操作系统作业一及答案

第一章 操作系统引论第一章 操作系统引论 1 什么是操作系统 可以从哪些角度阐述操作系统的作用 答 操作系统是计算机系统中的一个系统软件 是能有效地组织和管理计算机系统中的硬件 和软件资源 合理地组织计算机工作流程 控制程序的执行 并向用户提供各种服务功能 使得用户能够灵活 方便 有效地使用计算机 并使整个计算机系统能高效地运行的一组程 序模块的集合 作用 控制管理计算机的全部硬软件资源 合理组织计算机内部各部件协调工作 为用户提 供操作和编辑界面的程序集合 2 简要叙述批处理操作系统 分时操作系统和实时操作系统的概念及特点 答 批处理操作系统 通常是把一批作业以脱机方式输入到磁带 磁盘 上 并在系统中配上监督程序 Monitor 在它的控制下使这批作业能一个接一个 地连续处理 直到磁带 磁盘 上所有的作业全部完成 其特点 1 自动性 2 顺序性 分时操作系统 是指在一台主机上连接多个带有显示器和键盘的终端 同时允 许多个用户通过自己的终端 以交互方式使用计算机 共享主机中的资源 其 特点 1 多路性 2 独立性 3 及时性 4 交互性 实时操作系统 是指系统及时 或即时 响应外部事件的请求 在规定的时间 内完成对该事件的处理 并控制所有实时任务协调一致地运行 其特点 1 多路性 2 独立性 3 及时性 4 交互性 5 可靠性 3 操作系统需要管理哪些资源 它的基本功能是什么 答 硬件资源 CPU 打印机等 软件资源 数据 程序等 4 操作系统对外提供了哪些接口 答 1 操作系统的命令接口 通过在用户和操作系统之间提供高级通信来控制程序运行 用户通过输入设备发出一系列 命令告诉操作系统执行所需功能 它包括了键盘操作命令和作业控制命令 称为作业一级的 用户接口 命令接口的两种最普遍和主要的方式是直接命令方式 命令行 和间接命令方式 命令文件 2 操作系统的程序接口 它是用户程序和操作系统之间的接口 用户程序通过它们使用系统资源及系统服务 这种接 口方式通常采用若干系统调用组成 系统调用是操作系统对外提供的一批系统子功能 是一 类特殊的过程调用 由机器指令完成 3 操作系统的交互界面 它直接支持界面和程序界面 提供一个易用性的操作平台 使用户非常方便地寻找和使用各 种命令 执行各类程序 完成各种操作 例 菜单驱动 视窗操作环境等 交互界面要求是友好的 设计时应考虑简化命令 用户响应 提示 求助 和系统后援 命令重 呼 确认 等问题 第二章 进程管理第二章 进程管理 1 PCB 有什么作用 PCB 中主要包括什么信息 为什么说 PCB 是进程存在的唯 一标志 答 操作系统管理的进程是多种多样的 要对这些进程实施有效的管理 必须对进程进 行抽象 为了便于系统控制和描述进程的活动 在操作系统核心为进程定义了一个进程控制 块 PCB PCB 用于描述进程的基本情况以及进程运行和变化的过程 它与进程一一对应 当 系统创建进程时 为进程分配一个 PCB 在进程运行过程中 系统通过 PCB 对进程实施管理 和控制 进程结束时 系统将收回 PCB PCB 中的内容主要包括调度信息和现场信息两大部分 调度信息包括进程名 进程号 优先级 当前状态 资源信息 程序和数据的位置信息 隶属关系和各种队列指针信息等 现 场信息主要包括程序状态字 时钟寄存器和界限寄存器等描述进程运行情况的信息 在进程的整个生命周期中 系统总是通过其 PCB 对进程进行控制 系统是根据进程的 PCB 而不是任何别的什么而感知到该进程的存在的 所以说 PCB 是进程存在的唯一标志 2 请画出完整的进程状态转换图并说出在什么情况下进程会出生何种状态转换 答 进程状态转换图如下 3 进程在运行时存在那两种制约关系 并举例说明 答 1 间接相互制约 2 直接制约关系 7 进程同步应遵守哪些基本准则 常用的同步机制有哪些 答 a 空闲让进 当无进程处于临界区时 表明临界资源处于空闲状态 允许一个请求进入临 界区的进程立即进入临界区 以有效利用临界资源 b 忙则等待 当已有进程处于临界区时 表面临界资源正在被访问 因而其他试图进入临界 区的进程必须等待 以保证对临界资源的互斥访问 c 有限等待 对要求访问临界资源的进程 应保证在有限时间内能进入自己的临界区 以免 陷入 死等 状态 d 让权等待 当进程不能进入自己的临界区时 应立即释放处理机 以免进程陷入 忙等 状 态 8 用信号量 signal 和 wait 操作 实现下图所示前趋关系 9 试比较进程间低级和高级通信工具 当前有哪几种进程间高级通信工具 答 用户用低级通信工具实现进程通信很不方便 因为其效率低 通信对用户不透明 所有 的操作都必须由程序员来实现 而高级通信工具则可弥补这些缺陷 用户可直接利用操作系 统所提供的一组通信命令 高效地传送大量的数据 第三章 处理机调度与死锁第三章 处理机调度与死锁 1 什么是处理机高级 中级和低级调度 各级调度的主要任务是什么 答 高级调度 又称为作业调度 长程调度 用于决定把外存上处于后备队列中的哪些作 业调入内存 并为它们创建进程 分配必要的资源 排在就绪队列上 中级调度 平衡负载调 度 中程调度 低级调度 进程调度 短程调度 高级调度的主要任务 用于决定把外存上处于后备队列中的哪些作业调入内存 并为它 们创建进程 分配必要的资源 然后 再将新创建的进程插入就绪队列上 准备执行 中级调度的主要任务 根据存储资源量和进程的当前状态来决定辅存和主存中进程的对换 低级调度的主要任务 用于决定就绪队列中的哪个进程应获得处理机 然后再由分派程序执 行将处理机分配给该进程的具体操作 2 什么是死锁 产生死锁的原因和必要条件是什么 答 死锁 多个进程在运行过程中因争夺资源而陷入僵局 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 资源独占 2 请求和保持条件 占资源 A 要资源 B 3 不剥夺条件 未使用完的资源不能被剥夺 4 环路等待条件 资源占用形成环链 3 下列 A B C D 四个进程在 FCFS 和 SJF 调度方式下的平均周转时间和调度 先后顺序 答 平均周转时间 1 1 100 2 1 3 100 4 52 调度先后顺序为 ACBD 进程名到达时 间 服务时 间 A01 B1100 C21 D3100 4 银行家算法中 若出现下述资源分配情况 ProcessAllocationNeedAvilable P000320012 P110001750 P213542356 P303320652 P400140656 1622 试问 1 该状态是否安全 2 若进程 P2 提出请求 Request 1 2 2 2 后 系统能否将资 源分配给它 答 不安全 不会分配 5 资源分配图法判断下图中是否存在死锁 答 产生死锁 i i i T n T 1 1 第四章 存储器管理第四章 存储器管理 1 简述存储器层次结构分几层 每层存放什么数据 作用是什么 答 分五层 层 0 CPU 内寄存器组 由编译器完成分配 传送速度按处 理机速度 层 1 高速缓存 cache 可几个层次 MMU 控制 层 2 主存储器 基本存储器 MMU 与操作系统管理 存取策略 层 3 外存储器 硬盘 联机存储器 I O 处理 层 4 后援存储器 光盘 磁带机 海量 联机存储器 I O 处理 2 分区存储管理中常用哪些分配策略 比较它们的优缺点 答 1 固定分区存储管理 其基本思想是将内存划分成若干固定大小的分区 每个分区中最多只能装入一个作业 当作业申请内存时 系统按一定的算法为其选择一个适当的分区 并装入内存运行 由于分 区大小是事先固定的 因而可容纳作业的大小受到限制 而且当用户作业的地址空间小于分 区的存储空间时 造成存储空间浪费 2 可变分区存储管理 可变分区存储管理不是预先将内存划分分区 而是在作业装入内存时建立分区 使分区 的大小正好与作业要求的存储空间相等 这种处理方式使内存分配有较大的灵活性 也提高 了内存利用率 但是随着对内存不断地分配 释放操作会引起存储碎片的产生 3 虚拟存储器有那些特征 其中最本质的特征是什么 答 虚拟存储器有以下特征 离散性 所谓离散性是指在内存分配时采用离散分配方式 这是其它几个特征的基础 保证作业分次调入内存而不浪费内存资源 多次性 所谓多次性是指将一个作业分次调入内存运行 而把当前要运行的内部分程序 和数据先调入内存运行 其它等待 对换性 所谓对换性是指允许在作业的运行过程中换进 换出 即当前要运行的程序调 入内存 换进 暂不运行的调至外存的对换区 换出 虚拟性 虚拟性是指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 其中离散性是虚拟存储器最本质的特征 4 图示并解释请求分页式存储管理地址转换过程 答 页 号 页内地址 块 号 块内地址 页号 块号 物理地址 逻辑地址 m n n 1 0 m n n 1 0 图 1 页式存储管理系统地址转换示意图 5 一个作业按依访问如下页面 7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1 若分配 给该作业的物理块数 M 为 3 计算在 Optical FIFO 和 LRU 置换算法下的缺 页中断次数和缺页率 第五章 设备管理 1 计算机系统中 I O 设备有哪些分类方式 答 可以从多方面对 I O 设备进行分类 a 按使用特性分类可以划分为 1 存储设备如磁盘 磁带 光盘等 2 输入 输出设备如 打印机 键盘 显示器 音声输入 输出设备等等 3 终端设备包括通用终端 专用终端 和虚终端 4 脱机设备 b 按所属关系分类可划分为 1 系统设备指在操作系统生成时已经等机载系统中的标准 设备如打印机 磁盘等时钟也是一系统设备 2 用户设备指在系统生成时未登记在系统中 的非标准设备 c 按资源分配分类可划分为 1 独占设备通常分配给某个进程在该进程释放之前其他进程 不能使用 如打印机和纸带读入机 2 共享设备允许若干个进程同时使用 如磁盘机 3 虚拟设备通过假脱机技术把原来的独占设备改造成若干进程所共享的设备以提高设备 的利用率 d 按传输数据数量分类可划分为 1 字符设备如打印机 终端 键盘等低速设备 2 块 设备如磁盘 磁带等高速外存储器 2 简要叙述四种 I O 控制方式的工作过程 答 I O 控制方式 1 程序直接控制方式 CPU 指挥控制器启动设备工作后反复测试设备的忙闲标志位 I O 部件状态寄存器中某一位决定内存和外设之间是否继续交换一个字节 2 中断控制方式 CPU 向外设发出命令后转去做其他工作 当数据到达控制器的数据寄 存器后控制器发中断信号要求 CPU 服务 CPU 执行下一步数据传输 3 DMA 方式 允许 DMA 控制器 接管 总线的控制权直接控制外设与内存的数据交换 4 通道方式 把对一个数据块的读或写为单位的干预减少为对一组数据块的读或写及有关 的控制和管理为单位的干预 同时又可实现 CPU 通道和 I O 设备三者的并行操作 3 什么是设备独立性 如何实现设备独立性 答 设备独立性是指操作系统把所有外部设备统一当作成文件来看待只要安装它们的驱动 程序任何用户都可以象使用文件一样操纵 使用这些设备而不必知道它们的具体存在形式 为了实现设备的独立性应引入逻辑设备和物理设备两个概念 在应用程序中使用逻辑设备 名称来请求使用某类设备而系统执行时是使用物理设备名称 鉴于驱动程序是一个与硬件 或设备紧密相关的软件必须在驱动程序之上设置一层软件称为设备独立性软件以执行所有 设备的公有操作 完成逻辑设备名到物理设备名的转换为此应设置一张逻辑设备表并向用 户层或文件层软件提供统一接口从而实现设备的独立性 4 目前常用的磁盘调度算法有哪些 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 3 种包括 FCFS SSTF 和 SCAN 它们优先考虑 的问题分别如下 FCFS 即先来先服务 优先考虑请求的先后次序 SSTF 即最短寻道优先 优先考虑寻 道时间短的请求 SCAN 即扫描算法 主要从寻道较短且无 饥饿 现象两方面考虑 目前该算法又 发展了多个修正版本电梯调度算法就是其中之一 第六章 文件管理 1 什么是文件的逻辑结构和物理结构 按照这两种结构文件可以分为哪些类别 各有什 么特点 答 文件的逻辑结构 从用户观点出发所观察到的文件组成形式是用户可以直接 处理的数据及其结构独立于文件的物理特性又称文件组织 文件的物理结构 又称为文 件的存储结构 是指文件在外存上的存储组织形式 文件的逻辑结构可分为有结构文件和无结构文件 有结构文件是指由一个以上的 记录构成的文件又称为记录式文件 根据记录的长度又可分为定长和不定长两类 定长记 录指文件中所有记录的长度都是相同的 变长记录指文件中各记录的长度不相同 根据组织方式不同又分为顺序文件 索引文件 索引顺序文件和无结构文件 2 外存分配有哪些方式 答 外存分配方式有 连续分配方式 链接分配方式和索引分配方式 3 什么是目录 什么是目录文件 文件控制块中包含什么信息项 答 1 目录 是文件的索引 2 文件目录是一种数据结构用于表示系统中的文件及其物理地址供检索时使用 3 文件控制块中包含基本信息 存储控制信息和使用信息 4 常用的文件存储空间管理方法有哪些 答 常用的方法有空闲表法和空闲链表法 第八章 网络操作系统 1 简述 OSI 七层模型分别是哪七层 每层有什么功能 答 1 物理层 物理层所处理的数据单位是比特 bit 物理层向上为数据链路层提供物理链路实现透明的比 特流 bit stream 传输服务物理层向下与物理媒体相连要确定连接物理媒体的网络接口的机械 电气 功能和过程方面的特性 2 数据链路层 数据链路层负责在单个链路上的结点间传送以帧 frame 为 PDU 的数据在不太可靠的物理链 路上实现可靠的数据传输 数据链路层的主要功能包括建立 维持和释放数据链路的连接 链路的访问控制流量控制和差错控制 3 网络层 网络层传送的 PDU 称为分组或包 packet 在物理网络间传送分组负责将源端主机的报文通 过中间转发结点传送到目的端 网络层是通信子网的最高层为主机提供虚电路和数据报两 种方式的服务 网络层主要负责分组转发和路由选择根据路由表把分组逐跳地由源站传送 到目的站并能适应网络的负载及拓扑结构的变化动态地更新路由表 4 传输层 传输层传输的 PDU 称为报文 message 传输层为源结点和目的结点的用户进程之间提供端到 端的可靠的传输服务 端到端的传输指的是源结点和目的结点的两个传输层实体之间不涉 及路由器等中间结点 为了保证可靠的传输服务传输层具备以下一些功能面向连接 流量 控制与拥塞控制 差错控制相网络服务质量的选择等 5 会话层 会话层在传输层服务的基础上增加控制会话的机制建立 组织和协调应用进程之间的交互 过程 会话层提供的会话服务种类包括双工 半双工和单工方式 会话管理的一种方式是 令牌管理只有令牌持有者才能执行某种操作 会话层提供会话的同步控制当出现故障时会 话活动在故障点之前的同步点进行重复而不必从头开始 6 表示层 表示层定义用户或应用程序之间交换数据的格式提供数据表示之间的转换服务保证传输的 信息到达目的端后意义不变 7 应用层 应用层直接面向用户应用为用户提供对各种网络资源的方便的访问服务 2 2 TCP IP 网络体系结构分几层 每层作用是什么 答 TCP IP 网络体系结构分4层 应