计算机操作系统教程_张尧学(第3版)【课后练习答案、复习资料】

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date计算机操作系统教程_张尧学(第3版)【课后练习答案、复习资料】计算机操作系统教程_张尧学(第3版)【课后练习答案、复习资料】计算机操作系统教程张尧学_（第3版）第一章 绪论1什么是操作系统的基本功能?答：操作系统的职能是管理和控制汁算机系统中的所有硬、软件资源，合理地组织计算机工作流程，并为用户提供一个良好的工作环境和友好的接口。操作系统的基本功能包括：处理机管理、存储管理、设备管理、信息管理(文件系统管理)和用户接口等。2什么是批处理、分时和实时系统?各有什么特征?答：批处理系统(batchprocessingsystem)：操作员把用户提交的作业分类，把一批作业编成一个作业执行序列，由专门编制的监督程序(monitor)自动依次处理。其主要特征是：用户脱机使用计算机、成批处理、多道程序运行。分时系统(timesharingoperationsystem)：把处理机的运行时间分成很短的时间片，按时间片轮转的方式，把处理机分配给各进程使用。其主要特征是：交互性、多用户同时性、独立性。实时系统(realtimesystem)：在被控对象允许时间范围内作出响应。其主要特征是：对实时信息分析处理速度要比进入系统快、要求安全可靠、资源利用率低。3多道程序(multiprogramming)和多重处理(multiprocessing)有何区别?答；多道程序(multiprogramming)是作业之间自动调度执行、共享系统资源，并不是真正地同时值行多个作业；而多重处理(multiprocessing)系统配置多个CPU，能真正同时执行多道程序。要有效使用多重处理，必须采用多道程序设计技术，而多道程序设计原则上不一定要求多重处理系统的支持。4讨论操作系统可以从哪些角度出发，如何把它们统一起来?答：讨论操作系统可以从以下角度出发：(1)操作系统是计算机资源的管理者(2)操作系统为用户提供使用计算机的界面；(3)用进程管理观点研究操作系统，即围绕进程运行过程来讨论操作系统。上述这些观点彼此并不矛盾，只不过代表了同一事物(操作系统)站在不同的角度来看待。每一种观点都有助于理解、分析和设计操作系统。第三章 用户管理和配置管理1有A说，一个进程是由伪处理机执行的一个程序，这话对吗?为什么?答：对。因为伪处理机的概念只有在执行时才存在，它表示多个进程在单处理机上并发执行的二个调度单位。因此，尽管进程是动态概念，是程序的执行过程，但是，在多个进程并行执行时，仍然只有一个进程占据处理机执行，而其他并发进程则处于就绪或等待状态。这些并发进程就相当于由伪处理机执行的程序。2试比较进程和程序的区别。答：(1)进程是一个动态概念，而程序是一个静态概念，程序是指令的有序集合，无执行含义，进程则强调执行的过程。(2)进程具有并行特征(独立性，异步性)，程序则没有。(3)不同的进程可以包含同一个程序，同一程序在执行中也可以产生多个进程。3我们说程序的并发执行将导致最终结果失去封闭性广这话对所有的程序都成立吗?举例说明.答：并非所有程序均成立。如：Beginlocal“ ZK：10print(x)End上述程序中x是内部变量，不可能被外部程序访问，因此这段程序的运行不会受外部环境影响。4试比较作业和进程的区别。答：一个进程是一个程序对某个数据集的执行过程，是分配资源的基本单位。作业是用于需要计算机完成某项任务，而要求计算机所做工作的集合。一个作业的完成要经过作业提交，作业收容、作业执行和作业完成4个阶段。而进程是已提交完毕的程序所执行过程的描述，足资源分配的基本单位。其主要区别关系如下：(1)作业是用户向计算机提交任务的任务实体。在用户向计算机提交作业之后，系统将存储在外存中的作业等待队列中等待执行。而进程则是完成用户任务的执行实体，是向系统申请分配资源的基本单位。任一进程，只要它被创建，总有相应的部分存在于内存中。(2)一个作业可由多个进程组成。且必须至少由一个进程组成，但反过来不成立。(3)作业的概念主要用在批处理系统中。像Unix这样的分时系统中，则没有作业概念。而进程的概念则用在几乎所有的多道程序系统中。5UNIXSystem V中，系统程序所对应的正文段未被考虑成进程上下文的一部分，为什么?答：因为系统程序的代码被用户程序所共享，因此如果每个进程在保存进程上下文时，都将系统程序代码放到其进程上下文中，则大大浪费了资源。因此系统程序的代码不放在进程上下文中，而是统一放在核心程序所处的内存中。6什么是临界区?试举一临界区的例子。答：临界区是指不允许多个并发进程交叉执行的一段程序。它是由于不同并发进程的程序段共享公用数据或公用数据变量而引起的。所以它又被称为访问公用数据的那段程序。例如：getspace：Begin local gtop=top-1Endrelease(ad)：Begintoptop十1stacktopadEnd7并发进程间的制约有哪两种?引起制约的原因是什么?答：并发进程所受的制约有两种：直接制约和间接制约。直接制约是由并发进程互相共享对方的私有资源所引起的。间接制约是由竞争共有资源而引起的。8什么是进程间的互斥?什么是进程间同步?答：进程间的互斥是指：一组并发进程中的一个或多个程序段，因共享某一公有资源而导致它们必须以一个不许交叉执行的单位执行，即不允许两个以上的共享该资源的并发进程同时进入临界区。进程间的同步是指：异步环境下的一组并发进程因直接制约互相发送消息而进行互相合作、互相等待,各进程按一定的速度执行的过程。9试比较P，V原语法和加锁法实现进程间互斥的区别。答：互斥的加锁实现是这样的：当某个进程进入临界区之后，它将锁上临界区，直到它退出临界区时为止。并发进程在申请进入临界区时，首先测试该临界区是否是上锁的，如果该临界区已被锁住，则该进程要等到该临界区开锁之后才有可能获得临界区。但是加锁法存在如下弊端：(1)循环测试锁定位将损耗较多的CPU计算时间； (2)产生不公平现象。为此，P，V原语法采用信号量管理相应临界区的公有资源，信号量的数值仅能由P，V原语操作改变，而P，V原语执行期间不允许中断发生。其过程是这样的：当某个进程正在临界区内执行时，其他进程如果执行了P原语，则该进程并不像lock时那样因进不了临界区而返回到lock的起点，等以后重新执行测试，而是在等待队列中等待由其他进程做V原语操作释放资源后，进入临界区，这时P原语才算真正结束。若有多个进程做P原语操作而进入等待状态之后，一旦有V原语释放资源，则等待进程中的一个进入临界区，其余的继续等待。总之，加锁法是采用反复测试lock而实现互斥的，存在CPU浪费和不公平现像，P，V原语使用了信号量，克服了加锁法的弊端。14.设有5个哲学家，共享一张放有五把椅子的桌子，每人分得一把椅子。但是，桌子上总共只有5支筷子，在每人两边分开各放一支。哲学家们在肚子饥饿时才试图分两次从两边拾起筷子就餐。条件：(1) 只有拿到两支筷子时，哲学家才能吃饭。(2) 如果筷子已在他人手上，则该哲学家必须等待到他人吃完之后才能拿到筷子。(3) 任一哲学家在自己未拿到两支筷子吃饭之前，决不放下自己手中的筷子。试:(1)描述一个保证不会出现两个邻座同时要求吃饭的通信算法。(2)描述一个既没有两邻座同时吃饭，又没有人饿死（永远拿不到筷子）的算法。(3) 在什么情况下，5 个哲学家全部吃不上饭？解答：（1）、设信号量c0c4,初始值均为1,分别表示i号筷子被拿(i=0,1,2,3,4),send(i):第i个哲学家要吃饭beginP(ci);P(ci+1 mod 5);eat;V(ci+1 mod 5);V(ci);End;该过程能保证两邻座不同时吃饭,但会出现5个哲学家一人拿一只筷子,谁也吃不上饭的死锁情况.（2）、解决的思路如下:让奇数号的哲学家先取右手边的筷子,让偶数号的哲学家先取左手边的筷子.这样,任何一个哲学家拿到一只筷子之后,就已经阻止了他邻座的一个哲学家吃饭的企图,除非某个哲学家一直吃下去,否则不会有人会饿死.send(i):第i个哲学家要吃饭BeginIf i mod 2=0 thenP(ci),P(ci+1 mod 5)eat;V(ci,ci+1 mod 5)Else P(ci+1 mod 5)P(ci)EatV(ci+1 mod 5)V(ci)End15什么是线程?试述线程与进程的区别，答；线程是在进程内用于调度和占有处理机的基本单位，它由线程控制表、存储线程上下文的用户栈以及核心栈组成。线程可分为用户级线程、核心级线程以及用户核心混合型线程等类型。其中用户级线程在用户态下执行，CPU调度算法和各线程优先级都由用户设置，与操作系统内核无关。核心级线程的调度算法及线程优先级的控制权在操作系统内核。混合型线程的控制权则在用户和操作系统内核二者。线程与进程的主要区别有：(1)进程是资源管理的基本单位，它拥有自己的地址空间和各种资源，例如内存空间、外部设备等；线程只是处理机调度的基本单位，它只和其他线程一起共享进程资源，但自己没有任何资源。(2)以进程为单位进行处理机切换和调度时，由于涉及到资源转移以及现场保护等问题，将导致处理机切换时间变长，资源利用率降低。以线程为单位进行处理机切换和调度时，由于不发生资源变化，特别是地址空间的变化，处理机切换的时间较短，从而处理机效率也较高。(3)对用户来说，多线程可减少用户的等待时间。提高系统的响应速度。例如，当一个进程需要对两个不同的服务器进行远程过程凋用时，对于无线程系统的操作系统来说需要顺序等待两个不同调用返回结果后才能继续执行，且在等待中容易发生进程调度。对于多线程系统而言，则可以在同一进程中使用不同的线程同时进行远程过程调用，从而缩短进程的等待时间。(4)线程和进程一样，都有自己的状态也有相应的同步机制，不过，由于线程没有单独的数据和程序空间，因此，线程不能像进程的数据与程序那样，交换到外存存储空间。从而线程没有挂起状态。(5)进程的调度、同步等控制大多由操作系统内核完成，而线程的控制既可以由操作系统内核进行，也可以由用户控制进行。第四章 进程管理1什么是分级调度?分时系统中有作业调度的概念吗?如果没有，为什么?答：处理机调度问题实际上也是处理机的分配问题。显然只有那些参与竞争处理及所必需的资源都已得到满足的进程才能享有竞争处理机的资格。这时它们处于内存就绪状态。这些必需的资源包括内存、外设及有关数据结构等。从而，在进程有资格竞争处理机之前，作业调度程序必须先调用存储管理、外设管理程序，并按一定的选择顺序和策略从输入井中选择出几个处于后备状态的作业，为它们分配资源和创建进程，使它们获得竞争处理机的资格。另外，由于处于执行状态下的作业一般包括多个进程，而在单机系统中，每一时刻只能有一个进程占有处理机，这样，在外存中，除了处于后备状态的作业外，还存在处于就绪状态而等待得到内存的作业。我们需要有一定的方法和策略为这部分作业分配空间。因此处理机调度需要分级。一般来说，处理机调度可分为4级；(1)作业调度: 又称宏观调度，或高级调度。(2)交换调度：又称中级调度。其主要任务是按照给定的原则和策略，将处于外存交换区中的就绪态或等待状态或内存等待状态的进程交换到外存交换区。交换调度主要涉及到内存管理与扩充。因此在有些书本中也把它归入内存管理部分。(3)进程调度：又称微观调度或低级调度。其主要任务是按照某种策略和方法选取一个处于就绪状态的进程占用处理机。在确立了占用处理机的进程之后，系统必须进行进程上下文切换以建立与占用处理机进程相适应的执行环境。(4)线程调度：进程中相关堆栈和控制表等的调度。在分时系统中，一般不存在作业调度，而只有线程调度、进程调度和交换调度。这是因为在分时系统中，为了缩短响应时间，作业不是建立在外存，而是直接建立在内存中。在分时系统中，一旦用户和系统的交互开始，用户马上要进行控制。因此，分时系统中没有作业提交状态和后备状态。分时系统的输入信息经过终端缓冲区为系统直接接收，或立即处理，或经交换调度暂存外存中。2试述作业调度的主要功能。答: 作业调度的主要功能是：按一定的原则对外存输入井上的大量后备作业进行选择，给选出的作业分配内存、输入输出设备等必要的资源，并建立相应进程，使该作业的相关进程获得竞争处理机的权利。另外，当作业执行完毕时，还负责回收系统资源。3作业调度的性能评价标准有哪些?这些性能评价标准在任何情况下都能反映调度策略的优劣吗?答：对于批处理系统，由于主要用于计算，因而对于作业的周转时间要求较高。从而作业的平均周转时间或平均带权周转时间被用来衡量调度程序的优劣。但对于分时系统来说，平均响应时间又被用来衡量调度策略的优劣。对于分时系统， 除了要保证系统吞吐量大、资源利用率高之外，还应保证用户能够容忍的响应时间。因此，在分时系统中，仅仅用周转时间或带权周转时间来衡量调度性能是不够的。对于实时系统， 衡量调度算法优劣的主要标志则是满足用户要求的时限时间。4进程调度的功能有哪些?答：进程调度的功能有：(1)记录和保存系统中所有进程的执行情况； (2)选择占有处理机的进程；(3)进行进程上下文切换。5进程调度的时机有哪几种?答：进程调度的时机有：(1)正在执行的进程执行完毕。这时如果不选择新的就绪进程执行，将浪费处理机资源。(2)执行中进程自己调用阻塞原语将自己阻塞起来进入睡眠等待状态。(3)执行中进程调用了P原语操作，从而因资源不足而被阻塞：或调用了V原语操作激活了等待资源的进程队列。(4)执行中进程提出IO请求后被阻塞。(5)在分时系统中时间片已经用完。(6)在执行完系统调用等系统程序后返回用户程序时，可看做系统进程执行完毕，从而调度选择一新的用户进程执行。(7)在CPU执行方式是可剥夺时，还有：就绪队列中的某进程的优先级变得高于当前执行进程的优先级，从而也将引发进 程调度。6进程上下文切换由哪几部分组成?描述进程上下文切换过程。答：进程上下文切换由以下4个步骤组成；(1)决定是否作上下文切换以及是否允许作上下文切换。包括对进程调度原因的检查分析，以及当前执行进程的资格和CPU执行方式的检查等。在操作系统中，上下文切换程序并不是每时每刻都在检查和分析是否可作上下文切换，它们设置有适当的时机。(2)保存当前执行进程的上下文。这里所说的当前执行进程，实际上是指调用上下文切换程序之前的执行进程。如果上下文切换不是被那个当前执行进程所调用，且不属于该进程，则所保存的上下文应是先前执行进程的上下文，或称为“老”进程上下文。显然，上下文切换程序不能破坏“老”进程的上下文结构。(3)使用进程调度算法，选择一处于就绪状态的进程。(4)恢复或装配所选进程的上下文，将CPU控制权交到所选进程手中。7为什么说在进程上下文切换过程中，上下文切换程序不能破坏“老”进程的上下文结构?答: 因为如果在进程上下文切换中破坏了老的进程上下文，等到CPU调度到该老进程执行时，就不能正确地恢复其停止执行前的状态了。第五章 处理器管理1. 存储管理的主要功能是什么?答：存储管理的主要功能包括以下几点：(1)在硬件的支持下完成统一管理内存和外存之间数据和程序段自动交换的虚拟存储(2)将多个虚存的一维线性空间或多维线性空间变换到内存的唯一的一维物理线性地(3)控制内外存之间的数据传输。(4)实现内存的分配和回收。(5)实现内存信息的共享与保护。2什么是虚拟存储器?其特点是什么?答：由进程中的目标代码、数据等的虚拟地址组成的虚拟空间称为虚拟存储器。虚拟存储器不考虑物理存储器的大小和信息存放的实际位置，只规定每个进程中相互关联信息的相对位置。每个进程都拥有自己的虚拟存储器，且虚拟存储器的容量是由计算机的地址结构和寻址方式来确定。实现虚拟存储器要求有相应的地址转换机构，以便把指令的虚拟地址变换为实际物理地址；另外，由于内存空间较小，进程只有部分内容存放于内存中，待执行时根据需要再调指令入内存。3实现地址重定位的方法有哪几类?答：实现地址重定位的方法有两种：静态地址重定位和动态地址重定位。(1)静态地址重定位是在虚空间程序执行之前由装配程序完成地址映射工作。静态重定位的优点是不需要硬件支持，但是用静态地址重定位方法进行地址变换无法实现虚拟存储器。静态重定位的另一个缺点是必须占用连续的内存空间和难以做到程序和数据的共享。(2)动态地址重定位是在程序执行过程中，在CPU访问内存之前由硬件地址变换机构将要访问的程序或数据地址转换成内存地址。动态地址重定位的主要优点有：可以对内存进行非连续分配。动态重定位提供了实现虚拟存储器的基础。动态重定位有利于程序段的共享。形式化描述：略。4常用的内存信息保护方法有哪几种?它们各自的特点是什么?答：常用的内存保护方法有硬件法、软件法和软硬件结合保护法三种。上下界保护法是一种常用的硬件保护法。上下界存储保护技术要求为每个进程设置对上下界寄存器。上下界寄存器中装有被保护程序和数据段的起始地址和终止地址。在程序执行过程中，在对内存进行访问操作时首先进行访问地址合法性检查，即检查经过重定位之后的内存地址是否在上、下界寄存器所规定的范围之内。若在规定的范围之内,则访问是合法的；否则是非法的，并产生访问越界中断。保护键法也是一种常用的软件存储保护法。保护键法为每个被保护存储块分配一个单独的保护键。在程序状态字中则设置相应的保护键开关字段，对不同的进程赋予不同的开关代码以和被保护的存储块中的保护键匹配。保护键可以没臂成对读写同时保护的或只对读写进行单项保护的。如果开关字段与保护键匹配或存储块未受到保护，则访问该存储块是允许的，否则将产生访问出错中断。另外一种常用的硬软件内存保护方式是：界限存储器与CPU的用户态，核心态相结合的保护方式。在这种保护方式下，用户态进程只能访问那些在界限寄存器所规定范围内的内存部分，而核心态进程则可以访问整个内存地址空间。5如果把DOS的执行模式改为保护模式，起码应做怎样的修改?答：如果要把DOS的执行模式改成保护模式，起码要为每一个进程设置一对上下界寄存器。上下界寄存器中装有被保护程序和数据段的起始地址和终止地址。在程序执行过程中，在对内存进行访问操作时首先进行访问地址合法性检查，即检查经过重定位之后的内存地址是否在上、下界寄存器所规定的范围之内。若在规定的范围之内，则访问是合法的；否则是非法的，并产生访问越界中断。另外，还应该把指令的访问内存模式由访问实际物理地址改为由逻辑地址变换为物理地址的方式。6动态分区式管理的常用内存分配算法有哪几种?比较它们各自的优缺点。答：动态分区式管理的常用内存分配算法有最先适应法(FF)、最佳适应法(BF)和最坏适应法(WF)。优缺点比较：从搜索速度上看最先适应法最佳，最佳适应法和最坏适应法都要求把不同大小的空闲区按大小进行排队。从回收过程来看，最先适应法也是最佳，因为最佳适应法和最坏适应法都必须重新调整空闲区的位置。最佳适应法找到的空闲区是最佳的，但是会造成内存碎片较多，影响了内存利用率，而最坏适应法的内存碎片最少，但是对内存的请求较多的进程有可能分配失败。总之，三种算法各有所长，针对不同的请求队列，它们的效率和功能是不一样的。75.3节讨论的分区式管理可以实现虚存吗?如果不能，需要怎样修改?试设计一个分区式管理实现虚存的程序流程图。如果能，试说明理由。答：5.3节讨论的分区式管理不能实现虚存。如果要实现虚存，可以在分区的基础之上对每个分区内部进行请求调页式管理。程序流程图：略。8简述什么是覆盖?什么是交换?覆盖和交换的区别是什么?答：将程序划分为若干个功能上相对独立的程序段，按照程序的逻辑结构让那些不会同时执行的程序段共享同一块内存区的内存扩充技术就是覆盖。交换是指先将内存某部分的程序或数据写入外存交换区，再从外存交换区中调入指定的程序或数据到内存中来，并让其执行的一种内存扩充技术。与覆盖技术相比，交换不要求程序员给出程序段之间的覆盖结构，而且，交换主要是在进程或作业之间进行，而覆盖则主要在同一个作业或同一个进程内进行。另外，覆盖只能覆盖那些与覆盖程序段无关的程序段。9什么是页式管理?静态页式管理可以实现虚存吗? 答：页式管理就是把各进程的虚拟空间划分为若干长度相等的页面，把指令按页面大小划分后存放在内存中执行或只在内存中存放那些经常被执行或即将被执行的页面，而那些不被经常执行以及在近期内不可能被执行的页面则存放于外存中，按一定规则调入的一种内存管理方式。静态页式管理不能实现虚存，这是因为静态页式管理要求进程或作业在执行前全部被装入内存，作业或进程的大小仍受内存可用页面数的限制。10.什么是请求页式管理?试设计和描述一个请求页式管理时的内存页面分配和回收算法(包括缺页处理部分)。答：请求页式管理是动态页式内存管理的一种，它在作业或进程开始执行之前，不把作业或进程的程序段和数据段一次性的全部装入内存，而只装入被认为是经常反复执行和调用的工作区部分。其他部分则在执行过程中动态装入。请求页式管理的调入方式是，当需要执行某条指令而又发现它不在内存时，或当执行某条指令需要访问其他数据或指令时，而这些指令和数据又不在内存中，从而发生缺页中断，系统将外存中相应的页面调入内存。请求页式管理的内存页面分配和回收算法：略。11.请求页式管理中有哪几种常用的页面置换算法?试比较它们的优缺点。答：比较常用的页面置换算法有：(1)随机淘汰算法(randomglongram)。即随机地选择某个用户页面并将其换出。(2)轮转法RR(roundrobin)。轮转法循回换出内存可用区内一个可以被换出的页，无论该页是刚被换进或已经换进内存很长时间。(3)先进先出法FIFO(firstinfirstout)。FIFO算法选择在内存驻留时间最长的一页将其淘汰。(4)最近最久未使用页面置换算法IRU(1east recently unused)。该算法的基本思想是：当需要淘汰某一页时，选择离当前时间最近的一段时间内最久没有使用过的页面先淘汰。(5)理想型淘汰算法OPT(optimalreplacementalgorithm)。该算法淘汰在访问串中将来再也不出现的或是在离当前最远的位置上出现的页面。14.什么是段式管理?它与页式管理有何区别?答：段式管理就是将程序按照内容或过程(函数)关系分成段，每段拥有自己的名字。一个用户作业或进程所包含的段对应于一个二维线性虚拟空间，也就是一个二维虚拟存储器。段式管理程序以段为单位分配内存，然后通过地址映射机构把段式虚拟地址转换成实际的内存物理地址。司页式管理时样，段式管理也采用只把那些经常访问的段驻留内存，而把那些在将来，段时间内不被访问的段放入外存，待需要时自动调入相关段的方法实现二维虚拟存储器。段式管理和页式管理的主要区别有：(1)页式管理中源程序进行编译链接时是将主程序、子程序、数据区等按照线性空间的维地址顺序排列起来。段式管理则是将程序按照内容或过程(函数)关系分成段，每段拥有自己的名字。一个用户作业或进程所包含的段对应于一个二：维线性虚拟空间，也就是一个二维虚拟存储器。(2)同动态页式管理一样，段式管理也提供了内外存统管理的虚存实现。与页式管理不同的是：段式虚存每次交换的是一段有意义的信息，而不是像页式虚存管理那样只交换固定大小的页，从而需要多次的缺页中断才能把所需信息完整地调入内存。(3)在段式管理中，段长可根据需要动态增长。这对那些需要不断增加或改变新数据或子程序的段来说，将是非常有好处的。(4)段式管理便于对具有完整逻辑功能的信息段进行共享。(5)段式管理便于进行动态链接，而页式管理进行动态链接的过程非常复杂。15.段式管理可以实现虚存吗?如果可以，简述实现方法。答：段式管理可以实现虚存。段式管理把程序按照内容或过程(函数)关系分成段，每段拥有自己的名字。一个用户作业或进程所包含的段对应于个二维线性虚拟空间(段号s与段内相对地址w)，也就是一个二维虚拟存储器。段式管理以段为单位分配内存，然后通过地址映射机构把段式虚拟地址转换成实际的内存物理地址。只把那些经常访问的段驻留内存，而把那些在将来一段时间内不被访问的段放入外存，待需要时产生缺段中断，自动调入。16.为什么要提出段页式管理?它与段式管理及页式管理有何区别?答：因为段式管理和页式管理各有所长。段式管理为用户提供了一个二维的虚拟地址空间，反映了程序的逻辑结构，有利于段的动态增长以及共享和内存保护等，这极大地方便了用户。而分页系统则有效地克服了碎片，提高了存储器的利用效率。从存储管理的目的来讲，主要是方便用户的程序设计和提高内存的利用率。所以人们提出了将段式管理和页式管理结合起来让其互相取长补短的段页式管理。段页式管理与段式和页式管理相比，其访问时间较长。因此，执行效率低。17.为什么说段页式管理时的虚拟地址仍是二维的?答：因为在段页式内存管理中，对每一段内的地址空间进行分页式管理只是为了克服在内存分配过程中产：生的大量碎片，从而提高存储器的利用效率，它并没有改变段内地址空间的一维结构，所以段页式内存管理中的虚拟地址仍然和段式内存管理中的虚拟地址一样，是二维结构的。18.段页式管理的主要缺点是什么?有什么改进办法?答：段页式管理的主要缺点是对内存中指令或数据进行存取时，至少需要对内存进行三次以上的访问。第一次是由段表地址寄存器取段表始址后访问段表，由此取出对应段的页表在内存中的地址。第二次则是访问页表得到所要访问的指令或数据的物理地址。只有在访问了段表和页表之后，第三次才能访问真正需要访问的物理单元。显然。这将大大降低CPU执行指令的速度。改进办法是设置快速联想寄存器。在快速联想寄存器中存放当前最常用的段号s，页号p和对应的内存页面地址与其他控制项。当需要访问内存空间某一单元时，可在通过段表、页表进行内存地址查找的同时，根据快速联想寄存器查找其段号和页号。如果所要访问的段或页的地址在快速联想寄存器中，则系统不再访问内存中的段表、页表而直接把快速联想寄存器中的值与页内相对地址d拼接起来得到内存地址。19.什么是局部性原理?什么是抖动?你有什么办法减少系统的抖动现象?答：局部性原理是指在几乎所有程序的执行过程中，在一段时间内，CPU总是集中地访问程序中的某个部分而不是对程序的所有部分具有平均的访问概率。抖动是指当给进程分配的内存小于所要求的工作区时，由于内存外存之间交换频繁，访问外存的时间和输入输出处理时间大大增加，反而造成CPU因等待数据而空转，使得整个系统性能大大下降。在物理系统中，为防止抖动的产生，在进行淘汰或替换时，般总是把缺页进程锁住，不让其换出，从而防止抖动发生。防止抖动发生的另一个办法是设置较大的内存工作区。第八章 文件系统1.什么是文件、文件系统？文件系统有哪些功能？答：在计算机系统中，文件被解释为一组赋名的相关字符流的集合，或者是相关记录的集合。文件系统是操作系统中与管理文件有关的软件和数据。文件系统的功能是用户建立文件，撤销、读写修改和复制文件，以及完成对文件的按名存取和进行存取控制。2.文件系统一般按什么分类？可以分为哪几类？答：文件系统一般按性质、用途、组织形式、文件中的信息流向或文件的保护级别等分类。按文件的性质与用途可以分为系统文件、库文件和用户文件。按文件的组织形式可以分为普通文件、目录文件和特殊文件。按文件中的信息流向可以分为输入文件、输出文件和输入/输出文件。按文件的保护级别可以分为只读文件、读写文件、可执行文件和不保护文件。3.什么是文件的逻辑结构?什么是记录？答：文件的逻辑结构就是用户可见的结构，可分为字符流式的无结构文件和记录式的有结构文件两大类。记录是一个具有特定意义的信息单位，它由该记录在文件中的逻辑地址（相对地址）与记录名所对应的一组关键字、属性及其属性值所组成。7.文件的物理结构有哪几种?为什么说串联文件结构不适于随机存取？答：文件的物理结构是指文件在存储设备上的存放方法。常用的文件物理结构有连续文件、串联文件和索引文件3种。串联文件结构用非连续的物理块来存放文件信息，这些非连续的物理块之间没有顺序关系，链接成一个串联队列，搜索时只能按队列中的串联指针顺序搜索，存取方法应该是顺序存取的。否则，为了读取某个信息块而造成的磁头大幅度移动将花去较多的时间。因此，串联文件结构不适于随机存取。11.什么是文件目录？文件目录中包含哪些信息？答:一个文件的文件名和对该文件实施控制管理的说明信息称为该文件的说明信息，又称为该文件的目录。 文件目录中包含文件名、与文件名相对应的文件内部标识以及文件信息在文件存储设备上第一个物理块的地址等信息。另外还可能包含关于文件逻辑结构、物理结构、存取控制和管理等信息。12.二级目录和多级目录的好处是什么？符号文件目录表和基本文件目录表是二级目录吗？答：二级目录和多级目录的好处是可以减少文件命名冲突和提高对目录表的搜索速度。 符号文件目录表和基本文件目录表是实现文件共享的一种方法，并不是二级目录。第九章 外部设备管理1. 设备管理的目标和功能是什么?答：设备管理的目标是：选择和分配输入输出设备以便进行数据传输操作；控制输入输出设备和CPU(或内存)之间交换数据，为用户提供一个友好的透明接口，提高设备和设备之间、CPU和设备之间，以及进程和进程之间的并行操作，以使操作系统获得最佳效率。设备管理的功能是：提供和进程管理系统的接口；进行设备分配；实现设备和设备、设备和CPU等之间的并行操作；进行缓冲区管理。 2数据传送控制方式有哪几种?试比较它们各自的优缺点。答：数据传送控制方式有程序直接控制方式、中断控制方式、DMA方式和通道方式4种。程序直接控制方式就是由用户进程来直接控制内存或CPU和外围设备之间的数据传送。它的优点是控制简单，也不需要多少硬件支持。它的缺点是CPU和外围设备只能串行工作;设备之间只能串行工作,无法发现和处理由于设备或其他硬件所产生的错误。中断控制方式是利用向CPU发送中断的方式控制外围设备和CPU之间的数据传送。它的优点是大大提高了CPU的利用率且能支持多道程序和设备的并行操作。它的缺点是由于数据缓冲寄存器比较小，如果中断次数较多，仍然占用了大量CPU时间；在外围设备较多时，由于中断次数的急剧增加，可能造成CPU无法响应中断而出现中断丢失的现象；如果外围设备速度比较快，可能会出现CPU来不及从数据缓冲寄存器中取走数据而丢失数据的情况。DMA方式是在外围设备和内存之间开辟直接的数据交换通路进行数据传送。它的优点是除了在数据块传送开始时需要CPU的启动指令，在整个数据块传送结束时需要发中 断通知CPU进行中断处理之外，不需要CPU的频繁干涉。它的缺点是在外围设备越来越 多的情况下，多个DMA控制器的同时使用，会引起内存地址的冲突并使得控制过程进一步复杂化。通道方式是使用通道来控制内存或CPU和外围设备之间的数据传送。通道是一个独立与CPU的专管输入输出控制的机构，它控制设备与内存直接进行数据交换。它有自己的通道指令，这些指令受CPU启动，并在操作结束时向CPU发中断信号。该方式的优点是进一步减轻了CPU的工作负担，增加了计算机系统的并行工作程度。缺点是增加了额外的硬件，造价昂贵。 3什么是通道?试画出通道控制方式时的CPU、通道和设备的工作流程图。答：通道是一个独立与CPU的专管输入输出控制的机构，它控制设备与内存直接进行数据交换。它有自己的通道指令，这些指令受CPU启动，并在操作结束时向CPU发中断信号。4. 什么是中断?什么叫中断处理?什么叫中断响应?答: 中断是指计算机在执行期间，系统内发生任何非寻常的或非预期的急需处理事件，使得CPU暂时中断当前正在执行的程序而转去执行相应的事件处理程序，待处理完毕后又返回原来被中断处继续执行的过程。CPU转去执行相应的事件处理程序的过程称为中断处理。CPU收到中断请求后转到相应的事件处理程序称为中断响应。5什么叫关中断?什么叫开中断?什么叫中断屏蔽?答：把CPU内部的处理机状态字PSW的中断允许位清除从而不允许CPU响应中断叫做关中断。设置CPU内部的处理机状态字PSW的中断允许位从而允许CPU响应中断叫做开中断。中断屏蔽是指在中断请求产生之后，系统用软件方式有选择地封锁部分中断而允许其余部分的中断仍能得到响应6什么是陷阱?什么是软中断?试述中断、陷阱和软中断之间异同。答：陷阱指处理机和内存内部产生的中断，它包括程序运算引起的各种错误，如地址非法、校验错、页面失效。存取访问控制错、从用户态到核心态的切换等都是陷阱的例子。软中断是通信进程之间用来模拟硬中断的一种信号通信方式。7描述中断控制方式时的CPU动作过程。答：(1)首先，CPU检查响应中断的条件是否满足。如果中断响应条件不满足，则中断处理无法进行。(2)如果CPU响应中断，则CPU关中断。 (3)保存被中断进程现场。(4)分析中断原因，调用中断处理子程序。(5)执行中断处理子程序。(6)退出中断，恢复被中断进程的现场或调度新进程占据处理机。(7)开中断，CPU继续执行。8什么是缓冲?为什么要引入缓冲?答：缓冲即是使用专用硬件缓冲器或在内存中划出一个区域用来暂时存放输入输出数据的器件。引入缓冲是为了匹配外设和CPU之间的处理速度，减少中断次数和CPU的中断处理时间，同时解决DMA或通道方式时的数据传输瓶颈问题。9设在对缓冲队列em，in和out进行管理时，采用最近最少使用算法存取缓冲区，即在把一个缓冲区分配给进程之后，只要不是所有其他的缓冲区都在更近的时间内被使用过，则该缓冲区不再分配出去。试描述过程tahbuf(type，number)和addbuf(type，number)。答：对每个缓冲区设置一个时间标志位，其取值为该缓冲区上次放入队列时的系统时间。takebuf(type，number)取出时间标志位最小的缓冲区add-bur(type，number)把缓冲区放入队列，并获取当前系统时间赋给其时间标志位10.试述对缓冲队列em，in和out采用最近最少使用算法对改善IO操作性能有什么好处?答:采用最近最少使用算法可以保留那些在最近一段时间内使用次数较多的缓冲区，而这些缓冲区继续被使用的可能性比较大，从而可以减少缓冲区分配和回收的次数，避免了频繁的分配、回收操作，所以可以改善IO操作性能。1l.用于设备分配的数据结构有哪些?它们之间的关系是什么?答：用于设备分配的数据结构有：设备控制表DCT、系统设备表SDT、控制器表COCT和通道控制表CHCT。SDF整个系统一张，每个设备有一张DCT，每个控制器有一张COCT，每个通道有一张 CHCT。SDF中有一个DCT指针，DCT中有一个COCT指针，COCT中有一个CHCT指针。12.设计一个设备分配的安全检查程序，以保证把某台设备分配给某进程时不会出现死锁。答：参见教材72页避免死锁章节。13.什么是IO控制?它的主要任务是什么7 答:IO控制是指从用户进程的输入输出请求开始，给用户进程分配设备和启动有关设备进行IO操作，并在IO操作完成之后响应中断，直至善后处理为止的整个系统控制过程。14.IO控制可用哪几种方式实现?各有什么优缺点?答：IO控制过程可用三种方式实现：作为请求IO操作的进程实现；作为当前进程的一部分实现；由专门的系统进程IO进程完成。第一种方式请求对应IO操作的进程能很快占据处理机，但要求系统和IO操作的进程应具有良好的实时性。第二种方式不要求系统具有高的实时性，但IO控制过程要由当前进程负责。第三种方式增加了一个额外的进程开销，但用户不用关心IO控制过程。15.设备驱动程序是什么?为什么要有设备驱动程序?用户进程怎样使用驱动程序?答：设备驱动程序是驱动外部物理设备和相应DMA控制器或IO控制器等器件，使之可以直接和内存进行IO操作的子程序的集合。它们负责设置相应设备有关寄存器的值，启动设备进行IO操作，指定操作的类型和数据流向等。设备驱动程序屏蔽了直接对硬件操作的细节，为编程者提供操纵设备的友好接口。用户进程通过调用设备驱动程序提供的接口来使用设备驱动程序。复习题：1计算机的操作系统是一种（ B）。A.应用软件B.系统软件 C.工具软件D.字表处理软件2UNIX属于一种（ A）操作系统。A.分时系统B.批处理系统C.实时系统D.分布式系统3.操作系统是一组（ C）程序。A.文件管理B.中断处理C.资源管理D.设备管理4.下里四个操作系统中，是分时系统的为（C）。A.CP/M B.MS-DOS C.UNIX D.WINDOWS NT5.用户要在程序获得系统帮助，必须通过（D）。A.进程调度B.作业调度 C.键盘命令 D.系统调用6.批处理系统的主要缺点是（ B ）。A.CPU的利用率不高B.失去了交互性C.不具备并行性D.以上都不是7.DOS操作系统主要功能是（ B ）。A.文件管理程序B.中断处理程序C.作业管理程序D.打印管理程序8.在Pascal程序中调用的sin（x）是（ B ）。A.系统调用B.标准子程序C.操作系统命令D.进程9.计算机操作系统的功能是（ D ）。A.把源程序代码转换为标准代码B.实现计算机用户之间的相互交流C.完成计算机硬件与软件之间的转换D.控制、管理计算机系统的资源和程序的执行10. 在分时系统中。时间片一定时，（ B），响应时间越长。A.内存越多B.用户数越多C.内存越少D.用户数越少D 1操作系统的( )管理部分负责对进程进行调度。A.主存储器B.控制器 C.运算器D.处理机C 2操作系统是对（C）进行管理的软件。A.软件B.硬件C.计算机资源D.应用程序A 3.从用户的观点看，操作系统是（A）。A.用户与计算机之间的接口B.控制和管理计算机资源的软件C.合理地组织计算机工作流程的软件D.由若干层次的程序按一定的结构组成的有机体B 4.操作系统的功能是进行处理机管理（）管理、设备管理及信息管理。A.进程B.存储器C.硬件D.软件A 5.操作系统中采用多道程序设计技术提高CPU和外部设备的（）。A.利用率B.利用率C.稳定性D.兼容性B 6.操作系统是现代计算机系统不可缺少的组成部分，是为了提高计算机的（）和方便用户使用计 算机而配备的一系统软件。A.CPU的利用率不高B.失去了交互性C.不具备并行性D.以上都不是B 7.操作系统的基本类型主要有（ B）。A.批处理系统、分时系统及多任务系统B.实时操作系统、批处理操作系统及分时操作系统C.单用户系统、多用户系及批处理系统D.实时系统、分时系统和多用户系统B 8.所谓（）是指将一个以上的作业放入主存，并且同时处于运行状态，这些作业共享处理机的时间和外围设备等其他资源。A.多重处理B.多道程序设计C.实时处理D.共行执行B 9.多道批处理系统的硬件支持是20世纪60年代初发展起来的（）。A.RISC技术 B.通道和中断机构C.集成电路D.高速内存C 1（）操作系统允许在一台主机上同时连接多台终端，多个用户可以通过各自的终端同时交互地使用计算机。A.网络B.分布式C.分时D.实时B 2如果分时操作系统的时间片一定，那么（）则响应时间越长。A.用户数越少B.用户数越多C.内存越少 D.内存越多B 3.分时操作系统通常采用（）策略为用户服务。A.可靠性和灵活性B.时间片轮转C.时间片加权分配 D.短作业优先C 4.（）操作系统允许用户把若干个作业提交给计算机系统。A.单用户B.分布式C.批处理D.监督A 5.在（）操作系统控制下，计算机系统能及时处理由过程控制反馈的数据并作出响应。A.实时B.分时C.分布式D.单用户C 6.下面6个系统中，必须是实时操作系统的有（）个 。计算机辅助设计系统航空订票系统 过程控制系统 机器翻译系统办公自动化系统 计算机激光照排系统A.1B.2C.3 D.4B 7.设计实时操作系统时，首先应考虑系统的（）。A.可靠性和灵活性B.实时性和可靠性C.灵活性和可靠性D.优良性和分配性D 8.若把操作系统看作计算机系统资源的管理者，下列的（）不属于操作系统所管理的资源。A.程序B.内存C.CPUD.中断A 9.在下列操作系统的各个功能组成部分中，（）不需要硬件的支持。A.进程调度B.时钟管理C.地址映射D.中断系统A 1在一个以批处理为主系统中，为了保证系统的吞吐率，总是要力争缩短用户作业的（）A.周转时间B.运行时间C.提交时间D.完成时间C 2作业在系统中存在与否的唯一标志是（）A.源程序B.作业说明书C.作业控制块D.目的程序B 3.在批处理系统中，周转时间是（）A.作业运行程序B.作业等待时间和运行时间之和C.作业的相对等待时间D.作业被调度进入内存到运行完毕的时间D 4.一个作业处于运行状态，则所属该作业的进程可能处于（ D）状态。A.运行B.就绪C.等待D.（A）或（B）或（C）B 5.作业调度算法中“短作业优先”调度算法使得（ B ）。A.每个作业的等待时间较短B.作业的平均等待时间最短C.系统效率最高D.长作业的等待时间最短A 6.一个进程处于等待状态，则该进程所属的作业存在于（）中。A.内存B.外存C.高速缓存D.寄存器C 7.作业调度从处于（）状态的队列中选取适当的作业投入运行。A.运行B.提交C.后备D.完成A 8.从作业交给系统到作业完成的时间间隔叫做（）。A.周转时间B.响应时间C.运行时间D.等待时间B 9.（）是指作业从后备队列到被调度程序选中时的时间间隔。A.触发时间B.等待时间C.响应时间D.运行时间B 10.批处理系统中，是以（）为单位把程序和数据调入内存以便执行。 A.进程B.作业C.程序段D.程序C 1在进程管理中，当（）时，进程从阻塞状态变为就绪状态。A.进程被进程调度程序选中B.等待某一事件C.等待的事件发生 D.时间片用完B 2分配到必要的资源并获得处理机时的进程状态是（）A.就绪状态B.执行状态C.阻塞状态D.撤消状态A 3.PV操作是（A）。A两条低级进程通信原语B.两组不同的机器指令C.两条系统调用命令D.两条高级进程通信原语B 4.对进程的管理和控制使用（ B）状态。A.指令B.原语C.信号量D.信箱通信B 5.进程的并发执行是指若干个进程（ B ）。A.同时执行B.在执行的时间上是重叠的C.在执行的时间上是不可重叠的D.共享系统资源B 6.若P、V操作的信号量S初值为2，当前值为一1，则表示有（）等待进程。A.0个B.1个C.2个D.3个C 7.下列的进程状态变化中，（）变化是不可能发生的。A.运行-就绪B.运行-等待 C.等待-运行D.等待-就绪A 8.一个运行的进程用完了分配给它的时间片后，它的状态变为（）。A.就绪B.等待C.运行D.由用户自己确定 C 9.用P、V操作管理临界区时，信号量的初值应定义为（）A.-1B.0C.1D.任意值B 1进程间的同步是指进程间在逻辑上的相互（B）关系。A.联接B.制约C.继续D.调用D 2（ ）是一种只能进行P操作和V操作的特殊变量。A.调度B.进程C.同步D.信号量B 3.(B)是解决进程间同步和互斥的一对低级通信原语。A.10ck 和 unlockB.P和VC.W和SD.Send和ReceiveD 4.下面对进程的描述中，错误的是（D）。A进程是动态的概念B.进程执行需要处理机C.进程是有生命期的D.进程是指令的集合D 5.下面的叙述中正确的是（ D）。A.操作系统的一个重要概念是进程，因此不同进程所执行的代码也一定不同B.为了避免发生进程死锁，各进程只能逐个申请资源C.操作系统用PCB管理进程，用户进程可以从PCB中读出与本身运行状况有关的信息D.进程同步是指某些进程之间在逻辑上的相互制约关系C 6.进程控制就是对系统中的进程实施有效的管理，通过使用（ C）进程撒消、 进程阻塞、进程唤醒等进程控制原语实现. A.进程运行B.进程管理C.进程创建D.进程同步B 7.信箱通信是一种（ B）通信方式。A.直接通信B.间接通信C.低级通信D.信号量B 8.操作系统通过（ B ）对进程进行管理。A.进程B.进程控制块C.进程启动程序D.进程控制区B 9.操作系统通过（ B）对进程进行管理。A.进程B.进程控制块C.进程启动程序D.进程控制区A 1用P、V操作可以解决（A）互斥问题。A.一切B.某些C.正确D.错误B 2通常，用户进程被建立后，（B）。A.便一直存在于系统中,直到被操作人员撤消B.随着作业运行正常或不正常结束而撒消C.随着时间片轮转而撤消与建立D.随着进程的阻塞或唤醒而撒消与建立B 3.在操作系统中，进程是一个具有一定独立功能的程序在某个数据集上的一次（）。A.等待活动B.运行活动C.单独操作D.关联操作D 4.一个进程被唤醒意味着 （D）。A该进程重新占有了CPUB.它的优先权变为最大C.其PCB移至等待队列队首D.进程变为就绪状态A 5.下面所述步骤中，（ A）不是创建进程所必需的。A由调度程序为进程分配CPUb.建立一个进程控制块C.为进程分配内存D.将进程控制块链入就绪队列C 6.多道程序环境下，操作系统分配资源以（ C ）为基本单位。A.程序B.指令C.进程D.作业B 7.对于两个并发进程，设互斥信号量为mutex，若mutex=0，则（ B ）。A.表示没有进程进入临界区B.表示有一个进程进入临界区C.表示有一个进程进入临界区，另一个进程等待进入D.表示有两个进程进入临界区A 8.两个进程合作完成一个任务。在并发执行中，一个进程要等待其合作伙伴发来消息，或者建立某个条件后再向前执行，这种制约性合作关系被称为进程的（）。A.同步B.互斥C.调度D.执行D 9.为了进行进程协调，进程之间应当具有一定的联系，这种联系通常采用进程间交换数据的方式进行，这种方式称为（ D ）A.进程互斥B.进程同步C.进程制约D.进程通信B