第4章 操作系统t.doc

第4章 操作系统4.1操作系统概述一、课后部分习题答案4-1什么是操作系统、裸机和虚拟机？ 答：(1)操作系统是计算机系统资源的控制和管理者，又是用户和计算机系统之间的接口，当然它本身也是计算机系统的一部分。因此，概略地说，操作系统是用以控制和管理系统资源,方便用户使用计算机的程序的集合。(2)裸机是一个计算机系统，只有硬件部分，而没有任何的软件部分。(3)虚拟机是裸机在操作系统提供的资源管理功能和方便用户的各种服务功能的基础上，被改造成功能更强，使用更方便的计算机系统。4-2操作系统的基本功能是什么？答：(1)处理器管理：有效地管理处理器，充分地利用处理器资源。(2)存储管理：对要运行的作业分配内存空间，在有限的内存空间中，进行合理的分配，以满足多个用户程序运行的结果。(3)设备管理：设备的分配和回收，设备的控制和信息传输技术及设备驱动。(4)文件管理：实现唯一地标识计算机系统中的每一组信息，以便能够对它们进行合理的访问和控制，以及有条理地组织这些信息，使用户能够方便且安全地使用它们。(5)用户接口：使用户方便地与系统交互，控制，方便使用。二、部分例题及解题思路1. 操作系统是对计算机资源进行（ 1 ）的系统软件，是（ 2 ）的接口(1) A. 输入和输出 B. 键盘操作 C. 管理和控制 D. 汇编和执行(2) A. 软件和硬件 B. 主机和外设 C. 高级语言和机器语言 D. 用户和计算机答案：(1)C (2)D。 操作系统是一套程序，属于系统软件，它的主要功能是充分利用计算机的资源，为提高计算机的利用率，方便用户使用，缩短计算机响应时间而配备的一种软件，是对计算机系统全部资源进行管理的大型程序，由许多具有控制和管理功能的子程序组成。它的主要任务是使硬件所提供的能力得到充分的利用，支持应用软件的运行并提供服务。它是用户和计算机的接口。2. 分时操作系统的主要特征之一是提高( )。 A. 计算机系统的可靠性 B. 计算机的交互性 C. 计算机系统的实用性 D. 计算机的安全性答案：B。 分时操作系统使多个用户同时（称为多路性）以会话方式（称为交互性）控制自己程序的运行，每个用户都感到似乎各自有一台独立的，支持自己请求服务的系统（称为独占性）。3.操作系统是一种（ 1 ）。在操作系统中采用多道程序设计方式提高CPU和外部设备的（ 2 ）。一般来说，为了实现多道程序设计，计算机需要有（ 3 ）。操作系统（ 4 ）已经成为工作站上的主流操作系统。对于使用操作系统的计算机系统来说，（ 5 ）语言是主要的高级语言。(1) A.通用软件 B.系统软件 C.应用软件 D.软件包(2) A.利用效率 B.可靠性 C.稳定性 D.兼容性(3) A.更大的内存 B.更快的外部设备 C.更快的CPU D.更先进的终端(4) A.VMS B.DOS C.MVS D.UNIX(5) A.Pascal B.Ada C.C D.Fortran答案：(1) B (2) A (3) A (4) D (5) C早期的操作系统在内存中只驻留一道程序，严重影响系统设备利用率。为了解这一矛盾，产生了多道程序设计，既在内存中驻留多个进程，使处理机和I/O设备并行工作，这样就要求计算机有更大的内存。UNIX操作系统具有功能强、多用户多任务等优点，这使其成为工作站上主流的操作系统。UNIX的程序代码大部分用C语言编写。C语言的特点是易使用、执行效率高，这使其成为供UNIX系统使用的主要高级语言。4.几年前一位芬兰大学生在Internet 上发布了以下一种免费操作系统（ ）。AWindowsNTB.Linux C.UNIXD.OS2答案:B. WindowsNT是微软公司推出的企业级应用操作系统； Unix是一种分时计算机操作系统，1969在AT&TBell实验室诞生，在可靠性和安全性等方面的巨大优势使其称为服务器操作系统的首选； Linux是Unix克隆的操作系统，在源代码上兼容绝大部分Unix标准，其最大的优势就是免费；OS2是IBM公司自1992 年推出的一种用于PC 兼容机的32 位多任务处理且具有内存保护能力的操作系统,该系统除了可运行16 位和32位OS/ 2 应用程序外, 还可运行DOS、Win16、Win32 应用程序。4.2存储管理一、课后部分习题答案4-3解释名空间、地址空间、存储空间的关系以及逻辑地址和物理地址的区别。答：用符号指令、数据说明和输入输出操作说明组成的源程序，这种源程序存放的空间称为名空间，当编译程序对源程序进行编译时，把语言符号元素转换成目标程序，一个目标程序所占有的地址范围称为地址空间，存储空间是指主存中一系列存储信息的物理单元集合。地址空间的编号是相对于起始地址的一系列地址单元集合，一般定义起始地址为零，相应各单元的地址称为逻辑地址。物理地址是存储空间中一系列存储信息的物理单元编号。4-4段页式虚拟存储管理的基本原理是什么？请举例。答：段页式管理中，作业的地址空间采用分段方式，每一段又采用分页方式。整个主存分为大小相等的存储块，主存以页架为单位分配给每个作业，系统为每个作业建立一个段表，为每个段建立一个页表，并设置一个段地址寄存器来指出当前运行作业段的段表起始地址和段表长度。举例略。二、部分例题及解题思路1.存储分配解决多道作业（ 1 ）的划分问题。为了实现静态和动态存储分配，需采用地址重定位，即把（ 2 ）变换成（ 3 ），动态重定位由（ 4 ）实现。(1) A.地址实现 B.符号各空间 C.存储空间 C.虚存空间(23) A.页面地址 B.段地址 C.逻辑地址 D.物理地址 E.外存地址 F.设备地址(4) A.硬件地址变换机构 B.执行程序 C.汇编程序 D.连接转入程序 E.调试程序 F.编译程序 G.解释程序答案：(1)C (2)C (3)D (4) A在多道操作系统中，在内存里驻留了多道作业，为了使作业之间彼此不干扰，储存分配为每道作业划分相应的主存空间。由于作业的存储空间是由操作系统分配的，事先不确定，所以它在程序中的操作地址不可能是绝对地址的形式。执行时由机器的地址映射机制转化为绝对地址加以执行，即进行操作地址的重定位。地址动态重定位两种重定位是由专门的硬件地址变换机构来完成的。2.虚拟存储器的作用是允许程序直接访问比内存更大的地址空间，它通常使用（ ）作为它的一个主要组成部分。A.软件 B.硬盘 C. CDROM D.寄存器答案：B. 虚拟存储器通常使用硬盘作为它的一个主要组成部分。存储系统由小容量的高速存储器和大容量的低速存储器组成，把要经常访问的数据驻留在高速存储器中，当这些数据访问频率下降时，则把它们送回低速存储器中。3.段式管理的硬件支持是( 1 )。它的管理与用户使用内存习惯比较一致，缺点是会产生( 2 )。段表的内容是( 3 )的一部分。(1) A.联想寄存器 B.地址总线 C.界地址寄存器 D.运算寄存器(2) A.内碎片 B.外碎片 C.地址越界 D.总线错(3) A.设备缓冲区 B. PSW C.空闲块链表 D.运行现场答案：(1)C (2)B (3) D(1)段式管理的硬件支持是界地址寄存器。基址寄存器和限长寄存器组成一对界地址寄存器，根据逻辑地址中的段号可以找到与该段对应的界地址寄存器，而将段内地址与基址寄存器内容相加就能得到物理地址，限长寄存器是用来检查段内地址是否越界的。(2)段式管理由于对内存的动态切割，经过多次申请和释放内存的操作后，可能有一些很小的空闲块出现，由于它们的长度很小，几乎不能满足申请要求，称为碎片。由于段式管理的碎片不在段内，称为外碎片。(3)进程运行时，段表的内容就是界地址寄存器的内容，当进程暂停运行时，需要把界地址寄存器内容保留在PCB的运行现场内，以便以后恢复运行。4.可重定位内存的分区分配目的为（ ）。A解决碎片问题B.便于多作业共享内存C.回收空白区方便D.便于用户干预答案：A.在可变分区分配方式中，内存区由于各作业多次请求和释放出现大量离散的碎片，使作业无法进入内存运行，浪费了大量内存空间。为了把分散的内存碎片集中起来使之成为一个大分区，就需要移动各作业，使他们集中于内存的一端，这种技术称为存储器的“紧缩”。要进行内存的紧缩，就要将内存中的作业进行移动，又称为作业浮动。移动作业必须对作业中所有与地址有关的项重新进行定位，由于这一作业是在作业执行过程中进行的，因此称为动态重定位，该分区分配方式就称为可重定位分区方式。这种方式的内存利用率虽然比前面两种方式高，但作业浮动要消耗较多的CPU时间。5.虚拟存储器（ ）。A、可以提高计算机运行速度的设备 B、扩大了主存容量C、实际上不存在的存储器D、可容纳总和超过主存容量的多个作业同时运行的一个地址空间答案：D. 虚拟存储器是一种在外存储区中开辟一个内存交换空间，提供给用户一个比实际用户内存大得多的存储空间，是用户在编制程序时可以不必考虑实际存储空间的限制。因此，虚拟存储器并不是可以提高计算机运行速度的一种设备，也没有扩大实际的主存容量，是在利用外存来扩充内容，所以可以容纳总和超过主存容量的多个作业同时运行的一个地址空间。4.3处理器管理一、课后部分习题答案4-5处理器管理主要解决那些问题？答：处理器管理主要解决如何从大批作业队列中挑选出某些作业进入主存，创建进程并提交运行；以及解决如何在多个进程间分配处理器的资源。处理器管理主要包括作业调度和进程调度。作业调度的主要功能就是按照某种原则从磁盘作业队列中选取某些作业进入主存，并为某作业执行完毕后执行一系列善后处理。进程调度的主要功能就是按照某种原则将处理器分配给某个进程。4-6进程间的通信可以有哪些方式进行？答：(1)PV操作：低级通信方式，只传递一些状态和少量数据，效率极低。(2)消息缓冲区：直接通信方式，是指一个进程直接发送一个消息给接受者进程。(3)信箱方式：间接通信方式，是指进程并不把消息发送给接受者进程，进程间通信的消息以信件方式存放在信箱内。4-7 什么是死锁？死锁产生的必要条件是什么？答：死锁是指若干个进程竞争使用资源时，可能某个进程所要求的资源都已被另一个进程占用，于是出现没有一个进程能继续运行的现象，这种情况称为死锁。死锁产生的必要条件是：(1)互斥条件（资源独占）；(2)请求和保持条件；(3)不可强占(不可剥夺)；(4)环路等待条件。4-11某快餐店最多同时可容纳50名顾客就餐，当餐厅中就餐者少于50名时，则厅外顾客可进入就餐，否则需在外面等待。若把每一名就餐顾客看作一个进程，请回答如下问题：(1)用PV操作管理这些并发进程时，应如何定义信号量，写出信号量的初值以及信号量各种取值的含义。(2)根据所定义的信号量，写出应执行的PV操作及就餐过程，以保证进程能够正确地并发执行。答：(1)定义信号量M，初始值为50意义：M0：M的值表示可继续进入餐厅的人数M=0：表示餐厅中已有50名顾客就餐M0：M的值为等待进入餐厅的人数(2)P（M）； 进入餐厅；就餐；退出餐厅；V（M）；二、部分例题及解题思路1实现不同的作业处理方式（如：批处理，分时处理，实时处理等），主要是基于操作系统对（ ）管理采用了不同的策略。A.处理器 B.存储 C.设备 D.文件答案：A. 处理器管理主要包括作业调度和进程调度，作业调度负责挑选作业进入主存，创建进程并提交运行。基于操作系统对处理器管理策略的不同，其提供的作业处理方式也不同，如简单的批处理方式、分时处理方式、实时处理方式等。2在处理器管理中，进程是一个重要概念，它由程序块、（ 1 ）和数据块三部分组成，它由3种基本状态，不可能发生的状态转换是（ 2 ）。(1) A.进程控制块 B.作业控制块 C.文件控制块 D.设备控制块(2) A.运行状态转换为就绪状态 B.就绪状态转换为运行状态C.运行状态转换为阻塞状态 D.阻塞状态转换为运行状态 答案：（1）A （2）D. 进程由程序块、进程控制块和数据块三部分组成。进程的3个基本状态是就绪、运行和阻塞。进入阻塞状态的进程必须先进入就绪状态后才能进入运行状态，而不能直接进入运行状态。3.在单CPU的计算机系统上，某操作系统运行了N个进程。当系统不运行核心程序时，运行进程的个数为（ 1 ）， 就绪进程的个数为（ 2 ），阻塞进程的个数为（ 3 ）。A.01 B.0N C.1N D.0N-1答案：(1)A. 因为是单CPU系统，运行进程最多只有一个，但可能此时所有进程都在阻塞状态，系统处于空闲状态。(2)D. 系统中完全可能没有就绪状态，但只要有就绪状态，系统不可能处于空闲状态，一定有一个就绪进程被调度投入运行。 (3)B. 系统中完全可能出现所有进程都处于阻塞状态，当然也可能没有阻塞。4.进程与程序的本质区别是（ ）。A.存储在内存和外存B.顺序和非顺序执行机器指令C.分时使用及独占使用计算机资源D.动态和静态特征答案：D. 程序是指令的集合，是静态的概念；而进程是程序的执行过程，是动态的概念。5.操作系统对信号量S的P原语操作定义中，使进程进入相应等待队列的条件是（ ）。A.S0B.S0答案：B. 执行P操作后，如果信号量S=0，则该进程继续执行；如果S0，则该进程进入阻塞状态。4.4设备管理一、课后部分习题答案4-8设备的输入输出方式有哪几种？答：（1）询问方式；（2）中断方式；（3）通道方式；（4）缓冲技术； 二、部分例题及解题思路1、硬盘属于( )。 A.字符型设备 B.独占型设备 C.块设备 D.虚拟设备 答案:C. 系统中能够随机（不需要按顺序）访问固定大小数据片的设备被称作块设备，这些数据片就称作块。最常见的块设备是硬盘，除此以外，还有软盘驱动器、CD-ROM驱动器和闪存等许多其他块设备。另一种基本的设备类型是字符设备。字符设备按照字符流的方式被有序访问，像串口和键盘就都属于字符设备。如果一个硬件设备是以字符流的方式被访问的话，那就应该将它归于字符设备；反过来，如果一个设备是随机（无序的）访问的，那么它就属于块设备。2.设备独立性是指（ ）。A设备具有独立执行I/O功能的一种特性B设备驱动程序独立于具体使用的物理设备的一种特性C能独立实现设备共享的一种特性D用户程序使用的设备与实际使用哪台设备无关的一种特性答案：D. 设备管理的功能之一是使设备保持独立。这是指用户的程序与设备相互独立，即用户在程序中须用相对设备名称来表示设备而不用绝对设备名称。在程序运行时由设备管理根据系统当时的实际情况把相对设备名称与绝对设备名称对应起来。3CPU输出数据的速度远远高于打印机的打印速度，为了解决这一矛盾，可采用( )。A并行技术 B通道技术 C缓冲技术 D虚存技术答案：C. 通道技术解决了CPU、通道与I/O之间并行操作的可能性，但往往由于通道数比设备数少而产生“瓶颈”现象，使并行程序受到限制。缓冲技术的引入可以减少占用通道的时间，使“瓶颈”现象得到缓和，同时它也能使CPU与I/O设备之间的速度不匹配情况得到改善。因此，CPU输出数据的速度远远高于打印机的打印速度，可以采用通道技术解决。4SPOOLing技术可以实现设备的( )分配。A独占B虚拟 C逻辑D物理答案：B. 假脱机（SPOOLing）技术可以将独占设备改造成虚拟共享设备，实现独占设备的虚拟分配，而且对用户完全是隐蔽的，减轻了对于频繁使用外币设备的压力。4.5文件管理一、课后部分习题答案4-9文件目录有哪几种结构，各有什么优缺点？答:(1)一级目录结构：最简单的目录结构形式，文件系统中只有一个目录文件，整个目录结构是一个线性表。优点：简单；缺点:当文件较多时，查找时间较长，而且不允许两个文件有相同的文件名。(2)二级目录结构：由主文件目录和用户目录文件组成。优点：解决了文件的同名问题而不会导致混乱；缺点：只适合小作业。(3)多级目录结构：一种树形结构的多级目录。优点：较好地解决了文件的重名问题