广东开放大学操作系统作业答案

广东开放大学《操作系统》学习笔记

——作业答案与知识点解析

目录

1. 绪论与操作系统基础

2. 进程管理

3. 内存管理

4. 文件系统

5. 死锁与资源管理

6. 作业答案示例与解析

7. 学习建议与资源推荐

1. 绪论与操作系统基础

关键知识点

- 操作系统定义：操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理硬件资源（CPU、内存、I/O设备等），为用户提供友好接口，并为应用程序提供运行环境。

- 操作系统功能：

- 进程管理：创建、调度、同步进程。

- 内存管理：分配和回收内存，实现虚拟内存。

- 文件系统管理：组织、存储和检索文件。

- 设备管理：协调外部设备与CPU的交互。

- 安全与保护：控制用户和程序的访问权限。

典型作业问题与答案

问题：简述操作系统的五大核心功能。

答案：

1. 进程管理：控制进程的生命周期和资源分配。

2. 内存管理：管理物理内存和虚拟内存，避免内存泄漏。

3. 文件系统管理：提供文件的存储、检索和权限控制。

4. 设备管理：通过驱动程序协调硬件设备操作。

5. 安全与保护：确保系统资源不被非法访问或破坏。

2. 进程管理

关键知识点

- 进程与线程：

- 进程：程序的一次执行实例，拥有独立的内存空间和资源。

- 线程：进程内的执行单元，共享进程资源，轻量级。

- 进程状态：

- 就绪（Ready）：等待CPU调度。

- 运行（Running）：正在执行。

- 阻塞（Blocked）：等待I/O或资源。

- 进程调度算法：

- 先来先服务（FCFS）：按队列顺序调度。

- 短作业优先（SJF）：优先调度执行时间短的进程。

- 时间片轮转（RR）：按时间片轮询调度。

典型作业问题与答案

问题：解释进程与线程的区别，并举例说明应用场景。

答案：

- 区别：

- 进程是资源分配单位（如内存、文件句柄），线程是CPU调度单位。

- 线程共享进程资源，进程间通信需通过IPC机制。

- 应用场景：

- 进程：多任务处理（如浏览器与后台服务）。

- 线程：提高响应速度（如Web服务器多线程处理请求）。

3. 内存管理

关键知识点

- 内存分配策略：

- 分区分配：将内存划分为固定或可变大小的分区。

- 分页与分段：

- 分页：将内存和进程地址空间划分为固定大小的页（Page）。

- 分段：按逻辑段（如代码、数据段）划分内存。

- 虚拟内存：

- 通过页表实现物理内存与虚拟地址的映射。

- 置换算法：LRU（最近最少使用）、FIFO等。

典型作业问题与答案

问题：解释分页与分段内存管理的区别。

答案：

- 分页：

- 物理和逻辑地址空间均划分为固定大小的页。

- 通过页表实现地址转换，支持连续内存分配。

- 分段：

- 按逻辑段（如代码、数据）划分，段长可变。

- 地址由段号和段内偏移组成，支持非连续分配。

4. 文件系统

关键知识点

- 文件系统结构：

- 目录结构：树形结构（如Linux的`/`根目录）。

- 文件类型：普通文件、目录文件、设备文件等。

- 文件操作：

- 打开/关闭：获取文件描述符。

- 读写：通过系统调用操作文件内容。

- 文件系统实现：

- FAT（Windows旧版）、NTFS、ext4（Linux）、ZFS等。

典型作业问题与答案

问题：简述文件系统的三级目录结构。

答案：

- 用户文件目录（UFD）：用户自己的目录。

- 当前目录（WD）：当前操作的目录。

- 根目录（Root）：文件系统的顶层目录，如Linux的`/`。

5. 死锁与资源管理

关键知识点

- 死锁四要素：

- 互斥：资源不可共享。

- 请求与保持：进程持有资源并请求更多。

- 不可剥夺：资源只能由持有者释放。

- 循环等待：进程间形成环形等待链。

- 死锁处理策略：

- 预防：破坏四要素（如允许资源剥夺）。

- 避免：通过银行家算法预测安全状态。

- 检测与恢复：定期检测并终止进程。

典型作业问题与答案

问题：解释银行家算法的作用及步骤。

答案：

- 作用：避免死锁，确保系统处于安全状态。

- 步骤：

1. 维护资源可用向量、最大需求矩阵、分配矩阵和需求矩阵。

2. 寻找安全序列：若存在进程可完成资源请求，则系统安全。

3. 若请求资源后仍安全，则分配资源；否则拒绝请求。

6. 作业答案示例与解析

示例题1：进程调度

题目：假设三个进程P1（运行时间5ms）、P2（3ms）、P3（6ms）按FCFS调度，求平均等待时间。

解答：

- 执行顺序：P1→P2→P3

- 等待时间：

- P1：0ms

- P2：5ms（P1运行后）

- P3：5+3=8ms

- 平均等待时间：(0+5+8)/3 ≈ 4.33ms

示例题2：内存分配

题目：现有内存大小为200KB，已分配分区[30KB, 50KB, 100KB]，请求分配60KB，问能否分配？

解答：

- 剩余内存：200 - (30+50+100) = 20KB

- 结论：无法分配，因剩余空间不足60KB。

7. 学习建议与资源推荐

学习建议

1. 重点掌握进程调度、内存管理、死锁解决：这些是考试高频考点。

2. 结合实例理解概念：通过Linux命令（如`ps`、`top`）观察进程状态。

3. 动手实践：使用虚拟机配置内存或文件系统参数，加深理解。

推荐资源

- 教材：《Operating System Concepts》（Silberschatz等著）。

- 在线课程：Coursera《操作系统原理》（清华大学课程）。

- 实践平台：VirtualBox配置实验环境，测试内存分配或文件系统性能。

总结

操作系统是计算机科学的核心课程，需结合理论与实践。通过理解进程管理、内存分配、文件系统等核心概念，并结合实际案例分析，可有效掌握课程内容。建议定期整理笔记，对比作业答案中的思路差异，逐步提升问题解决能力。

注：以上内容为学习笔记框架与示例，具体作业答案需结合课程要求与教材细节调整。