门| GATE IT 2006 |问题20

简介

门(GATE)是印度颁发的全国性考试，用于选拔研究生。GATE IT 2006是2006年计算机科学和信息技术领域门考试中的一道题目，问题20。这是一道关于操作系统的问题。

题目描述

给定一个5MB的主存和一个200MB的磁盘，内存中存在一个1MB的程序、1MB的数据和1MB的堆栈，30MB的进程块以及系统占用的10MB 空间。文件系统采用单个磁盘和目录结构。逻辑块大小为512字节，每个目录条目占用64 字节，指针占用4 字节。现在要执行下列操作。

• 在此环境中启动一个进程。
• 能够大体描述进程的内部结构。
• 大概描述内存管理方案。
• 如果一个进程需要访问磁盘上的文件，那么它需要进行哪些操作？
• 展示系统中的一个目录，并解释目录信息。

答案

启动进程

在此环境中，启动一个进程的的步骤如下：

1. 计算内存中空闲空间 = 总空间 - 程序空间 - 数据空间 - 栈空间 - 操作系统空间 - 进程块空间 = 5MB - 1MB - 1MB - 1MB - 10MB - 30MB = 1MB。
2. 从磁盘上加载进程所需要的程序、数据和堆栈到内存中。
3. 将操作系统占用的空间和进程块空间挪出内存，腾出空间。
4. 把进程块放入空闲内存，填写PCB(Process Control Block)。
5. 操作系统控制进程开始运行，并等待进程结束。

进程内部结构

进程是操作系统的一个执行单位，由程序、数据、OS的数据结构、PCB（Process Control Block）组成。PCB记录进程的运行状态和有关进程的信息，如进程程序计数器、进程堆栈指针、进程操作系统栈指针等。

内存管理方案

在此环境中，内存管理采用的是固定分区分配和动态分区分配相结合的方法。

1. 将内存分为多个大小固定的区域，每个区域都有一个进程块，用于存储进程运行时的数据。
2. 系统启动时，为每个区域分配一个进程块，并初始化PCB。
3. 启动新进程时，如果有足够的空闲内存，则为其分配一个区域以及对应的进程块，否则无法创建进程。
4. 进程执行结束后，操作系统会释放其占用的内存，同时还会将改区域挪出内存，以便放置新的进程。

访问磁盘文件

如果一个进程需要访问磁盘上的文件，它需要进行以下操作：

1. 操作系统的文件系统服务根据文件名查询文件所在的目录。
2. 通过目录中存储的磁盘块指针和文件指针定位到文件在磁盘上的物理位置。
3. 将文件内容复制到内存中。
4. 进程执行操作，修改文件内容。
5. 将内存中的文件内容写回磁盘。

目录结构

单磁盘文件系统采用的是树形结构目录，每个目录项包含文件名、文件类型、占用空间大小和对应的磁盘块指针信息。例如：

Name     Type   Size(Blocks)   Pointer
file1    TXT    4              12
file2    BIN    3              20
dir1     DIR    -              24

这个目录中包含两个文件file1和file2，以及一个子目录dir1。file1是一个4个磁盘块的文本文件，从12号块开始存储。file2是一个3个磁盘块的二进制文件，从20号块开始存储。dir1是一个目录，它的信息保存在磁盘上第24个块中。