操作系统期末考试复习指南：日志与调度算法详解

一、文件系统日志与预写日志原理 文件系统日志（也称预写日志或WAL，Write-Ahead Logging）是一种在数据被写入磁盘前先记录到日志中的机制，用于保证数据的一致性和完整性。预写日志的基本原理包括： 1. **事务提交**：在执行写操作时，首先更新日志，记录下要写入的数据和事务状态。 2. **原子性**：确保日志条目是原子性的，即使在写入过程中发生故障，也能回滚到一个已知的正确状态。 3. **顺序性**：日志通常按照写入的顺序进行，以便在恢复时能按照正确的顺序执行。 4. **一致性检查**：通过日志，系统在完成对文件的实际修改后还会检查一致性，防止损坏数据。 5. **故障恢复**：在系统崩溃后，利用日志重新执行未完成的写操作，恢复到一致状态。 二、操作系统设计目标 设计和实现一个操作系统的主要目标包括： 1. **并发控制**：允许多个程序或进程在同一时间运行，确保资源的有效共享。 2. **资源管理**：管理内存、处理器、I/O设备等硬件资源，避免冲突和浪费。 3. **安全性**：保护用户数据和系统免受未经授权的访问、修改或破坏。 4. **错误处理**：检测和纠正硬件或软件错误，提供可靠的服务。 5. **用户接口**：提供直观易用的接口，如命令行界面或图形用户界面，方便用户交互。 6. **效率**：优化系统的性能，提高响应时间和吞吐量。 7. **可移植性**：支持不同硬件平台的程序运行，提高系统的灵活性。 三、多级反馈队列调度算法 多级反馈队列调度算法（如FIFO、SJF、RR等）的特点： 1. **一级反馈队列**：根据进程到达的先后顺序调度，简单易实现，但可能导致长进程饿死。 2. **二级反馈队列**：如题中所述，首先调度时间片轮转的Q1，再调度最短任务优先的Q2。这种算法结合了公平性和效率，当Q1无进程时，保证短任务优先。 3. **调度规则**：新进程进入Q1，执行完一个时间片未结束的转至Q2；优先级调整：Q1优先级高于Q2。 四、分页存储管理 1. **内存分割**：将连续的物理内存划分为固定大小的页，每个页对应虚拟地址的一部分。 2. **地址映射**：通过页表和页目录，将虚拟地址转换为物理地址，实现虚拟地址空间的扩展。 3. **页面替换**：当内存不足时，选择合适的策略（如LRU、FIFO）替换不再使用的页。 五、内存分配算法与内存分配示例 1. **内存分配算法**： - **最优匹配**：每次分配内存寻找最长的空闲区满足请求。 - **最差匹配**：每次分配内存选择最短的空闲区，可能导致碎片化。 - **首次匹配**：从列表头部开始查找，找到第一个能满足请求的空闲区。 分配15字节请求时，不同算法的示例分配过程需要根据实际列表变化来描绘。 六、信号量与缓存管理 分析给出的信号量代码，可能存在的问题及修正： 1. **问题**：检查信号量的同步与互斥机制是否正确实现，如缓冲区满/空状态的判断、生产者加锁与消费者减锁的时机等。 2. **修正**：确保信号量在生产者添加数据、消费者读取数据以及资源释放时的操作同步，并防止死锁和饥饿现象。 以上内容涵盖了文件系统日志、操作系统设计目标、多级反馈队列调度、内存管理、内存分配算法以及信号量在缓存管理中的应用等相关知识点。在实际考试中，考生需要扎实掌握这些概念，并能够灵活运用它们来解决题目中的问题。