操作系統(tǒng)原理課后習(xí)題答案

#/26Copy();Put();coend}Get()Copy()Put(){p(s);{p(t);{.v(t);}v(s);}}4-13什么是進(jìn)程的互斥，什么是進(jìn)程的同步？同步和互斥這兩個(gè)概念有什么聯(lián)系與區(qū)別？答：互斥：多個(gè)操作不能在同一時(shí)間，同一臨界區(qū)里執(zhí)行。同步：并發(fā)進(jìn)程在一些關(guān)鍵點(diǎn)上可能需要互相等待與互通消息互斥可以說是同步的特殊情況，通過鎖和信號(hào)燈機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)同步與互斥。4-18用于進(jìn)程控制的原語(yǔ)主要有哪幾個(gè)？答：主要有：進(jìn)程創(chuàng)建，進(jìn)程撤銷，進(jìn)程阻塞，進(jìn)程喚醒。4-19什么是線程，線程與進(jìn)程有什么區(qū)別？答：線程是進(jìn)程的進(jìn)一步劃分，線程也稱為輕量進(jìn)程。第5章5,p進(jìn)程共享m個(gè)同類資源，每一個(gè)資源在任一時(shí)刻只能供一個(gè)進(jìn)程使用，每一進(jìn)程對(duì)任一資源都只能使用一有限時(shí)間，使用完便立即釋放，并且每個(gè)進(jìn)程對(duì)該類資源的最大需求量小于該類資源的數(shù)目。設(shè)所有進(jìn)程對(duì)資源的最大需求數(shù)目之和小于p+m.試證：在該系統(tǒng)中不會(huì)發(fā)生死鎖。證：假設(shè)每個(gè)進(jìn)程最多請(qǐng)求Xi(l<i<p)個(gè)資源，則根據(jù)題意有，X1+X2+...+Xp-1+Xp<p+mX1+X2+...+Xp-1+Xp-p<m(X1-1)+(X2-1)+...+(Xp-1-1)+(Xp-1)<m(X1-1)+(X2-1)+...+(Xp-1-1)+(Xp-1)+1<m+1(X1-1)+(X2-1)+...+(Xp-1-1)+(Xp-1)+1<m這說明在最壞情況下，每個(gè)進(jìn)程均還差一個(gè)資源，而此時(shí)系統(tǒng)中還有一個(gè)沒被分配的可用資源。將它分配給任何一個(gè)進(jìn)程，都可以使該得到全部資源的進(jìn)程運(yùn)行結(jié)束而釋放其占有的資源，并將釋放的資源分配給其它的進(jìn)程，使其它進(jìn)程都能運(yùn)行結(jié)束，系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生死鎖。證畢。6圖5.9表示一帶閘門的運(yùn)河，其上有兩家吊橋。吊橋坐落在一條公路上，為使該公路避開一塊沼澤地而令其橫跨運(yùn)河兩次。運(yùn)河和公路的交通都是單向的。運(yùn)河上的基本運(yùn)輸由駁船擔(dān)負(fù)。在一般駁船接近吊橋A時(shí)就拉汽笛警告，若吊橋上無(wú)車輛，吊橋就吊起，直到駁船尾部通過此橋?yàn)橹埂?duì)吊橋B也按同樣次序處理。一艘典型駁船的長(zhǎng)度為200m,當(dāng)它在河上航行時(shí)是否會(huì)產(chǎn)生死鎖？若會(huì)，其理由是什么？如何能克服一個(gè)可能的死鎖？請(qǐng)?zhí)岢鲆粋€(gè)防止死鎖的辦法。如何利用信號(hào)燈的P,V操作，實(shí)現(xiàn)車輛和駁船的同步？彎這(1)駁船長(zhǎng)200米，當(dāng)駁船通過了A橋，其船頭到達(dá)B橋，請(qǐng)求B橋吊起，而此時(shí)它的尾部仍占據(jù)A橋。若這個(gè)時(shí)候B橋上及B橋到A橋之間的公路上都被汽車占據(jù)，而汽車又要求通過A橋。這樣駁船和汽車都無(wú)法前進(jìn)，形成死鎖的局面。(2)可以有以下兩種方法：c資源的靜態(tài)分配。即進(jìn)程把它所需要的所有資源在運(yùn)行前提前申請(qǐng)，系統(tǒng)把它所需要的全部資源一次性都分配給它。也就是說，這時(shí)把A橋和B橋看成一個(gè)資源。打破了產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件之一的部分分配條件。d可以規(guī)定資源按序申請(qǐng)和分配，從而破壞了死鎖的循環(huán)等待條件，防止死鎖的發(fā)生。規(guī)定如下：B橋的序號(hào)小于A橋的序號(hào)，駁船和汽車都必須先申請(qǐng)序號(hào)小的資源B橋，申請(qǐng)得到滿足后，再申請(qǐng)序號(hào)大的資源A橋。(3)算法如下：c設(shè)置兩個(gè)互斥信號(hào)量mutexa，mutexb，用來實(shí)現(xiàn)駁船和汽車對(duì)A橋和對(duì)B橋的互斥使用；設(shè)置一個(gè)共享變量count，用來記錄當(dāng)前占用A橋和B橋的汽車數(shù)并設(shè)置互斥信號(hào)量mutex，用來實(shí)現(xiàn)汽車對(duì)共享變量count的互斥訪問。Main(){intmutexa,mutexb,mutex,countmutexa=1;mutexb=1;mutex=1;count=0;cobeginbargei;//i=1,2,..,m

carj;//j=1,2,..,ncoend}bargei(){P(mutexb);P(mutexa);吊起B(yǎng)橋;吊起A橋;橋；橋;駁船通過A橋；橋;放下A橋；駁船通過B放下B橋；V(mutexa);V(mutexb);}carj(){P(mutex);count++;if(count==1){P(mutexb);P(mutexa);}V(mutex);汽車通過B橋；汽車通過AB段公路;汽車通過A橋；P(mutex);count--;if(count==0){V(mutexb);V(mutexa);}V(mutex);}d設(shè)置兩個(gè)互斥信號(hào)量mutexa，mutexb，用來實(shí)現(xiàn)駁船和汽車對(duì)A橋和對(duì)B橋的互斥使用；設(shè)置兩個(gè)共享變量counta和countb，分別用來記錄A橋和B橋上的汽車數(shù)并設(shè)置互斥信號(hào)

量mutexl和mutex2，用來實(shí)現(xiàn)汽車對(duì)共享變量counta和countb的互斥訪問。countb；Main(countb；intmutexa,mutexb,mutex1,mutex2,counta,mutexa=1;mutexb=1;mutex1=mutex2=1;counta=countb=0;cobeginbargei;//i=1,2,...,mcarj;//j=1,2,...,nCoend}bargei(){P(mutexb);吊起B(yǎng)橋；P(mutexa);吊起A橋；駁船通過A橋；放下A橋；V(mutexa)；駁船通過B橋；放下B橋；V(mutexb);}carj(){P(mutex2)；countb++；if(countb==1)P(mutexb)；V(mutex2)；汽車通過B橋；P(mutex2)；countb--；if(countb==0)V(mutexb)；V(mutex2)；汽車通過AB段公路;P(mutex1)；counta++；if(counta==1)P(mutexa)；V(mutexl);汽車通過A橋；P(mutexl);counta—;if(counta==0)V(mutexa);V(mutex1);7討論下圖描述的交通死鎖的例子(設(shè)個(gè)方向上的汽車是單線的，直線行駛)：對(duì)于死鎖的四個(gè)必要條件中的哪些條件在此例中是適用的？提出一個(gè)簡(jiǎn)單的原則，它能避免死鎖。若用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)交通的自動(dòng)管理，請(qǐng)用信號(hào)燈上的V,P操作來實(shí)現(xiàn)各方向上汽車行駛的同步。—1匸_II1g0口01II-1!□!答：（1）路口是共享資源。c互斥條件：路口必須互斥使用，即汽車對(duì)它所需要的路口是排他性控制的。d不剝奪條件：汽車一旦占用了路口，除非自己讓出路口，別人無(wú)權(quán)剝奪。e部分分配條件：每個(gè)方向的車隊(duì)都占有一個(gè)路口，同時(shí)因申請(qǐng)新路口而等待。f環(huán)路等待條件：占有路口的車都在等待其它車占有的路口，循環(huán)等待。（2）可以在每個(gè)路口設(shè)置紅綠燈進(jìn)行控制：綠燈亮?xí)r，南北方向的車可以通行，東西方向的車禁止通行；當(dāng)紅燈亮?xí)r，東西方向的車可以通行，而南北方向的車禁止通行。第6章2某系統(tǒng)的進(jìn)程狀態(tài)變遷圖如圖6.9所示（設(shè)該系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度方式為非剝奪式），請(qǐng)說明：（1）一個(gè)進(jìn)程發(fā)生變遷3的原因是什么？發(fā)生變遷2、變遷4的原因又是什么？答：變遷3：請(qǐng)求I/O設(shè)備，變遷2：超時(shí)間片，變遷4：I/O完成。（2）下述因果變遷是否會(huì)發(fā)生，如果有可能的話，在什么情況下發(fā)生？（a）2-＞1；（b）3-＞2；（c）4-＞5；（d）4-＞2；（e）3-＞5答：＜1＞＜5＞不能發(fā)生，＜2＞在該進(jìn)程位于就緒隊(duì)列首部時(shí)＜3＞在I/O完成后＜4＞在某進(jìn)程剝奪處理機(jī)時(shí)

圖6.93某系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是優(yōu)先照顧I/O量大的進(jìn)程，試畫出滿足此設(shè)計(jì)目標(biāo)的進(jìn)程狀態(tài)變遷圖。4作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度的任務(wù)格式什么？它們有什么聯(lián)系？答：作業(yè)調(diào)度又稱為宏觀調(diào)度，其任務(wù)是對(duì)提交給系統(tǒng)的、存放在賦存設(shè)備上的大量作業(yè)，以一定的策略進(jìn)行挑選，分配主存等必要的資源，建立作業(yè)對(duì)應(yīng)的進(jìn)程，使其投入運(yùn)行。而進(jìn)程調(diào)度的對(duì)象是進(jìn)程，其任務(wù)是在進(jìn)入主存的所有進(jìn)程中，確定哪個(gè)進(jìn)程在什么時(shí)候獲得處理機(jī)，使用多長(zhǎng)時(shí)間等。兩者的聯(lián)系：作業(yè)調(diào)度使該作業(yè)對(duì)應(yīng)的進(jìn)程具備使用處理劑的權(quán)利，而進(jìn)入主存的進(jìn)程，分別在什么時(shí)候真正獲得處理機(jī)，這是由處理機(jī)的進(jìn)程調(diào)度來決定。6-6在單道披處理系統(tǒng)中，有下列四個(gè)作業(yè)分別用先來先服務(wù)調(diào)度算法和最短作業(yè)優(yōu)先算法進(jìn)行調(diào)度，哪一種算法調(diào)度性能好寫？請(qǐng)按表6.5的格式，分別用兩表正確填補(bǔ)表中為填寫的各項(xiàng)。先來先服務(wù)調(diào)度算法作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)間執(zhí)行時(shí)間開始時(shí)間完成時(shí)間周轉(zhuǎn)時(shí)間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間110.002.0010.0012.002.001210.101.0012.0013.002.92.9310.250.2513.0013.253.001249.500.209.509.700.201平均周轉(zhuǎn)時(shí)間t=2.03h平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間w=3.98h最短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)間執(zhí)行時(shí)間開始時(shí)間完成時(shí)間周轉(zhuǎn)時(shí)間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間110.002.0010.0012.002.001210.101.0012.2513.253.153.15310.250.2512.0012.252.00849.500.209.509.700.201平均周轉(zhuǎn)時(shí)間t=1.84h平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間w=3.29h6-7線程調(diào)度的主要任務(wù)是什么？答：為了提高計(jì)算機(jī)并行處理能力。第7章7如圖7.43所示，主存中有兩個(gè)空白區(qū)?，F(xiàn)有這樣一個(gè)作業(yè)序列：作業(yè)1要求50KB，作業(yè)2要求60KB，作業(yè)3要求70KB。若用首次適應(yīng)算法和最佳適應(yīng)算法來處理這個(gè)作業(yè)序列，試問哪一種算法可以分配得下，為什么？圖7.43答：用首次適應(yīng)法首先把120KB的空白區(qū)分配50KB的空間給作業(yè)1，分割后還剩70KB的空白區(qū)，再將其分配給作業(yè)2，剩下10KB的空白區(qū)。起始地址為250KB的空白區(qū)（78KB）可

以滿足作業(yè)3的需求，分割后還剩8KB的空白區(qū)。因此首次適應(yīng)法可以吞吐此作業(yè)序列。用最佳適應(yīng)法，則先分配78KB的空白區(qū)給作業(yè)1，還剩28KB的空白區(qū)，不能滿足作業(yè)2的需求，因此分配120KB的空白區(qū)給作業(yè)2，還剩60KB的空白區(qū)。此時(shí)系統(tǒng)中有大小為28KB和60KB的兩個(gè)空白區(qū)，它們均不能滿足作業(yè)3的需求。因此最佳適應(yīng)法不能吞吐此作業(yè)序列。7-8已知主存有256KB容量，其中OS占用低址20KB，可以有這樣一個(gè)作業(yè)序列：作業(yè)1要求80KB作業(yè)2要求16KB作業(yè)3要求140KB作業(yè)1完成作業(yè)3完成作業(yè)4要求80KB作業(yè)5要求120KB試用首次適應(yīng)算法和最佳適應(yīng)算法分別處理上述作業(yè)序列（在存儲(chǔ)分配時(shí)，從空白區(qū)高址處分割作為已分配區(qū)），并完成以下各步：OS（1）畫出作業(yè)1、2、3進(jìn)入主存后，主存的分配情況。OS作業(yè)3作業(yè)3作業(yè)；I60KB作業(yè)；作業(yè)J作業(yè)J255KB（2）作業(yè)1、3完成后，畫出主存分配情況。

OKB19KBl&OKB作業(yè)2176KB（3）畫出兩種算法中空白區(qū)的分區(qū)描述器信息（假定分區(qū)描述器所需占用的字節(jié)數(shù)已包含在作業(yè)所要求的主存容量中）及空白區(qū)情況。首次適應(yīng)：最佳適應(yīng)法：（4）哪種算法對(duì)該作業(yè)序列而言是合適的？答：最佳適應(yīng)法是合適的7-10已知主存容量為64KB，某一作業(yè)A的地址空間如圖7.40所示，它的4個(gè)頁(yè)面（頁(yè)面大小為1KB）0、1、2、3被分配到主存的2、4、6、7塊中，要求并回答（1）畫出作業(yè)A的頁(yè)面映射表。

作業(yè)4的頁(yè)表頁(yè)號(hào)物理塊號(hào)2142637(2)當(dāng)200號(hào)單元處有一條指令“novrl,[3500]”執(zhí)行時(shí)，如何進(jìn)行正確的地址變換，以使3500處的容12345裝入r1中，要求用圖畫出地址變換過程并給出最終的物理地址。答：因?yàn)槊宽?yè)大小為1KB=1024字節(jié)，而3500=3*1024+428，可知邏輯地址3500對(duì)應(yīng)的頁(yè)號(hào)為3，頁(yè)地址為428.根據(jù)頁(yè)號(hào)檢索頁(yè)表可知對(duì)應(yīng)的物理塊號(hào)為7，所以物理地址為：7*1024+428=7596圖7.441什么是“設(shè)備獨(dú)立性”？引入這一概念有什么好處？答：所謂設(shè)備獨(dú)立性是指，用戶在編制程序時(shí)所使用的設(shè)備與實(shí)際使用的設(shè)備無(wú)關(guān)，也就是在用戶程序中僅使用邏輯設(shè)備名。引入設(shè)備獨(dú)立性，可使應(yīng)用程序獨(dú)立于物理設(shè)備。獨(dú)立性可使用戶程序獨(dú)立于某一特定的物理設(shè)備。此時(shí)，進(jìn)程只需用邏輯設(shè)備名去請(qǐng)求使用某類設(shè)備。當(dāng)系統(tǒng)中有多臺(tái)該類設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)可將其中的任一臺(tái)設(shè)備分配給請(qǐng)求進(jìn)程，而不必局限于某一指定設(shè)備。這樣，可以顯著地提高資源的利用率和可適應(yīng)性。獨(dú)立性還可以使用戶程序獨(dú)立于設(shè)備類型。例如，在進(jìn)行輸出時(shí)，既可以利用顯示終端進(jìn)行輸出，也可以利用打印機(jī)進(jìn)行輸出。有了這種適應(yīng)性，就可以很方便地實(shí)現(xiàn)輸出重定向。類似地可以實(shí)現(xiàn)輸入重定向。8-4什么是緩沖？引入緩沖的原因是什么？答：緩沖是兩種不同速度的設(shè)備之間傳輸信息時(shí)平滑傳輸過程的常用手段。引入了緩沖技術(shù)的原因有：為了進(jìn)一步緩和CPU和I/O設(shè)備之間速度不匹配的矛盾。為了減少中斷次數(shù)和CPU的中斷處理時(shí)間。如果沒有緩沖，曼速I/O設(shè)備每傳送一個(gè)字節(jié)就要產(chǎn)生一個(gè)中斷，CPU必須處理該中斷。如果采用了緩沖，則慢速I/O設(shè)備將緩沖區(qū)填滿時(shí)，才向CPU發(fā)出中斷，從而減少了中斷次數(shù)和CPU的中斷處理時(shí)間。(3)為了解決DMA或通道方式下數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題。DMA或通道方式都適用于成批數(shù)據(jù)傳輸，在無(wú)緩沖的情況下，慢速I/O設(shè)備只能一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)的傳送信息，這造成了DMA或通道方式數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i。緩沖區(qū)的設(shè)置適應(yīng)了DMA或通道方式的成批數(shù)據(jù)傳輸方式，解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題。8-5常用的緩沖技術(shù)有哪些？答：常用的緩沖技術(shù)有雙緩沖、環(huán)形緩沖和緩沖池。8-8什么是獨(dú)占設(shè)備？對(duì)獨(dú)占設(shè)備如何分配？答：獨(dú)占設(shè)備是指在一段時(shí)間只允許一個(gè)用戶進(jìn)程訪問的設(shè)備。系統(tǒng)一旦把這類設(shè)備分配給某進(jìn)程后，便由該進(jìn)程獨(dú)占直到使用完后釋放。多數(shù)低速I/O設(shè)備都屬于獨(dú)占設(shè)備。如打印機(jī)就是典型的獨(dú)占設(shè)備。獨(dú)占設(shè)備應(yīng)采用獨(dú)占分配方式，即將一個(gè)獨(dú)占設(shè)備分配給某進(jìn)程后便一直由它獨(dú)占，直到該進(jìn)程完成或釋放該設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)才能將該設(shè)備分配給其他進(jìn)程。8-9什么是共享設(shè)備？對(duì)共享設(shè)備如何分配？答：共享進(jìn)程是指在一段時(shí)間允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問的設(shè)備。如磁盤就是典型的共享設(shè)備，若干個(gè)進(jìn)程可以交替地從磁盤上讀寫信息。對(duì)共享設(shè)備可將其同時(shí)分配給多個(gè)進(jìn)程使用。共享分配方式顯著提高了設(shè)備的利用率，但對(duì)設(shè)備的訪問需進(jìn)行合理的調(diào)度。8-10什么是虛擬設(shè)備技術(shù)？什么是虛擬設(shè)備？如何進(jìn)行虛擬分配？答：所謂虛擬設(shè)備技術(shù)，是在一類物理設(shè)備上模擬另一個(gè)物理設(shè)備的技術(shù)，是將獨(dú)占設(shè)備轉(zhuǎn)換為共享設(shè)備的技術(shù)。目前最廣泛流行的虛擬設(shè)備技術(shù)是SPOOLing技術(shù)。虛擬設(shè)備是指通過虛擬技術(shù)將一臺(tái)獨(dú)占設(shè)備變換為若干臺(tái)邏輯設(shè)備，供若干個(gè)用戶進(jìn)程使用，通常把這種經(jīng)過虛擬技術(shù)處理后的設(shè)備成為虛擬設(shè)備。引入虛擬設(shè)備的目的是為了克服獨(dú)占設(shè)備所具有的速度較慢、資源的利用率較低的缺點(diǎn)，以提高設(shè)備的利用率。虛擬分配是針對(duì)虛擬設(shè)備而言的。當(dāng)進(jìn)程申請(qǐng)獨(dú)占設(shè)備時(shí)，由系統(tǒng)分配給它共享設(shè)備（如磁盤）上的一部分存儲(chǔ)空間；當(dāng)進(jìn)程要與設(shè)備交換信息（以輸出為例）時(shí)，系統(tǒng)就將要交換的信息存放到這部分存儲(chǔ)空間中；在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，系統(tǒng)再將存儲(chǔ)空間中的信息傳送到獨(dú)占設(shè)備上。第9章2什么是文件系統(tǒng)？其主要功能是什么？答：文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)用于明確磁盤或分區(qū)上的文件的方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；即在磁盤上組織文件的方法。也指用于存儲(chǔ)文件的磁盤或分區(qū)，或文件系統(tǒng)種類。操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)管理和存儲(chǔ)文件信息的軟件機(jī)構(gòu)稱為文件管理系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱文件系統(tǒng)。文件系統(tǒng)是對(duì)文件存儲(chǔ)器空間進(jìn)行組織和分配，負(fù)責(zé)文件存儲(chǔ)并對(duì)存入的文件進(jìn)行保護(hù)和檢索的系統(tǒng)。具體地說，它負(fù)責(zé)為用戶建立文件，存入、讀出、修改、轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件，控制文件的存取，當(dāng)用戶不再使用時(shí)撤銷文件等9-3文件的邏輯結(jié)構(gòu)有哪2種形式？答：一種是無(wú)結(jié)構(gòu)的流式文件，是指對(duì)文件信息不再劃分單位，它是依次的一串字符流構(gòu)成的文件。另一種是有結(jié)構(gòu)的記錄式文件,是用戶把文件的信息按邏輯上獨(dú)立的含義劃分信息單位，每個(gè)單位稱為一個(gè)邏輯記錄（簡(jiǎn)稱記錄）。所有記錄通常都是描述一個(gè)實(shí)體集的，有著相同或不同數(shù)目的數(shù)據(jù)項(xiàng)，記錄的長(zhǎng)度可分為定長(zhǎng)和不定長(zhǎng)記錄兩類9-4對(duì)文件的存取有哪2種基本方式？各有什么特點(diǎn)？答：（1）順序存取順序存取是按照文件的邏輯地址順序存?。?）直接存取（隨機(jī)存取法）直接存取文件對(duì)讀或?qū)憠K的次序沒有限制9-5設(shè)文件A按連續(xù)文件構(gòu)造，并由4個(gè)邏輯記錄組成（每個(gè)邏輯記錄的大小與磁盤塊大小相等，均為512B）。若第一個(gè)邏輯記錄存放在第100號(hào)磁盤塊上，試畫出此連續(xù)文件的結(jié)構(gòu)樣盤塊號(hào)IDSWE1(12■時(shí)13Jtfl-A41M9-6設(shè)文件B按串聯(lián)文件構(gòu)造，并由4個(gè)