计算机操作系统教程--核心与设计原理习题8答案.pdf

习题习题 8 8 1 按传输单位划分 设备可分为几类 答 可分为两类 字符和块单位 8 2 你认为打印机在系统分配给 P1 进程使用完后 又由系统分配给 P2 进程使用 P1 和 P2 都在系统的管理下使用 则 P1 和 P2 是否属于共享了打印机 答 也属于一种共享 但应当注意 打 8 3 为什么要对设备进行分类 印机不是共享设备 因而不属于同时共享 设备分类的目的在于简化设备 管理 表 1 对应的位置打 以确 定所 什么在多道环境下 用户 不能 打印机 磁盘 磁带 独占设备 共享设备 可寻址 顺序设备 随机设备 表 1 答 对 程序 由于设备管理程序是和硬件打交 道的 因此 不同的设备硬件对应于不同的 管理程序 8 4 请在 对应的特性 8 5 你认为为 直接执行启动 使用 外设指令 为什么 答 因为是多用户环境下 用户直接执行启动外设会因设备无统一管理而导致用户之间 相互发生冲突 8 6 设备控制器的作用是什么 DMA 与通道有何不同 答 设备控制器是 CPU 与 I O 设备之间的接口 它有两个方向的接口 一个是接收来自 主机发送的命令和数据的系统接口 用于控制设备通过总线与主机之间的数据交换 另一个 是与设备驱动电路之间的接口 用于根据主机发来的命令控制设备进行 I O 操作 1 一个 DMA 控制器只能挂接少量的同类设备 这远远不能满足大型计算机系统的 需要 通常 大型计算机需要连接大量的高速和低速外部设备 2 DMA 可以实现一个数据块的连续传输 但一次只能一块 组 且也是地址连续 的 如果多个数据块传输 就需要多次的启动 DMA 因而也产生了多次的中断处理 而通 道不仅有自己的指令系统 而且一次可以实现多个离散数据块的传输 不仅如此 通道还可 以通过指令实现对设备的控制 如磁带的反绕操作等 因此 通道可以实现较为复杂的 I O 控制 8 7 有了中断控制方式 为何还需要 DMA 和通道控制输入输出 答 因为对于块设备和大量的数据传输 仅仅是中断方式效率很低 而且仅适合低 中 速设备 对于块设备的高速数据传输 中断多次的中断传输行为不仅可能丢失数据 而且效 率太低 8 8 在下面的三种通道类型中 你认为哪种类型能支持通道程序的并发执行 1 字节所路通道 2 数组多路通道 3 数组选择通道 答 1 和 2 8 9 在由通道控制输入输出方式中 是设备还是通道中断 CPU 通知 此次 I O 完成 答 171 由通道中断 CPU 通知 此次 I O 完成 8 10 设备管理的目标是什么 答 1 设备独立性 操作系统主动为用户提供一个友好 通用 一致并且规范的使用接 口 作到用户应用程序与实际物理设备无关 由系统考虑如何分配设备 2 提高系统整体效率 需要采用一些必要的方法来加快 I O 操作的速度 以提高设 备和 CPU 的效率 8 11 管理设备主要的数据结构是哪些 答 系统设备表 设备控制表 控制器控制表 通道控制表等 8 12 I O 管理功能主要有哪些 答 1 记录设备信息 记录系统内各个设备 包括控制器 通道等 的信息 包括设 备类型 当前状态等信息 以便在用户请求 I O 时 作为分配的依据 2 设备分配与再分配 按照设备的类型 独占 共享 虚拟 以及系统确定的分 配算法 在进程请求 I O 时 决定将一台设备分配给该进程 所谓再分配 就是在进程完成 所请求的 I O 传输后 收回该设备 修改相应信息 包括状态 作为可再分配设备 完成该 功能的程序称为设备分配程序 3 实施 I O 操作 完成这个功能的程序为设备驱动程序 在有通道的系统中 是 由通道程序完成的 4 缓冲管理 缓冲在这里主要是指由于速度不匹配引起的等待 或过多的系统开 销 对这些缓冲区同样存在分配与再分配管理 8 13 试说明下列术语的对应关系 1 I O 设备 2 I O 驱动程序 3 I O 进程 答 一般来说 一个 I O 驱动程序可以对应多个同类设备 一个 I O 设备与一个进程对 应 8 14 共享设备的分配与独占设备的分配有何不同的考虑 答 1 独占设备分配 就是将独占设备一次性分配给某个进程进行 I O 数据传输 直 至 I O 完成 在进程占用期间 即使设备空闲也不能分配给其它进程 这种设备的分配和活 动形式就是 申请 使用 使用 使用 释放 再分配 2 共享设备分配 就是指在一段时间内同时可为多个进程所占用的设备 如磁盘 磁鼓等高速 大容量外设 这种外设的使用方式类似与单处理机中的 CPU 在一段时 间内可为多个进程并发执行的情况一样 但某一时刻仅为一个进程所执行 对于用户使用共享设备的活动就为 使用 使用 使用 8 15 用一句话解释什么是虚拟设备 答 利用共享设备模拟独占设备的技术 8 16 请给出假脱机系统关于进程请求一次 I O 输出过程的简要描述 答 以一次输出为例 172 1 当用户进程需要将中间结果输出时 系统立刻启动输出进程将其输出到输出井 中 此时假定已将用户要求的输出完成 2 当相应外设空闲时 系统再启动输出进程将其中间结果从输出井送到到外设上 进行输出 8 17 引入缓冲的主要原因是什么 答 1 减少进程被阻塞的机会 以及设备和中断的次数 2 可以缓解对存储管理模块的干扰 3 也是最基本的 缓解 CPU 与低速外设速度不匹配的矛盾 使数据处理速度提高 因此 在现代操作系统中 主机系统与外设进行数据交换都采用缓冲区方式 这样在 设备管理中就引入了用来暂存数据的缓冲技术 8 18 在单缓冲的情况下 为什么系统对一块数据的处理时间为 max T C M 其中 T 为输入设备输入一块数据的时间 C 为 CPU 处理一块数据的时间 M 为缓冲区数据拷贝到用 户区的时间 能否给出在 T C 不妨假设 T 2C 时的示意图 答 参见书 192 页 图 8 16 8 19 在双缓冲的情况下 为什么系统对一块数据的处理时间为 max T C 答 两个缓冲区之后 CPU 将输入到一个缓冲区的数据取走的同时 输入设备可向另 一个缓冲区输入数据 CPU 在计算时 输入设备也可以进行输入 假定输入设备输入 一块数据块的时间 T 2C M 即输入数据的时间大于 CPU 计算 或加工数据 的时间 有 T C 如 193 页 图 8 17 b 则处理一块数据的平均时间为 max T C 8 20 引入多缓冲之后 是否一定能保证 CPU 没有空闲 为什么 答 不能 因为缓冲技术是以空间换取时间 而且只能在设备使用不均衡时起到平滑 作用 如果在相当长的一段时间内 并行的一方工作速度超出了另一方不间断工作所 能完成的总量 那么一旦缓冲区已全部存放了 I O 数据后 多缓冲的作用也就消失了 8 21 设备驱动程序与一般应用程序的区别是什么 答 它与 I O 设备的硬件 物理 结构密切相关 设备驱动程序中全部是依赖设备的代 码 与设备有关的指令 设备驱动程序是操作系统底层中唯一知道各种输入输出设备 的控制器的细节以及其用途的部分 例如 只有磁盘驱动程序具体了解磁盘的区段 磁道 柱面 磁头 磁臂的运动 交错访问系统 马达驱动器 磁头定位次数 以及 保证磁盘正确工作的机制 应用程序是不清楚这些硬件操作细节的 8 22 为什么同是块设备 磁带是属于顺序设备 而磁盘是属于随机设备 答 由于磁带的物理特性是一条向前或反绕的磁带 是启停设备 是一维地址 且磁 带很长 而且机械运动的速度相对较慢 随机访问不连续块会造成相当大的时间开销 磁盘的物理特性是地址是三维的 可由磁臂 旋转定位一个扇区 即可任意地确 定一个块 扇区 的位置 因而是随机设备 8 23 假设一个磁盘有 200 个磁道 编号从 0 199 当前磁头处在 143 道上服务 且刚 刚完成了 125 道的请求 如果有下列寻道请求序列 50 90 20 170 140 85 110 185 65 5 请给出 FCFS SSTF SCAN CSCAN 磁盘调度算法的平均寻道距离 给出其图示 答 173 参见书 205 206 页相关示例 8 24 为什么要引入 RAID 技术 RAID 1 的优点和缺点各是什么 答 这是由于硬件发展的不平衡所带来的 CPU 的速度远远地高于磁盘等大容量设备 故希望利用多磁盘组的并行技术缓解速度上的不匹配 在多个磁盘组的机制下