《操作系统》习题参考答案

1 习题习题 1 参考答案参考答案 一 单项选择题一 单项选择题 1 B2 C3 D4 B5 A 6 C7 D8 A9 B10 A 11 B12 B13 C14 B15 A 二 填空题二 填空题 1 预约机器时间将程序手工装入内存指定开始地址启动程序运行从控制 台上监控程序执行 2 进程管理存储管理设备管理文件管理作业管理 3 资源利用率高 系统吞吐量大 周转时间长 无交互作用 4 利用率 更大的内存 5 并行 串行 6 人机矛盾 CPU 与 I O 设备速度不匹配的矛盾 7 为了提高 CPU 的利用 8 提高系统资源利用率方便用户 计算机硬件的不断更新换代 9 及时性和高可靠性 10 用户所能接受的等待控制对象所能接受的时延 11 CPU 外设 12 共享 13 中断 通道 14 响应时间 15 内核 核外 三 简答题三 简答题 1 答 操作系统的主要目标是 1 为计算机用户提供一个良好的环境 使其能以方便 有效的方式在计算机硬件上 执行程序 2 根据解决某给定问题的需要 来分配计算机的各种资源 而且这种分配应尽可能 公平 有效 3 作为控制程序 它有如下两种主要功能 监控用户程序的执行 以避免各种错误和 对计算机系统的不合理使用 对 I O 设备的操作和控制的管理 4 合理地组织计算机系统的工作流程 以改善系统的性能 2 答 操作系统的功能是管理和控制计算机系统中的所有硬 软件资源 合理地组织 计算机工作流程 并为用户提供一个良好的工作环境和友好的接口 操作系统的基本功能 包 括 处理机管理 存储管理 设备管理 文件管理和用户接口等 3 答 现代操作系统具有以下基本特征 1 并发性 并发指的是在操作系统中存在着许多同时的或并行的活动 2 共享性 系统中存在的各种并发活动要求共享系统中的硬件 软件资源 3 虚拟性 虚拟是指将一个物理实体映射为若干个逻辑实体 例如虚拟处理机 虚拟 存储器等 4 不确定性 在多道程序设计环境下 各程序按异步方式运行 每道程序在何时执行 2 各自执行的顺序以及每道程序所需的时间 程序执行的结果都是不确定的 4 答 多道程序设计的硬件基础是中断系统和通道技术 它们为多道程序设计的实现提供 了有力的支持 在多道程序设计的环境下 当 CPU 要求在内存和外设间传输数据时 通过发 I O 指令 命令通道工作 完成相应的数据传输 使得 CPU 从繁琐的 I O 操作中解放出来 当 I O 操 作完成后 通道以中断方式请求 CPU 的处理 从而实现了 CPU 的计算与 I O 操作的并行 5 答 为了实现多道程序设计技术 必须解决以下三个问题 1 存储保护和地址重定位 2 处理机的管理和调度 3 资源的管理和调度 6 答 在 OS 中引入多道程序设计技术 可带来如下好处 1 提高 CPU 的利用率 当内存中仅存放一道程序时 每逢该程序运行过程中发出 I O 请求时 CPU 空闲 必须在其 I O 完成后才继续运行 尤其是 I O 设备的低速性 更使 CPU 的利用率显著降低 在引入多道程序设计技术后 由于可同时把若干道程序装入内存 并可使它们交替地执行 这样当正在运行的程序因 I O 而暂停执行时 系统可调度另一道 程序运行 从而可保持 CPU 处于忙碌状态 2 可提高内存和 I O 设备利用率 为了能运行较大作业 通常内存都具有较大容量 但由于 80 以上的作业都属于中小型 因此在单道程序环境下也必定造成内存的浪费 类 似地 系统中所配置的多种类型的 I O 设备 在单道程序环境下 也不能充分利用 如果 允许在内存中装入多道程序 并允许它们并发执行 则无疑会大大提高内存利用率和 I O 设备的利用率 3 增加系统吞吐量 在保持 CPU I O 设备不断忙碌的同时 也必然会大幅度地提高 系统的吞吐量 从而降低作业加工所需费用 7 答 如果说批处理系统形成和发展的主要推动力是 不断提高系统资源利用率 和 提 高系统吞吐量 那么 分时系统形成和发展的主要动力则是 为了更好地满足用户需要 主要表现在 1 缩短了作业的周转时间 在批处理系统中 用户把作业提交给系统后 往往要经过 几个小时甚至几天的延迟 才能得到所需的结果 这样长的周转时间 对那些只需运行几 分钟的小型作业的用户来说显然是不愿接受的 用户总是希望作业周转时间尽可能地短 2 提供人机交互能力 在批处理系统中 用户一旦把作业提交给系统 自己便失去 了对作业控制的能力 必须先写好作业说明书 然后连同作业一起交给系统 由系统根据 说明书中的控制信息说明 对作业进行控制 为此 系统要求用户能事先充分估计到作业 在运行过程中可能出现的各种情况 实际上这是难以做到的 因此 用户强烈地需要系统 能够做到边运行作业 边告知运行中出现的问题 用户便可随时针对所出现的问题 采取 适当的解决办法 亦即用户希望系统提供人机交互能力 这一点对于用户调试一个新程序 或修改老程序来说 尤为重要 3 多个用户共享一台计算机 在 60 年代 计算机的价格还十分昂贵 不可能为每一 个上机用户配置一台计算机 只能让多个用户通过各自的终端 同时使用一台计算机来处 理各自的作业 而不相互干扰 8 答 设计实时系统时要考虑以下问题 1 实时时钟管理 2 连续人 机对话 3 过载的保护 3 4 高可靠性的保证 9 答 分布式计算机系统具有以下主要特点 1 分布式系统中任意两台计算机之间可以利用通信交换信息 2 分布式系统各计算机具有相对的自主性或自治性 3 分布式系统具有透明性 各计算机上的资源可以共享 而且用户不必考虑资源所在 的位置 4 分布式系统具有整体性或协同性 各计算机可以共同完成一个任务 每台计算机只 完成整个任务的一部分 5 分布式系统具有坚定性 任何一台计算机出现故障不会使系统瘫痪 可以 降级 使用 10 答 网络操作系统作为一个操作系统 应具有传统 单机 操作系统的功能 进程 管理 存储管理 文件管理 设备管理和作用管理等 除此之外 网络操作系统还应具有 以下功能 1 实现网络中各节点机之间的通信 2 实现网络中的资源共享 3 提供多种网络服务 4 提供网络用户的应用程序接口 网络操作系统具有以下特点 1 复杂性 2 并行性 3 节点之间的通信与同步 4 安全性 11 答 多道程序 multiprogramming 是作业之间自动调度执行 共享系统资源 并不 是真正地同时执行多个作业 而多重处理 multiprocessing 系统配置了多个 CPU 能真正同 时执行多道程序 要有效使用多重处理 必须采用多道程序设计技术 而多道程序设计原 则上不一定要求多重处理系统的支持 12 答 在操作系统中实现虚拟功能所采用的关键技术是 分时技术 例如 将一台 物理处理机虚拟为多台逻辑上的处理机 是靠多道程序分时地使用同一台物理处理机来实 现的 微观上 该处理机在每一时刻只运行一道程序 它们分时地运行 然而宏观上 系 统中确有几道程序在同时运行 从而给用户形成的感觉是 系统中同时有多台处理机在为 其中的每一道程序服务 显然 用户所感觉到的处理机并不实际存在 故称为虚拟处理机 四 思考题四 思考题 1 答 实现分时系统的关键 是使用户能与自己的作业交互 即用户在自己的终端上 键入一命令 以请求系统服务后 系统能及时地接收并处理该命令 并在用户能够接受的 时延内将结果返回给用户 及时地接收命令和返回输出结果是比较容易做到的 一般只要在系统中配置一多路卡 并为每个终端配置一个缓冲区 用来暂存用户键入的命令和输出的结果便可以了 因此 要着重解决的问题是 确保在较短的时间内 系统中所有的用户程序都能执行一次 从而 使用户键入的命令能够得到及时处理 为此 系统不应让一个作业长期占用 CPU 直至它 运行结束 而应设置一个较短的时间片 并规定每个程序只能运行一个时间片 然后不管 它是否运行完毕 都必须将 CPU 让给下一个作业 从而使所有的作业都得到及时的处理 使用户的请求得到及时的响应 2 答 讨论操作系统可以从以下角度出发 操作系统是计算机资源的管理者 操作系 4 统为用户提供使用计算机的界面 用进程管理观点研究操作系统 即围绕进程运行过程来 讨论操作系统 上述这些观点彼此并不矛盾 只不过代表了对同一事物 操作系统 站在不同的角度来 看待 每一种观点都有助于理解 分析和设计操作系统 3 计算机操作系统的重要功能之一是对硬件资源的管理 因此设计计算机操作系统时 应考虑下述计算机硬件资源 1 CPU 与指令的长度及执行方式 2 内存 缓存和高速缓存等存储装置 3 各类寄存器 包括各种通用寄存器 控制寄存器和状态寄存器等 4 中断机构 5 外部设备与 I O 控制装置 6 内部总线与外部总线 7 对硬件进行操作的指令集 4 答 我们可以从以下几个方面对这两种操作系统进行比较 1 实时信息处理系统与分时操作系统一样都能为多个用户服务 系统按分时原则为多 个终端用户服务 而对实时控制系统 则表现为经常对多路现场信息进行采集 以及对多 个对象或多个执行机构进行控制 2 实时信息处理系统与分时操作系统一样 每个用户各占一个终端 彼此独立操作 互不干扰 因此用户感觉就像他一人独占计算机 而在实时控制系统中信息的采集 和对 对象的控制也都是彼此互不干扰的 3 实时信息系统对响应时间的要求与分时操作系统类似 都是以人所能接受的等待时 间来确定的 而实时控制系统的响应时间 则是以控制对象所能接受的延时来确定的 4 分时操作系统是一种通用系统 主要用于运行终端用户程序 因此它具有较强的交 互能力 而实时操作系统虽然也有交互能力 但其交互能力不及前者 5 分时操作系统要求系统可靠 相比之下 实时操作系统则要求系统高度可靠 5 答 操作系统的特征有并发 资源共享 虚拟和不确定性 它们的关系如下 1 并发和共享是操作系统最基本的特征 为了提高计算机资源的利用率 操作系统必 然要采用多道程序设计技术 使多个程序共享系统的资源 并发地执行 2 并发和共享互为存在的条件 一方面 资源的共享以程序 进程 的并发执行为条件 若系统不允许程序并发执行 自然不存在资源共享问题 另一方面 若系统不能对资源共 享实施有效管理 协调好多个进程对共享资源的访问 也必将影响到程序的并发执行 甚 至根本无法并发执行 3 虚拟以并发和资源共享为前提 为了使并发进程能更方便 更有效地共享资源 操 作系统常采用多种虚拟技术 以便在逻辑上增加 CPU 和设备的数量以及存储器的容量 从 而解决众多并发进程对有限的系统资源的争用问题 4 不确定性是并发和共享的必然结果 操作系统允许多个并发进程共享资源 相互合 作 使得每个进程的运行过程受到其他进程的制约 不再 一气呵成 这必然导致不确定 性特征的产生 THE END 习题习题 2 参考答案参考答案 一 单项选择题一 单项选择题 5 1 B2 C3 B4 D5 D 6 C7 C8 D9 A10 C 11 D12 A13 C14 B15 B 16 B17 D18 B 二 填空题二 填空题 1 作业步 2 脱机提交联机提交 3 脱机控制联机控制 4 系统调用命令界面 5 高级调度按照某种原则从后备作业队列中选取作业 6 平均吞吐量所能忍受的响应时间系统资源的利用率 4 J 时 4 7 2 5 小时5 8 终端型作业 9 命令接口程序接口 10 内部命令外部命令 11 操作系统 12 后备运行完成 三 简答题 1 答 把在一次应用业务处理过程中 从输入开始到输出结束 用户要求计算机所 做的有关该次业务处理的全部工作称为一个作业 作业由不同的顺序相连的作业步组成 作业步是在一个作业的处理过程中 计算机所做的相对独立的工作 例如 编辑输入是一 个作业步 它产生源程序文件 编译也是一个作业步 它产生目标代码文件 2 答 作业由三部分组成 程序 数据和作业说明书 程序和数据完成用户所要求 的业务处理工作 作业说明书则体现用户的控制意图 3 答 作业控制的主要方式有两种 脱机方式和联机方式 脱机控制方式利用作业控制语言来编写表示用户控制意图的作业控制程序 也就是作 业说明书 作业控制语言的语句就是作业控制命令 不同的批处理系统提供不同的作业控 制语言 联机控制方式不同于脱机控制方式 它不要求用户填写作业说明书 系统只为用户提 供一组键盘或其他操作方式的命令 用户使用操作系统提供的操作命令和系统会话 交互 地控制程序执行和管理计算机系统 4 答 因为在分时系统中 每个用户得到的时间片有限 用户的程序和数据信息直 接输入到内存工作区中投入执行 和其他程序一起抢占系统资源 而不必进入外存输入井 等待作业调度程序的选择 因此 分时系统没有作业控制表 也没有作业调度程序 5 答 命令接口的优点是功能强 速度快 灵活性好 屏幕开销少 缺点是显示不 直观 难学难记 图形用户接口的优点是显示直观 操作简便 易学 缺点是实现的代码规模大 对内 外存容量 CPU 速度和显示器的要求较高 6 答 脱机命令接口是操作系统提供给批处理作业用户的作业控制语言 批处理用 户不能直接与自己的运行作业进行交互 只能向系统提供用作业控制语言编写的作业说明 书 并委托系统按作业说明书中的作业控制命令 来对他们的作业进行控制和管理 联机命令接口则不要求用户填写作业说明书 此时 系统将向用户提供一组键盘命令 或某他操作方式的命令 用户可通过这些命令来交互地控制自己程序的运行 并获得操作 系统的服务 6 7 答 系统调用是操作系统提供给用户程序的唯一接口 系统调用与一般的过程调 用的区别主要有以下几点 1 运行在不同的系统状态 一般的过程调用 其调用程序和被调用程序都运行在相同 的状态一系统态或用户态 而对系统调用 其调用程序是运行在用户态 而被调用程序则 是运行在系统态 2 通过软中断进入 一般的过程调用可通过过程调用语句 直接由调用过程转向被调 用过程 而系统调用则必须通过执行系统调用指令 也称作访管指令 由软中断 或陷入机 制 转向相应的系统调用处理程序 同时 CPU 的执行状态将从用户态转换为系统态 3 返回问题 一般的过程调用在被调用过程执行完后 将直接返回到调用过程继续执 行 而对系统调用 如果系统采用抢占调度方式 则在被调用过程执行完后 必须先对系 统中所有要求运行的进程做优先权分析 只有当调用进程仍具有最高优先权时 才返回到 调用进程继续执行 否则 将引起重新调度 8 答 作业说明书主要包含三方面内容 作业基本描述 作业控制描述和资源要求 描述 作业基本描述主要包括用户名 作业名 使用的编程语言名 允许的最大处理时间 等 而作业控制描述则大致包括作业在执行过程中的控制方式 例如是脱机控制还是联机控 制 各作业步的操作顺序以及作业不能正常执行时的处理等 资源要求描述包括要求内存 大小 外设种类和台数 处理机优先级 所需处理时间 所需库函数或实用程序等 而作业控制块是作业说明书在系统中生成的一张表格 该表格登记该作业所要求的资 源情况 预计执行时间和执行优先级等 操作系统通过该表了解到作业要求 从而分配资 源 并控制作业中程序和数据的编译 链接 装入和执行等 9 答 具体地说 系统调用是操作系统内核中提供的一些系统子程序 用户可通 过特殊的系统调用指令 也称作访管指令 来调用这些子程序 从而使用产在自己的程序中 可获得 OS 提供的服务 如打开文件 创建子进程等 习题习题 3 参考答案参考答案 一 单项选择题一 单项选择题 1 B2 D3 C4 A5 C 6 B7 B8 D9 A10 B 11 B12 C13 B14 C15 B 16 B17 D18 B19 A20 C 二 填空题二 填空题 1 用户程序 用户数据系统栈进程控制块进程控制块 2 可用资源的数目因请求该资源而被阻塞的进程数目 3 一次仅允许一个进程访问的资源 程序中访问临界资源的那段程序代码 4 进程同步 5 等待 6 PCB 7 PV 8 发送 接收 9 同步 互斥同步互斥 10 动态静态 7 11 40 12 S 0 13 就绪队列中 三 简答题三 简答题 1 答 原语是指由若干条机器指令构成的 并用以完成特定功能的一段程序 这段程 序在执行期间是不可分割的 其主要特点是不可分割性 2 答 线程可定义为进程内的一个执行单位 或者定义为进程内的一个可调度的实体 在 具有多线程机制的操作系统中 处理机调度的基本单位不是进程而是线程 一个进程可以 有多个线程 而且至少有一个可执行线程 进程和线程的关系可从以下几个方面来说明 1 线程是进程的一个组成部分 2 进程的多线程都在进程的地址空间活动 3 资源是分给进程的 而不是分给线程的 线程在执行中需要资源时 系统从进程的资 源配额中扣除并分配给它 4 处理机调度的基本单位是线程 线程之间竞争处理机 真正在处理机上运行的是线程 5 线程在执行过程中 需要同步 3 答 为了互斥地访问临界资源 系统必须保证进程互斥地进入临界区 为此 必须在临 界区前增加一段称作进入区的代码 以检查是否有其他进程已进入临界区使用临界资源 若有 则进程必须等待 否则 允许进程进入临界区 同时设置标志表示有进程正在临界 区内 同样 在临界区后必须增加一段称作退出区的代码 用于将已有进程进入临界区访 问临界资源的标志 改为无进程进入临界区使用临界资源 进入区 退出区具体可用多种 同步机制实现 如锁 信号量机制等 4 答 临界资源本身的特性决定了它们只能被诸进程互斥地访问 如果并发执行的多个进 程同时访问临界资源 将会造成系统的混乱或程序执行结果的不确定性 这样 用户得到 的便可能是不希望得到的或者是不正确的处理结果 如果多个用户同时使用同一台打印机 则将使他们的输出结果交织在一起而难于区分 四 思考题四 思考题 1 答 在生产者 消费者问题中 如果将两个 P 操作 即 P full 和 P mutex 互换位置 或 者 P empty 和 P mutex 互换位置 都可能引起死锁 考虑系统中缓冲区全满前时 若一生 产者进程先执行了 P mutex 操作并获得成功 当再执行 P empty 操作时 它将因失败而进 入阻塞状态 它期待消费者执行 V empty 来唤醒自己 在此之前 它不可能执行 V mutex 操作 从而使企图通过 P mutex 进入自己的临界区的其他生产者和所有的消费者进程全部 进入阻塞状态 从而引起系统死锁 类似地 消费者进程若先执行 P mutex 后执行 P full 同样可能造成死锁 V full 和 V mutex 互换位置 或者 V empty 和 V mutcx 互换位置 则不会引起死锁 其影响只是使临界资源的释放略为推迟一些 2 答 有可能出现上述情况 例如 若在进程 P 时间片用完后 被迫回到就绪队列时 就绪队列为空 这样进程 P 就是就绪队列中唯一的一个进程 于是调度程序选中的进程必 8 是进程 P 又如在按优先级调度的系统中 就绪队列按进程优先级排列 在进程 P 时间片 用完之后回到就绪队列时 若其优先级高于当前就绪队列中的其他进程 则它将排在就绪 队列之首 从而再次被调度程序选中并投入运行 3 答 1 可能会发生死锁现象 例如 进程 P1 P2 和 P3 分别获得资源 S3 S1 和 S2 后再 继续申请资源时都要等待 这是循环等待 2 可有以下几种答案 1 采用静态分配 由于执行前已获得所需的全部资源 故不会出现占有资源又等待别 的资源的现象 或不会出现循环等待资源现象 2 采用按序分配 不会出现循环等待资源现象 3 采用银行家算法 在分配时 保证了系统处于安全状态 习题习题 4 参考答案参考答案 一 单项选择题一 单项选择题 1 A2 B3 C4 D5 C 6 A7 C8 D9 A10 A 11 A12 A13 D14 A15 D 16 A17 D18 D19 C20 C 21 B22 B23 A24 D25 D 26 A27 D28 C29 A30 B 二 填空题二 填空题 1 地址变换 2 中断服务 时间交换 页面的时间 重启进程的时间 3 界限寄存器和存储保护键 4 压缩或移动 5 存储空间 6 请求式 请式调页 7 静态重定位 动态重定位 8 Belady 现象 9 页号 块号 10 保护位 11 地址递增 12 提高存储空间的利用率 提高换入换出速度 13 首次适应算法 循环首次适应算法 最佳适应算法 14 内存分配 分配内存 内存保护 15 先进先出 最近最久未使用 16 页号及页内位移 段号及段内位移 9 17 段号 段在内存的起始地址 段长度 18 1314 1412 19 逻辑物理 20 程序装入内存程序执行 21 物理地址空间 机器的地址长度 物理内存大小限制 22 逻辑地址结构 23 段页 24 页面置换 25 地址越界中断 26 缺页中断 三 简答题三 简答题 1 答 存储管理的主要功能有 1 在硬件的支持下 完成统一管理内存和外存之间数据和程序段自动交换的虚拟存储 器功能 2 将多个虚存的一维线性空间或多维线性空间 变换到内存的惟一的一维物理线性地 址空间 3 控制内外存之间的数据传输 4 实现内存的分配和回收 5 实现内存信息的共享与保护 2 答 由进程中的目标代码 数据等的虚拟地址组成的虚拟空间称为虚拟存储器 虚 拟存储器不考虑物理存储器的大小和信息存放的实际位置 只规定每个进程中相互关联信 息的相对位置 每个进程都拥有自己的虚拟存储器 且虚拟存储器的容量是由计算机的地 址结构和寻址方式来确定 实现虚拟存储器要求有相应的地址转换机构 以便把指令的虚拟地址变换为实际物理 地址 另外 由于内存空间较小 进程只有部分内容存放于内存中 待执行时根据需要再 调入内存 3 答 源程序经过编译产生的目标模块一般总是从 0 开始编址的 其中的地址都是相 对于起始地址的相对地址 在将目标模块经过链接装入内存时 其分配到内存空间的起始 地址通常不为 0 因此指令和数据的实际物理地址与装入模块中的相对地址是不同的 此 时 为了使程序能够正确执行 必须将相对地址转换成物理地址 即进行重定位 进程在运行过程中经常要在内存中移动位置 如对换 紧凑 引入动态重定位的目的 就是为了满足程序的这种需要 动态重定位的实现需要一定的硬件支持 重定位的过程是 由硬件地址变换机构在程序执行每条指令时自动完成的 4 答 动态分区式管理的常用内存分配算法有最先适应法 FF 最佳适应法 BF 和最 坏适应法 WP 优缺点比较 1 从搜索速度上看最先适应法最佳 最佳适应法和最坏适应法都要求把不同大小的空 闲区按大小进行排队 2 从回收过程来看 最先适应法也是最佳 因为最佳适应法和最坏适应法都必须重新 调整空闲区的位置 3 最佳适应法找到的空闲区是最佳的 但是所造成的内存碎片较多 影响了内存利用 率 而最坏适应法的内存碎片最少 但是对内存请求较多的进程有可能分配失败 总之 三种算法各有所长 针对不同的请求队列 它们的效率和功能是不一样的 5 答 覆盖是指将程序划分为若干个功能上相对独立的程序段 按照程序的逻辑结构 让那些不会同时执行的程序段共享同一块内存区的内存扩充技术 10 交换是指先将内存某部分的程序或数据写入外存交换区 再从外存交换区中调入指定 的程序或数据到内存中来 并让其执行的一种内存扩充技术 与覆盖技术相比 交换不要求程序员给出程序段之间的覆盖结构 而且 交换主要是 在进程或作业之间进行 而覆盖则主要在同一个作业或同一个进程内进行 另外 覆盖只 能覆盖那些与覆盖程序段无关的程序段 6 答 页式管理就是把各进程的虚拟空间划分为若干长度相等的页面 把指令按页面 大小划分后存放在内存中 执行或只在内存中存放那些经常被执行或即将被执行的页面 而那些不被经常执行或在近期内不可能被执行的页面则存放于外存中 按一定规则调入的 一种内存管理方式 静态页式管理不能实现虚存 这是因为静态页式管理要求进程或作业在执行前全部被 装入内存 作业或进程的大小仍受内存可用页面数的限制 7 答 请求页式管理是动态页式内存管理的一种 它在作业或进程开始执行之前 不 把作业或进程的程序段和数据段一次性地全部装入内存 而只装入被认为是经常反复执行 和调用的工作区部分 其他部分则在执行过程中动态装入 请求页式管理的调入方式是 当需要执行某条指令而又发现它不在内存时 或当执行某条指令需要访问其他数据或指令 时 而这些指令和数据又不在内存中 从而发生缺页中断 系统将外存中相应的页面调入 内存 8 答 Belady 现象是指在使用 FIFO 算法进行内存页面置换时 在未给进程或作业分 配足够它所要求的全部页面的情况下 有时出现的分配的页面数增多 缺页次数反而增加 的奇怪现象 9 答 段式管理可以实现虚存 段式管理把程序按照内容或过程 函数 关系分成段 每段拥有自己的名字 一个用户 作业或进程所包含的段对应于一个二维线性虚拟空间 段号 s 与段内相对地址 w 也就是一 个二维虚拟存储器 段式管理以段为单位分配内存 然后通过地址映射机构把段式虚拟地 址转换成实际的内存物理地址 只把那些经常访问的段驻留内存 而把那些在将来一段时 间内不被访问的段放入外存 待需要时产生缺段中断自动调入 10 答 因为段式管理和页式管理各有所长 段式管理为用户提供了一个二维的虚拟 地址空间 反映了程序的逻辑结构 有利于段的动态增长以及共享和内存保护等 这极大 地方便了用户 而分页系统则有效地克服了碎片的产生 提高了存储器的利用效率 从存 储管理的目的来讲 主要是方便用户的程序设计和提高内存的利用率 所以人们提出了将 段式管理和页式管理结合起来 让其互相取长补短的段页式管理 段页式管理与段式和页 式管理相比 其访问时间较长 因此执行效率低 11 答 因为在段页式内存管理中 对每一段内的地址空间进行分页式管理只是为了 克服在内存分配过程中产生的大量碎片 从而提高存储器的利用效率 它并没有改变段内 地址空间的二维结构 所以段页式内存管理中的虚拟地址仍然和段式内存管理中的虚拟地 址一样是二维结构的 12 答 段页式管理的主要缺点是对内存中指令或数据进行存取时 至少需要对内存 进行三次以上的访问 第一次是由段表地址寄存器取段表始址后访问段表 由此取出对应 段的页表在内存中的地址 第二次则是访问页表得到所要访问的指令或数据的物理地址 只有在访问了段表和页表之后 第三次才能访问真正需要访问的物理单元 显然 这将大 大降低 CPU 执行指令的速度 改进办法是设置快速联想寄存器 在快速联想寄存器中 存放当前最常用的段号 s 页号 p 和对应的内存页面地址与其他控制项 当需要访问内存空间某一单元时 可在通过 段表 及表进行内存池硷查找钠同讨 粮据快速联想寄存器查找真段号和页号 如果所耍 11 访问的段或页的地址在快速联想寄存器中 则系统不再访问内存中的段表 页表 而直接 把快速联想寄存器中的值与页内相对地址 d 拼接起来得到内存地址 13 答 常用的内存保护方法有硬件方法 软件方法以及软硬结合方法 14 答 1 在指令执行期间产生和处理中断信号 通常 CPU 都是在一条指令执行完后 检查 是否有中断请求到达 若有便去响应中断 否则继续执行下一条指令 而缺页中断是在指 令执行期间 发现所要访问的指令或数据不在内存时产生和处理的 2 一条指令在执行期间可能产生多次缺页中断 例如 对于一条读取数据的多字节指 令 指令本身跨越两个页面 假定指令后一部分所在页面和数据所在页面均不在内存 则 该指令的执行至少产生两次缺页中断 15 答 LRU 置换算法比 LFU 置换算法更常用 置换算法总是希望被换出的页 段 在不久的将来再被访问的概率尽可能小 然而 LFU 算法往往不能实现这一点 因为在 LFU 算法中 某页被访问的次数是用计数器计数的 在 有些情况下 刚被调入的页 段 由于局部性原理 可能立即被访问多次 因而其计数器的 计数值会很大 但过了这一小段时间后 该页 段 又不再被访问 这样 在根据置换算法 确定的原则选择某一页 段 将之换出时 这样的页 段 会被留在内存中 而将其他页 段 换 出去 虽然如此被调出的页 段 在刚才一段时间内其被访问次数的计数值较小 但有可能马 上又要访问 可见 LFU 算法的置换选择可能导致很坏的选择 但在 LRU 算法中 由于是选择最近最久未被访问的页 段 置换出去 即估计在最近的 将来该页被访问的概率也很小 因此 这种置换算法可能导致较好的选择 这就使 LRU 算 法或其近似算法获得了较好的应用 16 答 虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能 能从逻辑上对内存容量进行 扩充的一种存储系统 从用户观点看 虚拟存储器具有比实际内存大得多的容量 其逻辑 容量由逻辑地址结构以及内存和外存容量之和决定 其运行速度接近于内存的速度 而每 位成本却又接近于外存 为实现虚拟存储器 首先需要扩充页表 增加状态位以指出所需页是否在内存 增加 外存始址 以便调入页面 增加引用位 以供置换算法用 增加修改位以减少换出时写盘 次数 另外还要使用两种关键技术 1 请求调页技术 请求调页技术是指及时将进程所要访问的 不在内存中的页调入内 存 该功能是由硬件 缺页中断机构发现缺页 和软件 将所需页调入内存 配合实现的 2 置换页技术 当内存中已无足够空间用来装入即将调入的页时 为了保证进程能继 续运行 系统必须换出内存中的部分页 以保证足够的空间 具体的置换操作并不复杂 其关键是应将哪些页换出 即采取什么置换算法 17 答 实现地址重定位的方法有两种 静态地址重定位和动态地址重定位 1 静态地址重定位是在虚拟空间程序执行之前由装配程序完成地址映射工作 静态重 定位的优点是不需要硬件支持 但是用静态地址重定位方法进行地址变换无法实现虚拟存 储器 静态重定位的另一个缺点是必须占用连续的内存空间和难以做到程序和数据的共享 2 动态地址重定位是在程序执行过程中 在 CPU 访问内存之前由硬件地址变换机构 将要访问的程序或数据地址转换成内存地址 动态地址重定位的主要优点有 1 可以对内存进行非连续分配 2 动态重定位提供了实现虚拟存储器的基础 3 动态重定位有利于程序段的共享 12 习题习题 5 参考答案参考答案 一 单项选择题一 单项选择题 1 C2 B3 D4 B5 C 6 A7 B8 A9 C10 A 11 C12 C13 B14 C15 B 16 B17 C18 D19 A20 D 21 C22 A23 C24 A25 B 26 A27 A28 B29 C30 D 二 填空题二 填空题 1 存储设备 I O 设备 块设备 字符设备 2 中断处理方式 DMA 方式 字符传输方式块传输方式 3 字节多路通道 选择通道 成组多路通道 4 独享共享虚拟 5 虚拟设备 6 高的利用率 无死锁问题 7 I O 中断管理程序 设备驱动程序服务软件 8 中断控制方式DMA 控制方式 通道控制方式 9 独占 共享虚拟 10 独占 顺序存取 直接 11 在进行设备分配时 应保证不会引起进程死锁 12 单缓冲区 多缓冲区 环形缓冲缓冲池 13 系统设备表 设备控制表 控制器控制表 通道控制表 资源信号量 14 设备控制表 DCT 系统设备表 SDT 逻辑设备表 LDT 15 磁盘 磁盘 外围控制机 外围控制机 16 CPU输入 输出的处理机 17 SPOOLING独享共享 18 输入井输出井 三 简答题三 简答题 1 答 设备管理的目标是 选择和分配输入 输出设备以便进行数据传输操作 控制输入 输出设备和 CPU 或内存 之间交换数据 为用户提供一个友好的透明接口 提高设备和设 备之间 CPU 和设备之间 以及进程和进程之间的并行操作 以使操作系统获得最佳效率 设备管理的功能是 提供和进程管理系统的接口 进行设备分配 实现设备和设备 设备 和 CPU 等之间的并行操作进行缓冲区管理 2 答 设备独立性主要具有如下两个方面的优点 1 提高设备资源利用率 假设申请者指定具体设备 而被指定的设备可能正被占用 因而无法得到 而其它同类设备可能空闲 造成资源浪费以及进程不必要的等待 利用设 备独立性即可解决这类问题 13 2 用户程序不必因指定设备状态改变而修改程序 3 答 I O 控制是指从用户进程的输入 输出请求开始 给用户进程分配设备和启动有关设 备进行 I O 操作 并在 I O 操作完成之后响应中断 直至善后处理为止的整个系统控制过 程 4 答 1 占用大量内存作为外设间传送用的缓冲区 系统所用的表格也将占用较大内存空间 2 占用大量磁盘空间用作输入和输出 3 增加了系统的复杂性 5 答 通道 控制器和设备采用交叉连接方式的原因是 1 可以提高系统的可靠性 当某条通路因控制器或通道故障而断开时 可使用其它通 路 2 可以提高设备的并行性 对于同一个设备 当与它相连的某一条通路中的控制器或 通道被占用时 可以选择另一条空闲通路 减少了设备因等待通路所需要花费的时间 6 答 CPU 在执行用户程序时遇到 I O 请求 则可以根据用户的 I O 请求生成通道程序 通道 程序也可能是事先编制好的 放到内存中 并把该通道程序首地址放入 CAW 中 然后 CPU 执行 启动 I O 指令 启动通道工作 通道接收 启动 I O 指令信号 从 CAW 中 取出通道程序首地址 并根据此地址取出通道程序的第一条指令 放入 CAW 中 同时向 CPU 发回答信号 通知 启动 I O 指令执行完毕 CPU 可继续执行 而通道开始执行通 道程序 进行物理 FO 操作 执行完一条指令 如果还有下一条指令则继续执行 否则表 示传输完成 同时自行停止 CPU 转去处理通道结束事件 并从 CSW 中得到有关通道状 态 7 答 缓冲技术的基本思想是在 CPU 和外设之间设立缓冲区 其作用是用于暂存 CPU 和外 设之间交换的数据 从而缓和 CPU 与外设速度不匹配所产生的矛盾 缓冲区按组织方式分 为单缓冲 双缓冲和缓冲池 8 答 I O 控制过程可用三种方式实现 作为请求 I O 操作的进程实现 作为当前进程的一部 分实现 由专门的系统进程 I O 进程完成 第一种方式请求对应 I O 操作的进程能很快占据处理机 但要求系统和 I O 操作的进 程应具有良好的实时性 第二种方式不要求系统具有高的实时性 但 I O 控制过程要由当 前进程负责 第三种方式增加了一个额外的进程开销 但用户不用关心 I O 控制过程 9 答 假脱机技术主要由输入程序模块和输出程序模块所组成 系统分别为之创建输入进程 和输出进程 它们的优先级高于一般用户进程 输入进程负责通过通道将信息从输入没备 送到盘区的输入井中 输出进程负责通过通道将信息从盘区的输出井送到输出设备 主机 仅和快速存储设备磁盘中的输入井和输出井交换信息 大大提高了信息处理的速率 10 答 它们的不同之处主要有两点 1 I O 中断频率 在中断驱动 I O 方式中 每当输入数据缓冲寄存器中装满输入数据 或将输出数据缓冲寄存器中的数据输出之后 设备控制器便发生一次中断 由于设备控制 器中配置的数据缓冲寄存器通常较小 如 1 个字节或 1 个字 因此中断比较频繁 而在 DMA 控制方式中 在 DMA 控制器的控制下 一次能完成一批连续数据的传输 并在整批 14 数据传送完后才发生一次中断 因此可大大减少 CPU 处理 I O 中断的时间 2 数据的传送方式 在中断驱动 I O 方式中 由 CPU 直接将输出数据写入控制器的数 据缓冲寄存器供设备输出 或在中断发生后直接从数据缓冲寄存器中取出输入数据供进程 处理 即数据传送必须经过 CPU 而在 DMA 控制方式中 数据的传输在 DMA 控制器的 控制下直接在内存和 I O 设备间进行 CPU 只需将数据传输的磁盘地址 内存地址和字节 数传给 DMA 控制器即可 不过 DMA 控制方式仍存在一定的局限性 如数据传送的方向 存放数据的内存始址及传送数据的长度等都由 CPU 控制 并且每台设备需一个 DMA 控制 器 当设备增加时 多个 DMA 控制器的使用也不经济 11 答 缓冲是使用专用硬件缓冲器或在内存中划出一个区域用来暂时存放输灿输出数据的器 件 在设备管理中 引入缓冲区的主要原因有以下几点 1 缓和 CPU 与 I O 设备速度不匹配的矛盾 通常 I O 设备的速率远远低于 CPU 的运 算速率 如果在输出数据时没有缓冲 则必然会由于 I O 设备的速度跟不上而使 CPU 停下 来等待 而引入缓冲后 CPU 将输出数据写入缓冲后 无需等待输出完成 便能继续执行 下面的程序 而同时输出设备可慢慢地进行数据的输出 2 减少对 CPU 的中断频率 放宽 CPU 响应中断的时间 例如 在远程通信系统中 如果从远地终端发来的数据仅用一位缓冲来接收 则必须在每收到一位数据时便中断一次 CPU 并在下一位数据到来之前要求 CPU 进行中断处理以取走输入数据 若设置一个 8 位 的缓冲 则可每收 8 位数据中断一次 CPU 但在第 9 位数据到来之前仍必须完成中断处理 若再增设一个 8 位的缓冲 则可每收 8 位数据中断一次 CPU 并允许 CPU 在下 8 位数据 到来期间处理前 8 位数据的中断 3 提高 CPU 和 I O 设备之间的并行性 引入缓冲后 CPU 和 I O 设备可并行地工作 而 I O 设备对 CPU 中断频率的降低 则可进一步提高 CPU 和 I O 设备之间的并行操作程 度 提高系统的吞吐量和设备的利用率 12 答 设备分配程序要用到系统设备表 设备控制表 控制器控制表和通道控制表 设备分 配时要考虑到设备的固有属性 分配的算法 防止死锁以及用户程序与实际使用的物理设 备无关等特性 设备分配的过程主要是 1 从系统设备表 SDT 中找到需要的物理设备的设备控制表 DCT 2 若设备闲 则分配 然后从设备控制表 DCT 中找到控制器控制表指针所指出的控 制器控制表 COCT 3 若控制器闲 则分配 然后从控制器控制表 COCT 中找到通道控制表指针所指出的 通道控制表 CHCT 4 根据通道控制表 CHCT 中的状态信息来判断是否可以启动 I O 设备传送信息 若闲 则可以 若忙则把该进程插入到等待通道的队列中去 13 答 设备处理程序应具有以下功能 1 接收由 I O 进程发来的 I O 命令和参数 并将命令中的抽象要求转换为具体要求 如将磁盘的块号转换为磁盘的盘面 磁道和扇区号 2 检查用户 I O 请求的合法性 如果请求不合法 则拒绝接收 I O 请求并向用户进程 汇报 3 了解 I O 设备的状态 如果设备准备就绪 则可向设备控制器设置设备的工作方式 传递有关参数 并发送命令以启动 I O 设备去完成指定的 I O 操作 否则 将请求者的请 求块挂到设备请求队列上等待 15 4 及时响应由 I O 控制器或通道发来的中断请求 并根据其中断类型调用相应的中断 处理程序进行处理 5 对设置有通道的计算机系统 驱动程序还应能够根据用户的 I O 请求自动构成通道 程序 14 答 I O 控制方式有四种 即程序 I O 控制方式 中断控制方式 DMA 控制方式和通道控 制方式 1 程序 I O 控制方式 其优点是控制简单 不需要过多硬件支持 但 CPU 和外设只 能串行工作 且 CPU 的大部分时间处于循环测试状态 使 CPU 的利用率大大降低 CPU 在一段时间内只能和一台外设交换数据信息 从而不能实现设备之间的并行工作 由于程 序 I O 控制方式依靠测试设备状态标志来控制数据传送 因此 无法发现和处理因设备或 其他硬件所产生的错误 所以 程序 I O 控制方式只适用于那些 CPU 执行速度较慢且外设 较少的系统 2 中断控制方式 其优点是能实现 CPU 与设备以及设备与设备间的并行操作 CPU 的利用率比程序 I O 控制方式大大提高 但由于 I O 控制器的数据缓冲寄存器装满数据后 将会发出中断且数据缓冲寄存器通常较小 因此在一次数据传送过程中发生中断次数较多 而耗去大量 CPU 时间 如果系统中配置的外设数目较多 且都以中断方式进行并行操作 则可能耗去大量 CPU 时间或因 CPU 来不及处理而造成数据丢失 3 DMA 控制方式 与中断方式相比 DMA 控制方式是在一批数据传送完成后中断 CPU 从而大大减少了 CPU 进行中断处理的次数 且 DMA 控制方式下的数据传送是在 DMA 控制器控制下完成的 但 DMA 控制方式仍有一定的局限 如对外设的管理和某些操 作仍由 CPU 控制 多个 DMA 控制器的使用也不经济 4 通道控制方式 通道是一个专管输入 输出控制的处理机 在通道控制方式下 CPU 只需发出 I 0 指令 通道就能完成相应的 I O 操作 并在操作结束时向 CPU 发出中 断信号 同时一个通道还能控制多台外设 但是 通道价格较高 从经济的角度出发不宜 过多使用 15 答 DMA 控制方式中 在 DMA 控制器控制下 设备和内存之间可成批地进行数 据交换 而不用 CPU 干预 这样既大大减轻了 CPU 的负担 也使 I O 数据传送速度大大 提高 这种方式应用于块设备的数据传输 通道控制方式与 DMA 控制方式类似 也是一种以内存为中心 实现设备与内存直接 交换数据的控制方式 在通道控制方式中 CPU 只需发出启动指令 指出通道相应的操作 和 I O 设备 该指令就可启动通道并使该通道从内存中调出相应的通道指令执行 与 DMA 控制方式相比 通道方式所需的 CPU 干预更少 且可以做到一个通道控制多台设备 从而 进一步减轻了 CPU 的负担 习题习题 6 参考答案参考答案 一 单项选择题 C A A A 5 D 6 C 7 C 8 B 9 C 10 D Comment t1 页 16 其中删除了一个题目 但是忘记删除 的是哪个了 所以 需要作者重新做 一遍答案 16 11 A 12 A 13 A 14 A 15 C 二 填空题 1 信息 字母 数字 2 系统文件 库文件 用户文件 3 建立文件 打开文件 读 写文件 文件控制 关闭文件 撤销文件 4 有关文件存取控制的信息 有关文件结构的信息 有关文件使用的信息 有关文件管理的信息 5 块 6 定长记录 变长记录 跨块记录 7 存储设备类型 存取要求 记录使用频度 存储空间容量 8 顺序文件 连续文件 9 文件的静态共享 文件的动态共享 文件的符号链接共享 10 单个 文件共享 目录共享 三 简答题 1 答 操作系统中与管理文件有关的软件和数据称为文件系统 文件系统大都使用磁盘 磁带和光盘等大容量储存器作为存储介质 因此 可存储大量信息 特点 1 友好的用户接口 用户只对文件进行操作 而不管文件结构和存放的物理位置 2 对文件按名存取 对用户透明 3 某些文件可以被多个用户或进程所共享 2 答 能 比如 Windows 文件系统允许对计算机主盘与副盘进行统一管理 3 答 文件的主要操作使用内容就是对文件进行存储 检索 共享和保护 文件系统的系统调用内容有 文件的创建 Create 打开 Open 关闭 Close 读写 Read Write 刪除 Delete Erase 和重命名或改名 Rename 等 4 答 把文件名和对该文件实施控制管理的控制管理信息称为该文件的文件说明 并把一个 文件说明按一定的逻