計算機操作系統(tǒng)答案 郁紅英 李春強著

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1、1. 什么是操作系統(tǒng)？它的主要功能是什么？ 答：操作系統(tǒng)是用來管理計算機系統(tǒng)的軟、硬件資源，合理地組織計算機的工作流程， 以方便用戶使用的程序集合； 其主要功能有進程管理、存儲器管理、設備管理和文件管理功能。 2. 什么是多道程序設計技術？多道程序設計技術的主要特點是什么？ 答：多道程序設計技術是把多個程序同時放入內存，使它們共享系統(tǒng)中的資源； 特點：（1）多道，即計算機內存中同時存放多道相互獨立的程序； （2）宏觀上并行，是指同時進入系統(tǒng)的多道程序都處于運行過程中； （3）微觀上串行，是指在單處理機環(huán)境下，內存中的多道程序輪流占有 CPU， 交替執(zhí)行。 3. 批處理系統(tǒng)是怎樣的一種

2、操作系統(tǒng)？它的特點是什么？ 答：批處理操作系統(tǒng)是一種基本的操作系統(tǒng)類型。在該系統(tǒng)中，用戶的作業(yè)（包括程 序、數據及程序的處理步驟）被成批的輸入到計算機中，然后在操作系統(tǒng)的控制下， 用戶的作業(yè)自動地執(zhí)行； 特點是：資源利用率高、系統(tǒng)吞吐量大、平均周轉時間長、無交互能力。 4. 什么是分時系統(tǒng)？什么是實時系統(tǒng)？試從交互性、及時性、獨立性、多路性和可靠性 幾個方面比較分時系統(tǒng)和實時系統(tǒng)。 答：分時系統(tǒng)：一個計算機和許多終端設備連接，每個用戶可以通過終端向計算機發(fā) 出指令，請求完成某項工作，在這樣的系統(tǒng)中，用戶感覺不到其他用戶的存在，好像 獨占計算機一樣。 實時系統(tǒng)：對外部輸入的信息，實時系統(tǒng)能

3、夠在規(guī)定的時間內處理完畢并作出反應。 比較：（1）交互性：實時系統(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 些特定的專用服務程序。它不像分時系統(tǒng)那樣向終端用戶提供數據處理、資源共享等 服務。實時系統(tǒng)的交互性要求系統(tǒng)具有連續(xù)人機對話的能力，也就是說，在交互的過 程中要對用戶得輸入有一定的記憶和進一步的推斷的能力。 （2）及時性：實時系統(tǒng)對及時性的要求與分時系統(tǒng)類似，都以人們能夠接受的等待 時間來確定。而及時系統(tǒng)則對及時性要求更高。 （3）獨立性：實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)一樣具有獨立性。每個終端用戶提出請求時，是 彼此獨立的工作、互不干擾。 （4）多路性：實時系統(tǒng)與分時一樣具有多路性。操作

4、系統(tǒng)按分時原則為多個終端用 戶提供服務，而對于實時系統(tǒng)，其多路性主要表現(xiàn)在經常對多路的現(xiàn)場信息進行采集 以及對多個對象或多個執(zhí)行機構進行控制。 （5）可靠性：分時系統(tǒng)雖然也要求可靠性，但相比之下，實時系統(tǒng)則要求系統(tǒng)高度 可靠。 5. 實時系統(tǒng)分為哪兩種類型？ 答：實時控制系統(tǒng)、實時信息處理系統(tǒng)。 6. 操作系統(tǒng)的主要特征是什么？ 答：并發(fā)性、共享性、虛擬性、不確定性。 7. 操作系統(tǒng)與用戶的接口有幾種？他們各自用在什么場合？ 答：有兩種：命令接口、程序接口； 命令接口：分為聯(lián)機命令接口、脫機命令接口和圖形用戶界面接口，它是為方便用戶 控制自己的作業(yè)。 程序接口：又稱系統(tǒng)調用，是為用

5、戶在程序一級訪問操作系統(tǒng)功能而設置的，是用戶 程序取得操作系統(tǒng)服務的唯一途徑，它由一組系統(tǒng)調用構成，每個系統(tǒng)調用完成一個 特定的功能。 8. “操作系統(tǒng)是控制硬件的軟件”這一說法確切嗎？為什么？ 答：不正確，操作系統(tǒng)不僅僅在控制硬件，同時它還控制著計算機的軟件。所以說操作 系統(tǒng)是控制硬件的軟件是不正確的。 9?設內存中有三道程序，A, B, C,他們按A-B-C的先后次序執(zhí)行，它們進行“計算” 和“1/0操作”的時間如表1-2所示，假設三道程序使用相同的I/O設備。 表 1-2 三道程序的操作時間 （1） 試畫出單道運行時三道程序的時間關系圖，并計算完成三道程序要花多少時間。 A B

6、 B C C 計算 A B C :: I/O操作 ' 60 170 200 20 5^ 90 140 160 190 : 總時間=20+30+10+30+50+20+10+20+10=200 2） 試畫出多道運行時三道程序的時間關系圖，并計算完成三道程序要花多長時間。 程序A 程序B 程序C 總時 間=130 10. 將下列左右兩列詞連接起來形成意義最恰當的 5 對。 11. 選擇一個現(xiàn)代操作系統(tǒng)，查找和閱讀相關的技術資料，寫一篇該操作系統(tǒng)如何運行內 存管理、存儲管理、設備管理和文件管理的文章。 習題二 1．操作系統(tǒng)中為什么要引入進程的概念？為了實現(xiàn)并發(fā)進

7、程之間的合作和協(xié)調，以及 保證系統(tǒng)的安全，操作系統(tǒng)在進程管理方面要做哪些工作？ 答：(1)為了從變化的角度動態(tài)地分析研究可以并發(fā)執(zhí)行的程序，真實地反應系統(tǒng)的 獨立性、并發(fā)性、動態(tài)性和相互制約，操作系統(tǒng)中就不得不引入“進程”的概念； (2) 為了防止操作系統(tǒng)及其關鍵的數據結構，受到用戶程序有意或無意的破壞，通 常將處理機的執(zhí)行狀態(tài)分成核心態(tài)和用戶態(tài)；對系統(tǒng)中的全部進程實行有效地管理， 其主要表現(xiàn)是對一個進程進行創(chuàng)建、撤銷以及在某些進程狀態(tài)之間的轉換控制， 2．試描述當前正在運行的進程狀態(tài)改變時，操作系統(tǒng)進行進程切換的步驟。 答：(1)就緒狀態(tài)f運行狀態(tài)。處于就緒狀態(tài)的進程，具備了運行的條件，

8、但由于未 能獲得處理機，故沒有運行。 (2) 運行狀態(tài)f就緒狀態(tài)。正在運行的進程，由于規(guī)定的時間片用完而被暫停執(zhí)行, 該進程就會從運行狀態(tài)轉變?yōu)榫途w狀態(tài)。 (3) 運行狀態(tài)f阻塞狀態(tài)。處于運行狀態(tài)的進程，除了因為時間片用完而暫停執(zhí)行 外還有可能由于系統(tǒng)中的其他因素的影響而不能繼續(xù)執(zhí)行下去。 3．現(xiàn)代操作系統(tǒng)一般都提供多任務的環(huán)境，試回答以下問題。 (1) 為支持多進程的并發(fā)執(zhí)行，系統(tǒng)必須建立哪些關于進程的數據結構？ 答：為支持進程的并發(fā)執(zhí)行，系統(tǒng)必須建立“進程控制塊PCB)”，PCB的組織 方式常用的是鏈接方式。 (2) 為支持進程的狀態(tài)變遷，系統(tǒng)至少應該供哪些進程控制原語？ 答：進

9、程的阻塞與喚醒原語和進程的掛起與激活原語。 (3) 當進程的狀態(tài)變遷時，相應的數據結構發(fā)生變化嗎？ 答：創(chuàng)建原語：建立進程的PCB，并將進程投入就緒隊列。； 撤銷原語：刪除進程的PCB，并將進程在其隊列中摘除； 阻塞原語：將進程PCB中進程的狀態(tài)從運行狀態(tài)改為阻塞狀態(tài)，并將進程投入 阻塞隊列； 喚醒原語：將進程PCB中進程的狀態(tài)從阻塞狀態(tài)改為就緒狀態(tài)，并將進程從則 色隊列摘下，投入到就緒隊列中。 4. 什么是進程控制塊？從進程管理、中斷處理、進程通信、文件管理、設備管理 及 存儲管理的角度設計進程控制塊應該包含的內容。 答：(1)進程控制塊是用來描述進程本身的特性、進程的狀態(tài)、進

10、程的調度信息 及對資源的占有情況等的一個數據結構； (2)為了進程管理，進程控制塊包括以下幾方面。 a) 進程的描述信息，包括進程標識符、進程名等。 b) 進程的當前狀況。 c) 當前隊列鏈接指針。 d) 進程的家族關系。 為了中斷處理，進程控制塊的內容應該包括處理機狀態(tài)信息和各種寄存器的內 容。 為了內存管理的需要，進程控制塊的內容應該包括進程使用的信號量、消息隊 列指針等。 為了設備管理，進程控制塊的內容應該包括進程占有資源的情況。 5?假設系統(tǒng)就緒隊列中有10個進程，這10個進程輪換執(zhí)行，每隔300ms輪換一次， CPU在進程切換時所花費的時間是10ms,試問系統(tǒng)化在進

11、程切換上的開銷占系統(tǒng)整個 時間的比例是多少？ 答：因為每隔300ms換一次進程，且每個進程切換時所花費的時間是10ms,則系統(tǒng)化 在進程切換上的開銷占系統(tǒng)整個時間的比例是 10/（300+10）=% 6．試述線程的特點及其與進程之間的關系。 答：（1）特點：線程之間的通信要比進程之間的通信方便的多；同一進程內的線程切 換也因為線程的輕裝而方便的多。同時線程也是被獨立調度的分配的； （2）線程與進程的關系：線程和進程是兩個密切相關的概念，一個進程至少擁有一 個線程，進程根據需要可以創(chuàng)建若干個線程。線程自己基本上不擁有資源，只擁有少 量必不可少的資源（線程控制塊和堆棧） 7．根據圖 2-1

12、8，回答以下問題。 （1） 進程發(fā)生狀態(tài)變遷 1、3、4、6、7的原因。 答：1表示操作系統(tǒng)把處于創(chuàng)建狀態(tài)的進程移入就緒隊列；3表示進程請求I/O 或等待某事件；4表示進程用行的時間片用完；6表示I/O完成或事件完成；7 表示進程完成。 （2） 系統(tǒng)中常常由于某一進程的狀態(tài)變遷引起另一進程也產生狀態(tài)變遷，這種變遷 稱為因果變遷。下述變遷是否為因果變遷：3~2,4~5,7~2,3~6，是說明原因。 答：3-2是因果變遷，當一個進程從運行態(tài)變?yōu)樽枞麘B(tài)時，此時CPU空閑，系統(tǒng) 首先到高優(yōu)先級隊列中選擇一個進程。 4-5是因果變遷，當一個進程運行完畢時，此時CPU空閑，系統(tǒng)首先到高優(yōu)先級隊

13、 列中選擇進程，但如果高優(yōu)先級隊列為空，則從低優(yōu)先隊列中選擇一個進程。 7-2是因果變遷，當一個進程運行完畢時，CPU空閑，系統(tǒng)首先到高優(yōu)先級隊列中 選擇一個進程。 3-6不是因果變遷。一個進程阻塞時由于自身的原因而發(fā)生的，和另一個進程等待 的時間到達沒有因果關系。 （3）根據此進程狀態(tài)轉換圖，說明該系統(tǒng)CPU調度的策略和效果。 答：當進程調度時，首先從高優(yōu)先級就緒隊列選擇一個進程，賦予它的時間片為 100ms。如果高優(yōu)先級就緒隊列為空，則從低優(yōu)先級就緒隊列選擇進程，并且賦予該進程 的時間片為 500ms。 這種策略一方面照顧了短進程，一個進程如果在 100ms 運行完畢它將退出系統(tǒng)

14、，更 主要的是照顧了 I/O量大的進程，進程因I/O進入阻塞隊列，當I/O完成后它就進入了 高優(yōu)先級就緒隊列，在高優(yōu)先級就緒隊列等待的進程總是優(yōu)于低優(yōu)先級就緒隊列的進程。 而對于計算量較大的進程，它的計算如果在100ms的時間內不能完成，它將進入低優(yōu)先 級就緒隊列，在這個隊列的進程被選中的機會要少，只有當高優(yōu)先級就緒隊列為空，才 從低優(yōu)先級就緒隊列選擇進程，但對于計算量大的進程，系統(tǒng)給予的適當照顧時間片增 大為 500ms。 8．回答以下問題。 （1） 若系統(tǒng)中沒有運行進程，是否一定沒有就緒進程？為什么？ 答：是，因為當CPU空閑時，系統(tǒng)就會在就緒隊列里調度進程，只有當就緒隊 列為空時，

15、系統(tǒng)中才沒有運行程序。 （2） 若系統(tǒng)中既沒有運行進程，也沒有就緒進程，系統(tǒng)中是否就沒有阻塞進程？解 釋。 答：不一定，當運行的程序都因為請求I /O或等待事件時而進入阻塞，系統(tǒng)中 就沒有就緒進程。 (3)如果系統(tǒng)采用優(yōu)先級調度策略，運行的進程是否一定是系統(tǒng)中優(yōu)先級最高的進 程？為什么？ 答：不一定，若優(yōu)先級高的進程進入阻塞狀態(tài)時，而且優(yōu)先級高的就緒隊列里 沒有等待的進程，這時就會調度優(yōu)先級低的就緒隊列的進程。 9．假如有以下程序段，回答下面的問題。 S1: a=3-x; S2: b=2*a; S3: c=5+a; (1) 并發(fā)程序執(zhí)行的Bernstein條件是什么？ 答：若

16、 P1 與 P2R 并發(fā)執(zhí)行，當且僅當 R(P1) GW(P2) U R(P2) n W(P1) U W(P1) G W(P2) = {}時才滿足。 (2) 試畫圖表示它們執(zhí)行時的先后次序。 (3) 利用Bernstein條件證明，S1、S2和S3哪兩個可以并發(fā)執(zhí)行，哪兩個不能。 答：R(s1) = {x},W(s1) = {a};R(s2) = {a},W(s2) = ;R(s3) = {a},W(s3) = {c}; (1) .R(s1) GW(s2) UR(s2) GW(s1) UW(s1) GW(s2) = {a},則 s1 與 s2 不能并發(fā)執(zhí)行； (2) . R(s

17、1) GW(s3) UR(s3) GW(s1) UW(s1) GW(s3) = {a},則 s1 與 s3 不能并發(fā)執(zhí)行； (3) . R(s2) GW(s3) UR(s3) GW(s2) UW(s2) GW(s3) = {},則 s2 與 s3 可以并發(fā)執(zhí)行。 習題三 1．一下進程之間存在相互制約關系嗎？若存在，是什么制約關系？為什么？ (1) 幾個同學去圖書館借同一本書。 答：互斥關系；因為他們要借同一本書，不可能同時借到，所以互斥。 (2) 籃球比賽中兩隊同學爭搶籃板球。 答：互斥關系；因為爭搶同一個籃板，存在互斥關系。 (3) 果汁流水線生產中搗碎、消毒、灌裝、裝箱等各

18、道工序。 答：同步關系；他們必須相互協(xié)作才能使進程圓滿完成。 (4) 商品的入庫出庫。 答：同步關系；因為商品出庫可以為入庫提供空間。 (5) 工人做工與農民種糧。 答：沒有制約關系。 2．在操作系統(tǒng)中引入管程的目的是什么？條件變量的作用是什么？ 答：用信號量可以實現(xiàn)進程的同步于互斥，但要設置許多信號量，使用大量的 P、V 操作，而且還要仔細安排P操作的排列次序，否則將會出現(xiàn)錯誤的結果或是死鎖現(xiàn)象。 為了解決這些問題引進了管程； 條件變量的作用是使進程不僅能被掛起，而且當條件滿足且管程再次可用時，可以恢 復該進程并允許它在掛起點重新進入管程。 3. 說明P、V操作為什么要設計

19、成原語。 答：用信號量S表示共享資源，其初值為1表示有一個資源。設有兩個進程申請該資 源，若其中一個進程先執(zhí)行P操作。P操作中的減1操作有3跳及其指令組成：去S 送寄存器R;R-1送S。若P操作不用原語實現(xiàn)，在執(zhí)行了前述三條指令中的2條，即 還未執(zhí)行R送S時(此時S值仍為1)，進程被剝奪CPU，另一個進程執(zhí)行也要執(zhí)行P 操作，執(zhí)行后S的值為0,導致信號量的值錯誤。正確的結果是兩個進程執(zhí)行完P操 作后，信號量S的值為-1，進程阻塞。 4. 設有一個售票大廳，可容納200人購票。如果廳內不足200人則允許進入，超過則 在廳外等候；售票員某時只能給一個購票者服務，購票者買完票后就離開。試問：

20、 (1) 購票者之間是同步關系還是互斥關系？ 答：互斥關系。 (2) 用P、V操作描述購票者的工作過程。 semaphore empty=200; semaphore mutex=1; semaphore waiting=0； void buy() { p(waiting); p(mutex); 亍亜 買票； v(mutex); v(empty); } void waiting() { p(empty); 等待； waiting++; } 5?進程之間的關系如圖3-16所示，試用P、V操作描述它們之間的同步。 semaphore A,B,C,D,E,F

21、,G=0； {S1,V(A),V(B)}； {P(A),S2,V(C)}； {P(B),S3,V(D),V(E)}； {P(D),S4,V(F)}； {P(E),S5,V(G)}； {P(C),P(F),P(G),S6}； 6.有4個進程P1、P2、P3、P4共享一個緩沖區(qū)，進程P1向緩沖區(qū)存入消息，進程P2、 P3、P4從緩沖區(qū)中取消息，要求發(fā)送者必須等三個進程都取過本消息后才能發(fā)送下 調消息。緩沖區(qū)內每次只能容納一個消息，用P、V操作描述四個進程存取消息的情 況。 答：semaphore pl=0； semaphore p2, p3,p4=l； semaphore cou

22、t=0；semaphore mutex=1； void main() {P(p2)；P(p3)；P(4)； V(cout)；} write p1() {P(p1)；P(metux)；P(cout)； 存入消息； V(p1)；V(metux)；} Read p2() { P(mutex)；P(p1)； 讀消息； V(p1)；V(p2)；V(metux)；} Read p3() { P(mutex)；P(p1)； 讀消息； V(p1)；V(p3)；V(metux)；} Read p4() { P(mutex)；P(p1)； 讀消息； V(p1)；V(p4)； V

23、(metux)；} 7?分析生產者一一消費者問題中多個P操作顛倒引起的后果。 答： semaphore mutex=1； semaphore empty=n； semaphore full=0； int i,j； ITEM buffer[n]; ITEM data_p,data_c; void producer。/ *生產者進程*/ {while(true) { P(mutex); P(empty); buffer[i]=data_p; i=(i+1)%n; V(mutex); V(full);} } void consumer() /*消費者進程*/ {while(

24、true) { P(mutex) ; P(full); data_c=buffer[j]; j=(j+1)%n; V(mutex); V(empty); } } 若把生產者進程的P操作顛倒，消費者進程的P操作顛倒(如圖)，則生產者進程執(zhí) 行到V(mutex)時，消費者就可以執(zhí)行P(mutex)但由于full=0,消費者進程不可執(zhí) 行P(full);當生產者進程執(zhí)行完V(full)后，full=l,但由于mutex=0,消費者進程 無法執(zhí)行，造成死鎖。 8．讀者——寫者問題中寫者優(yōu)先的實現(xiàn)。 答: semaphore Wmutex，Rmutex=1； int Rcoun

25、t=0； semaphore mutex=1 void reader() /*讀者進程*/ {while(true) {P(mutex); P(Rmutex); If(Rcount==0) P(wmutex); Rcount=Rcount+1 ; V(Rmutex); V(mutex); ? ? ? ■ 7 read;/ *執(zhí)行讀操作*/ ? ? ? ? P(Rmutex)； Rcount=Rcount-1； if (Rcount==0) V(wmutex)； V(Rmutex)；} } void writer() /*寫者進程*/ {while(true) {P(mutex)

26、; P(wmutex); ? ? ? ? write； /*執(zhí)行寫操作*/ ? ? ? ? V(Wmutex); V(mutex); }} 9．寫一個用信號量解決哲學家進餐問題不產生鎖死的算法 semaphore chopstick[5]={1,1,1,1,1}; semaphore mutex=1; void philosopher (){while(true) {P(mutex); P(chopstick[i]); P(chopstick[(i+1)%5]); V(mutex); ? ? ? ? 9 eat； ? ? ? ? V(chopstick[i]); V

27、(chopstick[(i+1)%5]); think; …；} } 10． 一個文件可有若干個不同的進程所共享，每個進程具有唯一的編號。假定文件可 由滿足下列限制的若干個不同的進程同時訪問，并發(fā)訪問該文件的哪些進程的編號的 總和不得大于n設計一個協(xié)調對該文件訪問的管程。 答： 11． 用管程解決讀者——寫者問題，并采用公平原則。 答： 習題四 1． 某進程被喚醒后立刻投入運行，能說明該系統(tǒng)采用的是可剝奪調度算 法嗎？ 答：不能說明，因為如果現(xiàn)在就緒隊列中沒有進程，那么喚醒的進程會立 刻投入運行。 2． 在哲學家進餐問題中，如果將先拿起左邊筷子的哲學家稱為左撇子， 先

28、拿起右邊筷子的哲學家稱為右撇子。請說明在同時存在左、右撇子的 情況下，任何的就坐安排都不能產生鎖死。 答：任何的就坐安排都不會構成環(huán)路，這就符合避免死鎖的條件，所以不 會產生死鎖。 3． 系統(tǒng)中有5個資源被4 個進程所共享，如果每個進程最多需要 2個這 種資源，試問系統(tǒng)是否會產生鎖死？ 答：不會產生死鎖；因為因為資源數可以滿足進程的需要，當其中的一個 進程爭取到剩下的一個資源可以執(zhí)行，當執(zhí)行完成以后會釋放資源，供其 他進程使用，所以不會產生死鎖。 4． 計算機系統(tǒng)有8臺磁帶機，由N個進程競爭使用，每個進程最多需要 3臺。問：N為多少時，系統(tǒng)沒有死鎖的危險？ 答：當n為1、2、3時

29、，沒有死鎖的危險；因為當n小于3時，每個進程 分配 2 臺磁帶機，還有磁帶機剩余，那么當其中的一個進程得到剩余的磁 帶機則可運行，運行結束后會釋放磁帶機，供其他進程使用，系統(tǒng)不會有 死鎖的危險；當n為4時，每臺分配2臺時沒有剩余，則會產生死鎖，當 大于 5 時同樣會死鎖。 5． 系統(tǒng)有 5個進程，它們的到達時間和服務時間如表 4-8所示。新進程 （沒有運行過）與老進程（運行過的進程）的條件相同時，假定系統(tǒng)選 新進程運行。 表 4-8 進程情況 若按先來先服務（FCFS）、時間片輪法（時間片q=l）、短進程優(yōu)先（SPN）、 最短剩余時間優(yōu)先（SRT，時間片q=l）、響應比高者優(yōu)

30、先（HRRN）及多級 反饋隊列（MFQ,第一個隊列的時間片為1,第i （i>l）個隊列的時間片 q=2 （i-1））算法進行CPU調度，請給出各個進程的完成時間、周轉時間、 帶權周轉時間，及所有的進程的平均周轉時間和平均帶權周轉時間。 答： 6? 設系統(tǒng)中有5個進程P1、P2、P3、P4、P5,有3種類型的資源A、B、 C,其中A資源的數量是17, B資源的數量是5, C資源的數量是20, T0 時刻系統(tǒng)狀態(tài)如表4-9所示。 表4-9 TO時刻系統(tǒng)狀態(tài) 進程 已分配資源數量 最大資源需求量 仍然需求資源數 A B C A B C A B C P1 2

31、1 2 5 5 9 3 4 7 P2 4 0 2 5 3 6 1 3 4 P3 4 0 5 4 0 11 0 0 6 P4 2 0 4 4 2 5 2 2 1 P5 3 1 4 4 2 4 1 1 0 （1） 計算每個進程還可能需要的資源，并填入表的“仍然需要資源數” 的欄目。 （2） TO時刻系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)？為什么？ 答：處于安全狀態(tài)，因為序歹l

32、什么？ 答：不實施資源分配，因為將所有資源都分配給p2時，p2的C是5, 不能夠運行,進入死鎖。 ⑷ 如果T0時刻，若進程P4又有新的資源請求⑵0,1）,是否實施 資源分配？為什么？ 答：實施；因為p4請求資源后，存在安全狀態(tài)。 ⑸ 在（4）的基礎上，若進程P1又有新的資源請求（0,2,0）,是否 實施資源分配？為什么？ 答：不實施； 習題五 1．存儲管理的基本任務是為多道程序的并發(fā)執(zhí)行提供良好的存儲環(huán)境，這包括哪些方 面？ 答：存儲管理的基本任務是為多道程序的并發(fā)執(zhí)行提供良好的存儲器環(huán)境，它包括以下 幾個方面。 （1）能讓沒到程序“各得其所”，并在不受干擾的環(huán)境中運行時，

33、還可以使用戶從存 儲空間的分配、保護等事物中解脫出來。 （2）向用戶提供更大的存儲空間，使更多的程序同時投入運行或是更大的程序能在小 的內存中運行。 （3）為用戶對信息的訪問、保護、共享以及程序的動態(tài)鏈接、動態(tài)增長提供方便。 （4）能使存儲器有較高的利用率。 2．頁式存儲管理系統(tǒng)是否產生碎片？如何應對此現(xiàn)象？ 答：頁式存儲管理系統(tǒng)產生的碎片，稱為內碎片，它是指一個進程的最后一頁沒有沾 滿一個存儲塊而被浪費的存儲空間。減少內碎片的辦法是減少頁的大小。 3．在頁式存儲管理系統(tǒng)中頁表的功能是什么？當系統(tǒng)的地址空間很大時會給頁表的設 計帶來哪些新的問題？ 答：頁式存儲管理系統(tǒng)中，允許將進程

34、的每一頁離散地存儲在內出的任何一個物理頁面 上，為保證進程的正常運行，系統(tǒng)建立了頁表，記錄了進程每一頁被分配在內存的物 理號。頁表的功能是實現(xiàn)從頁號到物理塊的地址映射； 當系統(tǒng)地址很大時，頁表也會變得非常大，它將占有相當大的內存空間。 4．什么是動態(tài)鏈接？用哪種存儲管理方案可以實現(xiàn)動態(tài)鏈接？ 答：動態(tài)鏈接是指進程在運行時，只將進程對應的主程序段裝入內存，并與主程序段鏈 接上。通常一個大的程序是由一個主程序和若干個子程序以及一些數據段組成。而段 式存儲管理方案中的段就是按用戶的邏輯段自然形成的，因此可實現(xiàn)動態(tài)鏈接。 5?某進程的大小為25F3H字節(jié)，被分配到內存的3A6BH字節(jié)開始的地址。但

35、進程運行 時，若使用上、下界寄存器，寄存器的值是多少？如何進行存儲保護？若使用地址、 限長寄存器，寄存器的值是多少？如何進行存儲保護？ 答：（1 ）若使 用上 下界寄存器，上界寄存器的值 是 3A6BH， 下界寄存器的值是 3A6BH+25F3H=605EH,當訪問內存的地址大于605EH、小于3A6BH時產生越界中斷。 （2）若使用地址、限長寄存器，地址寄存器的值是3A6BH，限長寄存器的值是25F3H， 當訪問內存的地址小于3A6BH，超過3A6BH+25F3H=605EH時產生越界中斷。 6.在系統(tǒng)中采用可變分區(qū)存儲管理，操作系統(tǒng)占用低地址部分的126KB，用戶區(qū)的大小 是386K

36、B，采用空閑分區(qū)表管理空閑分區(qū)。若分配時從高地址開始，對于下述的作業(yè) 申請序列：作業(yè)1申請80KB；作業(yè)2申請56KB；作業(yè)3申請120KB；作業(yè)1完成； 作業(yè)3完成；作業(yè)4申請156KB；作業(yè)5申請80KB。使用首次適應法處理上述作業(yè)， 并回答以下問題。 （1） 畫出作業(yè)1、2、3進入內存后，內存的分布情況。 空 3 2 1 511 126 125 0 130 KB 120KB 56KB80KB， 答： 2） 畫出作業(yè) 1、3 完成后，內存的分布情況。 511 126 125 0 空 2 空 250KB56KB 80KB 答： 3） 畫出作業(yè)

37、 4、5 進入內存后，內存的分布情況。 511 126 125 0 空 5 4 2 空 14KB 80kB56Kb 56KB 80KB 7?某系統(tǒng)采用頁式存儲管理策略，某進程的邏輯地址空間為32頁，頁的大小為2KB, 物理地址空間的大小是 4MB。 （1） 寫出邏輯地址的格式。 （2） 該進程的頁表有多少項？每項至少占多少位？ 答：因為進程的邏輯地址空間為32頁，因此該進程的頁表項有32 項。頁表中應存儲 每頁的塊號。因為物理地址空間大小是 4MB，4MB 的物理地址空間內分成 4MB/2KB=2K 個塊，因此塊號部分需要 11位（二進制），所以頁表中每項占 11位

38、。 （3） 如果物理地址空間減少一半，頁表的結構有何變化？ 答：當減少一半時，有 2MB/2KB=1K 個塊，因此塊號部分需要 10 位（二進制），所以 頁表中每項占 10 位。 8?某頁式存儲管理系統(tǒng)，內存的大小為64KB,被分為16塊，塊號為0、1、2、……、 15。設某進程有4頁，其頁號為0、1、2、3，被分別裝入內存的2、4、7、5，問： （1） 該進程的大小是多少字節(jié)？ 答：總共64KB，16頁，則每頁有4KB。該進程有四頁，則進程的大小為16KB。 答： 頁號 塊號才 ?始地址 0 2 8KB 1 4 16KB 2 7 28KB 3 5 35

39、KB （2） 寫出該進程每一頁在內存的起始地址。 3） 邏輯地址4146對應的物理地址是多少？ 答：4146 除以 4096 得 1 余 50，這頁號為 1，頁內位移為 50；1 對應于 4，這 物理地址為 4*4096+50=16434b。 9．某段式存儲管理系統(tǒng)的段表如圖所示。 請將邏輯地址［0,137］、［1,9000］、［2,3600］、［3,230］轉換成物理地址。 答：［0,137］： 40* 1024+137=41097B ［1,9000］：80*1024+9000=90920B ［2,3600］：100*1024+3600=106000B ［3,230

40、］不合法 習題七 1．數據傳輸控制方式有哪幾種？試比較它們的優(yōu)缺點。 答：數據轉送控制方式有程序直接控制方式、中斷控制方式、DMA控制方式和通道方 式四種。 程序直接控制方式:優(yōu)點：實現(xiàn)簡單，不需要硬件的支持； 缺點：(1).CPU與外設只能串行工作； (2) .CPU在一段時間內只能與一臺外設交換數據信息； (3) .由于程序直接控制方式是依靠測試設備的狀態(tài)來控制數據傳遞的，因此無法發(fā)現(xiàn)和 處理由于設備和其他硬件所產生的錯誤。 中斷控制方式：優(yōu)點：提高了 CPU的利用率； 缺點：(1).在進程傳送數據的過程中，發(fā)生中斷的次數可能很多，這將消耗CPU大量處 理時間； (2).

41、計算機中通常配置各種各樣的外設，如果這些外設都通過中斷的方式進行數據傳遞， 由于中斷次數過多將使CPU無法及時響應中斷，造成數據丟失。 DMA控制方式：優(yōu)點：(1).數據傳輸的基本單位為數據塊； (2) .緊在開始和結束才需要CPU干預，整塊數據的傳送是在控制器的控制之下完成的； (3) .所傳送的數據是從設備直接到內存或者從內存直接到設備。 通道方式：優(yōu)點：把對一個數據塊的讀(寫)干預減少到對一組數據塊的讀(寫)干預 2．何為設備的獨立性？如何實現(xiàn)設備的獨立性？ 答：設備獨立性是指用戶程序獨立于具體使用的物理設備；此時，用戶使用邏輯設 備名申請使用某列物理設備。當系統(tǒng)中有多臺該烈性

42、的設備是，系統(tǒng)可將其中的任意一 臺分配給請求進程，而不局限于某一臺制定的設備。這樣，可顯著的改善資源的利用率 即可使用性。設備獨立使用用戶獨立于設備的烈性。如進行輸出時，亦可以使用現(xiàn)實終 端，也可以使用打印機。有了這種獨立性，就可以很方便的進行輸入/輸出重定向。 3．什么是緩沖？為什么要引入緩沖？操作系統(tǒng)如何實現(xiàn)緩沖技術？ 答：緩沖是在兩個不同速度設備之間傳輸信息時，用于平滑傳輸過程的一種手段。 (1) 換屆CPU與I/O設備之間的速度不匹配的矛盾。 (2) 減少中斷CPU的次數。 (3)提高CPU與I/O設備之間的并行性。 4．設備分配中為什么可能出現(xiàn)死鎖？ 答：安全分配方式：在某

43、些操作系統(tǒng)中，一個進程只能提供一個I/O請求。也就是 說，執(zhí)行進程向系統(tǒng)提出I/O請求后邊立即進入等待狀態(tài)，直到I/O請求完成后才被喚 醒。這樣系統(tǒng)對設備的分配比較安全，不會出現(xiàn)死鎖。但這種方式對進程來說，因 CPU 與I/O設備是串行工作的，這使得該進程的推進速度緩慢； 不安全分配方式：當進程發(fā)出 I/O 請求后不阻塞，而是繼續(xù)運行，當需要時有可能接著 發(fā)出第二個、第三個I/O請求，僅當進程所請求的I/O設備已被另一個進程占用時，進 程才進入等待狀態(tài)。這種一個進程同時可以使用多個 I/O 設備的方式提高了系統(tǒng)的資源 利用率，但也帶來了一種危險，即如果兩個進程都提出請求使用對方占有的I/O設備

44、時, 就會出現(xiàn)死鎖。 5?以打印機為例說明SPOOLing技術的工作原理。 答：當用戶進程請求打印輸出時，操作系統(tǒng)接受用戶的打印請求，但并不真正把打 印機分配給該用戶進程，而是為進程再次在輸出井中分配一空閑塊區(qū)，并將要打印的數 據送入其中，同時還為用戶進程申請一張用戶請求打印表，將用戶的打印要求填入其中 再將該表掛在請求打印隊列上。如果還有進程要求打印輸出，系統(tǒng)仍可以接受請求，也 可以完成上述操作。 6? 假設一個磁盤有200個柱面，編號為0~199，當前存取臂的位置是在143號柱面上， 并剛剛完成了125號柱面的服務請求，如果存在下列請求序列：86、147、91、177、 94、150

45、、102、175、130，試問：為完成上述請求，采用下列算法時存取的移動順序 是什么？移動總量是多少？ (1) 先來先服務(FCFS)。 答：移動順序：143、86、147、91、177、94、150、102、175、130； 移動總量：(143-86)+(147-86)+(147-91)+(177-91)+(177-94)+(150-94) +(150-102)+(175-102)+(175-130)=565 (2) 最短尋道時間優(yōu)先(SSTF)。 答：移動順序：143、147、150、130、102、94、91、86、175、177 移動總量：(147-143)+(150-147)

46、+(150-130)+(130-102)+(102-94)+(94-91) +(91-86)+(175-86)+(177-175)=162 (3) 掃描算法(SCAN)。 答：移動順序：143、147、150、175、177、130、102、94、91、86 移動總量：(147-143)+(150-147)+(175-150)+(177-175)+(177-130)+(130-102) +(102-94)+(94-91)+(91-86)=125 (4) 循環(huán)掃描算法(C-SCAN)。 答：移動順序是： 143、147、150、175、177、86、91、94、102、130 移動總

47、量：(147-143)+(150-147)+(175-150)+(177-175)+(177-86)+(91-86) +(94-91)+(102-94)+(130-102)=169. 7? 磁盤的訪問時間分成三部分：尋道時間、旋轉時間和數據傳輸時間。而優(yōu)化磁盤磁 道上的信息分布能減少輸入輸出服務的總時間。例如，有一個文件有 10 個記錄 A,B,C,……,J存放在磁盤的某一磁道上，假定該磁盤共有10個扇區(qū)，每個扇區(qū)存放 一個記錄，安排如表7-4所示?，F(xiàn)在要從這個磁道上順序地將A~J這10個記錄讀出， 如果磁盤的旋轉速度為 20ms 轉一周，處理程序每讀出一個記錄要花 4ms 進行處理。 試問

48、： (1) 處理完10個記錄的總時間為多少？ 答：由題目所列條件可知，磁盤的旋轉速度為20ms轉一周，每個此道有10個記錄，因 此讀出 1 個記錄的時間為 20ms/10=2ms。 對于表中記錄的初始分布，讀出并處理記錄A需要20ms+4ms=60ms。6ms后 讀/寫頭急轉到了記錄 D 出，為了讀出記錄 B 必須再轉 8 個山區(qū)，急需要 8*2ms=16ms，記錄B的讀取時間為2ms，處理時間為4ms，股處理記錄B共花 時間為：16ms+2ms+4ms=22ms。后續(xù)8個記錄的讀取時間與記錄B相同。所以 處理10記錄的總時間是：9*22ms+6ms=204ms。 (2) 為了優(yōu)化分布

49、縮短處理時間，如何安排這些記錄？并計算處理的總時間。 扇區(qū)號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 記錄號 A B C D E F G H I J 答：為了 縮短處理時間應按圖瑣事安排這些記錄。 經優(yōu)化處理后，讀出并處理記錄A后，讀/寫頭剛好轉到記錄B的開始出，因此立 即可讀取并處理記錄B，后續(xù)記錄的讀取與處理情況相同。股處理10個記錄的總時間為 10*(2ms+4ms)=60ms。 8．假設一個磁盤有100個柱面，每個柱面有 10個磁道，每個磁道有 15個扇區(qū)。當進 程的要訪問磁盤有 12345 扇區(qū)時，計算該扇區(qū)在磁盤的第幾柱面、第幾磁道、第幾扇 區(qū)？ 答：由題目知，磁盤每

50、個柱面有10個磁頭，每個此道有15個15個山區(qū)。則每個柱 面的山區(qū)數位10*15=150=90余24，故13524所在煮面為15=1余9，故13524再次頭 號為1，山區(qū)為9。綜上所述，13524山區(qū)所在的磁盤地址為：第90號柱面，第1號 磁頭，第 9 號扇區(qū)。 9?一個文件記錄大小為32B,磁道輸入輸出以磁盤塊為單位，一個盤塊的大小為512B。 當用戶進程順序讀文件的各個記錄時，計算實際啟動磁盤I/O占用整個訪問請求時間 的比例。 答：盤塊的大小為512B， 一個文件記錄大小為32B，故一個盤塊包含的記錄數為： 512/32=16。顯然在訪問 16 個記錄中，只需要一次啟動磁盤，故實際啟

51、動磁盤 I/O 占用 整個訪問請求的比例為1/16=% 10. 如果磁盤扇區(qū)的大小固定為512B，每個磁道有80個扇區(qū)，一共有4個可用的盤面。 假設磁盤旋轉速度是360rpm。處理機使用中斷驅動方式從磁盤讀取數據，每字節(jié)產生一 次終端。如果處理中斷需要，試問： (1)處理機花費在處理I/O上的時間占整個磁盤訪問時間的百分比是多少(忽略尋 道時間)？ 答：(512*)/((1/12+1/480)+(512*)*100%=% (2)釆用DMA方式，每個扇區(qū)產生一次中斷，處理機話費在處理I/O上的時間占整 個磁盤訪問時間的半分比是多少？ 答：((1/12+1/480)+*100%=% 習

52、題八 1. 文件系統(tǒng)要解決的問題有哪些？ 答：文件系統(tǒng)的目標是提高存儲空間的利用率，他要解決的主要問題有：完成文件 存儲空間的管理，實現(xiàn)文件名到物理地址的轉換，實現(xiàn)文件的目錄操作，提高文件共享 能力和保護措施，提供友好的用戶接口。文件系統(tǒng)向用戶提供了有關文件的目錄操作的 各種功能接口和系統(tǒng)調用，如命令接口，成尋接口和圖形用戶接口。 2. 許多操作系統(tǒng)中提供了文件重命名功能，它能賦予文件一個新的名字。若進行文件 復制，并給復制文件起一個新的名字，然后刪除舊文件，也能達到給文件重命名的目 的。是問這個方法在實現(xiàn)上有何不同？ 答：給文件重命名，用戶必須提供兩個參數：舊文件名和新文件名。實現(xiàn)該

53、功能是 系統(tǒng)使用舊文件名查找文件目錄，若找到舊文件名所在的目錄表項，則將目錄表箱中文 件名字段對應的值改為新文件名值。從視線上看，文件重命名功能完成的工作室修改表 項中的文件名字段，出文件名外，文件的其他屬性都未改變。 3?使用文件系統(tǒng)時，通常要顯式地進行Open ()與Close ()操作。試問： (1) 這樣做的目的是什么？ 答：顯式操作完成文件的打開功能，它將訪問文件的目錄信息讀入內存活動文件 表，建立起用戶進程與文件的聯(lián)系。顯式操作完成文件關閉操作，該操作刪除內 存中有關該文件的目錄信息，切斷用戶與該文件的聯(lián)系。若在文件打開期間，該 文件做過某些修改，還應將其寫回磁盤。 (2)

54、 能夠取消顯式地Open ()與Close ()操作么？若能，怎樣做？ 答：可以取消顯式的OPEN與CLOSE操作。如果取消了顯式地OPEN與CLOSE操作， 系統(tǒng)在進行文件操作之前需要半段文件是否已經打開，若文件為打開，則應自動 完成文件的打開功能，已建立用戶與文件之間的聯(lián)系。同時，在系統(tǒng)結束時，還 應該自動關閉所有打開的文件。 (3) 取消顯式地Open ()與Close ()操作有什么不利影響？ 答：取消顯示的OPEN雨CLOSE操作是的文件低些的系統(tǒng)開銷增加。因為每次讀寫 文件之前都需要半段文件是否打開，若為打開，還要完成打開操作。系統(tǒng)在結束 時也要做一些額外的工作，已完成 CL

55、OSE 操作所完成的功能。當用戶進程已完成 對一個文件的訪問單進程本書呢尚未執(zhí)行完畢時，因無顯式地CLOSE操作而無法 關閉文件，從而不利于系統(tǒng)資源回收。 4? 文件目錄的作用是什么？文件目錄項通常包含哪些內容？ 答：文件目錄是文件名與文件所在存儲位置的一張映射表。文件系統(tǒng)根據他實現(xiàn)用戶 安明存取文件。文件目錄由若干目錄項組成，每個目錄項紀錄一個文件的管理和控制 信息。其中包括文件名、文件類型、文件在存儲設備上的位置、文件的存取控制信息、 文件的常見、訪問和修改信息等。 5? 文件物理結構中的鏈接分配方式有幾種實現(xiàn)方法？各什么特點？ 答：文件物理結構中的鏈接分配方式有兩種：一種是隱式的，即

56、文件占用物理塊中除存 儲文件信息之外，還存儲有一個鏈接指針(即指向下一個物理塊的指針)；另一種是顯式 地，即將鏈接指針從物理塊中提取出來，單獨建立一個表，如MS-DOS操作系統(tǒng)采用這種 方式，該表乘坐文件分配表。 隱式鏈接結構的文件只能采用順序存取方法，否則效率太低。 顯式鏈接結構的文件，優(yōu)于指針單獨管理，通常將文件分配表放在貯存中，無論采 用順序存取還是隨機存取，其速度都差不多。 6?設某文件A由100個物理塊組成，現(xiàn)分別用連續(xù)文件，鏈接文件和索引文件來構造。 針對3種不同的結構，執(zhí)行以下操作時各需要多少次從洗盤I/O? (1) 將一物理塊加到文件頭部。 (2) 將一物理塊加到文件正

57、中間。 (3) 將一物理塊加到文件尾部。 7?文件系統(tǒng)用混合方式管理存儲文件的物理塊，設塊的大小為512B，每個塊號占3B， 如果不考慮邏輯塊號在物理塊中所占的位置，求二級索引和三級索引時可尋址的文件 最大長度。 答：由題目知，塊大小為512B，每個塊號占3B，一個物理塊客房512/3=170個目錄項。 一級索引可尋址的文件最大長度為：170*512=85KB; 二級索引可尋址的文件最大長度為：170*170*512=14450KB 三級索引可尋址的文件最大長度為：170*170*170*512=2456500KB 8?一個計算機系統(tǒng)中，文件控制塊占64B，磁盤塊的大小為1KB,

58、采用一級目錄，假定 目錄中有3200個目錄，問查找一個文件平均需要訪問磁盤多少次？ 答：3200 個目錄項占用的磁盤塊數為： 3200*64/1024=200(塊) 一級目錄平均訪問磁盤的次數為1/2盤塊數，故平均訪問磁盤100次。 9?假定磁盤塊的大小是1KB,對于1GB的磁盤，其文件分配表FAT需要占用多少存儲空 間？當硬盤的容量為10GB時，F(xiàn)AT需要占用多少空間？ 答：由題目可知，磁盤的大小為1GB的磁盤，磁盤塊的大小為1KB,所以該磁盤共有盤塊 數為：1GB/1KB==1M(個) 而1MB個盤塊號需要20位表示，及文件分配表的每個表畝大小為。FAT要占用的存儲 空間總數為：

59、*1M= 當磁盤大小為10GB時，硬盤共有盤塊：10GB/1KB=10M (個) 又因 8M<10M<16M 故10M個盤號要用24位二進制表示。及文件分配表的每個表畝大小為3B。FAT 要占用的存儲空間總數為：3B* 10M=30MB。 10. UNIX系統(tǒng)中采用索引節(jié)點表示文件的組織，在每個索引節(jié)點中，假定有12個直接 塊指針，分別有一個一級、二級和三級間接指針。此外，假定系統(tǒng)盤塊大小為8KB。如 果盤快指針用32位表示，其中8位用于標識物理磁盤號， 24位用于標識磁盤塊號。問： (1) 該系統(tǒng)支持的最大文件長度是多少？ 答：由題目一直，盤塊指針用32位表示，即盤塊指針占32/

60、8=4B，一個索引盤塊可以存 放的盤快數為：8KB/(4B)=2K，假定文件有12個直接快。分別由一個一級，二級和 三級間接指針。最大文件長度是: 12*8KB+2K*8KB+2K*2K*8KB+2K*2K*2K*8KB=96KB+16MB+32GB+64TB (2) 該系統(tǒng)支持的最大文件系統(tǒng)分別是多少？ 答：因為 24 位用于標識磁盤塊好，該系統(tǒng)支持的最大文件系統(tǒng)分區(qū)是： 2 2 4 個盤塊，共有8kb*224=128GB。 (3) 假定主存中除了文件索引節(jié)點外沒有其他信息，訪問位置在字節(jié)時，需要訪問 磁盤多少次 答：假定主存中除了文件索引節(jié)點外沒有其他信息，訪問文件的位置為，相當

61、于訪問文 件的相對塊號為： 余334.，即訪問文件的第1507塊，塊內位移為334.系統(tǒng)有12個直接快， 1507-12=1495，由于1507<2K，第1495號索引項應在一級簡介索引塊狀中，股 首先訪問內存，得到一級間接索引快好；然后訪問該簡介快，得到1495號索 引項對應的物理塊好，最后得到塊內位移為334的位置就是文件的字節(jié)。 11. 磁盤文件的物理結構采用鏈接分配盤塊中放2個記錄，如表所示。若要訪問該文件 的第1580字節(jié)，問：方式，文件A有10個記錄，每個記錄的長度為256B存放在5個磁 盤塊中，每個 (1) 應訪問那個盤塊才能將該字節(jié)的內容讀出？ 答：要訪問該文件的第158

62、0字節(jié)所在的相對盤塊為： 1580/ (256*2) =3余44 (2) 要訪問幾次幾盤才能將該字節(jié)的內容讀出？ 答：訪問磁盤2次。 12. 有一個磁盤共有10個盤面，每個盤面上有100個此道，沒個此道有16個山區(qū)，每 個扇區(qū)有512字節(jié)。假定文件分配以扇區(qū)為單位，若使用位示圖來管理磁盤空間，問： (1) 磁盤的容量有多大？ 答：磁盤的容量為： 10*100*16*512B=8000KB (2) 位示圖需要占用多少空間？ 答：位示圖用于描述山區(qū)的使用情況，每個扇區(qū)用1位表示，位示圖需要存儲空間為： 10*100*16=16000bit=2000B （3）若空白文件目錄的每個表目占5字節(jié)，什么時候空白文件目錄占用空間大于位 示圖？ 答：由題目知，空白文件目錄的每個表目占5B，更具上訴計算位示圖需要2000B, 2000/5=400 所以當空白區(qū)數目大于400時，空白文件目錄占用空間大于位示圖。