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文檔簡介
1、 第一章1. what are the three main purposes of an operating system?答:第一,操作系統(tǒng)是一個資源管理器,它管理計算機硬件。第二,它是用戶和計算機硬件之間的媒介。第三,操作系統(tǒng)為應用程序的運行提供了基礎。2. what is the main advantage of multiprogramming(多道程序設計)? 答:多道程序設計通過組織作業(yè)使cpu總有一個作業(yè)可執(zhí)行,從而提高了cpu的利用率。3. in a multiprogramming and time-sharing (分時系統(tǒng))environment, several u
2、sers share the system simultaneously. this situation can result in various security problems.a. what are two such problems?答:第一是用戶會相互竊取各自的信息和數(shù)據(jù),第二是資源的配置可能不會合理,會影響使用。b. can we ensure the same degree of security in a time-shared machine as we have in a dedicated machine? explain your answer.答:不能,雖然分時系
3、統(tǒng)有自己的保護措施,但也不能完全確保安全。4. define the essential properties(本質屬性) of the following types of operating systems:a. batch(批處理)答:具有相似需求的作業(yè)被成批的集合起來,并把它們作為一個整體通過一個操作員或自動作業(yè)程序裝置運行通過計算機。通過緩沖區(qū),線下操作,后臺和多道程序,運用嘗試保持cpu和i/o一直繁忙,從而使得性能被提高。批處理系統(tǒng)對于運行那些需要較少互動的大型作業(yè)十分適用。b. interactive(交互式)答:這種系統(tǒng)提供用戶與系統(tǒng)之間的直接通信。用戶通過輸入設備,如鍵盤和
4、鼠標向操作系統(tǒng)和程序直接發(fā)出指令,并等待輸出設備立即出來的結果,通常,響應時間比較短,通常為1s左右c. time sharing(分時)答:分時操作系統(tǒng)采用cpu調度和多道程序設計以提供用戶分時計算機的一小部分,每個用戶在內(nèi)存中至少有一個程序。分時操作系統(tǒng)允許許多用戶同時共享計算機。由于分時系統(tǒng)的每個動作和命令都比較短,因而每個用戶只要少量cpu時間。隨著系統(tǒng)從一個用戶快速跳到另外一個用戶,每個用戶都會感覺到整個系統(tǒng)只為自己所用。d. real time(實時)答:常用于控制特定應用的設備;有明確的和固定的時間約束,處理必須在確定的時間約束內(nèi)完成否則系統(tǒng)就會失?。缓杏矊崟r系統(tǒng)和軟實時系統(tǒng)兩
5、種:硬實時系統(tǒng)保證關鍵任務按時完成,約束比較強對系統(tǒng)的所有延遲都有限制;而軟實時系統(tǒng)則限制較弱一些。e. network(網(wǎng)絡)答:提供給操作體統(tǒng)一個特征使得其進入網(wǎng)絡,比如文件共享等f. distributed(分布式)答:分布式系統(tǒng)將一組物理上分開的、各種可能異構的計算機系統(tǒng)通過網(wǎng)絡鏈接在一起,用戶提供系統(tǒng)所維護的各種資源的計算機資源的集合。它增加了計算速度、功能。數(shù)據(jù)可靠性及可用性。5. describe the differences between symmetric (對稱)and asymmetric multiprocessing(非對稱多處理). what are three
6、 advantages and one disadvantage of multiprocessor systems?答:對稱對處理的所有處理器都對等,處理器之間沒有主從關系,每個處理器都并發(fā)運行一個操作系統(tǒng)的拷貝,這些拷貝根據(jù)需要相互通信。非對稱處理每個處理器都有各自特定的任務,一個主處理器控制系統(tǒng),其他處理器或者想主處理器要任務或做預先固定的任務,主處理器為從處理器調度和安排工作。多處理系統(tǒng)的優(yōu)點:1.增加吞吐量 2規(guī)模經(jīng)濟 3.增加可靠性多處理系統(tǒng)的缺點:軟硬件更加復雜 6. thinking: what kind of features may exist in cc, iot or
7、cps?答:cc(云計算)的特點:1.可以提高設備計算能力,2.軟硬件相互隔離減少設備依賴性,3.平臺模塊化,可擴展性高,4.可以為用戶提供彈性服務,5.按需付費降低使用成本iot(物聯(lián)網(wǎng))特點:1.可以實時互動,2.系統(tǒng)可擴展性強,安全性高,3.部署簡單,大面積覆蓋均可快速實現(xiàn),4.網(wǎng)絡結構穩(wěn)定、性能完善cps(物理網(wǎng)絡系統(tǒng))特點:1.可跨層設計,2. 可信性量化,3.可預測的、可控制的內(nèi)存管理 ,4.可預測的、可控制的并發(fā)特性研究 ,5.具有混雜系統(tǒng),是物理進程與計算進程的融合體 第二章 1.how does the distinction (差別)between monitor mode
8、 and user mode function as a rudimentary(基本的) form of protection (security) system?答:核模式,是操作系統(tǒng)的核心部分,設備驅動程序就是運行在該模式下 用戶模式,操作系統(tǒng)的用戶接口部分,所有的用戶應用程序都運行在該級別2. what are the differences between a trap and an interrupt? what is the use of each function?答:中斷是硬件產(chǎn)生的系統(tǒng)內(nèi)的流的改變,陷阱是軟件產(chǎn)生的“中斷?!敝袛嗫梢员籭/o用來產(chǎn)生完成的信號,從而避免cpu
9、對設備的輪詢。陷阱可以用來調用os的例程或者捕獲算術錯誤。3. which of the following instructions should be privileged?a. set value of timer.b. read the clock.c. clear memory.d. turn off interrupts.e. switch from user to monitor mode.答:a,b,c,d.a設置定時器的值、b讀時鐘、c清除內(nèi)存、d關閉中斷是特權指令。4. protecting the operating system is crucial to ensuri
10、ng that the computer system operates correctly. provision of this protection is the reason behind dual-mode operation, memory protection, and the timer. to allow maximum flexibility, however, we would also like to place minimal constraints on the user. the following is a list of operations that are
11、normally protected. what is the minimal set of instructions that must be protected?a. change to user mode.b. change to monitor mode.c. read from monitor memory.d. write into monitor memory.e. fetch an instruction from monitor memory.f. turn on timer interrupt.g. turn off timer interrupt.答: b 改變到監(jiān)督程序
12、模式,c 讀監(jiān)督程序內(nèi)存區(qū),d 寫入監(jiān)督程序內(nèi)存區(qū)g 關閉定時器中斷。 第三章1. what are the five major activities of an operating system in regard to process management(進程管理)?答:(1)創(chuàng)建和刪除用戶進程和系統(tǒng)進程。 (2)掛起和重啟進程。 (3)提供進程同步機制。 (4)提供進程通信機制。 (5)提供死鎖處理機制。2. what are the three major activities of an operating system in regard to memory managemen
13、t(內(nèi)存管理)?答:(1)記錄內(nèi)存的哪部分正在被使用及被誰使用。(2) 當有內(nèi)存空間時,決定哪些進程可以裝入內(nèi)存。(3) 根據(jù)需要分配和釋放內(nèi)存空間。3. what are the three major activities of an operating system in regard to secondary-storage (二級存儲器)management?答:(1)空閑空間管理。(2) 存儲空間分配。(3) 硬盤調度。4. what are the five major activities of an operating system in regard to file man
14、agement?答:(1)創(chuàng)建和刪除文件。(2) 創(chuàng)建和刪除目錄來組織文件。(3) 提供操作文件和目錄的原語。(4) 將文件映射到二級存儲上。(5) 在穩(wěn)定存儲介質上備份文件。5. what is the purpose of the command interpreter(命令解釋程序)? why is it usually separate from the kernel?答:(1)命令解釋程序的主要作用是獲取并執(zhí)行用戶指定的下一條指令。(2)因為它是用戶與操作系統(tǒng)的界面,相當于操作系統(tǒng)的外殼,故要與內(nèi)核分開。6. what is the purpose of system calls?答
15、:讓用戶級進程可以請求操作系統(tǒng)所提供的服務。7. what is the purpose of system programs?答:(1).為程序開發(fā)和運行提供了方便的環(huán)境。(2).給用戶提供基本的公共功能函數(shù),為用戶在不用自己寫代碼的情況下解決公用問題第四章1. describe the differences among short-term, medium-term, and long-term scheduling.答:1.長期調度程序從緩沖池中選擇進程,并將它們裝入內(nèi)存以執(zhí)行。短期調度程序從就緒可執(zhí)行的進程中選擇進程,并為其分配cpu。2.短期調度程序執(zhí)行的頻率最高,中期調度程序次之
16、,短期調度程序的執(zhí)行頻率最低。2. describe the actions a kernel takes to context switch between processes(描述一下內(nèi)核在兩個進程間上下切換的動作)2.3. ).內(nèi)核在兩個進程間切換的圖如上所示:先執(zhí)行進程p0,遇到中斷或者系統(tǒng)調用,就保存p0的狀態(tài)至pcb0,然后從pcb1中獲取狀態(tài),其中兩者之間的時間為空置時間,之后便執(zhí)行p1。其中兩者之間的時間為空置實踐。遇到中斷或者系統(tǒng)調用,就保存p1的狀態(tài)至pcb1.然后從pcb0獲取狀態(tài),執(zhí)行p0.從此循環(huán)往復。3. what are the benefits and detr
17、iments of each of the following? consider both the systems and the programmers levels.(下面設計的好處和壞處是什么?系統(tǒng)層次和用戶層次都要考慮到)a. symmetric and asymmetric communication(對稱和非對稱通信)對稱通信的一個優(yōu)點是它允許發(fā)送者和接收者之間的交會。壞處:對稱和非對稱通信限制樂結果進程定義的模塊化。改變進程的名稱可能必須檢查所有其他進程的定義。b. automatic and explicit buffering(自動和顯示緩沖) 自動緩沖提供了一個無限長度的
18、隊列,從而保證了發(fā)送者在復制消息時不會遇到阻塞,如何提供自動緩存的規(guī)范,一個方案也許能保存足夠大的內(nèi)存,但許多內(nèi)存被浪費緩存明確指定緩沖區(qū)的大小。在這種狀況下,發(fā)送者不能在等待可用空間隊列中被阻塞。然而,緩沖明確的內(nèi)存不太可能被浪費。c. send by copy and send by reference(復制發(fā)送和引用發(fā)送)復制發(fā)送不允許接收者改發(fā)參數(shù)的狀態(tài),引用發(fā)送是允許的。引用發(fā)送允許的優(yōu)點之一是它允許程序員寫一個分布式版本的一個集中的應用程序。javas rmi 公司提供兩種發(fā)送,但引用傳遞一個參數(shù)需要聲明返個參數(shù)是一個遠程對象。d. fixed-sized and variable
19、-sized messages(固定大小和可變大小消息)主要與緩沖問題有關;固定大小消息,一個特定大小的緩沖可以容納一個一支數(shù)量的消息??勺兇笮∠⒌臄?shù)量就可以容納這樣一個未知大小的緩沖區(qū)??紤]windows 2000如何處理這種情況:固定大小消息(任何256字節(jié)),從發(fā)送者的地址空間復制消息到接收者地址空間的過程。更大的消息(即可變大小消息)通過共享內(nèi)存來傳遞消息。the correct producerconsumer algorithm in the ppt, allows only n - 1 buffers to be full at any one time. modify the
20、 algorithm to allow all buffers to be utilized fully. 增加一個標志位a,代碼如下: int a=0;while(1)while(in+1)%buffer_size)=out)&(a=1) ;bufferin=nextproduced;in=(in+1)%buffer_size;if(in=buffer_size-1)bufferin=nextproduce;a=1;while(1)while(in=out) ;nextconsumed=bufferout;out=(out+1)%buffer_size;if(out=buffer_size-
21、1)&(a=1)nextconsumed=bufferout;a=0;5. consider the interprocess-communication scheme where mailboxes are used.a. suppose a process p wants to wait for two messages, one from mailbox a and one from mailbox b. what sequence of send and receive should it execute?答:receive(a,m1) receive(b,m2) send(c,m3)
22、 receive(b,m1) receive(a,m2) send(c,m3)b. what sequence of send and receive should p execute if p wants to wait for one message either from mailbox a or from mailbox b (or from both)?答:receive(a,m1) receive(b,m2) send(c,m3) receive(b,m1) receive(a,m2) send(c,m3)c. a receive operation makes a process
23、 wait until the mailbox is nonempty. either devise a scheme that allows a process to wait until a mailbox is empty, or explain why such a scheme cannot exist.答:eceive(a,m1) send(c,m3) receive(b,m2)receive(b,m1) send(c,m3) receive(a,m2) 第五章1. provide two programming examples of multithreading giving
24、improved performance over a single-threaded solution.答:1.網(wǎng)頁服務器為多線程程序,其接受用戶關于網(wǎng)頁、圖像、聲音等的要求,可以為多個客戶服務。若其為單線程,只能一次對一個客戶服務,這樣,客戶必須等待處理請求的時間可能會很大。2.字處理器是多線程程序,可能一個線程用于顯示圖形,另一個線程用于讀用戶的鍵盤輸入,還有第三個程序在后臺進行拼寫和語法檢查,如此,比單線程程序處理字的速度更快。2. 2. provide two programming examples of multithreading that would not improve
25、performance over a single-threaded solution.答:1.有順序的一些程序不宜用多線程程序,因為后者要依賴前者。 2.在多個線程讀一個文件時,單線程程序也比多線程效果好。3. what are two differences between user-level threads and kernel-level threads? under what circumstances is one type better than the other?答:1.用戶線程在內(nèi)核之上支持,由線程庫進行線程的創(chuàng)建、調度和管理。而內(nèi)核線程由操 作系統(tǒng)直接支持和管理。2.用
26、戶線程通常能夠快速的創(chuàng)建和管理,而內(nèi)核線程速度比較慢。3.用戶級線程容易引起整個進程阻塞,內(nèi)核進程不容易引起進程阻塞。4. what resources are used when a thread is created? how do they differ from those used when a process is created? 答:創(chuàng)建線程時需要開辟資源來存儲代碼、數(shù)據(jù)、文件,需要寄存器和堆棧。創(chuàng)建線程時需 要分配pcb。因為線程比進程小,所以創(chuàng)建線程會比創(chuàng)建進程耗費更少的資源。5. write a multithreaded pthread or java program
27、that outputs prime numbers.(素數(shù)) this program should work as follows: the user will run the program and will enter a number on the command line(命令行). the program will then create a separate thread that outputs all the prime numbers less than or equal to the number that the user main(int a
28、rgc, char *argv)dword threadid;handle threadhandle;int param;if(argc != 2)couta0?fcfs調度算法。在就緒隊列中的進程,優(yōu)先度的變化率比較低,即優(yōu)先度增大的過程比較緩慢。而正在執(zhí)行中的進程,優(yōu)先度的變化率比較高,優(yōu)先度增大的過程比較快速。這樣的結果是正在執(zhí)行中的進程其優(yōu)先度大于就緒隊列中的進程。就緒隊列中先到的進程其優(yōu)先度高于后到的進程。最終進程調度的結果是,先到的進程先得到服務。所以是fcfs調度。b. what is the algorithm that results from ab0?fifo調度算法:在就
29、緒隊列中的進程,優(yōu)先度的變化率比較高,即優(yōu)先度減小的過程比較迅速。而正在執(zhí)行中的進程,優(yōu)先度的變化率比較低,優(yōu)先度減小的過程比較緩慢。這樣的結果是正在執(zhí)行中的進程其優(yōu)先度大于就緒隊列中的進程。就緒隊列中先到的進程其優(yōu)先度小于后到的進程。最終進程調度的結果是,后到的進程先得到服務。所以是fifo調度。6. many cpu scheduling algorithms are parameterized. for example, the rr algorithm requires a parameter to indicate the time slice. multilevel feedbac
30、k queues require parameters to define the number of queues, the scheduling algorithms for each queue, the criteria used to move processes between queues, and so on. these algorithms are thus really sets of algorithms (for example, the set of rr algorithms for all time slices, and so on). one set of
31、algorithms may include another (for example, the fcfs algorithm is the rr algorithm with an infinite time quantum). what (if any) relation holds between the following pairs of sets of algorithms?a. priority and sjf答:sjf實際上是一種特殊的優(yōu)先級,只不過其優(yōu)先級順序是按照區(qū)間時間長短來設定的,區(qū)間越短,優(yōu)先級越高。b. multilevel feedback queues and
32、fcfs答:在多級反饋隊列調度中,最底層的一個隊列使用fcfs調度算法。c. priority and fcfs答:fcfs是一種特殊的優(yōu)先級,先到的進程優(yōu)先級越高。d. rr and sjf答:rr與sjf沒有一定的相關性。7. suppose that a scheduling algorithm (at the level of short-term cpu scheduling) favors those processes that have used the least processor time in the recent past. why will this algorit
33、hm favor i/o-bound programs and yet not permanently starve cpu-bound programs?答:(1)i/o 約束程序是主要以i/o 為主的程序,cpu需求時間很短,因此使用最少處理器時間的調度算法會偏好i/o 約束程序。 (2)i/o 約束程序運行很快就會釋放cpu,此時 cpu約束程序就會被調度。因此不會讓cpu約束程序永久饑餓。第7章1. the first known correct software solution to the critical-section problem for two threads was
34、developed by dekker. the two threads, t0 and t1, share the following variables: boolean flag2; /* initially false */ int turn;the structure of thread ti (i=0 or 1), with tj (j=1 or 0) being the other thread, is shown as: do flag i = true;while ( flag j ) if (turn = j) flag i = false; while (turn = =
35、 j); flag i = true; critical section turn = j;flag i = false; remainder section while (1);prove that the algorithm satisfies all three requirements for the critical-section problem.答:(1)互斥:當一個進程在臨界區(qū)中,另外一個進程無法進入。如果兩個進程將它們的標識設為真,那么只有一個進程會成功進行。因為turn 不能同時為i或j。(2)前進:如果一個進程想要進入它們的臨界區(qū)域,可以將標識設為真,然后進入它們的臨界區(qū)
36、域。當退出它的臨界區(qū)域,改變標識。這個算法沒有嚴格的交替,滿足有空讓進。(3)有限等待:假如兩個進程都想進入臨界區(qū),那么都把標志設為真,只有輪到的進程會成功,當它退出臨界區(qū)時,會修改標識,那么另外一個進程會進入。滿足有限等待。2. the first known correct software solution to the critical-section problem for n processes with a lower bound on waiting of n - 1 turns was presented by eisenberg and mcguire. the proce
37、sses share the following variables: enum pstate fidle, want in, in csg; pstate flagn; int turn;all the elements of flag are initially idle; the initial value of turn is immaterial (between 0 and n-1). the structure of process pi is shown as:prove that the algorithm satisfies all three requirements f
38、or the critical-section problem.答:(1)互斥:一個進程在進入臨界前,要檢查其他的進程是否設置了標識。如果有其他進程已經(jīng)設置了標識,則等待,從而保證cs中只有始終只有一個進程,滿足互斥條件。(2)前進:加入有多個進程想進入臨界區(qū),pi退出臨界區(qū)之后,會修改標識,flagi=idle,那么之前申請進入的其他進程則有機會通過競爭,最終一個進程成功進入臨界區(qū)。當它退出時,也會修改標識,讓其他的進程有機會進入,滿足有空讓進條件。(3)有限等待:當進程退出臨界區(qū)時,會修改標識。這樣的話,其他在等待的進程就有機會進入臨界區(qū),不會一直地等下去。所以滿足有限等待條件。3. sh
39、ow that, if the wait and signal operations are not executed atomically, then mutual exclusion may be violated.答:wait()和signal()是原子操作,也就是說在兩個操作不可以交叉執(zhí)行,即對信號量的修改不可以同時。若同時操作的話,信號量的值會出現(xiàn)錯誤,這樣的情況我們之前也見過。實質上,wait()和signal()都是系統(tǒng)調用,他們會影響內(nèi)核資源。若交叉執(zhí)行的話,內(nèi)核數(shù)據(jù)也許會出現(xiàn)錯誤。4. the sleeping-barber problem. a barbershop con
40、sists of a waiting room with n chairs and the barber room containing the barber chair. if there are no customers to be served, the barber goes to sleep. if a customer enters the barbershop and all chairs are occupied, then the customer leaves the shop. if the barber is busy but chairs are available, then the customer sits in one of the free chairs. if the barber is asleep, the customer wakes up the barber. write a program to coordinate the barber and the
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