操作系統(tǒng)課后習(xí)題.doc

1.1 存儲(chǔ)程序式的計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)是什么?答：是集中順序過(guò)程控制，即控制部件根據(jù)程序?qū)φ麄€(gè)計(jì)算機(jī)的活動(dòng)實(shí)行集中過(guò)程控制，并根據(jù)程序規(guī)定的順序依次執(zhí)行每一個(gè)操作。 集中控制：由CPU集中管理順序性：程序計(jì)數(shù)器控制過(guò)程性：模擬人們手工操作過(guò)程1.2 批處理系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)各具有什么特點(diǎn)?為什么分時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)比較快?答:在批處理系統(tǒng)中操作人員將作業(yè)成批裝入計(jì)算機(jī)并由計(jì)算機(jī)管理運(yùn)行，在程序的運(yùn)行期間用戶不能干預(yù)，因此批處理系統(tǒng)的特點(diǎn)是:用戶脫機(jī)使用計(jì)算機(jī)，作業(yè)成批處理，系統(tǒng)內(nèi)多道程序并發(fā)執(zhí)行以及交互能力差。在分時(shí)系統(tǒng)中不同用戶通過(guò)各自的終端以及交互方式共同使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)，以計(jì)算機(jī)“分時(shí)”的方法輪流為每個(gè)用戶服務(wù)。分時(shí)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：多個(gè)用戶使用計(jì)算機(jī)的同時(shí)性，人機(jī)問(wèn)答方式的交互性，每個(gè)用戶獨(dú)立使用計(jì)算機(jī)的獨(dú)占性以及系統(tǒng)響應(yīng)的及時(shí)性。分時(shí)系統(tǒng)一般采用時(shí)間輪轉(zhuǎn)的方法，使一臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)為多個(gè)終端用戶服務(wù)，因此分時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)比較快。1.4 什么是多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)？試論述多道程序運(yùn)行的特征。答：多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)是指同時(shí)把多個(gè)作業(yè)（程序）放入內(nèi)存并允許它們交替執(zhí)行和共享系統(tǒng)中的各類(lèi)資源；當(dāng)一道程序因?yàn)槟撤N原因（如I/O請(qǐng)求）而暫停執(zhí)行時(shí)，CPU立即轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一道程序。多道程序運(yùn)行具有如下特征： 多道：計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存放幾道相互獨(dú)立的程序、 宏觀上并行：同時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的幾道程序都處于運(yùn)行過(guò)程中，它們先后開(kāi)始了各自的運(yùn)行，但都未運(yùn)行完畢。 微觀上串行：從微觀上看，內(nèi)存中的多道程序輪流或分時(shí)地占有處理機(jī)，交替執(zhí)行。1.6 操作系統(tǒng)的主要特征是什么？為什么會(huì)具有這樣的特征？答：操作系統(tǒng)具備的主要特征就是并發(fā)和共享。另外，由于操作系統(tǒng)要隨時(shí)處理各種事件，所以它也具備不確定性。具有這樣的特性是因?yàn)闉榱顺浞掷糜?jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源，一般采用多個(gè)同時(shí)性用戶分用的策略。以順序計(jì)算為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要完成并處理的功能，必將導(dǎo)致順序計(jì)算模型與并行計(jì)算模型的矛盾，必須解決資源共享和多任務(wù)并發(fā)執(zhí)行的問(wèn)題。2.1 什么是操作系統(tǒng)虛擬機(jī)？答:配置了操作系統(tǒng)的裸機(jī)稱(chēng)為操作系統(tǒng)虛擬機(jī)。2.3 什么是處理機(jī)的態(tài)？為什么要區(qū)分處理機(jī)的態(tài)？答：是中央處理機(jī)的工作狀態(tài)，當(dāng)前它正在執(zhí)行哪些程序。為了保護(hù)操作系統(tǒng)和進(jìn)行正確地管理和控制，其本身是不能被破壞的。為此，系統(tǒng)應(yīng)建立一個(gè)保護(hù)環(huán)境，采用的辦法就是區(qū)分處理機(jī)的工作狀態(tài)。至少需要區(qū)分兩種狀態(tài)：管態(tài)和用戶態(tài)。2.4 什么是管態(tài)？什么是用戶態(tài)？?jī)烧哂泻螀^(qū)別？答：管態(tài)（系統(tǒng)態(tài)）是操作系統(tǒng)管理程序執(zhí)行時(shí)機(jī)器所處的狀態(tài)。用戶態(tài)（目的態(tài)）是用戶程序執(zhí)行時(shí)機(jī)器所處的狀態(tài)。這需要計(jì)算機(jī)硬件的支持，在計(jì)算機(jī)狀態(tài)寄存器下中需設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)位（模式位）。若有了系統(tǒng)狀態(tài)位就可以區(qū)分當(dāng)前正在執(zhí)行的是系統(tǒng)程序還是用戶程序。2.5 什么是中斷？在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中為什么要引進(jìn)中斷？答：是指某個(gè)事件（如電源掉電、定點(diǎn)加法溢出或I/O傳輸結(jié)束等）發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)中止現(xiàn)行程序的運(yùn)行、引出處理事件程序?qū)υ撌录M(jìn)行處理，處理完畢后返回?cái)帱c(diǎn)，繼續(xù)執(zhí)行。引進(jìn)中斷是為了實(shí)現(xiàn)并并發(fā)活動(dòng)，為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)化工作。2.8中斷和俘獲有什么不同？答：由處理機(jī)外部事件引起的中斷稱(chēng)為外中斷，又稱(chēng)中斷。由處理機(jī)內(nèi)部事件引起的中斷稱(chēng)為俘獲。終端和俘獲的來(lái)源和響應(yīng)的先后次序不同.2-9 什么是中斷響應(yīng)，其實(shí)質(zhì)是什么？答：中斷響應(yīng)是當(dāng)處理機(jī)發(fā)現(xiàn)已有中斷請(qǐng)求時(shí)，中止現(xiàn)行的程序執(zhí)行，并自動(dòng)引出中斷處理程序的過(guò)程。其實(shí)質(zhì)是交換指令執(zhí)行地址和處理機(jī)狀態(tài)。2.10 什么是程序狀態(tài)字，在微機(jī)中它一般由哪兩部分組成？答：是反映程序執(zhí)行時(shí)機(jī)器所處的現(xiàn)行狀態(tài)的代碼。在微機(jī)中它一般是由指令計(jì)數(shù)器（PC）和處理機(jī)狀態(tài)寄存器（PS）組成。2.11 什么是向量中斷？什么是中斷向量？答：向量中斷是指當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，由中斷源自己引導(dǎo)處理機(jī)進(jìn)入中斷服務(wù)程序的中斷過(guò)程。中斷向量就是存儲(chǔ)該類(lèi)型中斷服務(wù)例行程序的入口地址和處理機(jī)狀態(tài)字的存儲(chǔ)單元。2.12 以trap指令為例，用圖說(shuō)明自陷處理的一般過(guò)程。3.2系統(tǒng)引導(dǎo)的主要任務(wù)是什么？答：將操作系統(tǒng)的必要部分裝入主存并使系統(tǒng)運(yùn)行，最終處于命令接受狀態(tài)。3.3 處理應(yīng)用程序分哪幾個(gè)作業(yè)步？答：用某種預(yù)言編制一個(gè)程序，該程序被稱(chēng)為源程序。將源程序和初始數(shù)據(jù)記錄在某種輸入介質(zhì)上，一般在終端設(shè)備上直接編輯源程序。按照一定的要求控制計(jì)算機(jī)工作，并經(jīng)過(guò)加工，最終計(jì)算出結(jié)果。3.4 靜態(tài)連接和動(dòng)態(tài)鏈接有什么區(qū)別？答：靜態(tài)連接是將所需的外部調(diào)用函數(shù)連接到目標(biāo)文件中形成一個(gè)完整的主存映像文件。動(dòng)態(tài)鏈接是將這一連接工作延遲到程序運(yùn)行的時(shí)候進(jìn)行，它需要的支持是動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。3.6 什么是系統(tǒng)調(diào)用？簡(jiǎn)述系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過(guò)程。答：1、系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供給編程人員的唯一接口。是利用訪管指令定義的指令。2、用戶在程序中使用系統(tǒng)調(diào)用，給出系統(tǒng)調(diào)用名和函數(shù)后，即產(chǎn)生一條相應(yīng)的陷入指令，通過(guò)陷入處理機(jī)制調(diào)用服務(wù)，引起處理機(jī)中斷，然后保護(hù)處理機(jī)現(xiàn)場(chǎng)，取系統(tǒng)調(diào)用功能號(hào)并尋找子程序入口，通過(guò)入口地址表來(lái)調(diào)用系統(tǒng)子程序，然后返回用戶程序繼續(xù)執(zhí)行。4.1 試解釋下列名詞：程序的順序執(zhí)行一個(gè)計(jì)算由若干操作組成，而這些操作必須按照某種先后次序來(lái)執(zhí)行，以保證操作的結(jié)果是正確的，則這類(lèi)計(jì)算過(guò)程就是程序的順序執(zhí)行過(guò)程。程序的并發(fā)執(zhí)行若干個(gè)程序段同時(shí)在系統(tǒng)中運(yùn)行，這些程序段的執(zhí)行在時(shí)間上是重疊的，一個(gè)程序段的執(zhí)行尚未結(jié)束，另一個(gè)程序段的執(zhí)行已經(jīng)開(kāi)始，即使這種重疊是很小的一部分，也稱(chēng)這幾個(gè)程序段是并發(fā)執(zhí)行的。4.3 什么是進(jìn)程？進(jìn)程與程序的主要區(qū)別是什么？答：進(jìn)程是指一個(gè)具有一定獨(dú)立功能的程序關(guān)于某個(gè)數(shù)據(jù)集合的一次運(yùn)行活動(dòng)。進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的，程序的靜態(tài)的，進(jìn)程是程序的動(dòng)態(tài)執(zhí)行過(guò)程。4-6 進(jìn)程有哪幾種基本狀態(tài)？在一個(gè)系統(tǒng)中為什么必須區(qū)分出這幾種狀態(tài)？答：進(jìn)程有三種基本狀態(tài)，即運(yùn)行狀態(tài)，就緒狀態(tài)，等待狀態(tài)。如果系統(tǒng)能為每個(gè)進(jìn)程提供一臺(tái)處理機(jī)，則系統(tǒng)中所有進(jìn)程都可以同時(shí)執(zhí)行，但實(shí)際上處理機(jī)的數(shù)目總是小于進(jìn)程數(shù)，因此往往只有少數(shù)幾個(gè)進(jìn)程可真正獲得處理機(jī)控制權(quán)。4.7 某系統(tǒng)進(jìn)程狀態(tài)變遷圖如圖4.31所示，所采用的調(diào)度方法為非剝奪方法，回答以下問(wèn)題：發(fā)生變遷2、變遷3、變遷4、的原因是什么？答:當(dāng)運(yùn)行進(jìn)程在分得的時(shí)間片內(nèi)未完成，時(shí)間片到將發(fā)生變遷2.當(dāng)運(yùn)行進(jìn)程在執(zhí)行過(guò)程中，需要等待某時(shí)間的發(fā)生才能繼續(xù)向下執(zhí)行，此時(shí)會(huì)發(fā)生變遷3.當(dāng)?shù)却M(jìn)程等待的事件發(fā)生了，將會(huì)發(fā)生變遷4.下述因果變遷是否可能發(fā)生？如果可能的話，在什么情況下發(fā)生？ 31 21 32 41 答:正在運(yùn)行的進(jìn)程因等待某事件的發(fā)生而變?yōu)榈却隣顟B(tài)的變遷3，在就緒隊(duì)列非空時(shí)必然引起一個(gè)就緒進(jìn)程被調(diào)度執(zhí)行的變遷1。正運(yùn)行的進(jìn)程因時(shí)間片到變?yōu)榫途w狀態(tài)的變遷2，必然引起一個(gè)就緒進(jìn)程被調(diào)度執(zhí)行的變遷1.4.8 什么是進(jìn)程控制塊？它有什么作用？答：為了描述一個(gè)進(jìn)程和其他進(jìn)程以及系統(tǒng)資源的關(guān)系，為了刻畫(huà)一個(gè)進(jìn)程在各個(gè)不同時(shí)期所處的狀態(tài)，人們采用一了個(gè)與進(jìn)程相聯(lián)系的數(shù)據(jù)塊，稱(chēng)為進(jìn)程控制塊 PCB (process control block) 或稱(chēng)為進(jìn)程描述器（process descriptor）。 其作用是描述進(jìn)程的動(dòng)態(tài)特征，進(jìn)程與其他進(jìn)程和系統(tǒng)資源的關(guān)系。S4-11在下圖所示的進(jìn)程流程圖中，有五個(gè)進(jìn)程合作完成某一任務(wù)。說(shuō)明這五個(gè)進(jìn)程之間的同步關(guān)系，并用p，v操作實(shí)現(xiàn)之，要求寫(xiě)出程序描述。答：main( ) int s2,s3,s4,s5=0; /*表示進(jìn)程p2，p3，p4,p5能否執(zhí)行*/ cobegin P1( ); P2( );P3( ); P4( );見(jiàn)P116圖4.33F P5( ); coend P1( ) P2( ) P3( ) P4( ) P5( ) . p(s2); p(s3); p(s4); p(s5); . . . . . v(s2); . . . . v(s3); v(s5); v(s5); v(s4); 4-18 用于進(jìn)程控制的原語(yǔ)主要有哪幾個(gè)？答：主要有：創(chuàng)建原語(yǔ)，撤銷(xiāo)原語(yǔ)，阻塞原語(yǔ)，喚醒原語(yǔ)。5.2什么是死鎖？試舉例說(shuō)明？答：死鎖是兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程被無(wú)限期地阻塞、相互等待的一種狀態(tài)。設(shè)一個(gè)具有3個(gè)磁帶驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)，現(xiàn)有3個(gè)進(jìn)程，某時(shí)某刻，每個(gè)進(jìn)程都占用了一個(gè)磁帶驅(qū)動(dòng)器。如果每個(gè)進(jìn)程都不釋放自己已占用的磁帶驅(qū)動(dòng)器，而且還需要另一個(gè)磁帶驅(qū)動(dòng)器，那么這3個(gè)進(jìn)程就會(huì)處于互相死等的狀態(tài)，這種狀態(tài)稱(chēng)為死鎖。5-6 下圖表示一帶閘門(mén)的運(yùn)河，其上有兩架吊橋。吊橋坐落在一條公路上，為使該公路避開(kāi)一塊沼澤地而令其橫跨運(yùn)河兩次。運(yùn)河和公路的交通都是單方向的。運(yùn)河上的基本運(yùn)輸由駁船擔(dān)負(fù)。在一艘駁船接近吊橋A時(shí)就拉汽笛警告，若橋上無(wú)車(chē)輛，吊橋就吊起，直到駁船尾部通過(guò)此橋?yàn)橹?。?duì)吊橋 B 也按同樣次序處理。 （1） 一艘典型駁船的長(zhǎng)度為200米，當(dāng)它在河上航行時(shí)是否會(huì)產(chǎn)生死鎖？若會(huì)，其理由是什么？ （2） 如何能克服一個(gè)可能的死鎖？請(qǐng)?zhí)岢鲆粋€(gè)防止死鎖的辦法。 （3） 如何利用信號(hào)燈上的P，V操作實(shí)現(xiàn)車(chē)輛和駁船的同步？答:（1）駁船長(zhǎng) 200 米，當(dāng)駁船通過(guò)了A橋，其船頭到達(dá)B橋，請(qǐng)求B橋吊起，而此時(shí)它的尾部仍占據(jù) A 橋。若這個(gè)時(shí)候 B 橋上及 B 橋到 A 橋之間的公路上都被汽車(chē)占據(jù)，而汽車(chē)又要求通過(guò) A 橋。這樣駁船和汽車(chē)都無(wú)法前進(jìn)，形成死鎖的局面。 （2）可以有以下兩種方法： c資源的靜態(tài)分配。即進(jìn)程把它所需要的所有資源在運(yùn)行前提前申請(qǐng)，系統(tǒng)把它所需要的全部資源一次性都分配給它。也就是說(shuō)，這時(shí)把 A 橋和 B 橋看成一個(gè)資源。打破了產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件之一的部分分配條件。 d可以規(guī)定資源按序申請(qǐng)和分配，從而破壞了死鎖的循環(huán)等待條件，防止死鎖的發(fā)生。規(guī)定如下：B 橋的序號(hào)小于 A 橋的序號(hào)，駁船和汽車(chē)都必須先申請(qǐng)序號(hào)小的資源 B 橋，申請(qǐng)得到滿足后，再申請(qǐng)序號(hào)大的資源 A 橋。（3）算法如下： c設(shè)置兩個(gè)互斥信號(hào)量 mutexa，mutexb，用來(lái)實(shí)現(xiàn)駁船和汽車(chē)對(duì) A 橋和對(duì) B 橋的互斥使用；設(shè)置一個(gè)共享變量 count，用來(lái)記錄當(dāng)前占用 A 橋和 B 橋的汽車(chē)數(shù)并設(shè)置互斥信號(hào)量 mutex，用來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)對(duì)共享變量 count 的互斥訪問(wèn)。 Main( ) int mutexa, mutexb, mutex, count mutexa=1; mutexb=1; mutex=1; count=0; cobegin bargei; /i=1,2,.,m carj; /j=1,2,.,n coend bargei() . P(mutexb); P(mutexa); 吊起 B 橋; 吊起 A 橋; 駁船通過(guò) A 橋； 放下 A 橋; 駁船通過(guò) B 橋; 放下 B 橋; V(mutexa); V(mutexb); . carj() . P(mutex); count+; if(count=1) P(mutexb); P(mutexa); V(mutex); 汽車(chē)通過(guò) B 橋; 汽車(chē)通過(guò) AB 段公路; 汽車(chē)通過(guò) A 橋； P(mutex); count-; if(count=0) V(mutexb); V(mutexa); V(mutex); . d設(shè)置兩個(gè)互斥信號(hào)量mutexa，mutexb，用來(lái)實(shí)現(xiàn)駁船和汽車(chē)對(duì)A橋和對(duì)B橋的互斥使用；設(shè)置兩個(gè)共享變量counta和countb，分別用來(lái)記錄A橋和B橋上的汽車(chē)數(shù)并設(shè)置互斥信號(hào)量mutex1和mutex2，用來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)對(duì)共享變量counta和countb的互斥訪問(wèn)。Main( ) int mutexa, mutexb, mutex1, mutex2, counta, countb; mutexa=1; mutexb=1; mutex1=mutex2=1; counta=countb=0; cobegin bargei; /i=1,2,.,m carj; /j=1,2,.,n Coendbargei() . P(mutexb); 吊起 B 橋; P(mutexa); 吊起 A 橋; 駁船通過(guò) A 橋； 放下 A 橋; V(mutexa); 駁船通過(guò) B 橋; 放下 B 橋; V(mutexb); . carj() . P(mutex2); countb+; if(countb=1) P(mutexb); V(mutex2); 汽車(chē)通過(guò) B 橋; P(mutex2); countb-; if(countb=0) V(mutexb); V(mutex2); 汽車(chē)通過(guò) AB 段公路; P(mutex1); counta+; if(counta=1) P(mutexa); V(mutex1); 汽車(chē)通過(guò) A 橋； P(mutex1); counta-; if(counta=0) V(mutexa); V(mutex1); . 5-7 討論圖 5.8 描述的交通死鎖的例子（設(shè)各方向上的汽車(chē)是單線、直線行駛）： （1）對(duì)于產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件中的哪些條件在此例中是適用的？ （2）提出一個(gè)簡(jiǎn)單的原則，它能避免死鎖。 （3）若用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)交通自動(dòng)管理，請(qǐng)用信號(hào)燈上的P、V操作來(lái)實(shí)現(xiàn)各方向上汽車(chē)行駛的同步。答：（1）路口是共享資源。 c 互斥條件：路口必須互斥使用，即汽車(chē)對(duì)它所需要的路口是排他性控制的。 d 不剝奪