、优先级、抢占）；
·死锁；
·存储管理方案（分段与分页、虚存、页面置换算法）；
·设备管理的有关技术（Spooling、缓冲、DMA、总线、即插即用技术）；
·文件管理；
·共享和安全（共享方式、可靠性与安全性、恢复处理、环保机制）；
·作业的状态及转换；
·作业调度算法（先来先服务、短作业优先、高响应比优先）。
下面通过具体的考试真题来学习和加强对本章知识点的掌握。
例题1（2007年11月试题9）
若文件系统容许不同用户的文件可以具有相同的文件名，则操作系统应采用 （9） 来实现。
（9）A．索引表
B．索引文件
C．指针
D．多级目录
例题分析
文件系统把所有文件的文件目录放在一个特殊的文件中，这个全部由文件目录项组成的文件称为目录文件，这为文件系统管理文件提供了最重要的依据。目前常用的目录结构形式有单级目录和多级目录。由于所有文件都在一个目录文件中，当系统中文件数增多时，查找时间也相应增大，使搜索速度减慢。而且，很难保证用户的文件名不会重复，如果文件重名，对文件的使用和保护会造成很大影响。因此，单级目录结构只适合于较小的文件系统。多级目录，也称为树形目录结构，在多级目录结构中，将第一级作为系统目录，称为目录树的根节点（或根目录），其他各级中的目录都是这个目录树的分支节点（也称非终节点），统称为子目录。多级目录很好地解决了文件重名的问题。
例题答案
（9）D
例题2（2008年11月试题37）
在Windows Server 2003下若选择安全登录，则首先需要按 （38） 组合键。
（38）A．【Shift＋Alt＋Esc】
B．【Ctrl＋Alt＋Tab】
C．【Ctrl＋Shift】
D．【Ctrl＋Alt＋Del】
例题分析
在Windows Server 2003下若选择安全登录，则首先需要按【Ctrl＋Alt＋Del】组合键。
例题答案
（38）D
例题3（2008年5月试题8～9）
在图13-1所示的树形文件系统中，方框表示目录，圆圈表示文件，“/”表示路径中的分隔符，“/”在路径之首时表示根目录。图中， （8） 。假设当前目录是A2，若进程A以如下两种方式打开文件f2：
方式一：fd1=open（"（9）/f2",o_RDONLY）；
方式二：fd1=open（"/A2/C3/f2",o_RDONLY）；
图13-1 树形文件结构图
那么，采用方式一的工作效率比方式二的工作效率高。
（8）A．根目录中文件f1与子目录C1、C2和C3中文件f1相同
B．子目录C1中文件f2与子目录C3中文件f2是相同的
C．子目录C1中文件f2与子目录C3中文件f2是不同的
D．子目录C1中文件f2与子目录C3中文件f2可能相同也可能不相同
（9）A．/A2/C3
B．A2/C3
C．C3
D．f2
例题分析
层次结构：在计算机科学中通常被称为树形结构。即磁盘目录结构可以看成一个树形结构。每棵树有一个根节点，即磁盘的根目录；有许多叶子节点，即磁盘上的文件，因为文件再没有下级节点。叶子和树根之间的节点都是不同级别的子目录。采用树形目录结构，不同目录下的文件是可以采用相同的文件名的。关于树形目录，下面还介绍几个概念。
（1）当前目录：执行某种文件操作时，系统所默认的文件目录称为当前目录。通常在DOS启动后，各个磁盘的根目录为该磁盘的当前目录。当前目录可以用改变目录的命令（CD命令）改变。
（2）路径：路径用于标明文件所在的目录，有绝对路径和相对路径两种概念。
①绝对路径：指从根目录开始直到文件所在目录的所有目录的目录名序列。用符号“/”作为目录名与目录名或者目录名与文件名之间的分隔符，在路径最前的符号“/”表示根目录。
②相对路径：指相对于当前目录的目录名。例如，当前目录为USER1，USER2下的A.TXT的相对路径为“\USER2”，则在USER1下，USER2下的A.TXT文件名为“\USER2\A.TXT”。相对路径“\USER2”的含义为：从当前目录找到其上级目录（根目录），然后再找下级目录（USER2），则找到了A.TXT的所在目录，定位了这个A.TXT文件。
题中以方式一的访问为相对路径访问，方式二的访问为绝对路径访问，以相对路径来进行访问要比绝对路径访问效率要高。
例题答案
（8）D（9）C
例题4（2006年11月试题21～22）
在一个单CPU的计算机系统中，采用可剥夺式（也称抢占式）优先级的进程调度方案，且所有任务可以并行使用I/O设备。下表列出了3个任务T1、T2、T3的优先级、独立运行时占用CPU和I/O设备的时间。如果操作系统的开销忽略不计，这3个任务从同时启动到全部结束的总时间为 （21） ms。CPU的空闲时间共有 （22） ms。
表13-1 任务优先级及占用设备时间情况表
（21）A．28
B．58
C．61
D．64
（22）A．3
B．5
C．8
D．13
例题分析
分析该题我们知道这是一个单CPU系统，也就是同时只能有一个进程使用CPU，而且由于采用可剥夺式（也称抢占式）优先级的进程调度方案，所以当系统中优先级别高的设备需要使用CPU的时候，不管低级别的进程是否使用CPU都要被剥夺CPU的使用权。
又由于所有任务都可以并行使用I/O设备，所以我们得到系统中的任务T1～T3可以同时使用I/O系统而不会相互影响，不会出现被剥夺使用权的情况。
因此我们用时空图来表示系统的运行过程。
图13-2 进程运行时空图
我们来对时空图稍做解释，时空图的横轴表示系统运行时间，纵轴分别表示T1～T3任务。
由于任务T1～T3同时启动，且T1的优先级别高，所以最先使用CPU资源，而其他进程只能处于等待状态，由于T1第一占用CPU需要10ms，所以纵轴T1刻度上长10单位的横线用粗线表示。
10ms后，任务T1释放CPU资源，这个时候T1使用I/O设备，时间需要13ms，所以纵轴T1刻度上长13单位的横线用细线表示；同时由于这里有T2、T3任务还在抢占CPU的使用，T2的优先级别高，所以使用CPU资源，而T3处于等待状态，由于T2第一占用CPU需要10ms，所以纵轴T2刻度上长10单位的横线用粗线表示。
20ms后，任务T2释放CPU资源，这个时候T2使用I/O设备，时间需要13ms，所以纵轴T2刻度上长13单位的横线用细线表示；同时T3开始使用CPU资源。
23ms后，由于T1执行I/O操作完毕，开始再次需要使用CPU资源，由于优先级别高，就剥夺了T3使用CPU的权力，开始执行CPU，而T3又开始等待。
以此方法，我们可以得到整个时空图。
从时空图可以看出总时间为10＋13＋5＋5＋5＋2＋13＋5＝58，所以此答案为B。
CPU在整个时间轴上仅在倒数第二段CPU为空闲状态，空闲时间为13。所以此答案为D。
例题答案
（21）B
（22）D
例题5（2007年5月试题9）
某系统的进程状态转换如图13-3所示，图中1、2、3、4分别表示引起状态转换的不同原因，原因4表示 （9） 。
图13-3 进程状态转换图
（9）A．就绪进程被调度
B．运行进程执行了P操作
C．发生了阻塞进程等待的事件
D．运行进程时间片到了
例题分析
本题考查的是计算机操作系统进程管理方面的基础知识。图中原因1是由于调度程序的调度引起；原因2是由于时间片用完引起；原因3是由于I/O请求引起，例如进程执行了P操作，由于申请的资源得不到满足进入阻塞队列；原因4是由于I/O完成引起的，例如某进程执行了V操作将信号量值减1，若信号量的值小于等于0，意味着有等待该资源的进程，将该进程从阻塞队列中唤醒使其进入就绪队列。因此试题（9）的正确答案是C。
例题答案
（9）C
例题6（2009年5月试题8～9）
设系统中有R类资源m个，现有n个进程互斥使用。若每个进程对R资源的最大需求为w，那么当m、n、w取表13-2中的值时，对于表13-2中的a～e5种情况， （8） 两种情况可能会发生死锁。对于这两种情况，若将 （9） ，则不会发生死锁。
表13-2 任务优先级及占用设备时间情况表
（8）A．a和b
B．b和c
C．c和d
D．c和e
（9）A．n加1或w加1
B．m加1或w减1
C．m减1或w加1
D．m减1或w减1
例题分析
本题考查对操作系统死锁方面基本知识掌握的程度。系统中同类资源分配不当会引起死锁。一般情况下，若系统中有m个单位的存储器资源，它被n个进程使用，当每个进程都要求w个单位的存储器资源，当m}nw时，可能会引起死锁。
试题（8）分析如下：
情况a：m＝2，n＝1，w＝2，系统中有2个资源，1个进程使用，该进程最多要求2个资源，所以不会发生死锁。
情况b：m＝2，n＝2，w＝1，系统中有2个资源，2个进程使用，每个进程最多要求1个资源，所以不会发生死锁。
情况c：m＝2，n＝2，w＝2，系统中有2个资源，2个进程使用，每个进程最多要求2个资源，此时，采用的分配策略是轮流地为每个进程分配，则第一轮系统先为每个进程分配1个，此时，系统中已无可供分配的资源，使得各个进程都处于等待状态导致系统发生死锁，这时进程资源图如图13-4所示。
图13-4 进程资源图（1）
情况d：m＝4，n＝3，w＝2，系统中有4个资源，3个进程使用，每个进程最多要求2个资源，此时，采用的分配策略是轮流地为每个进程分配，则第一轮系统先为每个进程分配1个资源，此时，系统中还剩1个资源，可以使其中的一个进程得到所需资源并运行完毕，所以不会发生死锁。
情况e：m＝4，n＝3，w＝3，系统中有4个资源，3个进程使用，每个进程最多要求3个资源，此时，采用的分配策略是轮流地为每个进程分配，则第一轮系统先为每个进程分配1个，第二轮系统先为一个进程分配1个，此时，系统中已无可供分配的资源，使得各个进程都处于等待状态导致系统发生死锁，这时进程资源图如图13-5所示。
图13-5 进程资源图（2）
试题（9）分析如下：
对于c和e两种情况，若将m加1，则情况c：m＝3，n＝2，w＝2，系统中有3个资源，2个进程使用，每个进程最多要求2个资源，系统先为每个进程分配1个，此时，系统中还剩l个可供分配的资源，使得其中的一个进程能得到所需资源执行完，并释放所有资源使另一个进程运行完毕；若将w减1，则情况c：m＝2，n＝2，w＝1，系统中有2个资源，两个进程各需一个，系统为每个进程分配1个，此时，进程都能运行完，显然不会发生死锁。情况e分析同理。
例题答案
（8）D
（9）B
例题7（2009年11月试题8～9）
操作系统是裸机上的第一层软件，其他系统软件（如 （8） 等）和应用软件都是建立在操作系统基础上的。图13-6中的①②③分别表示 （9） 。
图13-6 系统图
（8）A．编译程序、财务软件和数据库管理系统软件
B．汇编程序、编译程序和Java解释器
C．编译程序、数据库管理系统软件和汽车防盗程序
D．语言处理程序、办公管理软件和气象预报软件
（9）A．应用软件开发者、最终用户和系统软件开发者
B．应用软件开发者、系统软件开发者和最终用户
C．最终用户、系统软件开发者和应用软件开发者
D．最终用户、应用软件开发者和系统软件开发者
例题分析
本题考查操作系统基本概念。
财务软件、汽车防盗程序、办公管理软件和气象预报软件都属于应用软件，而选项A、C和D中含有这些软件。选项B中汇编程序、编译程序和数据库管理系统软件都属于系统软件。
计算机系统由硬件和软件两部分组成。通常把未配置软件的计算机称为裸机，直接使用裸机不仅不方便，而且将严重降低工作效率和机器的利用率。操作系统（Operating System）的目的是为了填补人与机器之间的鸿沟，即建立用户与计算机之间的接口而为裸机配置的一种系统软件。由图13-7所示可以看出，操作系统是裸机上的第一层软件，是对硬件系统功能的首次扩充。它在计算机系统中占据重要而特殊的地位，所有其他软件，如编辑程序、汇编程序、编译程序和数据库管理系统等系统软件，以及大量的应用软件都是在操作系统基础上的，并得到它的支持和取得它的服务。从用户角度看，当计算机配置了操作系统后，用户不再直接使用计算机系统硬件，而是利用操作系统所提供的命令和服务去操纵计算机，操作系统已成为现代计算机系统中必不可少的最重要的系统软件，因此把操作系统看做是用户与计算机之间的接口。因此，操作系统紧贴系统硬件之上，所有其他软件之下（是其他软件的共同环境）。
图13-7 进程资源图
例题答案
（8）B
（9）D
例题8（2010年5月试题6）
若在系统中有若干个互斥资源R，6个并发进程，每个进程都需要2个资源R，那么使系统不发生死锁的资源R的最少数目为 （6） 。
（6）A．6
B．7
C．9
D．12
例题分析
在本题中，对于选项A，操作系统为每个进程分配1个资源R后，若这6个进程再分别请求1个资源R时系统已无可供分配的资源R，则这6个进程由于请求的资源R得不到满足而发生死锁。对于选项B，操作系统为每个进程分配1个资源R后，系统还有1个可供分配的资源R，能满足其中的1个进程的资源R要求并运行完毕释放占有的资源R，从而使其他进程也能得到所需的资源R并运行完毕。
例题答案
（6）B
例题9（2010年11月试题8）
在操作系统文件管理中，通常采用 （8） 来组织和管理外存中的信息。
（8）A．字处理程序
B．设备驱动程序
C．文件目录
D．语言翻译程序
例题分析
本题考查的是操作系统文件管理方面的基础知识。
存放在磁盘空间上的各类文件必须进行编目，操作系统才能实现文件的管理，这与图书馆中的藏书需要编目录、一本书需要分章节是类似的。用户总是希望能“按名存取”文件中的信息。为此，文件系统必须为每一个文件建立目录项，即为每个文件设置用于描述和控制文件的数据结构，记载该文件的基本信息，如文件名、文件存放的位置、文件的物理结构等。这个数据结构称为文件控制块（FCB），文件控制块的有序集合称为文件目录。
例题答案
（8）C
例题10（2010年11月试题9）
假设系统中进程的三态模型如图13-8所示，图中的a、b和c的状态分别为 （9） 。
图13-8 三态模型图
（9）A．就绪、运行、阻塞
B．运行、阻塞、就绪
C．就绪、阻塞、运行
D．阻塞、就绪、运行
例题分析
本题考查操作系统进程管理方面的基础知识。试题（9）的正确答案是A。因为进程具有3种基本状态：运行态、就绪态和阻塞态。处于这3种状态的进程在一定条件下，其状态可以转换。当CPU空闲时，系统将根据某种调度算法选择处于就绪态的一个进程进入运行态；而当CPU的一个时间片用完时，当前处于运行态的进程就进入了就绪态；进程从运行到阻塞状态通常是由于进程释放CPU，等待系统分配资源或等待某些事件的发生，如：执行了P操作，系统暂时不能满足其对某资源的请求，或等待用户的输入信息等；当进程正在等待的事件发生时，进程从阻塞到就绪状态，如I/O完成。
例题答案
（9）A