操作系統(tǒng)課后答案

1、1.2 操作系統(tǒng)以什么方式組織用戶使用計算機？ 答：操作系統(tǒng)以 進(jìn)程的方式 組織用戶使用計算機 .用戶所需 完成的各種任務(wù)必須由相應(yīng)的程序來表達(dá)出來。 為了實現(xiàn)用戶的 任務(wù)，必須讓相應(yīng)功能的程序執(zhí)行。而進(jìn)程就是指程序的運行， 操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度程序決定 CPU 在各進(jìn)程間的切換。操作系 統(tǒng)為用戶提供進(jìn)程創(chuàng)建和結(jié)束等的系統(tǒng)調(diào)用功能， 使用戶能夠創(chuàng) 建新進(jìn)程。 操作系統(tǒng)在初始化后， 會為每個可能的系統(tǒng)用戶創(chuàng)建 第一個用戶進(jìn)程，用戶的其他進(jìn)程則可以由母進(jìn)程通過 “進(jìn)程創(chuàng) 建”系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)行創(chuàng)建。1.4 早期監(jiān)督程序( Monitor )的功能是什么？ 答：早期監(jiān)督程序的功能是 代替系統(tǒng)操作員的部分工作

2、 ，自 動控制作業(yè)的運行 。監(jiān)督程序首先把第一道作業(yè)調(diào)入主存， 并啟 動該作業(yè)。運行結(jié)束后，再把下一道作業(yè)調(diào)入主存啟動運行。它 如同一個系統(tǒng)操作員，負(fù)責(zé)批作業(yè)的 I/O ，并自動根據(jù)作業(yè)控制 說明書以單道串行的方式控制作業(yè)運行， 同時在程序運行過程中 通過提供各種系統(tǒng)調(diào)用，控制使用計算機資源。1.7 試述多道程序設(shè)計技術(shù)的基本思想。 為什么采用多道程序設(shè) 計技術(shù)可以提高資源利用率？答：多道程序設(shè)計技術(shù)的基本思想是， 在主存同時保持多道 程序，主機以交替的方式同時處理多道程序 。從宏觀上看， 主機 內(nèi)同時保持和處理若干道已開始運行但尚未結(jié)束的程序。 從微觀 上看，某一時刻處理機只運行某道程序?？?/p>

3、以提高資源利用率的原因：由于任何一道作業(yè)的運行總 是交替地串行使用 CPU、外設(shè)等資源，即使用一段時間的 CPU， 然后使用一段時間的 I/O 設(shè)備，由于采用多道程序設(shè)計技術(shù)，加 之對多道程序?qū)嵤┖侠淼倪\行調(diào)度，則可以實現(xiàn) CPU 和 I/O 設(shè) 備的高度并行，可以大大提高 CPU 與外設(shè)的利用率。1.8 什么是分時系統(tǒng)？其主要特征是什么？適用于哪些應(yīng)用？ 答：分時系統(tǒng)是以多道程序設(shè)計技術(shù)為基礎(chǔ)的交互式系統(tǒng)， 在此系統(tǒng)中， 一臺計算機與多臺終端相連接， 用戶通過各自的終 端和終端命令以交互的方式使用計算機系統(tǒng)。 每個用戶都感覺到 好像是自己在獨占計算機系統(tǒng)， 而在系統(tǒng)內(nèi)部則由操作系統(tǒng)以時 間片

4、輪轉(zhuǎn)的方式負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)多個用戶分享 CPU。主要特征是： 并行性：系統(tǒng)能協(xié)調(diào)多個終端用戶同時使用計算機系統(tǒng)， 能控制多道程序同時運行。共享性：對資源而言，系統(tǒng)在宏觀上使各終端用戶共享計 算機系統(tǒng)中的各種資源，而在微觀上它們則分時使用這些資源。交互性：人與計算機以交互的方式進(jìn)行工作。 獨占性：使用戶感覺到他在獨占使用計算機。 現(xiàn)在的系統(tǒng)大部分都是分時系統(tǒng)，主要應(yīng)用于人機交互的 方面。2.1 什么是中斷？什么是異常？它們有何區(qū)別？ 答：中斷是指來自 CPU 執(zhí)行指令以外的事件發(fā)生后，處理 機暫停正在運行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行處理該事件的程序的過程。異常是指源自 CPU 執(zhí)行指令內(nèi)部的事件發(fā)生后，處理機暫 停

5、正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去處理該事件的過程。區(qū)別：廣義的中斷包括中斷和異常，統(tǒng)一稱為中斷。狹義的 中斷和異常的區(qū)別在于是否與正在執(zhí)行的指令有關(guān)， 中斷可以屏 蔽，而異常不可屏蔽。2.2 什么是多級中斷？為什么要把中斷分級？試述多級中斷的處 理原則。答：中斷分級是根據(jù)中斷的輕重緩急來排序，把緊迫程度 大致相當(dāng)?shù)闹袛嘣礆w并在同一級， 而把緊迫程度差別較大的中斷 源放在不同的級別。一般來說，高速設(shè)備的中斷優(yōu)先級高，慢速 設(shè)備的中斷優(yōu)先級低。 這就是多級中斷。 這所以引入多級中斷是 因為：為使系統(tǒng)能及時的響應(yīng)和處理所發(fā)生的緊迫中斷， 同時又 不至于發(fā)生中斷信號丟失， 計算機發(fā)展早起在設(shè)計中斷系統(tǒng)硬件 時根據(jù)

6、各種中斷的輕重在線路上作出安排， 從而使中斷響應(yīng)能有 一個優(yōu)先次序。多級中斷的處理原則：當(dāng)多級中斷同時發(fā)生時， CPU 按照由 高到低的順序響應(yīng)。高級中斷可以打斷低級中斷處理程序的運 行，轉(zhuǎn)而執(zhí)行高級中斷處理程序。當(dāng)同級中斷同時到時，則按位 響應(yīng)。2.6 什么是中斷向量？其內(nèi)容是什么？試述中斷的處理過程。 答：中斷向量：為處理方便，一般為系統(tǒng)中每個中斷信號編 制一個相應(yīng)的中斷處理程序， 并把這些程序的入口地址放在特定 的主存單元中。 通常將這一片存放中斷處理程序入口地址的主存 單元稱為中斷向量。中斷向量的內(nèi)容： 對不同的系統(tǒng)， 中斷向量中的內(nèi)容也不盡 相同。一般每一個中斷信號占用連續(xù)的兩個單元

7、： 一個用來存放 中斷處理程序的入口地址，另一個用來保存在處理中斷時 CPU 應(yīng)具有的狀態(tài)。中斷的處理過程：一般包括保存現(xiàn)場，分析中斷原因，進(jìn)入 相應(yīng)的中斷處理程序， 最后重新選擇程序運行， 恢復(fù)現(xiàn)場等過程。2.7 中斷 /異常處理為什么要保存現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場？現(xiàn)場應(yīng)包括 哪幾方面的內(nèi)容？答：因為中斷處理是一項短暫性的工作， 邏輯上處理完后還 要回到被中斷的程序， 從其恢復(fù)點繼續(xù)運行。 為了能實現(xiàn)正確的 返回， 并繼續(xù)運行下去， 在中斷處理前后必須保存和恢復(fù)被中斷 的程序現(xiàn)場。現(xiàn)場應(yīng)包括： PC 寄存器的內(nèi)容，通用寄存器以及一些與程 序運行相關(guān)的特殊寄存器中的內(nèi)容。2.8 操作系統(tǒng)內(nèi)核的主要功能

8、模塊有哪些？如果采用微內(nèi)核模 型，原來在內(nèi)核的功能中， 哪些功能在微內(nèi)核中實現(xiàn)？哪些由用 戶態(tài)運行的進(jìn)程實現(xiàn)？答：操作系統(tǒng)內(nèi)核的主要功能模塊有： 1、系統(tǒng)初始化模塊 2、 進(jìn)程管理模塊 3、存儲管理模塊 4、 I/O 設(shè)備管理模塊 5、文件 管理模塊采用微內(nèi)核模型， 原來在內(nèi)核的功能中， 少量的進(jìn)程調(diào)度切 換代碼和中斷處理程序在微內(nèi)核中實現(xiàn)， 原來由內(nèi)核態(tài)實現(xiàn)的大 部分操作系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)用處理等功能轉(zhuǎn)由用戶態(tài)運行的進(jìn)程實現(xiàn)。2.9 從控制軌跡上看， 系統(tǒng)調(diào)用和程序級的過程調(diào)用都相當(dāng)于在 斷點處插入一段程序執(zhí)行， 但它們卻有質(zhì)的區(qū)別， 試述這種差別。答：這種差別主要在于處理機運行狀態(tài)的變化。 發(fā)生系

9、統(tǒng)調(diào) 用時，處理機由用戶態(tài)進(jìn)入核心態(tài)；而程序調(diào)用時，運行狀態(tài)不 發(fā)生變化，其狀態(tài)仍然保持在用戶態(tài)。2.11 試述終端命令解釋程序的處理過程。答：終端命令解釋程序的處理過程如下： 判斷命令的合法性 識別命令， 如果是簡單命令則處理命令， 然后繼續(xù)讀取下 一條命令 如果是不認(rèn)識的命令關(guān)鍵字， 則在約定目錄下查找與命令 關(guān)鍵字同名的執(zhí)行文件，創(chuàng)建子進(jìn)程去執(zhí)行 “執(zhí)行文件 ”程序，等 待子進(jìn)程結(jié)束后轉(zhuǎn)繼續(xù)讀取下一條命令。3.1 什么是進(jìn)程？為什么要引入此概念？試述進(jìn)程的特點及它 與程序的區(qū)別。答：進(jìn)程是支持程序執(zhí)行的機制， 是程序針對某一數(shù)據(jù)集合 的執(zhí)行過程。引入此概念的原因：隨著操作系統(tǒng)的發(fā)展而產(chǎn)生

10、。 在監(jiān)督程序時代以作業(yè)形式表示程序運行， 那時， 作業(yè)以同步方 式串行地運行每個作業(yè)步， 當(dāng)操作系統(tǒng)發(fā)展到分時系統(tǒng)時， 為了 開發(fā)同一作業(yè)中不同作業(yè)步之間的并發(fā)， 作業(yè)機制已經(jīng)不能滿足 需要，因而引入了進(jìn)程機制。進(jìn)程的特點：動態(tài)性 :可動態(tài)創(chuàng)建 ,結(jié)束,也可是被調(diào)度進(jìn)程并發(fā)性 :可以被獨立調(diào)度，占用處理機運行獨立性 :盡量把并發(fā)事務(wù)安排到不同的進(jìn)程制約性 :因訪問共享數(shù)據(jù)或進(jìn)程間同步而產(chǎn)生制約 . 與程序的區(qū)別：進(jìn)程是程序的執(zhí)行過程，程序是靜態(tài)的，進(jìn) 程是動態(tài)的。 一個進(jìn)程至少是一個可執(zhí)行程序， 同一個程序可以 由多個進(jìn)程分別執(zhí)行。3.2 進(jìn)程控制塊的作用是什么？ PCB 中應(yīng)包括哪些信息？

11、 答：進(jìn)程控制塊的作用是： 進(jìn)程控制塊用于保存每個進(jìn)程和 資源的相關(guān)信息， 包括進(jìn)程標(biāo)識、 空間、運行狀態(tài)、 資源等信息。 以便于操作系統(tǒng)管理和控制進(jìn)程和資源。PCB 中應(yīng)包括： 1、進(jìn)程標(biāo)識信息：本進(jìn)程的標(biāo)識、父進(jìn)程 的標(biāo)識、進(jìn)程所屬用戶的標(biāo)識。 2、處理機狀態(tài)信息。保存進(jìn)程 的運行現(xiàn)場信息， 包括用戶可用寄存器的信息； 控制和狀態(tài)寄存 器的信息；棧指針。3.4 為什么進(jìn)程狀態(tài)會發(fā)生變化？何時變化？（ P54） 答：進(jìn)程在它的生存周期中， 由于系統(tǒng)中各進(jìn)程并發(fā)運行及 相互制約的結(jié)果，使得它的狀態(tài)不斷發(fā)生變化。狀態(tài)變化的時機：空創(chuàng)建：當(dāng)一個新進(jìn)程被產(chǎn)生來執(zhí)行一個程序時。 創(chuàng)建就緒：當(dāng)進(jìn)程被創(chuàng)建

12、完成，初始化后，一切就緒準(zhǔn)備 運行時。就緒運行：當(dāng)處于就緒狀態(tài)的進(jìn)程被進(jìn)程調(diào)度程序選中后。運行結(jié)束：當(dāng)進(jìn)程指示它已經(jīng)完成或者因錯流產(chǎn)時。運行就緒： 處于運行狀態(tài)的進(jìn)程在其運行過程中， 分給它 的處理機時間片用完而讓出處理機；或者在可剝奪的操作系統(tǒng) 中，當(dāng)有更高優(yōu)先級的進(jìn)程就緒時。運行阻塞：當(dāng)進(jìn)程請求某樣?xùn)|西且必須等待時。 阻塞就緒：當(dāng)進(jìn)程要等待事件到來時。3.5 進(jìn)程創(chuàng)建的主要工作是什么？（ P54）答：進(jìn)程創(chuàng)建時的主要工作如下：1、接收進(jìn)程運行現(xiàn)場初始值，初始優(yōu)先級，初始執(zhí)行程序 描述，其它資源等參數(shù)。2、請求分配進(jìn)程描述塊 PCB 空間，得到一個內(nèi)部數(shù)字進(jìn)程 標(biāo)識。3、用從父進(jìn)程傳來的參數(shù)

13、初始化 PCB 表。4、產(chǎn)生描述進(jìn)程空間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用初始執(zhí)行文件初始化 進(jìn)程空間，建立程序段，數(shù)據(jù)段、棧段等。5、用進(jìn)程運行現(xiàn)場初始值設(shè)置處理機現(xiàn)場保護(hù)區(qū)。造一個 進(jìn)程運行棧幀。6、置好父進(jìn)程等關(guān)系域。7、將進(jìn)程置成就緒狀態(tài)。8、將 PCB 表掛入就緒隊列，等待時機被調(diào)度運行。3.7 詳細(xì)說明幾個引起進(jìn)程調(diào)度的原因。 （ P62） 答： 1、進(jìn)程主動放棄處理機時：正在執(zhí)行的進(jìn)程執(zhí)行完畢。 操作系統(tǒng)在處理進(jìn)程結(jié)束系 統(tǒng)調(diào)用后應(yīng)請求重新調(diào)度。正在執(zhí)行的進(jìn)程發(fā)出 I/O 請求， 當(dāng)操作系統(tǒng)代其啟動外 設(shè) I/O 后，在 I/O 請求沒有完成前要將進(jìn)程變成阻塞狀態(tài)，應(yīng)該 請求重新調(diào)度。正在執(zhí)行的進(jìn)程

14、要等待其它進(jìn)程或系統(tǒng)發(fā)出的事件時。 如等待另一個進(jìn)程通訊數(shù)據(jù)， 這時操作系統(tǒng)應(yīng)將現(xiàn)運行進(jìn)程掛到 等待隊列，并且請求重新調(diào)度。正在執(zhí)行的進(jìn)程得不到所要的系統(tǒng)資源， 如要求進(jìn)入臨 界區(qū)，但沒有得到鎖時， 這時等鎖的進(jìn)程應(yīng)自動放棄處理機或者 阻塞到等鎖隊列上，并且請求重新調(diào)度。2、為了支持可剝奪的進(jìn)程調(diào)度方式，在以下情況發(fā)生 時，因為新就緒的進(jìn)程可能會按某種調(diào)度原則剝奪正運行的進(jìn) 程，因此也應(yīng)該申請進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度：當(dāng)中斷處理程序處理完中斷，如 I/O 中斷、通訊中斷， 引起某個阻塞進(jìn)程變成就緒狀態(tài)時，應(yīng)該請求重新調(diào)度。當(dāng)進(jìn)程釋放資源， 走出臨界區(qū)， 引起其他等待該資源進(jìn) 程從阻塞狀態(tài)進(jìn)入就緒狀態(tài)時，應(yīng)

15、該請求重新調(diào)度。當(dāng)進(jìn)程發(fā)系統(tǒng)調(diào)用， 引起某個事件發(fā)生， 導(dǎo)致等待事件 的進(jìn)程就緒時。其它任何原因引起有進(jìn)程從其它狀態(tài)變成就緒狀態(tài)， 如 進(jìn)程被中調(diào)選中時。3、為了支持可剝奪調(diào)度，即使沒有新就緒進(jìn)程 ,為了讓 所有就緒進(jìn)程輪流占用處理機， 可在下述情況下申請進(jìn)行進(jìn)程調(diào) 度：當(dāng)時鐘中斷發(fā)生 ,時鐘中斷處理程序調(diào)用有關(guān)時間片的 處理程序，發(fā)現(xiàn)正運行進(jìn)程時間片到，應(yīng)請求重新調(diào)度。以便讓 其他進(jìn)程占用處理機。在按進(jìn)程優(yōu)先級進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度的操作系統(tǒng)中， 任何原因 引起進(jìn)程的優(yōu)先級發(fā)生變化時， 應(yīng)請求重新調(diào)度。 如進(jìn)程通過系 統(tǒng)調(diào)用自愿改變優(yōu)先級時或者系統(tǒng)處理時鐘中斷時， 根據(jù)各進(jìn)程 等待處理機的時間長短而調(diào)

16、整進(jìn)程的優(yōu)先級。3.8 什么時候進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度最為合適？請說明理由。 （ P63） 答：進(jìn)程調(diào)度的時機：當(dāng)發(fā)生引起調(diào)度條件， 且當(dāng)前進(jìn)程無法繼續(xù)運行下去時 （如 發(fā)生各種進(jìn)程放棄處理機的條件）可以馬上進(jìn)行調(diào)度與切換。當(dāng)中斷處理結(jié)束或自陷處理結(jié)束返回被中斷進(jìn)程的用戶態(tài) 程序執(zhí)行前， 若請求調(diào)度標(biāo)志置上， 即可馬上進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度與切 換。如果操作系統(tǒng)支持這種情況下運行調(diào)度程序， 即實現(xiàn)了剝奪 方式的調(diào)度。3.10 對于三類進(jìn)程（ I/O 為主、 CPU 為主和 I/O 與CPU 均衡）， 應(yīng)如何賦予它們的運行優(yōu)先級并說明理由。 （P67）答：對于這三類進(jìn)程，賦予的優(yōu)先級由高到低分別為： I/O 為主、

17、 I/O 與 CPU均衡、 CPU為主。理由：為了充分利用外部設(shè)備， 以及對終端交互用戶及時地 予以響應(yīng)，通常將 I/O 型進(jìn)程列為最高優(yōu)先級隊列。3.11 假設(shè)在單處理機上有五個進(jìn)程（ 1、2、3、4、5）爭奪運行， 其運行時間分別為 10，1， 2， 1，5 秒，其優(yōu)先級分別為 3，1， 3， 4， 2，這些進(jìn)程幾乎同時到達(dá)，但在就緒隊列中的次序依次 為 1， 2，3，4，5，試回答： 給出這些進(jìn)程分別適用輪轉(zhuǎn)法、 SPF 和非剝奪優(yōu)先級調(diào)度 法調(diào)度時的運行進(jìn)度表，其中，輪轉(zhuǎn)法中的時間片取值為2。 在上述各算法的調(diào)度下每個進(jìn)程的周轉(zhuǎn)時間和等待時間 為多少？ 具有最短平均等待時間的算法是哪個

18、？答：輪轉(zhuǎn)法：時間片21212222122進(jìn)程12345151511進(jìn)程的周轉(zhuǎn)時間：進(jìn)程 1： 19，進(jìn)程 2： 3，進(jìn)程 3：5，進(jìn)程 4： 6，進(jìn)程 5： 15進(jìn)程的等待時間：進(jìn)程 1：9，進(jìn)程 2：2，進(jìn)程 3： 3，進(jìn)程 4： 5，進(jìn)程 5： 10平均等待時間( 9+2+3+5+10) /5=5.8 SPF算法：進(jìn)程提交時間結(jié)束時間等待時間周轉(zhuǎn)時間101012919919324244121254949平均等待時間： 16/5=3.2非剝奪優(yōu)先級算法進(jìn)程提交時間結(jié)束時間等待時間周轉(zhuǎn)時間111111121819181931113111340101513181318平均等待時間： 43/5=

19、8.6SPF算法具有最短平均等待時間3.19 什么是批處理作業(yè)和交互式作業(yè)？它們的特點是什么？系 統(tǒng)如何管理？答：批處理作業(yè)是指用戶將若干用戶任務(wù)合成一批， 一起提 交給系統(tǒng)進(jìn)行處理的任務(wù)集合。 交互式作業(yè)是指用戶的一次上機 交互過程，用戶通過命令語言逐條地與系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)答式的交互， 提交作業(yè)步。特點：批處理作業(yè)的處理過程由計算機自動運行， 不需人為 干預(yù)，用戶也看不到中間結(jié)果。 交互式作業(yè)需要系統(tǒng)提供終端供 用戶與系統(tǒng)交互， 作業(yè)的運行由人控制， 便于作業(yè)的調(diào)試以及將 作業(yè)按人預(yù)想的方向進(jìn)行。4.1 并行任務(wù)如何在程序中表示？（ P74）答：并行任 務(wù)在 程序中主要 通過 并發(fā)語句來 表示 。

20、如 Parbegin/Parend語句4.2 并行任務(wù)并行（并發(fā)）運行的操作系統(tǒng)支持基礎(chǔ)是什么？ 答：支持基礎(chǔ)是進(jìn)程和線程的引入。 在多道程序設(shè)計系統(tǒng)中， 進(jìn)程之間可以并發(fā)執(zhí)行， 這就使多任務(wù)并行執(zhí)行成為可能。 同時， 線程的引入， 同一進(jìn)程內(nèi)的多個線程也可以并行運行， 這也提供 了任務(wù)內(nèi)部的并行。提高了效率。4.3 題略答：答：進(jìn)程 P0在flag0=false 后，進(jìn)程 P1跳出循環(huán)，此 時剛好來了一個中斷。中斷使得進(jìn)程 P0 又再次執(zhí)行，此時由于 P1 并沒有給 turn 賦值，從而 P0 可以順利進(jìn)入臨界段，在 P0進(jìn)入臨界段時產(chǎn)生中斷， P1恢復(fù)執(zhí)行，將 turn 賦值為 1，從而

21、P1也可以進(jìn)入臨界段。從而產(chǎn)生錯誤。4.4 何謂原語？它與系統(tǒng)調(diào)用有何區(qū)別？如何實現(xiàn)原語執(zhí)行的 不可分割性？答： 原語是指完成某種功能且不被分割、 不被中斷執(zhí)行的操 作序列。有時也稱為原子操作。它與系統(tǒng)調(diào)用的區(qū)別：原語和系統(tǒng)調(diào)用是兩個不同的概念， 原語主要強調(diào)操作的不可分割性， 可以認(rèn)為是一個不可中斷的子 程序調(diào)用， 但是系統(tǒng)調(diào)用是由用戶態(tài)進(jìn)入核心態(tài)， 雖然系統(tǒng)調(diào)用 一般也不被中斷， 但是如果有更高更緊迫的系統(tǒng)調(diào)用的話， 還是 能夠打斷原來的系統(tǒng)調(diào)用的。實現(xiàn)原語執(zhí)行的不可分割性： 通常由硬件來實現(xiàn)， 也可以由 軟件通過中斷屏蔽的方法來實現(xiàn)。4.6 如果 P，V 操作不作為原語 （可分割執(zhí)行）

22、，那么是否還可用 于解決互斥問題？如果不能，則舉例說明。答：如果 P，V 操作不作為原語，那么不可用于解決互斥問 題。因為如果那樣的話，則：程序語言 s = s-1;翻譯成機器語言 為： load R1, s; load R2, 1; sub R1, R2; 此時，他們之間的操作可 以分割執(zhí)行，假設(shè)有兩個進(jìn)程 P1、P2，s初值為 1，當(dāng) P1進(jìn)入 P 操作時， s 大于 0，可以進(jìn)入，因此會執(zhí)行上面的機器語言，將 s 的值取出來，放入 R1 寄存器中，而此時，有可能 P2 進(jìn)程要進(jìn) 入臨界段，因此，它也比較 s 的值是否小于 0，因為此時 s的值 仍為 1，所以 P2 也進(jìn)入臨界段，出現(xiàn)錯誤

23、。4.13 題 略 答：empty1=1; empty2=1; full1=0; full2=0;parbeginP: While(1)P(empty1);put to buffer1;V(full1);Q: While(1)P(full1);get from buffer1;V(empty1);P(empty2);put to buffer2;V(full2);R: While(1) P(full2);get from buffer2;V(empty2); parend;empty1=m; empty2=n; full1=0; full2=0;mutex1=1;mutex2=1; parbe

24、ginP: While(1) P(empty1);P(mutex1);put to buffer1;V(full1); V(mutex1); Q: While(1) P(full1);P(mutex1);get from buffer1;V(empty1);V(mutex1);P(empty2);P(mutex2);put to buffer2;V(full2);V(mutex2);R: While(1) P(full2);P(mutex2);get from buffer2;V(empty2);V(mutex2);parend;4.14 題略答：P1: Sa;V(ac);V(ae);Sb;P

25、(cd);Sd;P(fe);Sf;V(fh);Sg;P2: P(ac);Sc;V(cd);P3: P(ae);Se;V(fe);P(fh);Sh;4.23 題略 答：解題方法，找出可能死鎖的資源最多的情況。假設(shè) n 個 進(jìn)程需要的資源數(shù)分別為： a1,a2,. an，則占有資源數(shù)最多卻剛 好形成死鎖的情況是： 每個進(jìn)程都占有比所需資源數(shù)少一個的資 源數(shù)量，而此時剛好資源用光。所以是： (a1-1)+(a2-1)+ +(an-1)=m ，整理得 a1+a2+an=m+n，而要 想使得系統(tǒng)無死鎖，則必須有 a1+a2+ +an<m+n。命題得證。4.28 題略答： 1、 Need 的內(nèi)容為：

26、 0000，0750，1002，0020，0642 2、系統(tǒng)是處于安全狀態(tài)。3、進(jìn)程 2 請求 0420，不能立即得到滿足，因為如果給 進(jìn)程 2 分配了 0420 的話，系統(tǒng)將處于不安全狀態(tài)。所以不能立 即得到滿足。4.11 多元信號量機構(gòu)允許 P，V 操作同時對多個信號量進(jìn)行操 作。這種機構(gòu)對同時申請或釋放若干個資源是非常有用的。 假設(shè) 二元信號量機構(gòu)中的 P 原語定義為：P(S,R) : While(S0 or R0);S=S-1;R=R-1;試用一元信號量機構(gòu)加以實現(xiàn)。答： mutex: semaphoreP(mutex);P(S);P(R);V(mutex);4.15 “理發(fā)師睡覺 ”

27、問題 答：可以將此題看作 N 個生產(chǎn)者和一個消費者問題。顧客作為 生產(chǎn)者，每到來一個，就將自己放入計數(shù)器RC，以便讓理發(fā)師消費至最后一個產(chǎn)品(顧客) ，因此顧客進(jìn)程執(zhí)行的第一個語句 便是 RC=RC+1 。而第一個到來的顧客應(yīng)該負(fù)責(zé)喚醒理發(fā)師，理 發(fā)師此時正在信號量 WAKEUP 上等待( P(WAKEUP); 該信號量 的初值為 0)，由第一個顧客執(zhí)行 V(WAKEUP) 。若顧客不是第一 個到達(dá)，則在信號量 WAIT 上等待( P(WAIT) 該信號量的初值為 0)，等理發(fā)師理完一個顧客后， 執(zhí)行 V(WAIT) 操作便可叫出該顧 客理發(fā)。以上過程循環(huán)反復(fù)，理發(fā)師沒每理完一個顧客，就令計

28、數(shù)器減 1， RC=0 時便知此時無顧客，理發(fā)師可以繼續(xù)睡覺，等 待下一批顧客到達(dá)。在設(shè)信號量 MUTEX( 初值為 1)，保證對計 數(shù)器 RC 的互斥作用。parbegin顧客進(jìn)程：beginP(mutex);rc=rc+1;if rc=1 then V(wakeup); elseP(wait);V(mutex); 理發(fā)； end;理發(fā)師進(jìn)程：beginP(wakeup);repeat理發(fā)；P(mutex);rc=rc-1;if(rc!=0) then V(wait);V(mutex);until rc=0;end;parend;4.21 題略進(jìn)程數(shù)資源總數(shù)是否可能死鎖11不會12不會21不

29、會22可能會23可能會進(jìn)程數(shù)資源總數(shù)是否可能死鎖12不會22可能會23不會33可能會34不會5.5 答：需要的硬件支持可以選擇兩種： 1、上、下界寄存器和 地址檢查機制； 2、基地址寄存器、長度寄存器和動態(tài)地址轉(zhuǎn)換 機制。地址轉(zhuǎn)換的過程也即是地址重定位的過程，也有兩種方法實現(xiàn)地址重定位：1、靜態(tài)重定位，用戶代碼中使用相對地址，在將目標(biāo)代碼 加載到主存時， 裝配鏈接程序通過如下的方法將其裝配成絕對地 址：原地址 +目標(biāo)代碼所在主存起始地址；2、動態(tài)重定位， 它首先將程序在主存的起始地址及其總長 度存放于基地址寄存器和長度寄存器， 當(dāng)在執(zhí)行訪存指令時， 首 先進(jìn)行越界檢查， 若不越界， 則將地址改

30、成 “原地址 +目標(biāo)代碼所 在主存起始地址 ”，然后進(jìn)行訪問。實現(xiàn)存儲保護(hù)： 當(dāng)使用第一種硬件機制時，每訪問一次主存，地址檢查機 制將 CPU 提供的訪存地址與上、下界寄存器的值進(jìn)行比較。若 介乎上下界之間， 則可用該地址訪問存儲器， 否則終止程序的運 行。當(dāng)使用第二種硬件機制時， ，每訪問一次主存，它將 CPU 提供的訪存地址與長度寄存器的值進(jìn)行比較。 若越界， 則終止程 序，否則與基地址寄存器中的值相加成為訪問貯存的絕對物理地 址。5.6 為什么要引進(jìn)頁式存儲管理方法？在這種管理方法中硬件應(yīng) 提供哪些支持？答：原因在于連續(xù)分配存儲空間存在許多存儲碎片和空間管 理復(fù)雜的問題， 而連續(xù)分配要求

31、把作業(yè)放在主存的一片連續(xù)區(qū)域 中，這往往容易出現(xiàn)連續(xù)空間因不能容納作業(yè)或進(jìn)程而不可用。而頁式存儲管理方法可以避免這種情況的發(fā)生。硬件應(yīng)提供的支持： 動態(tài)地址轉(zhuǎn)換機構(gòu)， 頁表長度寄存 器，聯(lián)想存儲器（頁表以及訪問權(quán)限域均在主存中） 。5.7 題略 答：（1）訪問一次頁面單元需要訪問兩次主存，因此訪問時 間為： 1.2*2=2.4us；（ 2）等效存儲訪問時間為： 1.2*75%+2.4*25%=1.5us ；5.11 在頁式存儲管理系統(tǒng)中怎樣使多個作業(yè)共享一個程序或數(shù) 據(jù)？答：在每個作業(yè)的頁表中，將需要共享的程序映射到存放該 共享程序或數(shù)據(jù)的相同的物理頁幀上。5.17 題略答：系統(tǒng)得到物理地址的

32、過程：由題設(shè)可得，虛存地址的邏輯頁號為： 11123，頁內(nèi)偏移 為 456 ；從聯(lián)想存儲器中查找邏輯頁號為 11123 對應(yīng)的物理頁幀 號，如果有， 則將物理頁幀號和頁內(nèi)偏移合成成物理地址進(jìn)行訪 問，否則從頁表中查找。在頁表中找到相應(yīng)項， 查看該頁的合法位是否置上， 若為 1，則將該項指出的頁幀號和頁內(nèi)偏移合成成物理地址進(jìn)行訪問， 若合法位為 0，則產(chǎn)生頁故障，系統(tǒng)將頁表項所指的輔存塊號調(diào) 入主存，然后合成物理地址進(jìn)行訪問。硬件完成的工作：獲得頁幀號，合成物理地址，以及合法位是否置上等。軟件完成的工作：接收缺頁異常，對缺頁故障進(jìn) 行處理，返回現(xiàn)場。5.18 題略答：訪問的相應(yīng)邏輯頁號為： 0，

33、0，1，1，0， 3，1， 2，2， 4，4，3。采用 FIFO ：故障數(shù)： 6；頁故障率： 6/12=50%采用 LRU ，淘汰上次使用距當(dāng)前最遠(yuǎn)的頁 ：故障數(shù)： 7；頁故障率為： 7/12=58.3%采用 OPT，淘汰下次訪問距當(dāng)前最遠(yuǎn)的那些頁中序號最小的一頁 ：故障數(shù)： 5；頁故障率： 5/12=41.7%5.19 題略答：棧結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)的訪問一般在棧頂附近， 或者離棧頂不 遠(yuǎn)，符合程序的局部性行態(tài)； 雜湊技術(shù)取決于 Hash 值的大小，如果太大，則會頻 繁出現(xiàn)缺頁，不利于程序的局部性行態(tài)； 順序搜索是根據(jù)當(dāng)前項向前或向后逐個搜索，符合 程序的局部性行態(tài)； goto 語句往往使程序從一個地

34、方跳到另一個地方， 空間跨度往往比較大，少用或不用 goto 語句使程序能夠在局部 范圍內(nèi)執(zhí)行，符合程序的局部性行態(tài)。5.24 題略答：駐留集大小為 2 個頁幀，但是程序要長期駐留在主存中， 必須占用一頁， 所以駐留集中只有一頁留給數(shù)據(jù)使用。 假設(shè)數(shù)組 中每一個元素占一個字的空間， 因為每一頁有 100 個字，而且數(shù) 組是 按行 主順序 存放 ，當(dāng) 采 用 1 策略 時， 賦值順序 為 ： A(1,1),A(2,1), A(100,1) ，每一次賦值都產(chǎn)生缺頁異常，因此 頁故障數(shù)為 100*100=10000 ，而采用 2 策略時，只在第一維產(chǎn)生 變化時才產(chǎn)生缺頁故障，因此頁故障數(shù)為 100。

35、5.31 設(shè)有如下訪問串： 6， 9，2，1，0，3， 5，4，3， 2，1，0， 2，1。取 =4，給出用 WS 與 VMIN 兩種算法控制該訪問串駐 留集的變化情況。答：用 WS 方法，有個時間未被引用則將其淘汰；用 VMIN 方法，若某頁下次訪問的距離大于， 則將其淘 汰。5.33 如果主存中的某頁正在與外部設(shè)備交換信息，那么在頁故 障中斷時可以將這一頁淘汰嗎？對于這種情況應(yīng)如何解決？ (P110-111)答：不能將這一頁淘汰， ，因為如果淘汰出去的話，則新進(jìn) 入的頁將代替正在交換信息的頁， 而 I/O 數(shù)據(jù)區(qū)將被新?lián)Q入的頁 所代替，從而導(dǎo)致錯誤。因此，應(yīng)該等該、頁與外部設(shè)備交換信 息結(jié)

36、束之后，才能將該頁淘汰。5.34 題略答：訪問虛地址 (233)8 時不會發(fā)生缺頁故障，因為根據(jù)虛地 址可得，它的頁號為 2，頁內(nèi)偏移為 (33)8，而在頁表中頁號為 2 的頁有效位為 1，說明在主存中，相應(yīng)的頁幀號為 20，所以物理 地址為 (20)8*82+(33)8=(2033)8 ，而訪問 (345)8 時會發(fā)生缺頁中 斷，根據(jù)虛地址可得它的頁號為 3，頁內(nèi)偏移為 (45)8，查頁表可 得，該頁的有效位為 0，因此不在主存中，產(chǎn)生缺頁中斷，它首 先向主存申請一個可用的頁幀， 然后檢查該故障頁的頁類型， 為 零頁，因此將剛申請到的頁幀清零，將頁幀號填入頁表項中，將 合法位置為 1，然后返

37、回。6.2 設(shè)備控制器與處理機如何通信？答：CPU 通過向控制器寄存器寫命令字來發(fā)出 I/O 命令， 控制器接到命令后，完成具體的 I/O 操作，CPU 則反復(fù)讀取控制器的狀態(tài)，測試控制器是否完成操作。 或者轉(zhuǎn)向其他工作， 當(dāng)控制器完成相應(yīng)操作后向 CPU 發(fā)出中 斷信號。6.3 簡述各種不同的 I/O 控制方式？答：主要有三種不同的 I/O 控制方式：1、程序直接控制方式。 當(dāng)遇到一條與 I/O 相關(guān)的指令時， CPU 向相應(yīng)的設(shè)備控制器發(fā)命令， 設(shè)備控制器執(zhí)行相應(yīng)的操作， 將 I/O 狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位置上，然后 CPU 周期性地檢查設(shè)備控制器 的狀態(tài)寄存器，直到發(fā)現(xiàn) I/O 操作完成為止

38、。 CPU 直接控制 I/O 操作過程，包括測試設(shè)備狀態(tài)，發(fā)送讀 /寫命令與數(shù)據(jù)。2、中斷驅(qū)動方式。 CPU 向設(shè)備控制器發(fā)出命令后，繼續(xù)做 其他工作。當(dāng)設(shè)備控制器準(zhǔn)備好 CPU 交換數(shù)據(jù)時，設(shè)備控制器 中斷 CPU，要求服務(wù)。 CPU被中斷后，執(zhí)行 CPU 寄存器和設(shè)備 控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸，然后恢復(fù)被中斷的工作。3、DMA 方式：當(dāng) CPU需要讀 /寫數(shù)據(jù)塊時， 它給 DMA 部件 發(fā)命令，然后繼續(xù)執(zhí)行其他的工作。 DMA 負(fù)責(zé)此次 I/O 的完成， DMA 部件每次一個字地將整個數(shù)據(jù)塊直接讀取或?qū)懭胫鞔?，?不需經(jīng)過 CPU 寄存器。當(dāng)傳送過程完成后， DMA 部件向 CPU 發(fā)中斷信號

39、。6.4 什么是獨占型設(shè)備和分時共享型設(shè)備？如何保證獨占型設(shè) 備的獨占使用？（ P147）答：獨占型設(shè)備是指在申請設(shè)備時，如果設(shè)備空閑，就將其 獨占，不再允許其他進(jìn)程申請使用，一直等到該設(shè)備被釋放，才 允許被其他進(jìn)程申請使用。分時共享型設(shè)備：設(shè)備接受多個 I/O 請求，并將其放在請求 隊列中，不同進(jìn)程的 I/O 操作請求以排隊的方式分時地占用設(shè)備 進(jìn)行 I/O 。如何保證獨占使用：對獨占型設(shè)備進(jìn)行獨占申請，即在申請 時，如果申請成功，就對該設(shè)備進(jìn)行加鎖操作，直到該 I/O 完成 后，才釋放鎖，從而釋放該設(shè)備。6.5 以 SPOOLing 方式使用設(shè)備是如何實現(xiàn)的？答： SPOOLing 技術(shù)是

40、在批處理操作系統(tǒng)時代引入的，即假脫機 I/O 技術(shù)，它主要針對獨占型設(shè)備的使用。以打印機為例，首先為每個打印機建立一個打印服務(wù)進(jìn)程，和一個打印隊列。 打印服務(wù)進(jìn)程循環(huán)地獲取打印隊列中的表項，對每一個要輸出的文件副本， 服務(wù)進(jìn)程從文件副本中讀取數(shù)據(jù)，再成批地調(diào)用寫打印機的系統(tǒng)調(diào)用將該文件的數(shù)據(jù)打印在紙上6.6 以下的工作各在 3個I/O 軟件層的哪一層完成？ 答：涉及到具體的磁道、扇區(qū)、磁頭的計算，這屬于設(shè)備 驅(qū)動與中斷處理層。 屬于緩沖 I/O 的功能，因此屬于與設(shè)備無關(guān)的 I/O 層。 中涉及到設(shè)備寄存器的操作， 而能操作設(shè)備寄存器的只有 設(shè)備驅(qū)動與中斷處理層。 是對設(shè)備使用權(quán)限的內(nèi)容， 因

41、此屬于與設(shè)備無關(guān)的 I/O 層。 用戶請求， 他請求系統(tǒng)將二進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成 ASCII 碼再輸 出，屬于用戶層 I/O 。6.8 如何使用緩沖區(qū)實現(xiàn) “預(yù)先讀 ”和 “延遲寫 ”？這兩種讀 /寫方 式的優(yōu)缺點是什么？答：預(yù)先讀就是： 將從設(shè)備控制器來的數(shù)據(jù)先送入系統(tǒng)緩沖 區(qū)，該數(shù)據(jù)塊送完后，用戶進(jìn)程將此數(shù)據(jù)塊移到用戶進(jìn)程空間。 并且立即請求下一個數(shù)據(jù)塊。延遲寫就是： 當(dāng)需要將數(shù)據(jù)寫出時， 首先將數(shù)據(jù)塊從用戶進(jìn) 程空間拷貝到系統(tǒng)緩沖區(qū)， 這時可繼續(xù)執(zhí)行用戶進(jìn)程， 并可在需 要時換出主存。 操作系統(tǒng)會安排最終將系統(tǒng)緩沖區(qū)的內(nèi)容輸出到設(shè)備上。優(yōu)點是： 減少 CPU 訪問目標(biāo)存儲部件的次數(shù)。 提高了慢

42、速I/O 設(shè)備和快速 CPU 交互的速度，提高輸入輸出速度。 缺點：預(yù)先讀是基于 “下一數(shù)據(jù)塊最終將被使用 ”這一猜測。因此，當(dāng)這一猜測失敗時，系統(tǒng)將耗費更多的時間來處理，猜測 失敗的代價是很大的。同時，增加了操作系統(tǒng)的復(fù)雜度。延遲寫也增加了操作系統(tǒng)的復(fù)雜度， 同時延遲寫還可能出現(xiàn) 數(shù)據(jù)丟失的情況。6.11 假設(shè)對磁盤的請求串為 95，180，35，120，10， 122，64， 68，磁頭初始位置為 30，試分別畫出 FCFS，SSTF，SCAN ， C-SCAN 調(diào)度算法的磁頭移動軌跡及磁頭移動的磁道數(shù)（磁道 號： 0199）。答： FCFS：First Come First Served

43、，SSTF： Shortest Seek Time First，SCAN：掃描C-SCAN ：單向掃描6.16 在磁盤管理程序中何時進(jìn)行磁盤調(diào)度？ 答：當(dāng)有多個進(jìn)程請求讀取磁盤中的數(shù)據(jù)， 而這些數(shù)據(jù)散布 在磁盤的不同位置的時候， 應(yīng)該進(jìn)行磁盤調(diào)度。 此時磁盤驅(qū)動程 序應(yīng)維持一個磁盤 I/O 請求隊列， 對已有請求和新到來請求進(jìn)行 排隊優(yōu)化，確保相鄰請求其磁道相距最近。6.18 RAID 級別 0+1 有何特點？可用于什么應(yīng)用環(huán)境？答： RAID 級別 01是指 RAID 級別 0和 1的結(jié)合。 RAID 級別 0 提供性能， RAID 級別 1 提供可靠性。特點是性能高、可 靠性好、價格高（需

44、要 2 倍磁盤數(shù)目）應(yīng)用環(huán)境：通常用于性能和可靠性都很重要的環(huán)境中。7.2 一個可以支持隨機訪問的文件應(yīng)該用什么方式放在輔存 中？答：一個可以支持隨機訪問的文件應(yīng)該用索引結(jié)構(gòu)的方式將 其放在輔存中。7.4 試述文件控制塊的作用，請設(shè)計在樹形文件目錄中快速查找 文件控制塊的方法。答：文件控制塊是一張用于存放文件的標(biāo)識、定位、說明和 控制等信息的表格，用于管理和控制文件系統(tǒng)中的全部文件?？焖俨檎椅募刂茐K的方法：引入 “當(dāng)前目錄 ”，用戶可指定 某級目錄作為用戶 “當(dāng)前目錄 ”，當(dāng)前目錄的文件控制塊事先已 讀入并保存在主存。當(dāng)用戶注冊時，操作系統(tǒng)在記賬文件中 查找與該用戶所對應(yīng)的信息項。記賬文件中

45、保存了一個指向 用戶初始 “當(dāng)前目錄 ”的路徑名。 “當(dāng)前目錄 ”最初在用戶登錄時 自動置為該用戶的初始 “當(dāng)前目錄 ”。操作系統(tǒng)提供專門的系統(tǒng) 調(diào)用供用戶隨時改變 “當(dāng)前目錄 ”。在查找時， 操作系統(tǒng)從根目 錄或“當(dāng)前目錄 ”進(jìn)行查找，因為當(dāng)前目錄的 FCB通常是放在 主存中的，所以查找速度會比較快。7.7 無環(huán)圖目錄結(jié)構(gòu)與樹形目錄結(jié)構(gòu)相比，優(yōu)勢在哪里？如何刪除一個節(jié)點？答：無環(huán)圖目錄結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是利于文件的共享， 因為當(dāng)樹形 目錄結(jié)構(gòu)想共享某個文件時，需要在不同的路徑保存多個副本， 這樣浪費了存儲空間。 而無環(huán)圖目錄結(jié)構(gòu)只需增加一個稱為鏈的 新目錄項，讓其指向需要共享的文件即可。節(jié)省了空間，

46、管理更 靈活。如何刪除節(jié)點： 為每個節(jié)點設(shè)置一個共享計數(shù)器， 每當(dāng)增加 了一條共享鏈時，就將其共享計數(shù)器加 1，每當(dāng)要刪除某個節(jié)點 時，其共享計數(shù)器減 1，當(dāng)計數(shù)器為 0 時，就真正刪除該節(jié)點。7.9 請比較輔存空間分配和主存空間分配的特點。答：輔存空間的特點是容量大，如何在大量的文件中快速查 找和定位你所需的文件是輔存空間分配需要考慮的主要問題。 在 邏輯空間，通常將文件組織成目錄結(jié)構(gòu)，在物理存儲時，將其組 織成鏈表結(jié)構(gòu)或索引結(jié)構(gòu)存放在輔存中， 文件系統(tǒng)對未分配空間 保持一個 “自由空間表 ”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通常組織成位向量的形式， 每一個柱面對應(yīng)一個位向量， 所有位向量組成一個位圖數(shù)組， 它 記錄了整個磁盤空間的使用情況。而主存空間容量小，訪問速度快，因此主存空間分配主要考 慮的是如何提高主存空間的訪問速度、利用率和命中率。因此， 在主存空間分配之前， 將所有的主存空間分頁， 并將每一頁登記 在頁表中， 將用戶的邏輯頁對應(yīng)著主存的物理頁幀， 分配主存空 間時在頁表中登記， 當(dāng)需替換頁時， 采用好的替換策略提高主存的命中率。7.10 試述 “打開文件 ”所做的工作。答：根據(jù)參數(shù)所指出的文件名和卷名找到相應(yīng)文件。 將該文件的文件控制塊存入主存的活躍文件目錄表。 建立該文件的讀 /寫狀態(tài)