计算机操作系统第四版(2017.10重印版)课后题答案.pdf

计算机操作系统课后题计算机操作系统课后题 第一章第一章 1 设计现代 OS 的主要目标是什么 答 1 有效性 2 方便性 3 可扩充性 4 开放性 2 OS 的作用可表现在哪几个方面 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 4 试说明推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是什 么 答 主要动力来源于四个方面的社会需求与技术发展 1 不断提高计算机资源的利用率 2 方便用户 3 器件的不断更新换代 4 计算机体系结构的不断发展 6 试说明推动分时系统形成和发展的主要动力是什么 答 推动分时系统形成和发展的主要动力是更好地满足用户 的需要 主要表现在 CPU 的分时使用缩短了作业的平均周转时 间 人机交互能力使用户能直接控制自己的作业 主机的共享使 多用户能同时使用同一台计算机 独立地处理自己的作业 7 实现分时系统的关键问题是什么 应如何解决 答 关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时 系统应 能及时接收并及时处理该命令 在用户能接受的时延内将结果返 回给用户 解决方法 针对及时接收问题 可以在系统中设置多路卡 使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据 为每个终端配 置缓冲区 暂存用户键入的命令或数据 针对及时处理问题 应 使所有的用户作业都直接进入内存 并且为每个作业分配一个时 间片 允许作业只在自己的时间片内运行 这样在不长的时间内 能使每个作业都运行一次 11 OS 有哪几大特征 其最基本的特征是什么 答 并发性 共享性 虚拟性 异步性 最基本的特征是并 发性和共享性 14 是什么原因使操作系统具有异步性的特征 在多道程序环境下 允许多个进程并发执行 但由于资源等 因素的限制 进程的执行通常并非一气呵成 而是以走走停停的 方式运行 内存中的每个进程在何时执行 何时暂停 以怎样的 速度向前推进 每道程序总共需要多少时间才能完成 都是不可 预知的 故而作业完成的先后次序与进入内存的次序并不完全一 致 即进程是以异步方式运行的 但在有关进程控制及同步机制 等的支持下 只要运行环境相同 作业经多次运行 都会获得完 全相同的结果 因而异步方式是允许的 因此 操作系统便具有 了异步性特征 15 处理机有哪些主要功能 它们的主要任务是什么 答 处理机管理的主要功能是 进程管理 进程同步 进程 通信和处理机调度 进程管理 为作业创建进程 撤销已结束进程 控制进程在 运行过程中的状态转换 进程同步 为多个进程 含线程 的运行进行协调 通信 用来实现在相互合作的进程之间的信息交换 处理机调度 1 作业调度 从后备队里按照一定的算法 选出若干个 作业 为他们分配运行所需的资源 首选是分配内存 2 进程调度 从进程的就绪队列中 按照一定算法选出 一个进程 把处理机分配给它 并设置运行现场 使进程投入执 行 20 试描述什么是微内核 OS 答 1 足够小的内核 2 基于客户 服务器模式 3 应用机制与策略分离原理 4 采用面向对象技术 22 微内核操作系统具有哪些优点 它为何能有这些优点 答 1 提高了系统的可扩展性 2 增强了系统的可靠性 3 可移植性 4 提供了对分布式系统的支持 5 融入了面向对象技术 第二章第二章 1 什么是前趋图 为什么要引入前趋图 答 前趋图 Precedence Graph 是一个有向无循环图 记为 DAG 用于描述进程之间执行的前后关系 4 程序并发执行时为什么会失去封闭性和可再现性 答 程序并发执行时 多个程序共享系统中的各种资源 因 而这些资源的状态由多个程序改变 致使程序运行失去了封闭性 也会导致其失去可再现性 5 在操作系统中为什么要引入进程概念 它会产生什么样 的影响 答 为了使程序在多道程序环境下能并发执行 并对并发执 行的程序加以控制和描述 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 6 试从动态性 并发性和独立性上比较进程和程序 答 1 动态性是进程最基本的特性 表现为由创建而产生 由调度而执行 因得不到资源而暂停执行 由撤销而消亡 进程 有一定的生命期 而程序只是一组有序的指令集合 是静态实体 2 并发性是进程的重要特征 同时也是 OS 的重要特征 引 入进程的目的正是为了使其程序能和其它进程的程序并发执行 而程序是不能并发执行的 3 独立性是指 进程实体是一个能独立运行的基本单位 也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位 对于未建立任 何进程的程序 不能作为独立单位参加运行 11 试说明引起进程在三种状态的转换原因 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 18 试说明引起进程阻塞或被唤醒的主要事件是什么 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 20 试说明线程具有哪些属性 答 1 轻型实体 2 独立调度和分派的基本单位 3 可并发执行 4 共享进程资源 第三章第三章 1 高级调度与低级调度的主要任务是什么 为什么要引入 中级调度 答 高级调度的主要任务是根据某种算法 把外存上处于后 备队列中的那些作业调入内存 低级调度是保存处理机的现场信 息 按某种算法先取进程 再把处理器分配给进程 引入中级调 度的主要目的是为了提高内存利用率和系统吞吐量 使那些暂时 不能运行的进程不再占用内存资源 将它们调至外存等待 把进 程状态改为就绪驻外存状态或挂起状态 2 处理机调度算法的共同目标是什么 批处理系统的调度 目标是什么 10 试比较 FCFS 和 SPF 两种进程调度算法 答 相同点 两种调度算法都可以用于作业调度和进程调度 不 同点 FCFS 调度算法每次都从后备队列中选择一个或多个最先 进入该队列的作业 将它们调入内存 分配资源 创建进程 插 入到就绪队列 该算法有利于长作业 进程 不利于短作业 进程 SPF算法每次调度都从后备队列中选择一个或若干个估计运行时 间最短的作业 调入内存中运行 该算法有利于短作业 进程 不利于长作业 进程 11 在时间片轮转法中 应如何确定时间片的大小 答 时间片应略大于一次典型的交互需要的时间 一般应考 虑三个因素 系统对相应时间的要求 就绪队列中进程的数目和 系统的处理能力 23 何为优先级倒置现象 可采取什么办法来解决 低优先级进程由于先占用了高优先级进程所需的临界资源 而阻塞高优先级进程 这样就会出现 优先级倒置 现象 如果 阻塞时间延长 实时进程可能会错过其实时规定的期限 有较大 的危害 解决的办法 1 当进程进入临界区后 CPU 就不能被剥夺 2 优先级继承 当优先级高的进程 A 被阻塞在资源 X 的临 界区外时 已分配到资源 X 优先级低的进程 B 自动继承 A 的高 优先级 能尽早运行完毕 释放资源 X 使得 A 尽快有机会运行 27 何谓死锁 产生死锁的原因和必要条件是什么 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 产生死锁的原因为竞争资源和进程间推进顺序 非法 其必要条件是 互斥条件 请求和保持条件 不剥夺条件 环路等待条件 29 请详细说明可通过哪些途径预防死锁 答 1 摈弃 请求和保持 条件 就是如果系统有足够资源 便一次性把进程需要的所有资源分配给它 2 摈弃 不剥夺 条件 就是已经拥有资源的进程 当它提 出新资源请求而不能立即满足时 必须释放它已保持的所有资源 待以后需要时再重新申请 3 摈弃 环路等待 条件 就是将所有资源按类型排序 标号 所有进程对资源的请求必须严格按序号递增的次序提出 第四章 7 为什么要引入动态重定位 如何实现 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 8 什么是基于顺序搜索的动态分区分配算法 他可以包含 哪几种 答 为了实现动态分区式分配 将系统中的空闲分区组织成 空闲分区表或空闲分区链 所谓顺序搜索 是指按表或链的组织 顺序 检索表或链上记录的空闲分区 去寻找一个最符合算法的 大小能满足要求的分区 分区存储管理中常采用的分配策略有 首次适应算法 循环 首次适应算法 最佳适应算法 最坏适应算法 18 什么是页面 物理块 页面的大小应如何确定 答 页面 物理块 分页存储管理方式中的单元 页面 分页存储管理将进程的逻辑地址空间分成若干个页 并为各页加以编号 物理块 相应的 也将内存的物理空间分成若干个物理块 同样为它们加以编号 页面大小 即不能太大也不能太小 要起到减少内存碎片空 间的作用 也不能使页表过长 总之要选择适中 且页面大小应 该是 2 的幂 通常为 1kb 8kb 19 什么是页表 页表的作用是什么 答 页表是分页式存储管理使用的数据结构 一个进程分为多少页 它的页表就有多少行 每一行记录进 程的一页和它存放的物理块的页号 块号对应关系 页表用于 进行地址变换 26 分段和分页存储管理有何区别 答 1 页是信息的物理单位 分页是为了实现离散分配方式 以消减内存的外部零头 提高内存利用率 段则是信息的逻辑单 位 它含有一组相对完整的信息 2 页的大小固定且由系统决定 由系统把逻辑地址划分 为页号和页内地址两部分 是由机械硬件实现的 因而在系统中 只能有一种大小的页面 而段的长度却不固定 决定于用户所编 写的程序 通常由编译程序在对原程序进行编译时 根据信息的 性质来划分 3 分页的作业地址空间是一维的 而分段作业地址空间则 是二维的 第五章第五章 9 何谓固定分配局部置换和可变非配全局置换的内存 非配策略 1 固定分配局部置换 为每个进程分配一组固定数目 的物理块 在进程运行期 间不再改变 如果在进程运行的过 程中发生缺页 则只能从分配给该进程的 n 个页面中选出一 页换出 然后调入新的一页 2 可变分配全局置换 先为 每个进程分配一定数目的物理块 在进程运行期间 块数目 可以适当增加或减少 如果在进程运行的过程中发生缺页 则从 OS 所保 留的空闲物理块中取出一块 分配给该进程 或者在所有进程的全部物理块中 按算法选出应换出的页 面 将其换出 空出一块来 调入新的一页 12 在请求分页系统中 常采用哪几种页面置换算法 答 A 最佳置换算法 B 先进先出算法 C 最近最久未使用 LRU 置换算法 D Clock 置换算法 E 此外 还有最少使用置换算法和页面缓冲算法 15 试说明改进型 clock 置换算法的基本原理 答 基本原理 再将一个页面换出时 如果该页面已经 被修改过 便须将该页重新写回到磁盘上 但如果该页未被 修改过 则不必将它写回磁盘上 在改进的算法中 处需考 虑页面的使用情况外 还需再增加一个因素 即置换代价 这样 选择页面换出时 既要是未使用过的页面 又要是未 被修改的页面 16 影响页面换进换出效率的若干因素是什么 答 页面臵换算法 影响页面换进换出效率最重要的 因素 直接 影响进程在运行过程中的缺页率 影响页面换进 换出的开销 写回磁盘的频率 如果是采取每个页面换出时 就将 它写回 磁盘的策略 这意味着每换出一个页面 便需要启动 一次磁盘 但 如果在系统中建立了一个已修改换出页面链 表 对每一个要被换出的页面 已修改 系统可暂不把它们 写回磁盘 而是将它们挂在 已修改换出页面链表上 仅当被 换出页面数目达到一定值时 再将 它们一起写回到磁盘上 这样就显著地减少了磁盘 I O 的操作次数 或者说 减少已 修改页面换出的开销 读入内存的频率 在设臵了已修改换出页面链表后 在该链 表上就暂时有一批装有数据的页面 如果需要再次 访问这些页面时 就不需从外存上调入 而直接从已修改换 出页面链表中获取 这样 也可以减少将页面从磁盘读入内 存的频率 减少页面换进的开销 或者说 只需花费很小的 开销 便可使这些页面 又回到该进程的 驻留集中 18 在请求分页系统中 产生 抖动 的原因是什么 答 在请求分页式存储管理中 页在内存与外存之间频 繁调度 以至于调度页面所需 时间比进程实际运行的时间 还多 此时系统性能急剧下降 这种现象称为颠簸或 抖动 原因 问题产生的原因 1 分配给进程的物理块数太少 不能满足进程正常运 行的基本要求 2 页面淘汰算法不合理 19 何谓工作集 它是根据什么原理确定的 答 工作集 或驻留集 是指在某段时间间隔内 进程 要访问的页面集合 经常被使用的页面需要在工作集中 而 长期不被使用的页面要从工作集中被丢弃 为了防止系统出 现抖动现象 需要选择合适的工作集大小 工作集模型的原理是 让操作系统跟踪每个进程的工作 集 并为进程分配大于其工作集的物理块 如果还有空闲物 理块 则可以再调一个进程到内存以增加多道程序数 如果 所有工作集之和增加以至于超过了可用物理块的总数 那么 操作系统会暂停一个进程 将其页面调出并且将其物理块分 配给其他进程 防止出现抖动现象 正确选择工作集的大小 对存储器的利用率和系统吞吐 量的提高 都将产生重要影响 20 当前可以利用哪几种方法来防止 抖动 答 1 采取局部置换策略 在页面分配和置换策略中 如果采取的是可变分配方式 则为了预防发生 抖动 可采取局部置换策略 根据这种策 略 当某进程发生缺页时 只能在分配给自己的内存空间内 进行置换 不允许从其它进程去获得新的物理块 2 把工作集算法融入到处理机调度中 当调度程序发现处理机利用率低下时 它将试图从外存 调入一个新作业进入内存 来改善处理机的利用率 如果在 调度中融入了工作集算法 则在调度程序从外存调入作业之 前 必须先检查每个进程在内存的驻留页面是否足够多 如 果都已足够多 此时便可以从外存调入新的作业 不会因新 作业的调入而导致缺页率的増加 反之 如果有些进程的内 存页面不足 则应首先为那些缺页率居高的作业增加新的物 理块 此时将不再调入新的作业 3 利用 L S 准则调节缺页率 只有当 L 与 S 接近时 磁盘和处理机都可达到它们的 最大利用率 理论和实践都已证明 利用 L S 准则 对于 调节缺页率是十分有效的 4 选择暂停的进程 当多道程序度偏高时 已影响到处理机的利用率 为了 防止发生 抖动 系统必须减少多道程序的数目 此时应基 于某种原则选择暂停某些当前活动的进程 将它们调出到磁 盘上 以便把腾出的内存空间分配给缺页率发生偏高的进程 第六章第六章 4 与设备无关性的基本含义是什么 为什么要设置该 层 答 1 与设备无关系的基本含义 与设备的无关性是指应 用程序独立于具体使用的物理设备 2 设置设备无关性的原因 用户不仅可以使用抽象的 I 0 命令 还可使用抽象 的逻辑设备名来使用设备 可以有效地提高 OS 的可移植性和易适应性 对于 OS 本身而言 应允许在不需要将整个操作系统进行重新编译的 情况下 増添新的设备驱动程序 以方便新的 I 0 设备的安 装 16 有哪几种 I O 控制方式 各适用于何种场合 答 I O 控制方式 程序 I O 方式 中断驱动 I O 控制 方式 DMAI O 控制方式 I O 通道控制方式 程序 I O 方式 适用于早期的计算机系统中 并且是无中断的计算机系统 中断驱动 I O 控制方式是普遍用于现代的计算机系统中 DMA I O 控制方式适用于 I O 设备为块设备时在和主机进行数据 交换的一种 I O 控制方式 当 I O 设备和主机进行数据交换 是一组数据块时通常采用 I O 通道控制方式 但此时要求系 统必须配置相应的通道及通道控制器 23 假脱机系统向用户提供共享打印机的基本思想是什 么 答 系统不是即时执行程序输出的打印操作 而是将数 据输入到缓冲区 没真实打印但给用户系统已经在打印的错 觉 打印操作是利用 CPU 的一个时间片 没有使用专们的外 围机 30 磁盘访问时间由哪几部分组成 每部分时间应如何 计算 答 磁盘访问时间由寻道时间 Ts 旋转延迟时间 Tr 传 输时间 Tt 三部分组成 1 Ts 是启动磁臂时间 s 与磁头移 动 n 条磁道的时间和 即 Ts m n s 2 Tr 是指定 扇区移动到磁头下面所经历的时间 硬盘 15000r min 时 Tr 为 2ms 软盘 300 或 600r min 时 Tr 为 50 100ms 3 Tt 是 指数据从磁盘读出或向磁盘写入经历的时间 Tt 的大小与 每次读 写的字节数 b 和旋转速度有关 Tt b rN 31 目前常用的磁盘调度算法有哪几种 每种算法优先 考虑的问题是什么 答 目前常用的磁盘调度算法有先来先服务 最短寻道 时间优先及扫描等算法 1 先来先服务算法优先考虑进程 请求访问磁盘的先后次序 2 最短寻道时间优先算法优先 考虑要求访问的磁道与当前磁头所在磁道距离是否最近 3 扫描算法考虑欲访问的磁道与当前磁道间的距离 更优先考 虑磁头当前的移动方向 第七章第七章 6 何谓文件的逻辑结构 何谓文件的物理结构 答 文件的逻辑结构是指从用户的观点出发所观察到的 文件组织形式 也就是用户可以直接处理的数据及其结构 它独立于物理特性 而文件的物理结构则是指文佳在外存上的存储组织形 式 与存储介质的存储性能有关 7 按文件的组织方式可将文件分为哪几种类型 答 按文件的组织方式可以将文件分为两大类 有结构 的记录式文件和无结构的流式文件 按文件的组织方式 可以将有结构的文件分为三类 顺序文件 指由一系列记录按某种顺序排类所形成的文 件 其中记录可以是定长记录或变长记录 索引文件 是指变长记录建立一张索引表 为每个记录 设置一个表项 以加快对记录检索的速度 索引顺序文件 是顺序文件和索引文件相结合的产物 它为文件建立一张索引表 为每一组记录中的第一个记录设 置一个表项 以缩短索引表的长度 而记录检索的速度也不 慢 11 试说明索引顺序文件的几个主要特征 答 一是引入了文件索引表 通过该表可以实现对索引 顺序文件的随机访问 另一个是增加了溢出文件 用它来记 录新增加的 删除的和修改的记录 12 试说明对索引文件和索引顺序文件的索引方法 答 1 在对索引文件进行检索时 首先是根据用户 程序 提供的关键字 并利用 折半查找法去检索索引表 从中找到 相应的事项 再利用该表项中给出的指向记 录的指针值 去 访问所需的记录 2 在对索引顺序文件进行检索时 首先也是利用用户 程序 所提供的关键字以及某种查找算法去检索索引表 找到该记录所在 记录组中第一个记录的表项 从中得到该 记录组第一个记录在主文件中的位置 然后 再利用顺序查 找法去查找主文件 从中找到所要求的记录 第八章第八章 1 目前常用的外存有哪几种组织方式 答 1 连续组织方式 2 链接组织方式 3 索引组织方式 2 由连续组织方式所形成的顺序文件的主要优缺点是 什么 它主要应用与何种场合 答 4 在文件分配表中为什么要引入 簇 的概念 以 簇 为基本的分配单位有什么好处 答 1 引入 簇 的原因 为了适应磁盘容量不断增大 的需要 在进行盘块分配时 不再以盘块而是以簇 Cluster 为 基本单位 一个簇应包含扇区的数量与磁盘容量的大小 直接有关 2 以簇作为基本分配单位的好处 能适应磁盘容量不 断增大的情况 还可以减少 FAT 表中的项数 在相同的磁 盘容量下 FAT 表的项数是与簇的大小成反比 使 FAT 表 占用更少的存储空间 并减少访问 FAT 表的存取开销 7 在 MS DOS 中有两个文件 A 和 B A 占用 11 12 16 和 14 四个盘块 B 占用 13 18 和 20 三个盘块 试画出在文件 A 和 B 中各盘块间的链接情况及 FAT 的情况 答 11 在 UNIX 中 如果一个盘块的大小为 1KB 每个盘 块号占 4 个字节 即每块可放 256 个地址 请转换下列文件 的字节偏移量为物理地址 9999 18000 420000 答 首先将逻辑文件的字节偏移量转换为逻辑块号和块 内偏移量 就是将 字节偏移量 盘块大小 商为逻辑 块号 余数是块内偏移量 在 FCB 中 第 0 9 个地址为直 接地址 第 10 个为一次间接地址 第 11 个地址为二次间 接地址 第 12 个地址为三次间接地址 再将文件的逻辑块 号转换为物理块号 使用多重索引结构 在索引节点中根据 逻辑块号通过直接索引或间接索引找到对应的物理块号 1 9999 1024 9 余 783 则逻辑块号为 9 直接索引 第 9 个地址得到物理块号 块内偏移地址为 783 2 18000 1024 17 余 592 则 逻 辑 块 号 为 10 17 10 256 通过一次间接索引在第 10 个地址可得到物 理块号 块内偏移地址为 592 3 420000 1024 410 余 160 则 逻 辑 块 号 为 10 256 410 通过二次间接索引在第 11 个地址可得到一次 间址 再由此得到二次间址 再找到物理块号 其块内偏移 地址 160 15 某操作系统磁盘文件空间共 500 块 若用字长为 32 位的位示图管理磁盘空间 试问 1 位示图需要多少字 2 第 i 字第 j 位对应的块号是多少 3 给出申请 归还一块的工作流程 答 1 位示图需要的字数计算 INT 500 32 16 个字 2 块号 b i 1 32 j 3 申请的过程 顺序扫描位示图 找到空闲块并分配 修改位示图 map i j 1 归还的过程 找到回收盘块在位 示图中的行和列 修改位示图 map i j 0 17 可从哪几方面来提高对文件的访问速度 答 1 改进文件的目录结构以及检索目录的方法来减 少对目录的查找时间 2 选择好的文件存储结构 3 提高磁盘的 I O 速度 能将文件中的数据快速地 传送到内存 或相反 18 何谓磁盘高速缓存 在设计磁盘高速缓存的时所 需要考虑那些问题 答 1 磁盘高速缓存的定义 磁盘高速缓存是挃在内存 中为磁盘盘块设置的一个缓冲区 在缓冲区中保存了某些盘 块的副本 当出现一个访问磁盘的请求时 由核心先去查看 磁盘高速缓冲器 看所请求的盘块内容是否已在磁盘高速缓 存中 如果在 便可从磁盘高速缓存中去获叏 返样就省去 了启动磁盘操作 而可使本次访问速度提高几个数量级 如 果不在 才需要启动磁盘将所需要的盘块内容读入 再把所 需盘块内容送给磁盘高速缓存 以便以后又需要访问磁盘块 的数据时 便可直接从高速缓存中提取 2 在设计磁盘 高速缓存时需要考虑的问题 如何将磁盘高速缓存中的数据 传送给请求过程 采用什么样的置换策略 已修改的盘块 数据在何时被写回磁盘 21 试说明廉价磁盘冗余阵列 RAID 的主要优点 答 1 可靠性高除了 RAID 0 级外 其余各级都采用了 容错技术 当阵列中某一磁盘损坏时 并不会造成数据的丢 失 此时可根据其它未损坏磁盘中的信息来恢复已损坏的盘 中的信息 其可靠性比单台磁盘机高出一个数量级 2 磁盘 I O 速度高 由二采取了并行交叉存取方式 可使磁盘 I 0 速度提高 N 1 倍