2010年清华操作系统期中考试试题解析

2010年清华大学计算机科学与技术系操作系统(A卷)期中考试试卷主要考察了几个核心知识点，包括系统调用与函数调用的区别、工作集置换算法、进程状态管理、系统调用细节、资源分配顺序、父子进程陷阱框架的差异以及系统调用参数传递方法。 1. **系统调用与函数调用的区别与联系**： - 区别：系统调用是进程从用户态切换到内核态进行操作，涉及特权级转变，通常涉及硬件层面的操作；而函数调用是在同一权限级别下的程序内部，不涉及系统资源的底层控制。系统调用通常用于操作系统提供的服务，如内存管理、I/O操作等。 - 联系：两者都涉及到调用者和被调用者之间的通信，都需要保存调用上下文信息以便正确恢复执行。 2. **工作集置换算法（WorkingSetPageReplacement）**： - 工作集置换算法是一种动态页面替换策略，根据进程当前访问的页面集合（工作集）来决定替换。当内存不足时，会淘汰最长时间未被访问的页面。在给定序列中，不同窗口大小会触发不同的缺页次数和工作集变化，这考察了学生理解和应用算法的能力。 3. **xv6中的进程状态管理**： - xv6采用多种状态来表示进程的不同生命周期阶段，如就绪、运行、挂起等。状态转换基于事件如调度、阻塞、唤醒等。例如，进程从就绪状态变为运行状态是因为获得了CPU资源。 4. **系统调用细节**： - 在xv6中，进程调用exit系统调用后，虽然不立即释放页表和内核栈，因为它们属于系统资源，需要在进程完全退出后由内核统一回收，以维护资源的完整性。 5. **资源分配顺序**： - 创建进程时，xv6按照以下顺序分配资源：首先分配用户栈，然后是进程结构体(structproc)，接着是内核栈，最后是页表。这样确保了基本的内存布局和功能实现。 6. **父子进程陷阱框架的差异**： - fork系统调用时，父进程和子进程的trapframe（陷阱框架）在内核栈和寄存器内容上有所区别，因为它们是独立的进程，需要各自处理中断和异常。 7. **系统调用参数传递**： - 在xv6中，应用程序通过系统调用时，参数通常通过堆栈传递。如`read`系统调用，参数被放入 `%eax`寄存器中，然后通过硬件中断（INT T_SYSCALL）触发系统调用处理，系统调用接收并处理这些参数后返回结果。 这份试卷深入考查了操作系统的基本概念和xv6操作系统的实现细节，要求考生具备扎实的基础理论知识和实际操作能力。