操作系統(tǒng)第2-4章習(xí)題答案

操作系統(tǒng)第二章習(xí)題解答2.1情況（a）和情況（b）具有相同的答案。假設(shè)處理器的操作不能重疊，但I(xiàn)/O操作可以。1job：時(shí)間周期=NT處理器利用率=50%；2jobs：時(shí)間周期=NT處理器利用率=100%；4jobs：時(shí)間周期=（2N-1)NT處理器利用率=100%2.2I/O限制程序只用相對(duì)較少的處理時(shí)間，因此，受到短期調(diào)度算法的偏愛(ài)。然而，如果一個(gè)處理器限制程序在一段很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)被處理器時(shí)間拒絕，那同樣的這個(gè)短期調(diào)度算法則會(huì)允許處理機(jī)去處理過(guò)去一段時(shí)間一直沒(méi)有使用處理機(jī)的程序，所以，并不是永遠(yuǎn)不受理處理器限制程序所需的處理器時(shí)間。2.3關(guān)于分時(shí)系統(tǒng)，我們所關(guān)注的是周轉(zhuǎn)時(shí)間。首選的是時(shí)間片，因?yàn)樗谝粋€(gè)很短的時(shí)間給所有的程序一個(gè)訪問(wèn)權(quán)限去使用處理器。在批處理系統(tǒng)，我們所關(guān)注的是吞吐量和更少量的上下文轉(zhuǎn)換，對(duì)于進(jìn)程來(lái)說(shuō)獲得了更多的處理時(shí)間。因此，最小化上下文轉(zhuǎn)換的處理是有優(yōu)勢(shì)的。2.4應(yīng)用程序運(yùn)用系統(tǒng)調(diào)用去調(diào)用操作系統(tǒng)所提供的功能。關(guān)鍵的是，系統(tǒng)調(diào)用導(dǎo)致轉(zhuǎn)換到進(jìn)入內(nèi)核模式的系統(tǒng)程序。操作系統(tǒng)第三章習(xí)題解答3.1系統(tǒng)和用戶進(jìn)程的創(chuàng)建和刪除：在系統(tǒng)中進(jìn)程對(duì)于信息共享，加速計(jì)算，模塊性和便利性都能并發(fā)執(zhí)行。并發(fā)的執(zhí)行需要進(jìn)程的創(chuàng)建和刪除機(jī)制。進(jìn)程所需要的資源在進(jìn)程被創(chuàng)建時(shí)獲得或者在其運(yùn)行的時(shí)候分配。當(dāng)進(jìn)程結(jié)束時(shí)，操作系統(tǒng)需要收回任何可重用資源。進(jìn)程的掛起和恢復(fù)：在進(jìn)程調(diào)度中，當(dāng)進(jìn)程在等待某些資源時(shí)，操作系統(tǒng)需要把進(jìn)程狀態(tài)改變成等待或者就緒狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)程所要求的資源可用時(shí)，操作系統(tǒng)需要把它的狀態(tài)變?yōu)檫\(yùn)行狀態(tài)恢復(fù)它的執(zhí)行。進(jìn)程同步機(jī)制：協(xié)調(diào)進(jìn)程分享數(shù)據(jù)。并發(fā)訪問(wèn)使用共享數(shù)據(jù)可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致性，操作系統(tǒng)不得不為其提供一種進(jìn)程同步機(jī)制用來(lái)確保協(xié)作進(jìn)程有序的實(shí)行，從而保證數(shù)據(jù)的一致性。進(jìn)程通信機(jī)制：在操作系統(tǒng)下執(zhí)行的進(jìn)程要么是獨(dú)立的進(jìn)程要么是協(xié)作的進(jìn)程。協(xié)作進(jìn)程必須使用某些方法來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信。死鎖處理機(jī)制：在一個(gè)多道程序設(shè)計(jì)環(huán)境里，一些進(jìn)程可能因?yàn)橛邢迶?shù)量的資源而產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)。如果一個(gè)死鎖發(fā)生，全部等待的進(jìn)程都不會(huì)從等待狀態(tài)改變成運(yùn)行狀態(tài)，那么資源被浪費(fèi)，工作不會(huì)被完成。3.4對(duì)處于就緒/掛起狀態(tài)的所有進(jìn)程通過(guò)一個(gè)固定的優(yōu)先級(jí)層次來(lái)劃分，如分成一到兩個(gè)優(yōu)先級(jí)，只有當(dāng)就緒/掛起狀態(tài)的進(jìn)程優(yōu)先級(jí)高于所有就緒狀態(tài)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)時(shí)，才把處理機(jī)分配給它。3.6a）采用4種模式的優(yōu)點(diǎn)在于：系統(tǒng)能夠提高對(duì)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)使用的靈活性，同時(shí)對(duì)內(nèi)存儲(chǔ)器的運(yùn)行起到很好的保護(hù)作用。缺點(diǎn)：復(fù)雜度和處理開銷。例如，處理器運(yùn)行在不同的訪問(wèn)模式需要分離可訪問(wèn)的堆棧。b）原則上，模式越多，靈活性適應(yīng)性越大，但系統(tǒng)越復(fù)雜，舉出一種有4種以上模式的情況較難。3.7a）當(dāng)j<i時(shí)，一個(gè)在Di中運(yùn)行的進(jìn)程被阻止訪問(wèn)Dj中的對(duì)象。因此，如果Dj中包含的信息比Di優(yōu)先權(quán)更高或者比Di更安全，這個(gè)限制是適當(dāng)?shù)?。然而，這個(gè)安全政策可以用下面的方法更簡(jiǎn)單的獲得。一個(gè)在Dj中運(yùn)行的進(jìn)程可以從Dj中讀取數(shù)據(jù)，并且可以把數(shù)據(jù)復(fù)制到Di中，隨后，在Di中運(yùn)行的進(jìn)程便可讀取這些信息。b）一個(gè)近似的解決這個(gè)問(wèn)題的方法就是大家都知道的可信系統(tǒng)。在以后的章節(jié)會(huì)詳細(xì)解釋。3.8a）一個(gè)應(yīng)用程序可能正處理從另一個(gè)進(jìn)程收到的數(shù)據(jù)并且把結(jié)果儲(chǔ)存在磁盤上。如果有等待取自其它進(jìn)程的數(shù)據(jù)，應(yīng)用程序可能進(jìn)入下一個(gè)進(jìn)程取出數(shù)據(jù)并且處理它。如果一個(gè)先前的磁盤寫操作已經(jīng)完成并且有處理的數(shù)據(jù)寫出，應(yīng)用程序會(huì)將其寫入下一個(gè)磁盤。需要考慮的一點(diǎn)就是，進(jìn)程等待輸入進(jìn)程的額外數(shù)據(jù)和磁盤的可用性。b）有幾種處理的方式?；蛘咭环N特定類型的隊(duì)列來(lái)處理，或者進(jìn)程可能被放進(jìn)兩個(gè)單獨(dú)的隊(duì)列。無(wú)論哪種情況，操作系統(tǒng)必須處理細(xì)節(jié)，提醒進(jìn)程注意雙方事件一個(gè)接一個(gè)的發(fā)生。3.9這技術(shù)基于一個(gè)假設(shè)——中斷進(jìn)程A響應(yīng)中斷后將會(huì)繼續(xù)進(jìn)行。但是，通常，一個(gè)中斷將引起基本監(jiān)督程序搶占進(jìn)程A有利于另一個(gè)進(jìn)程B。有必要在描敘進(jìn)程A相關(guān)進(jìn)程中斷的位置復(fù)制進(jìn)程A的執(zhí)行狀態(tài)，機(jī)器最好第一時(shí)間把它們儲(chǔ)存在那里，以方便后續(xù)操作的進(jìn)行。3.10因?yàn)榇嬖谶M(jìn)程不能被搶占的情況(例如正在內(nèi)核模式里執(zhí)行的進(jìn)程)，因此操作系統(tǒng)不能快速回復(fù)實(shí)時(shí)需求。

操作系統(tǒng)第四章習(xí)題解答4.1是的。因?yàn)楦嗟臓顟B(tài)信息必須保留下來(lái)用于一個(gè)程序到另一個(gè)程序的轉(zhuǎn)換。4.2因?yàn)?，關(guān)于用戶級(jí)線程，一個(gè)進(jìn)程的線程結(jié)構(gòu)對(duì)于操作系統(tǒng)來(lái)講是不可視的，它僅僅是基于進(jìn)程調(diào)度的一個(gè)基本單位。進(jìn)程和線程的區(qū)別在于：簡(jiǎn)而言之,一個(gè)程序至少有一個(gè)進(jìn)程,一個(gè)進(jìn)程至少有一個(gè)線程.線程的劃分尺度小于進(jìn)程，使得多線程程序的并發(fā)性高。

另外，進(jìn)程在執(zhí)行過(guò)程中擁有獨(dú)立的內(nèi)存單元，而多個(gè)線程共享內(nèi)存，從而極大地提高了程序的運(yùn)行效率。

線程在執(zhí)行過(guò)程中與進(jìn)程還是有區(qū)別的。每個(gè)獨(dú)立的線程有一個(gè)程序運(yùn)行的入口、順序執(zhí)行序列和程序的出口。但是線程不能夠獨(dú)立執(zhí)行，必須依存在應(yīng)用程序中，由應(yīng)用程序提供多個(gè)線程執(zhí)行控制。

從邏輯角度來(lái)看，多線程的意義在于一個(gè)應(yīng)用程序中，有多個(gè)執(zhí)行部分可以同時(shí)執(zhí)行。但操作系統(tǒng)并沒(méi)有將多個(gè)線程看做多個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用，來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的調(diào)度和管理以及資源分配。這就是進(jìn)程和線程的重要區(qū)別。（續(xù)）進(jìn)程是具有一定獨(dú)立功能的程序關(guān)于某個(gè)數(shù)據(jù)集合上的一次運(yùn)行活動(dòng),進(jìn)程是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位.

線程是進(jìn)程的一個(gè)實(shí)體,是CPU調(diào)度和分派的基本單位,它是比進(jìn)程更小的能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位.線程自己基本上不擁有系統(tǒng)資源,只擁有一點(diǎn)在運(yùn)行中必不可少的資源(如程序計(jì)數(shù)器,一組寄存器和棧),但是它可與同屬一個(gè)進(jìn)程的其他的線程共享進(jìn)程所擁有的全部資源.

一個(gè)線程可以創(chuàng)建和撤銷另一個(gè)線程;同一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程之間可以并發(fā)執(zhí)行.4.4這里的這個(gè)問(wèn)題是機(jī)器花費(fèi)了它工作中大量時(shí)間去等待I/O的完成。在一個(gè)多線程程序中，一個(gè)內(nèi)核級(jí)線程使系統(tǒng)調(diào)用阻塞，而其它內(nèi)核級(jí)線程可以繼續(xù)運(yùn)行，而對(duì)于一個(gè)單獨(dú)的處理器，一個(gè)進(jìn)程只有使所有調(diào)用阻塞，才能使其它線程繼續(xù)。4.5不會(huì)。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程退出，它將帶走關(guān)于它的所有東西，內(nèi)核級(jí)線程、進(jìn)程結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)空間，也包括線程。4.6盡可能多的關(guān)于地址空間的信息能夠和其它地址空間進(jìn)行交換，從而保存到主存儲(chǔ)器中。4.7a）如果采取保守策略，那么最多有20/4=5個(gè)作業(yè)同時(shí)執(zhí)行。因?yàn)榉峙浣o各自進(jìn)程的設(shè)備中有一個(gè)設(shè)備在大多數(shù)時(shí)間里都是空閑的，在同一時(shí)間，最多有5個(gè)設(shè)備空閑，最好的情況，沒(méi)有設(shè)備空閑，全部都在工作狀態(tài)。b）為了提高設(shè)備的利用率，最初每個(gè)作業(yè)分配3個(gè)磁帶設(shè)備，第4個(gè)則要按需求