操作系统课后作业题.doc

.答：1.OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口； 2.OS作为计算机系统资源的管理者； 3.OS实现了对计算机资源的抽象。答：1.脱机输入输出方式（Off-LineI/O）是为了解决人机矛盾及CPU和I/O设备之间速度不匹配而提出的.它减少了CPU的空闲等待时间，提高了I/O速度.具体内容是将用户程序和数据在一台外围机的控制下，预先从低速输入设备输入到磁带上，当CPU需要这些程序和数据时，在直接从磁带机高速输入到内存，从而大大加快了程序的输入过程，减少了CPU等待输入的时间，这就是脱机输入技术；当程序运行完毕或告一段落，CPU需要输出时，无需直接把计算结果送至低速输出设备，而是高速把结果输出到磁带上，然后在外围机的控制下，把磁带上的计算结果由相应的输出设备输出，这就是脱机输出技术. 2.若这种输入输出操作在主机控制下进行则称之为联机输入输出方式.答：并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征； 最基本的特征是并发性。答：S1 S3 S4 S2答：为了使程序在多道程序环境下能并发执行， 并能对并发执行的程序加以控制和描述， 从而在操作系统中引入了进程概念。 影响: 使程序的并发执行得以实行。答： 动态性： 动态性是进程最基本的特性，进程是有生命周期的。它由创建而产生、由调度而执行、由撤 销而消亡，它在自己的生命周期内是在各种状态间转换的。 程序是一组指令的序列，存放在某存储介质上，其本身不具有活动的含义，因而是静态的。 并发性： 多个进程实体可以同时存在于内存中，在一个时间段内同时运行；而程序 (没有建立 PCB) 是不能参与并发执行的。 独立性： 在传统 OS 中，进程是一个独立运行、独立获得资源和独立接受调度的基本单位；而程序(没有建立 PCB)不能作为一个独立的单位在多道环境下运行。 答： PCB，即进程控制块，是进程管理的数据结构，包含了一个进程的描述信息、控制信息、资 源信息的。 PCB 的作用主要包括：标识进程的存在；动态地记录进程运行过程中的各类信息，如进程 状态、中断现场、进程的优先级等，提供给 OS 的进程管理和进程调度使用；实现进程的间 断性运行方式；实现与其他进程的同步与通信。 PCB 随进程的创建而产生、在进程执行的过程中动态地记录进程各信息的变化。当一个进 程完成其功能后，系统则回收 PCB，进程也随之消失。因此，PCB 是进程存在的唯一标志。答： （1）就绪状态执行状态：进程分配到 CPU 资源（2）执行状态就绪状态： 时间片用完（3）执行状态阻塞状态：I/O 请求（4）阻塞状态就绪状态：I/O 完成 答：a. 请求系统服务；b. 启动某种操作；c. 新数据尚未到达；d. 无新工作可做.a. 调度性。在传统的操作系统中，拥有资源的基本单位和独立调度、分派的基本单位都 是进程，在引入线程的 OS 中，则把线程作为调度和分派的基本单位，而把进程作为 资源拥有的基本单位；b. 并发性。在引入线程的 OS 中，不仅进程之间可以并发执行，而且在一个进程中的多 个线程之间，亦可并发执行，因而使 OS 具有更好的并发性；c. 拥有资源。无论是传统的操作系统，还是引入了线程的操作系统，进程始终是拥有资 源的一个基本单位，而线程除了拥有一点在运行时必不可少的资源外，本身基本不拥 有系统资源，但它可以访问其隶属进程的资源；d. 开销。由于创建或撤销进程时，系统都要为之分配和回收资源，如内存空间等，进程 切换时所要保存和设置的现场信息也要明显地多于线程，因此，操作系统在创建、撤 消和切换进程时所付出的开销将显著地大于线程。二答：1）面向用户的准则：周转时间短、响应时间快、截止时间的保证、优先权准则。2） 面向系统的准则：系统吞吐量高、处理机利用率好、各类资源的平衡利用。答：高响应比优先调度算法的基本思想是把 CPU 分配给就绪队列中响应比最高的进程。 既考虑作业的执行时间也考虑作业的等待时间， 综合了先来先服务和最短作业优先两种算法 的 特点 。该算 法中 的响应 比是 指作业 等待时 间与 运行 比值， 响应比 公式 定义 如 下： 响应比 =（等待时间+要求服务时间）/ 要求服务时间,即 RR=（w+s）/s=1+w/s，因此响 应比一定是大于 1 的。短作业与先后次序的兼顾，且不会使长作业长期得不到服务 响应比计算系统开销，增加系统开销适用于批处理系统答： 死锁是指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当进程处于这种僵持状态时，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。 产生死锁的原因：（1）竞争资源。（2) 进程间推进顺序非法。 产生死锁的必要条件：（1）互斥条件；(2) 请求和保持条件；(3) 不剥夺条件；(4) 环路等待条件。 答：1.T0 时刻资源分配：尚需 Need=最大需求 Max-已分配 Allocation 最大需求 已分配 2.T0 时刻安全性：可供 work+已分配 Allocation最大需求 Need 时刻安全性： 已分配 3.进程请求资源：可用 Available-请求 Request=系统剩余尚需 Need 进程请求资源： 系统剩余进程请求资源请求系统剩余 该状态是安全的，因为存在一个安全序列（1）该状态是安全的，因为存在一个安全序列 P0P3P4P1P2。下表为该时刻的安全序列表。资源情况进程 P0 P3 P4 P1 P2 Work 1622 1654 1987 1 9 9 11 2 9 9 11 Need 0012 0652 0656 1750 2356 Allocation 0032 0333 0014 1000 1354 Work+Allocation 1654 1987 1 9 9 11 2 9 9 11 3 12 14 17 （2）若进程 P2 提出请求 Request(1，2，2，2)后，系统不能将资源分配给它，此时系统中的资源将无法满足任何一个进程 程 P2，系统还剩的资源情况为（0，4，0，0）此时系统中的资源将无法满足任何一个进程的资源请求，从而导致系统进入不安全状态，容易引起死锁的发生。答： 在程序执行过程中， 每当访问指令或数据时， 将要访问的程序或数据的逻辑地址转换成 物理地址， 引入了动态重定位； 具体实现方法是在系统中增加一个重定位寄存器， 用来装入程序在内存中的起始地址， 程序执行时， 真正访问的内存地址是相对地址与重定位寄存器中的地址相加之和， 从而实现 动态重定位。答：利用地址变换机构实现从逻辑地址到物理地址的转变换， 通过页表来实现从 页号到物理块号的变换，将逻辑地址中的页号转换为内存中的物理块号。答：1）页是信息的物理单位，是为减少内存的碎片，出于系统管理需要；段是信息的逻辑 单位，是出于用户的需要出发。2）页的大小固定，由系统决定；段的长度不固定，由用户决定。3）分页的地址空间是一维的，从0开始编址，而分段的地址空间是二维的，每个段的 段内地址是连续的，也从0开始编址，但段间可以不连续，它们离散地分布在内存的各个分区中。答：虚拟存储器有以下特征：?多次性：一个作业被分成多次调入内存运行，亦即在作业运行时没有必要将其全部装入，只需将当前要运行的那部分程序和数据装入内存即可；以后每当要运行到尚未调入的那部分程序时，再将它调入。多次性是虚拟存储器最重要的特征，任何其他的存储器管理方式都不具有这一特征。因此，认为虚拟存储器是具有多 次性特征的存储器系统。? 对换性：允许在作业的运行过程中进行换进、换出，也即，在进程运行期间，允许将那些暂不使用的程序和数据，从内存调至外存的对换区（换出），待以后需要时再将它们从外存调至内存（换进）；甚至还允许将暂不运行的进程调至外存，待它们重又具备运行条件时再调入内存。换进和换出能有效地提高内存利用率。 可见，虚拟存储器具有对换性特征。?虚拟性：能够从逻辑上扩充内存容量，使用户所看到的内存容量远大于实际内存容量。这是虚拟存储器所表现出来的最重要特征，也是实现虚拟存储器的最重要的目标。? 虚拟性是以多次性和对换性为基础的，多次性和对换性又必须建立在离散分配的 基础上。所以最本质特征应该是离散性。答：在进行地址变换时，首先去检索快表，试图从中找出所要访问的页。若找到，便修改页表项中的访问位。对于写指令，还须将修改位置成“1”，然后利用页表项中给出的物理块号和页内地址形成物理地址。地址变换过程到此结束。答： 访问过程中缺页情况（M=3） 页面走向 最近最长时间未使用的页面 4 最近刚使用过的页面 缺页 访问过程中缺页情况（M=4） 页面走向 最近最长时间未使用的页面 4 4 最近刚使用过的页面 缺页 4 3 3 2 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 5 1 4 3 5 4 1 3 5 4 3 1 5 4 3 2 5 4 3 2 1 4 3 2 1 5 3 2 1 5 4 3 4 3 2 4 3 2 1 3 2 1 4 3 1 4 3 2 4 3 5 4 3 5 4 3 5 4 3 5 4 3 2 4 3 2 1 3 2 1 5 2 1 5 当M=3时，缺页次数为10次，缺页率为10/12=0.83=83%。 当M=4时，缺页次数为8次，缺页率为8/12=0.66=66%。 可见，增加分配给作业的内存块数可以减少缺页次数，从而降低缺页率。三答：第一层：用户空间I/O软件 第二层：设备独立性软件 第三层：设备驱动程序 第四层：中断处理程序答： 设备控制器的组成由设置控制器与处理机的接口； 设备控制器与设备的接口； I/O 逻辑。功能：接收和识别命令；数据交换；标识和报告设备的状态；地址识别； 数据缓冲；差错控制。答：共有四种 I/O 控制方式。 (1)程序 I/O 方式：早期计算机无中断机构，处理机对 I/O 设备的控制采用程序 I/O 方 式或称忙等的方式。 (2)中断驱动 I/O 控制方式：适用于有中断机构的计算机系统中。 (3)直接存储器访问（DMA）I/O 控制方式：适用于具有 DMA 控制器的计算机系统中。 (4)I/O 通道控制方式：具有通道程序的计算机系统中。答：在实现后台打印时，SPOOLing 系统应为请求I/O 的进程提供以下服务： （1）由输出进程在输出井中为之申请一空闲盘块区，并将要打印的数据送入其 中； （2）输出进程再为用户进程申请一张空白的用户打印表，并将用户的打印要求 填入其中，再将该表挂到请求打印队列上。 （3） 一旦打印机空闲，输出进程便从请求打印队列的队首取出一张请求打印表， 根据表中的要求将要打印的数据从输出井传送到内存缓冲区， 再由打印机进行打印。答：（1）缓和 CPU 与 IO 设备间速度不匹配的矛盾 （2）减少对 CPU 的中断频率,放宽对 CPU 中断响应时间的限制 （3）提高 CPU 和 IO 设备之间的并行性 3、简述中断处理的过程。答：（1）最低层为对象及其属性说明，主要包括文件、目录、磁盘存储空间等三类对象。?（2）最高层是文件系统提供给用户的接口，分为命令接口、程序接口和图形化用户接口等三种类型。?（3）中间层是对对象进行操纵和管理的软件集合，是文件系统的核心部分，拥有文件存储空间管理、文件目录管理、地址映射、文件读写管理及文件共享与保护等诸多功能。具体又可分为四个子层：?I/O控制层（又称为设备驱动程序层），主要由磁盘驱动程序和磁带驱动程序组成，负责启动I/O设备和对设备发来的中断信号进行处理；?基本文件系统层（又称为物理I/O层），主要用于处理内存与磁盘或磁带机系统之间数据块的交换，通过向I/O控制层发送通用指令及读写的物理盘块号与缓冲区号等I/O参数来完成；?基本I/O管理程序层（即文件组织模块层），负责完成与磁盘I/O有关的大量事务，包括文件所在设备的选定、文件逻辑块号到物理块号的转换、空闲盘块的管理及I/O缓冲的指定等；?逻辑文件系统层，负责所读写的文件逻辑块号的确定、目录项的创建与修改、文件与记录的保护等。答：解决存 储空间的有效利用率，解决快速搜索，文 件命名冲突，以及文件共享问题。答：索引节点是一个结构，它包含了一个文件的长度、创建及修改时间、权限、所属关系、磁盘中的位置等信息。一个文件系统维护了一个索引节点的数组，每个文件或目录都与索引节点数组中的唯一一个元素对应。答：（1）连续组织方式：要求为每一个文件分配一 片连续的磁盘空间，即一组相邻接的盘块。主要优点：顺序访问容易；顺序访问速度快；主要缺点：要求为每一个文件分配连续的存储空间；事先必须知道文件的长度；不能灵活的删除和插入记录。 （2）链接组织方式：在采用链式组织方式时，可为文件分配不连续的磁盘空间， 即多个不连续的盘块，再通过每个盘块上的链接指针，将同属于一个文件的多个离散的盘块链接成一个链表，由此所形成的物理文件称为链接文件。主要优点：消除了磁盘的外部碎片，提高了外存的利用率；插入、删除和修改记录都非常容易；能适应文件的动态增长，无需事先知道文件的大小。（3）FAT技术：利用文件分配表FAT来记录每个文件中所有盘块之间的链接。 分为FAT12、FAT16和FAT32。 （4）NTFS的文件组织方式： NTFS新特征：它使用了64位磁盘地址；在NTFS中可以很好地支持长文件名，单个文件名限制在255个字符以内，全路径名为32767个字符；具有系统容错功能；能保证系统中地数据一致性；还有文件加密和文件压缩等功能。NTFS以簇作? 为磁盘空间分配和回收的基本单位。一个文件占用若干个簇，一个簇只属于一? 个文件。在NTFS中，以卷为单位，将一个卷中的所有文件信息、目录信息及可用的未分配空间信息，都以文件记录的方式记录在一张 （5）索引组织方式：单级索引组织方式、多级索引组织方式、增量式索引组织方式。答：