南郵《操作系統(tǒng)教程》課后答案

第一章1.什么是操作系統(tǒng)？計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中配置操作系統(tǒng)的主要目標(biāo)是什么？答(p1)：操作系統(tǒng)是管理系統(tǒng)資源、控制程序執(zhí)行、改善人機(jī)界面、提供各種服務(wù)，合理組織計(jì)算機(jī)工作流程和為用戶有效使用計(jì)算機(jī)提供良好運(yùn)行環(huán)境的一種系統(tǒng)軟件。配置操作系統(tǒng)的主要目標(biāo)可歸結(jié)為：(1)方便用戶使用(2)擴(kuò)大機(jī)器功能(3)管理系統(tǒng)資源(4)提高系統(tǒng)效率(5)構(gòu)筑開放環(huán)境。2.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源可分成哪幾類？試舉例說明。資源包括兩大類：硬件資源和信息資源。硬件資源分為處理器、存儲器、I/O設(shè)備等；信息資源則分為程序和數(shù)據(jù)等。*5、操作系統(tǒng)有哪些類型？它們有什么特征？7.什么是多道程序設(shè)計(jì)？采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)有什么特點(diǎn)？ 答：多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)是指同時把多個作業(yè)（程序）放入內(nèi)存并允許它們交替執(zhí)行和共享系統(tǒng)中的各類資源；當(dāng)一道程序因某種原因（如I/O請求）而暫停執(zhí)行時，CPU立即轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一道程序。操作系統(tǒng)在引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)后，使得系統(tǒng)有了多道，宏觀上并行，微觀上穿行的特點(diǎn)。采用多道程序設(shè)計(jì)減少了CPU時間的浪費(fèi)，增加了系統(tǒng)吞吐量，提高了系統(tǒng)的效率。第二章２.操作系統(tǒng)提供給用戶的接口主要有哪些？答：主要通過程序接口和操作接口兩種方式把他的服務(wù)和功能提供給用戶。３.什么事系統(tǒng)調(diào)用？系統(tǒng)調(diào)用與普通調(diào)用的區(qū)別是什么？答：系統(tǒng)調(diào)用本質(zhì)上是應(yīng)用程序請求操作系統(tǒng)內(nèi)核完成某功能的一種過程調(diào)用，但它是一種特殊的過程調(diào)用，他與一般的過程調(diào)用有以下幾方面明顯差別：①調(diào)用形式不同②被調(diào)代碼的位置不同③提供方式不同④調(diào)用的實(shí)現(xiàn)不同*4、系統(tǒng)調(diào)用有哪幾種類型？第三章2.請描述進(jìn)程的定義和屬性。答：進(jìn)程是具有獨(dú)立功能的程序關(guān)于某個數(shù)據(jù)集合上的一次運(yùn)行活動，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配、調(diào)度和保護(hù)的獨(dú)立單位。進(jìn)程的屬性有：結(jié)構(gòu)性?共享性?動態(tài)性?獨(dú)立性?制約性?并發(fā)性3.請描述進(jìn)程與程序的區(qū)別及關(guān)系。答：程序是靜止的，進(jìn)程是動態(tài)的。進(jìn)程包括程序和程序處理的對象（數(shù)據(jù)集），進(jìn)程能得到程序處理的結(jié)果。進(jìn)程和程序并非一一對應(yīng)的，一個程序運(yùn)行在不同的數(shù)據(jù)集上就構(gòu)成了不同的進(jìn)程。通常把進(jìn)程分為“系統(tǒng)進(jìn)程”和“用戶進(jìn)程”兩大類，把完成操作系統(tǒng)功能的進(jìn)程稱為系統(tǒng)進(jìn)程，而完成用戶功能的進(jìn)程則稱為用戶進(jìn)程。4、進(jìn)程有哪3種基本狀態(tài)？3種進(jìn)程狀態(tài)如何變化。1答：11413121執(zhí)行就緒阻塞新建終止56轉(zhuǎn)換1：CPU調(diào)度算法將CPU分配給此進(jìn)程轉(zhuǎn)換2：執(zhí)行進(jìn)程的時間片用完，或被其他更重要的進(jìn)程搶占CPU轉(zhuǎn)換3：等待某種事件（如I/O的完成，或被他人占用的臨街資源變成可用狀態(tài)）轉(zhuǎn)換4：進(jìn)程所等的事件發(fā)生（如I/O完成，或所等待的臨界資源變成可用狀態(tài)）轉(zhuǎn)換5：進(jìn)程允許被執(zhí)行（5態(tài)圖）轉(zhuǎn)換6：進(jìn)程被終止（5態(tài)圖）P1，P2，P3，P4，P3，P1，P4，P2P1，P2，P3，P4，P3，P2，P1，P4P1，P2，P3，P4，P3，P2，P4，P1P1，P2，P3，P4，P3，P4，P1，P2P1，P2，P3，P4，P3，P4，P2，P1(2) P4進(jìn)程到達(dá)，P4最大需求60,最初請求35。如果把35個單元分給P4，系統(tǒng)還余5個單元，不再能滿足任何一個進(jìn)程的需求，系統(tǒng)進(jìn)入不安全狀態(tài)。18.ProcessAllocationABCDClaimABCDAvailableABCDNeedABCDFinishWorkABCDP00032004416220012true1622P1100027501750true1654P213543610102356true1986P3033209840652true19910P40014066100656true29910因?yàn)橛兄粋€{P0,P3,P4,P1,P2}一個安全序列，所以系統(tǒng)是安全的。ProcessAllocationABCDClaimABCDAvailableABCDNeedABCDFinishWorkABCDP00032004404000012false0400P1100027501750falseP225763610101134falseP3033209840652falseP40014066100656false根據(jù)Work<=Need[i],找不到一個安全序列，所以系統(tǒng)不能分配資源給它。第五章*2.什么是地址重定位？它分為哪幾種？各具有什么特點(diǎn)？6．試比較分頁式存儲管理和分段式存儲管理。段式頁式分段由用戶設(shè)計(jì)劃分，每段對應(yīng)一個相應(yīng)的的程序模塊，有完整的邏輯意義分頁用戶看不見，由操作系統(tǒng)為內(nèi)存管理劃分段面是信息的邏輯單位頁面是信息的物理單位便于段的共享，執(zhí)行時按需動態(tài)鏈接裝入。頁一般不能共享段長不等，可動態(tài)增長，有利于新數(shù)據(jù)增長。頁面大小相同，位置不能動態(tài)增長。二維地址空間：段名、段中地址；段號、段內(nèi)單元號一維地址空間管理形式上象頁式，但概念不同往往需要多次缺頁中斷才能把所需信息完整地調(diào)入內(nèi)存實(shí)現(xiàn)頁（段）的共享是指某些作業(yè)的邏輯頁號（段號）對應(yīng)同一物理頁號（內(nèi)存中該段的起始地址）。頁（段）的保護(hù)往往需要對共享的頁面（段）加上某種訪問權(quán)限的限制，如不能修改等；或設(shè)置地址越界檢查，對于頁內(nèi)地址（段內(nèi)地址）大于頁長（段長）的存取，產(chǎn)生保護(hù)中斷。*8.說明頁式系統(tǒng)中幾種常用置換算法的基本思想。11、一個頁式存儲管理系統(tǒng)使用FIFO，OPT和LRU頁面替換算法，如果一個作業(yè)的頁面走向?yàn)椋?，3,2,1,5,2,4,5,3,2,5和2。當(dāng)分配給該作業(yè)的物理頁框塊數(shù)為3時，試計(jì)算訪問過程中發(fā)生的缺頁中斷次數(shù)和缺頁中斷率。答：（1）根據(jù)所給頁面走向，使用OPT算法時，頁面置換情況如下表所示：走向232152453252塊12222442塊2333333塊315555缺頁缺缺缺缺缺缺缺頁中斷次數(shù)為：6缺頁中斷率為：6/12（2）根據(jù)所給頁面走向，使用FIFO算法時，頁面置換情況如下表所示：走向232152453252塊1222555333塊233322255塊31114442缺頁缺缺缺缺缺缺缺缺缺缺頁中斷次數(shù)為：9缺頁中斷率為：9/12（3）根據(jù)所給頁面走向，使用LRU算法時，頁面置換情況如下表所示：走向232152453252塊12222555塊2335233塊311442缺頁缺缺缺缺缺缺缺缺頁中斷次數(shù)為：7缺頁中斷率為：7/12*12.************************************13.段號段首地址段長0400600113004002100200給定以下地址為段號和位移數(shù)，求物理地址。1答：1)[0,430] 0<=400<=(600-1) 物理地址=400+430=8302)[2,400] 0<=2<=(3-1) 0<=400>200-1地址越界3)[3,100] S=3>3-1 段號越界2答：(1)物理地址=400+430=830(2)物理地址=1300+200=1500(3)地址越界(4)缺段中斷*14.************************************************15.0A5C=00001010010111001KB=210B虛擬地址的高六位為頁號，低10位為頁內(nèi)地址頁號=000010B=2,對應(yīng)的物理塊號為4，頁內(nèi)地址=1001011100B=604物理地址=4*1024+604=4700093C=0000100100111100頁號為2，對應(yīng)的物理塊為4，頁內(nèi)地址=100111100=316物理地址=4*1024+316=441216．設(shè)有一頁式存儲管理系統(tǒng)，向用戶提供的邏輯地址空間最大為16頁，每頁2048字節(jié)，內(nèi)存總共有8個存儲塊。試問邏輯地址至少應(yīng)為多少位？內(nèi)存空間有多大？答：2^4×2^11=2^15，所以邏輯地址至少應(yīng)為15位 2^3×2^11=16KB，內(nèi)存空間為16KB第六章*2.操作系統(tǒng)中常見的設(shè)備控制方式有哪些？3．為什么要引入緩沖技術(shù)？其實(shí)現(xiàn)的基本思想是什么？引入緩沖技術(shù)的理由：eq\o\ac(○,1)改善中央處理器與外圍設(shè)備之間速度不匹配的矛盾。eq\o\ac(○,2)協(xié)調(diào)邏輯記錄大小與物理記錄大小不一致的問題。eq\o\ac(○,3)提高CPU和I/O設(shè)備的并行性。eq\o\ac(○,4)減少I/O對CPU的中斷次數(shù)和放寬對CPU中斷響應(yīng)時間的要求。緩沖技術(shù)實(shí)現(xiàn)的基本思想：當(dāng)一個進(jìn)程執(zhí)行寫操作輸出數(shù)據(jù)時，先向系統(tǒng)申請一個輸出緩沖區(qū)，將數(shù)據(jù)高速送到緩沖區(qū)。若為順序?qū)懻埱?，則不斷把數(shù)據(jù)填到緩沖區(qū)，直到它被裝滿為止。此后，進(jìn)程可以繼續(xù)它的計(jì)算，同時，系統(tǒng)將緩沖區(qū)內(nèi)容寫到I/O設(shè)備上。當(dāng)一個進(jìn)程執(zhí)行讀操作輸入數(shù)據(jù)時，先向系統(tǒng)申請一個輸入緩沖區(qū)，系統(tǒng)將一個物理記錄的內(nèi)容讀到緩沖區(qū)中，根據(jù)進(jìn)程要求，把當(dāng)前需要的邏輯記錄從緩沖區(qū)中選出并傳送給進(jìn)程。*4.*********************************************5.*******************************************6.******************************************7．Spooling如何把獨(dú)占設(shè)備改造成共享設(shè)備的？SPOOLing是SimultaneousPeripheralOperationOn-Line（即外部設(shè)備聯(lián)機(jī)并行操作）的縮寫，它是關(guān)于慢速字符設(shè)備如何與計(jì)算機(jī)主機(jī)交換信息的一種技術(shù)，也稱為假脫機(jī)技術(shù)。

SPOOLing系統(tǒng)既不同于脫機(jī)方式，也不同于直接耦合方式。它在輸入和輸出之間增加了“輸入井”和“輸出井”的排隊(duì)轉(zhuǎn)儲環(huán)節(jié)，以消除用戶的“聯(lián)機(jī)”等待時間。在系統(tǒng)輸入模塊收到作業(yè)輸入請求信號后，輸入管理模塊中的讀過程負(fù)責(zé)將信息從輸入裝置中讀入輸入井緩沖區(qū)。當(dāng)緩沖區(qū)滿時，由寫過程將信息從緩沖區(qū)寫到外存的輸入井中，讀過程和寫過程反復(fù)循環(huán)，直到一個作業(yè)輸入完畢。當(dāng)讀過程讀到一個硬件結(jié)束標(biāo)志之后，系統(tǒng)再次驅(qū)動寫過程把最后一批信息寫入外存輸入井并調(diào)用中斷處理程序結(jié)束該次輸入。然后，系統(tǒng)為該作業(yè)建立作業(yè)控制塊，從而使輸入井中的作業(yè)進(jìn)入作業(yè)等待隊(duì)列，等待作業(yè)調(diào)度程序選中后進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行。系統(tǒng)在管理輸入井過程中可以“不斷”讀入輸入的作業(yè)，直到輸入結(jié)束或輸入井滿而暫停。SPOOLing系統(tǒng)并沒有為任何進(jìn)程分配，而只是在輸入井和輸出井中為進(jìn)程分配一存儲區(qū)和建立一張I/O請求表。這樣便把獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備。8．假定磁盤有200個柱面，編號0~199，當(dāng)前存取臂的位置在143號柱面上，并剛剛完成了125號柱面的服務(wù)請求，如果請求隊(duì)列的先后順序是：86，147，91，177，94，150，102，175，130；試問：為完成上述請求，下列算法存取臂移動的總量是多少？并算出存取臂移動的順序。（1）先來先服務(wù)算法FCFS。 （2）最短查找時間優(yōu)先算法SSTF。（3）掃描算法SCAN。 （4）電梯調(diào)度。由于當(dāng)前存取臂的位置在143號柱面上，并剛剛完成125號柱面的服務(wù)請求，所以其存取臂的方向如圖所示。(1)先來先服務(wù)算法移動次序依次為143861479117794150102175130。存取臂移動次數(shù)為|86-143|+|147-86|+|91-147|+|177-91|+|94-177|+|150-94|+|102-150|+|175-102|+|130-175|=57+61+56+86+83+56+48+73+45=565（次）（2）最短查找時間優(yōu)先：總是先執(zhí)行查找時間最短的那個磁盤請求。移動次序依次為：14314715013010294918617517 存取臂移動次數(shù)為4+3+20+28+8+3+5+89+2=162（次）（3）掃描算法SCAN：磁盤臂每次沿一個方向移動，掃過所有的柱面，遇到最近的I/O請求便進(jìn)行處理，直到最后一個柱面后，再向相反的方向移動回來。移動次序依次為：143147150175177199130102949186。存取臂移動次數(shù)為|199-143|+|86-199|=56+113=169（次）。（4）電梯調(diào)度算法：每次總是選擇沿臂的移動方向最近的那個柱面，如果同一柱面上有多個請求，還需進(jìn)行旋轉(zhuǎn)優(yōu)化。移動次序依次為：143147150175177130102949186。存取臂移動次數(shù)為：|143-177|+|177-86|=34+91=125（次）算法移動次序存取臂移動次數(shù)FCFS143861479117794150102175130565次SSTF14314715013010294918617517162次SCAN143147150175177199130102949186169次電梯調(diào)度143147150175177130102949186125次8、假定磁盤有200個柱面，編號0~199，當(dāng)前存取臂的位置在143號柱面上，并剛剛完成了125號柱面的服務(wù)請求，如果請求隊(duì)列的先后順序是：86,147,91,177,94,150,102,175,130；試問：為完成上述請求，下列算法存取臂移動的總量是多少？并算出存取臂移動的順序。 (1)先來先服務(wù)算法FCFS； (2)最短查找時間算法SSTF； (3)掃描算法SCAN。答：FCFS:順序是：143--86--147--91--177--94--150--102--175--130(143-86)+(147-86)+(147-91)+(177-91)+(177-94)+(150-94)+(150-102)+(175-102)+(175-130)=565SSTF:順序是：143--147--150--130--102--94--91--86--175--177(147-143)+(150-147)+(150-130)+(130-102)+(102-94)+(94-91)+(91-86)+(175-86)+(177-175)=162SCAN:順序是:143--147--150--175--177--130--102--94--91--86(177-143)+(177-86)=125第七章*2、什么是文件的邏輯結(jié)構(gòu)？它有哪幾種組織方式？3．什么是文件的物理結(jié)構(gòu)？它有哪幾種組織方式？文件的物理結(jié)構(gòu)和組織是指邏輯文件在物理存儲空間中的存放方法和組織關(guān)系。組織方式（1）順序文件將文件中邏輯上連續(xù)的信息存放到存儲介質(zhì)的依次向另的塊中便形成順序結(jié)構(gòu)，這類文件叫順序文件，又稱連續(xù)文件。（2）連接文件使用指針來表示文件中各個記錄之間的關(guān)系，文件信息存放在外存的若干個物理塊中，第一塊文件信息的物理地址由文件目錄給出，而每一塊的指針指出了文件的下一個物理塊位置。通常，指針內(nèi)容為0時，表示文件至本塊結(jié)束。（3）直接文件在直接存取存儲設(shè)備上，利用hash法把記錄的關(guān)鍵字與其它地址之間建立某種對應(yīng)關(guān)系，以便實(shí)現(xiàn)快速存取的文件叫直接文件或散列文件。（4）索引文件系統(tǒng)為每個文件建立了一張索引表，其中，每個表目包含一個記錄的鍵（或邏輯記錄號）及其記錄數(shù)據(jù)的存儲地址，存儲地址可以是記錄的物理地址，也可是記錄的符號地址，這種類型的文件稱索引文件。索引表的地址可由文件目錄指出，查閱索引表先找到的是相應(yīng)記錄鍵（或邏輯記錄號），然后，獲得數(shù)據(jù)存儲地址。*8、************************************************9.*************************************************10．