操作系統(tǒng)1-3章習題講解操作系統(tǒng)期中考試講評

1、第第13章章 習題講解習題講解2010 年春年春操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) Operating Systemn 1. OS的主要目標是什么？的主要目標是什么？ (P33)解答：解答：1）方便性：方便用戶、程序員；）方便性：方便用戶、程序員； 2）有效性：提高軟硬件資源利用率；）有效性：提高軟硬件資源利用率； 3）可擴充性：便于擴充功能和性能；）可擴充性：便于擴充功能和性能； 4）開放性：增加系統(tǒng)兼容性和互操作）開放性：增加系統(tǒng)兼容性和互操作性。性。Chap1 操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)引論n 2. OS的作用可表現(xiàn)在哪幾個方面？的作用可表現(xiàn)在哪幾個方面？ (P33)解答：解答：1）從一般用戶的觀點，可把）從一

2、般用戶的觀點，可把OS看作看作是用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的是用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的接口接口； 2）從資源管理角度看，可把）從資源管理角度看，可把OS視為視為計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)資源的管理者資源的管理者； 3）OS作為系統(tǒng)軟件覆蓋在裸機之上作為系統(tǒng)軟件覆蓋在裸機之上后，便可獲得一臺功能顯著增強的虛擬機后，便可獲得一臺功能顯著增強的虛擬機器，因此，器，因此，OS還有還有擴充機器擴充機器的作用。的作用。Chap1 操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)引論n 13. OS有那幾大特征？最基本的特征是什有那幾大特征？最基本的特征是什么？（么？（P33） 解答：基本特征是：并發(fā)、共享、虛擬、解答：基本特征是：并發(fā)、共

3、享、虛擬、異步。最基本的特征是異步。最基本的特征是:并發(fā)性和共享性并發(fā)性和共享性Chap1 操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)引論n 18. 什么原因使什么原因使OS具有異步性？具有異步性？ (P33)解答：解答：1）程序執(zhí)行結(jié)果是不確定的，即程序）程序執(zhí)行結(jié)果是不確定的，即程序運行結(jié)果是不可再現(xiàn)的。運行結(jié)果是不可再現(xiàn)的。 2）每個程序在何時執(zhí)行，多個程序）每個程序在何時執(zhí)行，多個程序間的執(zhí)行次序以及完成每個程序的時間都間的執(zhí)行次序以及完成每個程序的時間都是不確定的，即不可預知性。是不確定的，即不可預知性。Chap1 操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)引論n 22. 基于微內(nèi)核的基于微內(nèi)核的OS中，應用了哪些新中，應用了

4、哪些新技術？技術？ (P33)解答：客戶解答：客戶/服務器技術、面向?qū)ο蠹夹g。服務器技術、面向?qū)ο蠹夹g。Chap1 操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)引論n補充補充1 1：什么是多道程序設計：什么是多道程序設計? ? 實現(xiàn)多道實現(xiàn)多道程序設計的計算機需要那些必不可少的硬程序設計的計算機需要那些必不可少的硬件支持件支持? ? 采用多道程序設計會帶來什么好采用多道程序設計會帶來什么好處處? ?解答：在計算機內(nèi)存中同時存放幾道相互獨解答：在計算機內(nèi)存中同時存放幾道相互獨立的程序，它們在管理程序的控制下相互立的程序，它們在管理程序的控制下相互穿插地運行，共享穿插地運行，共享CPU和外設等資源。和外設等資源。硬件支持

5、：硬件支持：中斷技術中斷技術優(yōu)點：資源的利用率、系統(tǒng)吞吐量大。優(yōu)點：資源的利用率、系統(tǒng)吞吐量大。Chap1 操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)引論n補充補充2 2：操作系統(tǒng)是如何從單道批處理，：操作系統(tǒng)是如何從單道批處理，發(fā)展到多道批處理，再到分時系統(tǒng)的，隨發(fā)展到多道批處理，再到分時系統(tǒng)的，隨之出現(xiàn)了哪些技術。之出現(xiàn)了哪些技術。解答：解答：1）單道）單道多道批處理：提高資源利多道批處理：提高資源利用里，產(chǎn)生了多道程序設計技術、通道、用里，產(chǎn)生了多道程序設計技術、通道、中斷、作業(yè)管理、處理機管理、存儲管理、中斷、作業(yè)管理、處理機管理、存儲管理、文件系統(tǒng)。文件系統(tǒng)。 2）批處理）批處理分時系統(tǒng)：提高系統(tǒng)的分時系

6、統(tǒng)：提高系統(tǒng)的交互能力，產(chǎn)生了時鐘技術。交互能力，產(chǎn)生了時鐘技術。Chap1 操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)引論n補充補充3 3：分時系統(tǒng)的出現(xiàn)讓用戶感受到了：分時系統(tǒng)的出現(xiàn)讓用戶感受到了什么好處？典型的分時系統(tǒng)是什么？什么好處？典型的分時系統(tǒng)是什么？解答：解答：1）同時性或多路性：同時性或多路性：多用戶同時操作、使多用戶同時操作、使用計算機用計算機 2 2）獨占性：獨占性：各終端用戶感覺到自己獨占了各終端用戶感覺到自己獨占了計算機；計算機； 3 3）及時性：及時性：用戶請求在較短時間內(nèi)相應；用戶請求在較短時間內(nèi)相應； 4 4）交互性：交互性：用戶能計算機進行人機對話用戶能計算機進行人機對話。 典型的分

7、時系統(tǒng)：典型的分時系統(tǒng)：UNIXChap1 操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)引論n 6 6：從動態(tài)性、并發(fā)性和獨立性上比較進程和：從動態(tài)性、并發(fā)性和獨立性上比較進程和程序程序. .（P81P81）答案答案見見P37-38P37-38n 7 7：說明：說明PCBPCB作用，為什么作用，為什么PCBPCB是進程存在唯一是進程存在唯一標志標志. .（P81P81）解答：解答：1）PCB 是進程實體的一部分，是操作系統(tǒng)是進程實體的一部分，是操作系統(tǒng)中最重要的記錄型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。中最重要的記錄型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。PCB 中記錄了操中記錄了操作系統(tǒng)所需的用于描述進程情況及控制進程運作系統(tǒng)所需的用于描述進程情況及控制進程運行所需的

8、全部信息。行所需的全部信息。 2）在進程的整個生命周期中，系統(tǒng)總是）在進程的整個生命周期中，系統(tǒng)總是通過其通過其PCB 對進程進行控制，系統(tǒng)是根據(jù)進程對進程進行控制，系統(tǒng)是根據(jù)進程的的PCB 而不是任何別的什么而感知到該進程的而不是任何別的什么而感知到該進程的存在的。存在的。Chap2 進程管理進程管理n 10 10：進程切換時保存：進程切換時保存CPUCPU狀態(tài)信息包含哪狀態(tài)信息包含哪些？（些？（P81P81）解答：解答：1）通用寄存器）通用寄存器 2）指令計數(shù)器）指令計數(shù)器 3）程序狀態(tài)字）程序狀態(tài)字 4）用戶棧指針）用戶棧指針 注意：處理機狀態(tài)是注意：處理機狀態(tài)是PCB的一部分，它描的一

9、部分，它描述了進程在處理機上執(zhí)行時的各種信息；述了進程在處理機上執(zhí)行時的各種信息；當進行進程切換時，處理機中的這些信息當進行進程切換時，處理機中的這些信息統(tǒng)統(tǒng)要被其它進程覆蓋，所以必須保存。統(tǒng)統(tǒng)要被其它進程覆蓋，所以必須保存。Chap2 進程管理進程管理n 18 18：同步應該遵循的基本原則？（：同步應該遵循的基本原則？（P82P82） 答案見答案見P50P50n 19 19：記錄型信號量的：記錄型信號量的waitwait和和signal signal 的物的物理含義（理含義（P82P82）作業(yè)問題：作業(yè)問題： 1） 只答出只答出wait、signal操作的原子性。操作的原子性。 2）只答出）

10、只答出wait表示申請一個資源，表示申請一個資源，signal表示釋放一個資源。表示釋放一個資源。Chap2 進程管理進程管理解答：解答： 1）wait操作意味著請求一個單位的資源；操作意味著請求一個單位的資源； 若減若減1后后S.value0時，表示資源已分配完時，表示資源已分配完 畢，故進程調(diào)用畢，故進程調(diào)用block原語進行自我阻塞，原語進行自我阻塞，并被插入到等待隊列中。并被插入到等待隊列中。 2）signal操作意味著釋放一個單位的資源；操作意味著釋放一個單位的資源；若加若加1后后S.value=0,表示等待隊列中仍有表示等待隊列中仍有進程等待該資源，故進程調(diào)用進程等待該資源，故進程

11、調(diào)用wakeup原原語喚醒一個等待進程。語喚醒一個等待進程。Chap2 進程管理進程管理Cont.n 21：如何使用信號量機制實現(xiàn)多個進程：如何使用信號量機制實現(xiàn)多個進程對臨界資源的互斥訪問？（對臨界資源的互斥訪問？（P82）解答解答： 1）設置記錄型信號量）設置記錄型信號量mutex，初值為，初值為1。 2）將訪問臨界資源的代碼放置于）將訪問臨界資源的代碼放置于wait(mutex); 和和 signal(mutex)之間。之間。Chap2 進程管理進程管理n 23：在生產(chǎn)者：在生產(chǎn)者消費者問題中，如果缺消費者問題中，如果缺少了少了signal(full)和和signal(empty)，對執(zhí)

12、行，對執(zhí)行結(jié)果有何影響？結(jié)果有何影響？ （P82）作業(yè)問題：作業(yè)問題： 1）認為緩沖區(qū)滿后會溢出（或緩沖區(qū)中原有）認為緩沖區(qū)滿后會溢出（或緩沖區(qū)中原有數(shù)據(jù)被覆蓋）。數(shù)據(jù)被覆蓋）。 2）認為消費者（或生產(chǎn)者）阻塞就是死鎖。）認為消費者（或生產(chǎn)者）阻塞就是死鎖。 3）只下結(jié)論，缺少分析過程。）只下結(jié)論，缺少分析過程。 Chap2 進程管理進程管理Producer：repeat wait(empty) wait(mutex) signal(mutex) signal(mutex)until falseConsumer：repeat wait(full) wait(mutex) signal(mute

13、x) signal(empty)until false(2)Wait(empty)成功，繼續(xù)成功，繼續(xù)（當緩沖區(qū)放當緩沖區(qū)放滿后，生產(chǎn)者滿后，生產(chǎn)者進程也阻塞進程也阻塞）(1)Wait(full)不成不成功功，消費者進程消費者進程阻塞阻塞Chap2 進程管理進程管理n 24：在生產(chǎn)者：在生產(chǎn)者消費者問題中，如果將消費者問題中，如果將兩個兩個wait操作即操作即wait(full)和和wait(mutex)互互換位置，或者將換位置，或者將signal(mutex)與與signal(full)互換位置，結(jié)果會如何？互換位置，結(jié)果會如何？（P82）作業(yè)問題：作業(yè)問題： 1）認為認為signal互換會

14、引起死鎖互換會引起死鎖。 2）缺少分析過程缺少分析過程。Chap2 進程管理進程管理Producer：repeat wait(empty) wait(mutex) signal(mutex) signal(full)until falseConsumer：repeat wait(mutex) wait(full) signal(mutex) signal(empty)until false(1)Wait(empty)成功，繼續(xù)成功，繼續(xù)(3)Wait(mutex)失失敗敗，生產(chǎn)者進，生產(chǎn)者進程阻塞程阻塞(2)Wait(mutex)成功成功，繼續(xù)，繼續(xù)(4)Wait(full)失失敗，消費者敗，

15、消費者進程阻塞進程阻塞Chap2 進程管理進程管理Consumer：repeat wait(full) wait(mutex) signal(mutex) signal(empty)until falseProducer：repeat wait(empty) wait(mutex) signal(full) signal(mutex)until false（1）Signal(full)成功成功(2)Wait(full)成功成功,繼續(xù)繼續(xù)（3）wait(mutex)失敗，消費者阻失敗，消費者阻塞塞互換互換signal會不會死鎖？會不會死鎖？Chap2 進程管理進程管理n 38：從調(diào)度性、并發(fā)性、

16、擁有資源及系統(tǒng)開銷：從調(diào)度性、并發(fā)性、擁有資源及系統(tǒng)開銷方面比較進程與線程？（方面比較進程與線程？（P83）解答解答見見P73n40：用于實現(xiàn)線程同步的私有信號量和共有信：用于實現(xiàn)線程同步的私有信號量和共有信號量之間的差別？號量之間的差別？（P83）解答見）解答見P76n41：何謂用戶級線程和內(nèi)核支持線程？：何謂用戶級線程和內(nèi)核支持線程？（P83）解答見解答見P77Chap2 進程管理進程管理n補充補充1 1：有沒有這樣的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，為什：有沒有這樣的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，為什么？等待么？等待運行；運行； 就緒就緒等待等待 解答：沒有。都要經(jīng)過中間狀態(tài)：解答：沒有。都要經(jīng)過中間狀態(tài)： 1.等待狀態(tài)的進程獲得

17、所需的資源后，等待狀態(tài)的進程獲得所需的資源后，必須轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)，必須轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)，直到獲得直到獲得CPU后后才能才能運行。運行。 2.進程在進程在運行過程中運行過程中才會請求資源，才才會請求資源，才有可能因請求不到資源而轉(zhuǎn)入等待狀態(tài)。有可能因請求不到資源而轉(zhuǎn)入等待狀態(tài)。Chap2 進程管理進程管理n補充補充2：一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換的發(fā)生，是否一定導：一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換的發(fā)生，是否一定導致另一個轉(zhuǎn)換發(fā)生，列出所有的可能。致另一個轉(zhuǎn)換發(fā)生，列出所有的可能。解答：不一定?？赡艿那闆r如下：解答：不一定?？赡艿那闆r如下： 1）執(zhí)行執(zhí)行阻塞阻塞 導致導致 就緒就緒執(zhí)行（就緒隊列不空）執(zhí)行（就緒隊列不空） 2）執(zhí)行執(zhí)行就

18、緒就緒 導致導致 就緒就緒執(zhí)行執(zhí)行 3）阻塞）阻塞就緒就緒 可能導致可能導致 就緒就緒執(zhí)行執(zhí)行 （在搶占方式下，該進程優(yōu)先級高于當前進程和（在搶占方式下，該進程優(yōu)先級高于當前進程和就緒隊列中的所有進程）就緒隊列中的所有進程）Chap2 進程管理進程管理n補充補充3：用用wait-signal操作解決下圖之同步問題操作解決下圖之同步問題:Chap2 進程管理進程管理getcopyputfstgVar Sfull, Sempty, Tfull, Tempty:semphore:=0,1,0,1;Get進程：進程：BeginRepeatWait(Sempty);Get(f, s);Signal(Sf

19、ull);Until false;endCopy進程：進程：BeginRepeatWait(Sfull);Wait(Tempty);Copy(s, t);Signal(Sempty);Signal(Tfull);Until false;endPut進程：進程：BeginRepeatWait(Tfull); Put(t, g);Signal(Tempty);Until false;endChap2 進程管理進程管理n補充補充4：理發(fā)師睡覺問題理發(fā)師睡覺問題Chap2 進程管理進程管理 理發(fā)店里有一位理發(fā)師理發(fā)店里有一位理發(fā)師, , 一把理發(fā)椅和一把理發(fā)椅和N N把供等候理發(fā)的顧客坐的椅子。把供等

20、候理發(fā)的顧客坐的椅子。 如果沒有顧客如果沒有顧客, , 理發(fā)師便在理發(fā)椅上睡覺。理發(fā)師便在理發(fā)椅上睡覺。當一個顧客到來時當一個顧客到來時, , 他必須先喚醒理發(fā)師。他必須先喚醒理發(fā)師。 如果顧客到來時理發(fā)師正在理發(fā)如果顧客到來時理發(fā)師正在理發(fā), , 則如果則如果有空椅子有空椅子, , 可坐下來等可坐下來等; ; 否則離開。否則離開。Chap2 進程管理進程管理問題分析：問題分析：理發(fā)師（理發(fā)師（barberbarber）重復的下列活動：（）重復的下列活動：（1 1）睡覺；）睡覺；（2 2）為顧客理發(fā)；）為顧客理發(fā)；每個顧客（每個顧客（customerscustomers）執(zhí)行下列活動：（）執(zhí)行

21、下列活動：（3 3）在椅）在椅子上等候；（子上等候；（4 4）理發(fā)；離開；）理發(fā)；離開；顯然，理發(fā)師在（顯然，理發(fā)師在（1 1）處要考察是否有顧客等候理發(fā)，）處要考察是否有顧客等候理發(fā)，如果沒有，理發(fā)師睡覺；在（如果沒有，理發(fā)師睡覺；在（2 2）處理發(fā)師等待最先）處理發(fā)師等待最先進入理發(fā)店的顧客喚醒，開始理發(fā)。進入理發(fā)店的顧客喚醒，開始理發(fā)。顧客在（顧客在（3 3）處先看是否有座位，沒有則離開；等候）處先看是否有座位，沒有則離開；等候理發(fā)的顧客在（理發(fā)的顧客在（4 4）處被理發(fā)師喚醒（最先理發(fā)的顧）處被理發(fā)師喚醒（最先理發(fā)的顧客要喚醒理發(fā)師）；理發(fā)結(jié)束后離開?？鸵獑拘牙戆l(fā)師）；理發(fā)結(jié)束后離開。

22、Var barber, customers, mutex:semaphore:=1,0,1; 簡化版簡化版int custCount=0;BarbarRepeatwait(customers);Cut hair;signal(barber);Until false;CustomersRepeatwait(mutex);if (cust_count=N+1) then signal(mutex); leave.;else custCount=custCount+1; signal(mutex); signal(customers); wait(barber); Get hair cut . wa

23、it(mutex); custCount=custCount-1; signal(mutex);Until false;Var barber, customers, mutex:semaphore:=1,0,1; 改進版改進版int custCount=0;BarbarRepeatwait(mutex);if (custCount=0 ) then signal (mutex); Sleep.; wait(customers);else signal(mutex); Cut hair; signal(barber); end if Until false;CustomersRepeatwait

24、(mutex);if (cust_count=N) then signal(mutex); leave.;else custCount=custCount+1; if(custCount=1) then signal(customers); signal(mutex); wait(barber); Get hair cut . wait(mutex); custCount=custCount-1; signal(mutex);Until false;課堂練習課堂練習 有一個閱覽室，共有有一個閱覽室，共有100個座位，讀者進入時必個座位，讀者進入時必須先在一張登記表上登記，該表為每一座位列一表須

25、先在一張登記表上登記，該表為每一座位列一表目，包括座號和讀者姓名等，讀者離開時要消掉登目，包括座號和讀者姓名等，讀者離開時要消掉登記的信息，試問：記的信息，試問：（1）為描述讀者的動作，應編寫幾個程序，設置幾）為描述讀者的動作，應編寫幾個程序，設置幾個進程？個進程？（2）試用）試用wait/signal 操作描述讀者進程之間的同步操作描述讀者進程之間的同步關系。關系。 Chap2 進程管理進程管理n 6：在搶占式調(diào)度方式中，搶占的原則是什么？：在搶占式調(diào)度方式中，搶占的原則是什么？（P114）解答解答見見P87n7：在選擇調(diào)度方式和調(diào)度算法時，應遵循的準：在選擇調(diào)度方式和調(diào)度算法時，應遵循的準

26、則是什么？則是什么？（P114）解答見）解答見P9091n9：何謂靜態(tài)和動態(tài)優(yōu)先級？確定優(yōu)先級的依據(jù)：何謂靜態(tài)和動態(tài)優(yōu)先級？確定優(yōu)先級的依據(jù)是什么？是什么？（P115）解答見）解答見P9394n13：為什么說多級反饋隊列調(diào)度算法能較好的：為什么說多級反饋隊列調(diào)度算法能較好的滿足各方面用戶的需要？滿足各方面用戶的需要？（P115）解答見）解答見P97Chap3 處理機調(diào)度與死鎖處理機調(diào)度與死鎖n補補 1. 死鎖的原因和必要條件及解決死鎖的方法。死鎖的原因和必要條件及解決死鎖的方法。 n解決死鎖解決死鎖的基本方法的基本方法n預防死鎖：事先破壞死鎖的必要條件，容易實預防死鎖：事先破壞死鎖的必要條件，

27、容易實現(xiàn)，但是資源利用率和系統(tǒng)吞吐量較低?，F(xiàn)，但是資源利用率和系統(tǒng)吞吐量較低。n避免死鎖：在資源分配過程中防止系統(tǒng)進入不避免死鎖：在資源分配過程中防止系統(tǒng)進入不安全狀態(tài)，從而避免死鎖，實現(xiàn)較難，資源利安全狀態(tài)，從而避免死鎖，實現(xiàn)較難，資源利用率和系統(tǒng)吞吐量最高。用率和系統(tǒng)吞吐量最高。n檢測死鎖與解除死鎖：無任何事先限制措施，檢測死鎖與解除死鎖：無任何事先限制措施，進程執(zhí)行過程中也不檢測是否安全，允許死鎖進程執(zhí)行過程中也不檢測是否安全，允許死鎖產(chǎn)生并能清除死鎖，實現(xiàn)較難，資源利用率和產(chǎn)生并能清除死鎖，實現(xiàn)較難，資源利用率和系統(tǒng)吞吐量高。系統(tǒng)吞吐量高。Chap3 處理機調(diào)度與死鎖處理機調(diào)度與死鎖n補補 1. 死鎖的原因和必要條件及解決死鎖的方法。死鎖的原因和必要條件及解決死鎖的方法。 n解決死鎖解決死鎖的基本方法的基本方法n預防死鎖：事先破壞死鎖的必要條件，容易實預防死鎖：事先破壞死鎖的必要條件，容易實現(xiàn)，但是資源利用率和系統(tǒng)吞吐量較低?，F(xiàn)，但是資源利用率和系統(tǒng)吞吐量較低。n避免死鎖：在資源分配過程中防止系統(tǒng)進入不避免死鎖：在資源分配過程中防止系統(tǒng)進入不安全狀態(tài)，從而避免死鎖，實現(xiàn)較難，資源利安全狀態(tài)，從而避免死鎖，實現(xiàn)較難，資