計算機操作系統(tǒng)1-4章課后經(jīng)典習(xí)題參考答案

1、課后習(xí)題第一章1設(shè)計現(xiàn)代OS的主要目標是什么？答：（1）有效性 （2）方便性 （3）可擴充性 （4）開放性2OS的作用可表現(xiàn)在哪幾個方面？答：（1）OS作為用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的接口（2）OS作為計算機系統(tǒng)資源的管理者（3）OS實現(xiàn)了對計算機資源的抽象3為什么說OS實現(xiàn)了對計算機資源的抽象？答：OS首先在裸機上覆蓋一層I/O設(shè)備管理軟件，實現(xiàn)了對計算機硬件操作的第一層次抽象；在第一層軟件上再覆蓋文件管理軟件，實現(xiàn)了對硬件資源操作的第二層次抽象。OS 通過在計算機硬件上安裝多層系統(tǒng)軟件，增強了系統(tǒng)功能，隱藏了對硬件操作的細節(jié)，由它們共同實現(xiàn)了對計算機資源的抽象。7實現(xiàn)分時系統(tǒng)的關(guān)鍵問題是什么

2、？應(yīng)如何解決？答：關(guān)鍵問題是當(dāng)用戶在自己的終端上鍵入命令時，系統(tǒng)應(yīng)能及時接收并及時處理該命令，在用戶能接受的時延內(nèi)將結(jié)果返回給用戶。解決方法：針對及時接收問題，可以在系統(tǒng)中設(shè)置多路卡，使主機能同時接收用戶從各個終端上輸入的數(shù)據(jù)；為每個終端配置緩沖區(qū)，暫存用戶鍵入的命令或數(shù)據(jù)。針對及時處理問題，應(yīng)使所有的用戶作業(yè)都直接進入內(nèi)存，并且為每個作業(yè)分配一個時間片，允許作業(yè)只在自己的時間片內(nèi)運行，這樣在不長的時間內(nèi)，能使每個作業(yè)都運行一次。10試從交互性、及時性以及可靠性方面，將分時系統(tǒng)與實時系統(tǒng)進行比較。答：（1）及時性：實時信息處理系統(tǒng)對實時性的要求與分時系統(tǒng)類似，都是以人所能接受的等待時間來確定；

3、而實時控制系統(tǒng)的及時性，是以控制對象所要求的開始截止時間或完成截止時間來確定的，一般為秒級到毫秒級，甚至有的要低于100微妙。（2）交互性：實時信息處理系統(tǒng)具有交互性，但人與系統(tǒng)的交互僅限于訪問系統(tǒng)中某些特定的專用服務(wù)程序。不像分時系統(tǒng)那樣能向終端用戶提供數(shù)據(jù)和資源共享等服務(wù)。（3）可靠性：分時系統(tǒng)也要求系統(tǒng)可靠，但相比之下，實時系統(tǒng)則要求系統(tǒng)具有高度的可靠性。因為任何差錯都可能帶來巨大的經(jīng)濟損失，甚至是災(zāi)難性后果，所以在實時系統(tǒng)中，往往都采取了多級容錯措施保障系統(tǒng)的安全性及數(shù)據(jù)的安全性。11OS有哪幾大特征？其最基本的特征是什么？答：并發(fā)性、共享性、虛擬性和異步性四個基本特征；最基本的特征是

4、并發(fā)性。13什么是時分復(fù)用技術(shù)?舉例說明它能提高資源利用率的根本原因是什么?答：時分復(fù)用技術(shù):將資源在不同的時間片內(nèi)分配給各進程以使該資源被重復(fù)利用,從而提高資源的利用率。如采用時分復(fù)用技術(shù)的虛擬處理機,能夠在不同的時間片內(nèi)處理多個用戶的請求, 從而使得用戶感覺自己獨占主機,而處理機在這期間也被充分的利用第二章1. 什么是前趨圖？為什么要引入前趨圖？答：前趨圖(Precedence Graph)是一個有向無循環(huán)圖，記為DAG(DirectedAcyclicGraph)，用于描述進程之間執(zhí)行的前后關(guān)系。2. 畫出下面四條語句的前趨圖:S1=a：=x+y; S2=b：=z+1; S3=c：=a b

5、；S4=w：=c+1;答：其前趨圖為：3. 什么程序并發(fā)執(zhí)行會產(chǎn)生間斷性特征？答：程序在并發(fā)執(zhí)行時，由于它們共享系統(tǒng)資源，為完成同一項任務(wù)需要相互合作，致使這些并發(fā)執(zhí)行的進程之間，形成了相互制約關(guān)系，從而使得進程在執(zhí)行期間出現(xiàn)間斷性。4程序并發(fā)執(zhí)行時為什么會失去封閉性和可再現(xiàn)性？答：程序并發(fā)執(zhí)行時，多個程序共享系統(tǒng)中的各種資源，因而這些資源的狀態(tài)由多個程序改變，致使程序運行失去了封閉性，也會導(dǎo)致其失去可再現(xiàn)性。6試從動態(tài)性，并發(fā)性和獨立性上比較進程和程序?答：(1)動態(tài)性是進程最基本的特性，表現(xiàn)為由創(chuàng)建而產(chǎn)生，由調(diào)度而執(zhí)行，因得不到資源而暫停執(zhí)行，由撤銷而消亡。進程有一定的生命期，而程序只是一

6、組有序的指令集合，是靜態(tài)實體。8PCB提供了進程管理和進程調(diào)度所需要的哪些信息?答：進程管理：通用寄存器、指令寄存器、程序狀態(tài)字、用戶棧指針進程調(diào)度：進程狀態(tài)、進程優(yōu)先級、事件、其他信息10何謂操作系統(tǒng)內(nèi)核?內(nèi)核的主要功能是什么?答：操作系統(tǒng)內(nèi)核是指大多數(shù)操作系統(tǒng)的核心部分。它由操作系統(tǒng)中用于管理存儲器、文件、外設(shè)和系統(tǒng)資源的那些部分組成。操作系統(tǒng)內(nèi)核通常運行進程,并提供進程間的通信11試說明進程在三個基本狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的典型原因。答： （1）就緒狀態(tài)執(zhí)行狀態(tài)：進程分配到CPU資源（2）執(zhí)行狀態(tài)就緒狀態(tài)：時間片用完（3）執(zhí)行狀態(tài)阻塞狀態(tài)：I/O請求（4）阻塞狀態(tài)就緒狀態(tài)：I/O完成16在創(chuàng)建一個

7、進程時所要完成的主要工作是什么？答：（1）OS 發(fā)現(xiàn)請求創(chuàng)建新進程事件后，調(diào)用進程創(chuàng)建原語Creat()；（2）申請空白PCB；（3）為新進程分配資源；（4）初始化進程控制塊；（5）將新進程插入就緒隊列.17在撤銷一個進程時所要完成的主要工作是什么？答：（1）根據(jù)被終止進程標識符，從PCB 集中檢索出進程PCB，讀出該進程狀態(tài)。（2）若被終止進程處于執(zhí)行狀態(tài)，立即終止該進程的執(zhí)行，置調(diào)度標志真，指示該進程被終止后重新調(diào)度。（3）若該進程還有子進程，應(yīng)將所有子孫進程終止，以防它們成為不可控進程。（4）將被終止進程擁有的全部資源，歸還給父進程，或歸還給系統(tǒng)。（5）將被終止進程PCB 從所在隊列或列

8、表中移出，等待其它程序搜集信息。19為什么要在OS 中引入線程？答：在操作系統(tǒng)中引入線程，則是為了減少程序在并發(fā)執(zhí)行時所付出的時空開銷，使OS具有更好的并發(fā)性，提高CPU的利用率。進程是分配資源的基本單位,而線程則是系統(tǒng)調(diào)度的基本單位。第三章2處理機調(diào)度算法的共同目標是什么?批處理系統(tǒng)的調(diào)度目標又是什么?答: 共同目標:資源利用率,公平性,平衡性,策略強制執(zhí)行。批處理系統(tǒng)的調(diào)度目標：平均周轉(zhuǎn)時間短，系統(tǒng)吞吐量高，處理機利用率高。5在作業(yè)調(diào)度中應(yīng)如何確定接納多少個作業(yè)和接納哪些作業(yè)？答:作業(yè)調(diào)度每次接納進入內(nèi)存的作業(yè)數(shù)，取決于多道程序度。應(yīng)將哪些作業(yè)從外存調(diào)入內(nèi)存，取決于采用的調(diào)度算法。最簡單的

9、是先來服務(wù)調(diào)度算法，較常用的是短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法和基于作業(yè)優(yōu)先級的調(diào)度算法。6為什么要引入高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法?它有何優(yōu)點?答: 在批處理系統(tǒng)中,FCFS算法所考慮的只是作業(yè)的等待時間,而忽視了作業(yè)的運行時間。而SJF算法正好與之相反,只考慮作業(yè)的運行時間,而忽視了作業(yè)的等待時間。高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法則是既考慮了作業(yè)的等待時間,又考慮作業(yè)運行時間的調(diào)度算法, 因此既照顧了短作業(yè)，又不致使長作業(yè)的等待時間過長，從而改善了處理機調(diào)度的性能。6在搶占調(diào)度方式中，搶占的原則是什么？答：搶占的原則有：時間片原則、優(yōu)先權(quán)原則、短作業(yè)優(yōu)先權(quán)原則等。13在時間片輪轉(zhuǎn)法中，應(yīng)如何確定時間片的大??？答：時間片應(yīng)略

10、大于一次典型的交互需要的時間。一般應(yīng)考慮三個因素：系統(tǒng)對相應(yīng)時間的要求、就緒隊列中進程的數(shù)目和系統(tǒng)的處理能力。21什么是最早截止時間優(yōu)先調(diào)度算法？舉例說明。答：根據(jù)任務(wù)的開始截止時間確定的任務(wù)優(yōu)先級調(diào)度算法。截止時間越早則優(yōu)先級越高。該算法要求在系統(tǒng)中保持一個實時任務(wù)就緒隊列，該隊列按各任務(wù)截止時間的先后排序。舉例：非搶占式調(diào)度方式用于非周期實時任務(wù)。圖3-9是將該算法用于非搶占調(diào)度方式之例。該例中具有四個非周期任務(wù)，它們先后到達。系統(tǒng)首先調(diào)度任務(wù)1執(zhí)行，在任務(wù)1執(zhí)行期間，任務(wù)2、3又先后到達。由于任務(wù)3的開始截止時間早于任務(wù)2，故系統(tǒng)在任務(wù)1后將調(diào)度任務(wù)3執(zhí)行。在此期間又到達作業(yè)4，其開始截

11、止時間仍是早于任務(wù)2的，故在任務(wù)3執(zhí)行完后，系統(tǒng)又調(diào)度任務(wù)4執(zhí)行，最后才調(diào)度任務(wù)2執(zhí)行。25.試舉例說明競爭不可搶占資源所引起的死鎖。答：例如,系統(tǒng)中有兩個進程P1和P2,它們都準備寫兩個文件F1和F2,而這兩者都屬于可重用和不可搶占性資源。進程P1先打開F1,然后再打開文件F2;進程P2先打開文件F2,后打開F1兩個進程P1和P2在并發(fā)執(zhí)行時,如果P1先打開F1和F2,然后P2才去打開F1(或F2),由于文件F1(F2)已被P1打開,故P2會被阻塞。當(dāng)P1寫完文件F1(或F2)而關(guān)閉F1(F2)時,P2會由阻塞狀態(tài)轉(zhuǎn)為就緒狀態(tài),被調(diào)度執(zhí)行后重新打開文件F1(或F2)。在這種情況下,P1和P2

12、都能正常運行下去。若P2先打開F1和F2,然后P1才去打開F1(或F2),P1和P2同樣也可以正常運行下去。但如果在P1打開F1的同時,P2去打開F2,每個進程都占有一個打開的文件,此時就可能出現(xiàn)問題。因為當(dāng)P1試圖去打開F2,而P2試圖去打開F1時,這兩個進程都會因文件已被打開而阻塞,它們希望對方關(guān)閉自己所需要的文件,但誰也無法運行,因此這兩個進程將會無限期地等待下去,而形成死鎖。27.何謂死鎖?產(chǎn)生死鎖的原因和必要條件是什么?答:死鎖是指多個進程在運行過程中因爭奪資源而造成的一種僵局,當(dāng)進程處于這種僵持狀態(tài)時,若無外力作用,它們都將無法再向前推進。產(chǎn)生死鎖的原因為競爭資源和進程間推進順序非

13、法。其必要條件是:互斥條件、請求和保持條件、不剝奪條件、環(huán)路等待條件29.請詳細說明可通過哪些途徑預(yù)防死鎖。答:(1)擯棄“請求和保持”條件,就是如果系統(tǒng)有足夠資源,便一次性把進程需要的所有資源分配給它;2)擯棄“不剝奪”條件,就是已經(jīng)擁有資源的進程,當(dāng)它提出新資源請求而不能立即滿足時,必須釋放它已保持的所有資源,待以后需要時再重新申請;(3)擯棄“環(huán)路等待”條件,就是將所有資源按類型排序標號,所有進程對資源的請求必須嚴格按序號遞增的次序提出31.在銀行家算法中,若出現(xiàn)下述資源分配情況,試問:(1)該狀態(tài)是否安全?(2)若進程P2提出請求Request(1,2,2,2)后,系統(tǒng)能否將資源分配給

14、它?第四章2可采用哪幾種方式將程序裝入內(nèi)存？它們分別適用于何種場合？答： （1）絕對裝入方式，只適用于單道程序環(huán)境。（2）可重定位裝入方式，適用于多道程序環(huán)境。（3）動態(tài)運行時裝入方式，用于多道程序環(huán)境；不允許程序運行時在內(nèi)存中移位置。3何謂靜態(tài)鏈接？何謂裝入時動態(tài)鏈接和運行時的動態(tài)鏈接？P120答：靜態(tài)鏈接是指在程序運行前，先將各目標模塊及它們所需的庫函數(shù)，鏈接成一個完整的裝配模塊，以后不再拆開的鏈接方式。裝入時動態(tài)鏈接是指將用戶源程序編譯后得到的一組目標模塊，在裝入內(nèi)存時采用邊裝入邊鏈接的鏈接方式。運行時動態(tài)鏈接是指對某些目標模塊的鏈接，是在程序執(zhí)行中需要該目標模塊時，才對它進行的鏈接。4

15、.何謂裝入時動態(tài)鏈接?裝入時動態(tài)鏈接方式有何優(yōu)點?答：這是指將用戶源程序編譯后所得到的一組目標模塊,再裝入內(nèi)存時,采用邊裝入邊鏈接的鏈接方式。即在裝入一個目標模塊時,若發(fā)生一個外部模塊調(diào)用事件,將引起裝入程序去找出對應(yīng)的外部目標模塊,并將它裝入內(nèi)存。裝入時動態(tài)鏈接方式有以下優(yōu)點:便于修改和更新。采用動態(tài)鏈接方式,由于各目標模塊是分開存放的,所以要修改或更新個目標模塊是件非常容易的事。便于實現(xiàn)對目標模塊的共享。再采用靜態(tài)鏈接方式時,每個應(yīng)用模塊都必須含有其目標模塊的拷貝,無法實現(xiàn)對目標模塊的共享。但采用裝入時動態(tài)鏈接方式時,OS就很容易將一個目標模塊鏈接到幾個應(yīng)用模塊上,實現(xiàn)多個應(yīng)用程序?qū)υ撃K

16、的共享。5.何謂運行時動態(tài)鏈接?運行時動態(tài)鏈接有何優(yōu)點?答：在許多情況下,應(yīng)用程序在運行時,每次要運行的模塊可能都是不相同的。但由于事先無法知道本次要運行哪些模塊,故只能是將所有可能要運行到的模塊全部都裝入內(nèi)存,并在裝入時全部鏈接在一起,顯然這是低效的,因為往往會有部分目標模塊根本就不運行。近幾年流行起來的運行時動態(tài)鏈接方式,是對上述裝入時鏈接方式的一種改進。這種鏈接方式是,將對某些模塊的鏈接推遲到程序執(zhí)行時才進行。亦即,在執(zhí)行過程中,當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個被調(diào)用模塊尚未裝入內(nèi)存時,立刻由OS去找到該模塊,將之裝入內(nèi)存,將其鏈接到調(diào)用者模塊上,這樣不僅能加快程序的裝入過程,而且可節(jié)省大量的內(nèi)存空間。7.為

17、什么要引入動態(tài)重定位?如何實現(xiàn)?答：在動態(tài)運行時裝入的方式中,作業(yè)裝入內(nèi)存后的所有地址仍然都是相對(邏輯)地址。而將相對地址轉(zhuǎn)換為絕對(物理)地址的工作被推遲到程序指令要真正執(zhí)行時進行。為使地址的轉(zhuǎn)換不會影響到指令的執(zhí)行速度,必須有硬件地址變換機構(gòu)的支持,即須在系統(tǒng)中增設(shè)一個重定位寄存器,用它來存放數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的起始地址。程序在執(zhí)行時,真正訪問的內(nèi)存地址是相對地址與重定位寄存器中的地址相加而形成的。地址變換過程是在程序執(zhí)行期間,隨著對每條指令或數(shù)據(jù)的訪問自動進行的,故稱為動態(tài)重定位。當(dāng)系統(tǒng)對內(nèi)存進行了“緊湊”,而使若干程序從內(nèi)存的某處移至另一處時,不需對程序做任何修改,只要用該程序在內(nèi)存中的新

18、起始地址去置換原來的起始地址即可。11.令Buddyk(x)為大小為2k、地址為x的塊的伙伴系統(tǒng)地址,試寫出Buddyk(x)的通用表達式13.為什么要引入對換?對換可分為哪幾種類型?答：對換技術(shù)也稱為交換技術(shù),由于當(dāng)時計算機的內(nèi)存都非常小,為了使該系統(tǒng)能分時運行讀個用戶程序而引入了對換技術(shù)。根據(jù)每次對換時所兌換的數(shù)量,可將對換分為如下兩類：整體對換。處理機中級調(diào)度實際上就是存儲器的對換功能,其目的是用來解決內(nèi)存緊張問題,并進一步提高內(nèi)存的利用率和系統(tǒng)的吞吐量。由于在中級調(diào)度中對換是以整個進程為單位的,故稱之為“進程對換”或“整體對換”。這種對換被廣泛地應(yīng)用于多道程序系統(tǒng)中,并作為處理機的中級

19、調(diào)度。頁面(分段)對換,如果對換是以進程的一個“頁面”或“分段”為單位進行的,則分別稱之為“頁面對換”或“分段對換”,又統(tǒng)稱為“部分對換”。這種對換方法的目的是為了支持虛擬存儲系統(tǒng)。18.什么是頁面?什么是物理塊?頁面的大小應(yīng)如何確定?答：頁面。分頁存儲管理將進程的邏輯空間分成若干個頁,并為各頁加以編號,從0開始, 如第0頁、第1頁等。物理塊。相應(yīng)的,也把內(nèi)存的物理地址空間分成若干個塊,同樣也為它們加以編號,如0#塊、1#塊等等。頁面大小。在分頁系統(tǒng)中,若選擇過小的頁面大小,雖然一方面可以減小內(nèi)存的碎片, 起到減少內(nèi)存碎片總空間的作用,有利于內(nèi)存利用率的提高,但另一方面卻會造成每個進程占用較多

20、的頁面,從而導(dǎo)致進程的頁表過長,占用大量內(nèi)存。此外,還會降低頁面的換出的效率。然而,如果選擇的頁面過大,雖然可以減少頁表的長度,提高頁面換進換出的效率,但卻又會使頁內(nèi)碎片增大。因此,頁面的大小應(yīng)選擇適中,且頁面大小應(yīng)是2的冪, 通常為1KB8KB。19.什么是頁表?頁表的作用是什么?答：在分頁系統(tǒng)中,允許將進程的各個頁離散的存儲在內(nèi)存的任一物理塊中,為保證進程仍然能夠正確地運行,即能在內(nèi)存中找到每個頁面所對應(yīng)的物理塊,系統(tǒng)又為每個進程建立了一張頁面映像表,簡稱頁表。在進程地址空間內(nèi)的所有頁(0N),依次在頁表中有一頁表項,其中記錄了相應(yīng)頁表在內(nèi)存中對應(yīng)的物理塊號。在配置了頁表后,進程執(zhí)行時,通過查找該表,即了找到每頁在內(nèi)存中的物理塊號?？梢?也表的作用是實現(xiàn)從頁號到物理塊號的地址映射。21.在分頁系統(tǒng)中是如何實現(xiàn)地址變換的?答：頁表功能是由一組專門的寄存器來實現(xiàn)的。一個頁表項用一個寄存器。由于寄存器具有較高的訪問速度,因而有利于提高地址變換的速度,但由于寄存器成本較高,頁表又可能很大,因此,頁表大多駐留在內(nèi)存中,在系統(tǒng)中只設(shè)置一個頁表寄存器,在其中存放頁表在內(nèi)存的始址和頁表的長度。當(dāng)進程