Ответы на вопросы к экзамену по дисциплине «Операционные системы»
1. Определения операционной системы
Операционная система (ОС) — это комплекс программ, обеспечивающий управление аппаратными ресурсами компьютера, выполнение приложений и взаимодействие между пользователем и компьютером. ОС выступает как промежуточный слой между аппаратурой и программным обеспечением.
2. Место операционной системы в компьютерной системе
ОС находится между аппаратным обеспечением (процессор, память, устройства ввода-вывода) и пользовательскими приложениями. Она обеспечивает абстракцию ресурсов и их эффективное использование.
3. Назначение операционной системы
Основное назначение ОС:
Управление ресурсами (процессор, память, устройства ввода-вывода).
Обеспечение интерфейса для пользователей и программ.
Защита данных и обеспечение безопасности.
Упрощение разработки программ через API.
4. Функции операционной системы
Управление процессами.
Управление памятью.
Управление файлами.
Управление устройствами ввода-вывода.
Обеспечение безопасности и защиты.
Сетевые функции.
Интерфейс пользователя.
5. Схема работы механизма прерывания
Устройство или программа генерирует прерывание.
Процессор завершает текущую команду и сохраняет состояние.
Управление передаётся обработчику прерывания.
Обработчик выполняет необходимые действия.
Восстанавливается состояние процессора и продолжается выполнение прерванной программы.
6. Шаги обработки прерывания
Сохранение контекста текущего процесса.
Определение типа прерывания.
Вызов соответствующего обработчика.
Выполнение обработчика.
Восстановление контекста и возврат к выполнению программы.
7. Два основных класса прерывания
Аппаратные прерывания — генерируются устройствами (например, клавиатура, таймер).
Программные прерывания — вызываются программами (например, системные вызовы).
8. Определение ресурса в операционной системе
Ресурс — это любой компонент системы, который может быть выделен процессу для выполнения задач (например, процессорное время, память, устройства ввода-вывода).
9. Основные виды ресурсов
Процессорное время.
Оперативная память.
Устройства ввода-вывода.
Файлы и данные.
Сетевые ресурсы.
10. Основные задачи операционной системы
Эффективное распределение ресурсов.
Обеспечение многозадачности.
Управление памятью.
Обеспечение безопасности.
Предоставление интерфейса для пользователей и программ.
11. Понятие процесса в операционной системе
Процесс — это экземпляр выполняемой программы, включающий код, данные и состояние (регистры, стек, открытые файлы и т.д.).
12. Понятие мультизадачности в операционной системе
Мультизадачность — это способность ОС выполнять несколько процессов одновременно, переключая между ними процессорное время.
13. Объекты, входящие в состав процесса
Код программы (текстовый сегмент).
Данные (глобальные переменные).
Стек (локальные переменные, адреса возврата).
Куча (динамически выделяемая память).
Дескрипторы открытых файлов.
Состояние регистров процессора.
14. Назначение Таблицы процессов
Таблица процессов (Process Control Block, PCB) содержит информацию о всех процессах в системе, такую как идентификатор, состояние, приоритет, выделенные ресурсы и контекст.
15. Содержимое Блока управления процессом (PCB)
Идентификатор процесса (PID).
Состояние процесса (готов, выполняется, ожидает).
Значения регистров.
Информация о планировании (приоритет).
Указатели на выделенную память.
Открытые файлы и устройства.
Права доступа.
16. Фоновые процессы
Фоновые процессы — это процессы, выполняющиеся без взаимодействия с пользователем (например, сервисы, демоны в UNIX). Они обычно имеют низкий приоритет.
17. Причины создания процесса
Запуск новой программы пользователем.
Запрос от другого процесса.
Инициализация системы (например, запуск демонов).
Планировщик задач (например, cron в UNIX).
18. Назначение диспетчера процессов
Диспетчер процессов управляет созданием, завершением и переключением процессов, а также распределением процессорного времени.
19. Возможные состояния процесса
Новый — процесс создан, но ещё не запущен.
Готов — процесс ожидает выделения процессора.
Выполняется — процесс выполняется на процессоре.
Ожидание — процесс ждёт события (например, ввода-вывода).
Завершён — процесс завершил выполнение.
20. Условия перехода процесса из одного состояния в другое
Новый → Готов: процесс загружен в память.
Готов → Выполняется: диспетчер выделил процессор.
Выполняется → Ожидание: процесс запросил ввод-вывод.
Ожидание → Готов: событие завершено.
Выполняется → Готов: исчерпан квант времени.
Выполняется → Завершён: процесс завершился.
21. Методы планирования процессов в операционной системе
FIFO (First-In, First-Out).
SJF (Shortest Job First).
Round-Robin.
Многоуровневые очереди.
Многоуровневые очереди с обратной связью.
22. FIFO метод планирования процессов
Процессы выполняются в порядке поступления. Недостаток: длинные процессы могут задерживать короткие.
23. Метод планирования процессов «Кратчайшая работа следующей»
Выбирается процесс с наименьшим временем выполнения. Требует оценки времени, что не всегда возможно.
24. Метод планирования процессов Round-robin (циклический)
Каждому процессу выделяется фиксированный квант времени. Если процесс не завершился, он перемещается в конец очереди.
25. Метод планирования процессов «Многоуровневая очередь»
Процессы разделяются на очереди с разными приоритетами. Высокоприоритетные процессы выполняются первыми.
26. Метод планирования процессов «Многоуровневая очередь с обратной связью»
Процессы могут перемещаться между очередями в зависимости от их поведения (например, длительные процессы понижаются в приоритете).
27. Физическое представление процесса
Процесс представлен в памяти как:
Код (текстовый сегмент).
Данные (глобальные переменные).
Стек (адреса возврата, локальные переменные).
Куча (динамическая память).
28. Этапы создания процесса
Выделение PID.
Создание PCB.
Загрузка кода и данных в память.
Настройка стека и регистров.
Добавление процесса в очередь готовых.
29. Отличие процессов от потоков
Процесс имеет собственное адресное пространство и ресурсы.
Поток — это часть процесса, разделяющая его ресурсы, но имеющая собственный стек и регистры.
30. Функции ОС по управлению памятью
Распределение памяти между процессами.
Защита памяти.
Виртуальная память.
Организация свопинга.
31. Концепция иерархии памяти
Иерархия памяти включает:
Регистры процессора.
Кэш (L1, L2, L3).
Оперативная память.
Вторичная память (HDD, SSD).
Третичная память (ленты, облако).
32. Адресное пространство процесса
Адресное пространство — это диапазон адресов, которые процесс может использовать для доступа к памяти. Включает:
Код.
Данные.
Стек.
Кучу.
33. Свопинг
Свопинг — это перемещение части процессов или данных из оперативной памяти на диск (в своп-файл) для освобождения памяти.
34. Виртуальная память
Виртуальная память позволяет процессам использовать больше памяти, чем физически доступно, за счёт отображения виртуальных адресов на физические и использования диска.
35. Страничный способ организации виртуальной памяти
Память делится на страницы фиксированного размера. Виртуальные страницы отображаются на физические фреймы через таблицу страниц.
36. Таблица страниц
Таблица страниц содержит соответствие между виртуальными и физическими адресами. Используется для трансляции адресов.
37. Трансляция виртуального адреса в физический
Виртуальный адрес разбивается на номер страницы и смещение.
По номеру страницы в таблице страниц находится физический фрейм.
Физический адрес = номер фрейма + смещение.
38. Страничное прерывание
Страничное прерывание (page fault) возникает, когда процесс обращается к странице, отсутствующей в оперативной памяти. ОС загружает страницу с диска.
39. Управление свободной памятью
Методы:
Битовая карта.
Список свободных блоков.
Алгоритмы выделения (например, first-fit, best-fit).
40. Этапы преобразования символических имен в адрес физической памяти
Разрешение символического имени (например, имени файла) в логический адрес.
Трансляция логического адреса в физический через таблицу страниц.
41. Определение файла
Файл — это именованная совокупность данных, хранящаяся на носителе информации.
42. Назначение файловой системы
Файловая система организует хранение, поиск и доступ к файлам на носителях информации.
43. Состав файловой системы
Методы хранения файлов.
Структура каталогов.
Методы доступа.
Атрибуты файлов.
Управление свободным пространством.
44. Полное имя файла
Полное имя включает путь от корневого каталога до файла (например, /home/user/file.txt в UNIX).
45. Атрибуты файлов
Имя.
Размер.
Тип.
Права доступа.
Владелец.
Время создания/изменения.
46. Каталоги файлов
Каталог — это структура, содержащая записи о файлах и других каталогах. Используется для организации файлов.
47. Технология непрерывного размещения файлов
Файл хранится в последовательных блоках на диске. Недостаток: фрагментация.
48. Технология размещения файлов с использованием связанного списка
Каждый блок файла содержит указатель на следующий блок. Недостаток: медленный доступ к произвольным блокам.
49. Технология размещения файлов с помощью связанного списка, использующего таблицу в памяти
Таблица в памяти хранит указатели на блоки файла. Ускоряет доступ.
50. Технология размещения файлов с использованием i-узлов
i-узел содержит метаданные файла и указатели на блоки данных. Используется в UNIX.
51. Операции с файлами
Создание.
Удаление.
Чтение.
Запись.
Открытие/закрытие.
Изменение атрибутов.
52. Операции с каталогами файлов
Создание/удаление каталога.
Поиск файла.
Переименование.
Перемещение.
53. Контроллеры устройств
Контроллеры — это электронные компоненты, управляющие устройствами ввода-вывода (например, контроллер диска).
54. Прямой доступ к памяти (DMA)
DMA позволяет устройствам напрямую обмениваться данными с памятью, минуя процессор, что ускоряет операции ввода-вывода.
55. Основные требования к ОС при обеспечении процесса ввода-вывода
Универсальность (поддержка разных устройств).
Эффективность (минимизация задержек).
Безопасность (контроль доступа).
Асинхронность (неблокирующие операции).
56. Четыре слоя программного обеспечения ввода-вывода
Драйвер устройства.
Независимый от устройств слой ОС.
Пользовательские библиотеки.
Приложения.
57. Драйвер устройства
Драйвер — это программа, обеспечивающая взаимодействие ОС с конкретным устройством.
58. Независимый от устройств слой операционной системы
Этот слой предоставляет единый интерфейс для работы с устройствами, абстрагируясь от их особенностей (например, файловая система).
Чтобы оставить коментарий, пожалуйста зарегестрируйтесь