操作系统习题

1.什么是操作系统？从资源管理的角度分析操作系统，它的主要功能是什么？答：操作系统是一个大规模的程序系统，负责分发和恢复计算机的所有软件和硬件资源，控制和协调并发活动，以及访问和保护信息。它提供了一个用户界面，使用户能够获得一个良好的工作环境，并为用户扩展新的系统功能提供了一个软件平台。操作系统使整个计算机系统实现高效率和高自动化。操作系统的主要功能是管理系统的软硬件资源，可分为四类：处理器管理、存储管理、设备管理和文件管理。2.操作系统的主要功能是什么？为什么他们有这样的特点？答：操作系统的特点是并发性、共享性、不确定性和虚拟化。并发和共享是它的主要特征。由于操作系统建立并控制多个并发进程，同时完成多个任务，相互制约并共享系统的一些资源，进程的这些活动形成了操作系统的主要特征。此外，许多事件的生成是随机的，事件生成的顺序有许多可能的组合，但是操作系统必须能够处理任何可能的事件顺序。因此，操作系统是不确定的。此外，虚拟技术在操作系统中被广泛使用，这使得配备有操作系统的系统在资源使用上更加自由和灵活，并且不受物理设备数量的限制。3.什么是多道程序技术？尝试描述多频道节目的运行特点。答：多通道编程技术是将几个独立的程序同时存储在计算机内存中，使它们在管理程序的控制下交替运行。多通道程序运行的特点如下：(1)多通道：几个独立的程序同时存储在计算机内存中。(2)宏观并行：几个同时进入系统的程序都在运行过程中，即它们已经开始了自己的连续运行，但还没有结束运行。微观上，串行：从微观角度来看，内存中的多个程序交替或分时占用处理器，并交替执行(在单个处理器的情况下)。4.批处理系统和分时系统的特点是什么？答：批处理系统是在解决人机矛盾和高速中央处理器与低速输入输出设备矛盾的过程中发展起来的。它的出现提高了中央处理器和外围设备的使用率。其特点是实现作业的自动排序和自动转换，从而提高整个计算机系统的处理能力。在多通道系统中，如果采用分时技术，它就是分时操作系统，是另一种类型的操作系统。它通常使用时间片旋转的方法来使计算机同时服务于多个任务。它可以确保用户快速响应，并提供交互式会话功能。它与批处理系统的主要区别在于分时系统是一个具有快速响应时间的人机交互系统。批处理系统是作业的自动排序和转换、无人机交互和长周转时间。5.为什么要将“过程”的概念引入现代操作系统？它和程序有什么区别？答：引入过程概念的原因是一些并发程序段之间存在一定的相互制约关系。每个程序段的执行不仅受到其他程序执行的限制，还取决于系统资源的动态分配。因此，由于外部条件的限制，可以并发执行的每个程序段不能运行，被迫处于阻塞状态。程序的概念本身并不能表达程序的走走停停现象和程序运行过程中对资源的竞争。因此，需要一个动态的概念来描述并发程序的走走停停现象，这就引出了过程的概念。过程和程序的区别：(1)过程是程序的执行过程，是一个动态过程，属于动态过程(2)从结构上看，每个过程实体由两部分组成：程序段和相应的数据段，过程结构还包括印刷电路板，即过程控制块。(3)一个过程可能涉及一个或多个程序的执行；相反，同一个程序可以对应多个进程，也就是说，同一个程序段可以在不同的数据集上运行，并且可以形成不同的进程。(4)进程能够真实地描述并发执行的过程，而程序只是一个静态指令积累的序列。(5)进程具有创建其他进程的功能，而普通程序不具有创建其他程序的功能。每个程序都在一个过程站点上运行。6.什么是命名空间？什么是地址空间？什么是存储空间？答：名称空间：程序中符号名称的集合。地址空间：目标模块中的一组地址。存储空间：实际内存地址的集合。符号源程序相对目标程序(组装模块)绝对目标计划程序集编译地址重定位关系名称空间地址空间存储空间7.为什么要引入动态迁移？怎么做？动态重定位示意图1000110013001400负载1，3005678记忆负载1，30056780100300400程序的地址空间1000答：动态重定位有利于程序浮动。由于目标模块在加载到内存中时不需要修改，加载后的重定位不会影响其正确执行。在实现过程中，需要动态重定位硬件机制：重定位寄存器和加法器。如图所示。8.为什么在分段系统中实现地址转换比在分页系统中容易？答：因为这些段是根据逻辑功能分段的，所以地址转换是针对一个完整的逻辑功能段，所以在实际需要时可以进行动态连接。分页是根据物理页面的大小来划分的，因此在实现地址转换之前，所有页面必须连接成一个整体。9.分页存储管理中常见的页面替换算法有哪些？试着比较它们的优缺点。答：(1)先进先出(2)先进先出(2) LRU(最近最少使用)(3)最优算法先进先出算法是最简单的，但效率不高。LRU算法是一种实用的算法，效果好，易于实现。OPT算法是最好的算法，但它不实用，因为很难通过跟踪每个页面来预测未来。10.五个批处理作业A到E已经到达计算中心，它们的运行时间分别是10、6、2、4和8分钟。相应的优先级分别指定为3、5、2、1和4，其中5是最高级别。如果不考虑系统切换开销，则计算平均作业周转时间。(1)FCFS(a、b、c、d、e)；(2)优先级调度算法；(3)时间片旋转算法。答：外交和联邦事务部工作执行时间等待时间周转时间加权周转时间A100101B610162.66C216189D418225.5E822303.75T=19.2瓦=4.38时间片旋转，持续时间q=2工作执行时间等待时间周转时间加权周转时间A1020303B616223.66C2463D412164E820283.5T=20.4瓦=3.43优先级调度命令执行时间等待时间周转时间加权周转时间B6061E86141.75A1014242.4C2242613D426307.5T=20瓦=5.1311.如果有两个程序，则按顺序使用A程序：(中央处理器)10秒，(设备A)5秒，(中央处理器)5秒，(设备B)10秒，(中央处理器)10秒。程序按顺序使用：(设备甲)10秒，(中央处理器)10秒，(设备乙)5秒，(中央处理器)5秒，(设备乙)10秒。在顺序环境中执行A和B后，总的CPU利用率是多少？答：程序A用40秒执行，其中CPU用25秒，程序B用40秒，其中CPU用15秒，程序用80秒，CPU用40秒，CPU利用率为40/80=50%。12.在计算机系统中，时钟中断处理器的执行时间是2毫秒(包括进程切换开销)。如果中断频率是60Hz，CPU处理时钟中断的时间比是多少？答：因为时钟中断频率是60HZ，所以时钟周期是1000毫秒/60=50/3(毫秒)在每个时钟周期，中央处理器需要2毫秒来处理和执行任务，因此中央处理器花费在时钟中断上的时间比例是2/(50/3)=6/50=12%。13.有一个8页的逻辑地址空间，每页1024字节，映射到32个物理地址。让我们问一下：(1)逻辑地址空间需要表示多少位？(2)表示物理地址空间需要多少位？回答：1)逻辑地址空间需要13位表示，其中页号需要3位，因为23=8，页内地址需要10位表示，因为210=1024；2)物理地址空间需要15位表示，其中块号需要5位，因为25=32，块内地址需要10位表示，因为210=1024。14.一台计算机为每个进程提供65536字节的地址空间，分为4k字节的页面。一个特定的程序有32768字节的文本，16386字节的数据和15870字节的堆栈。这个程序能装入地址空间吗？如果页面长度是512字节，你能把它写下来吗？回答：每个进程只提供65536字节的地址空间和4K字节的页面，也就是说，计算机每个进程只提供16页。当程序有32768字节的主体、16386字节的数据和15870字节的堆栈时，总共需要17页，不能加载。如果页面长度为512字节，每个进程最多占用128页内存，32768字节需要64页，16386字节需要33页，15870字节需要31页，修改程序总共需要128页，正好适合地址空间。15.32位地址计算机使用两级页表。虚拟地址分为9位顶级页表字段、11位辅助页表字段和偏移量。页面长度是多少？地址空间有多少页？答：9位是顶级域，11位是次级页表域，其余32-(9-11)=12位是偏移的，因此页长是212=4K，在这个地址空间中有220页。16.系统采用请求分页存储管理方案。它的逻辑地址是20位，页面地址是11位，页码是9位，还有一个4页的作业。其逻辑页号0、1、2和3分别加载到4、7、5和8个存储空间块中，如图所示。页码批号04172538我可以问一下吗：(1)作业的虚拟地址空间是什么？(2)系统的页面大小是多少？(3)对应于逻辑地址5000的物理地址是什么？答：由于逻辑地址结构是20位，页面中的地址占用11位，页码占用9位，虚拟地址空间是220=1M，系统页面是211=2K。在请求分页管理中，地址转换是通过一个页转换表来执行的，逻辑地址被分解成两部分：页号和页内地址。这里，页面大小是2K，逻辑地址5000被分解成页号p=2，页内地址w=904，2 x 2048=40965000 DIV 2048=25000 MOD 2048=904查找页面转换表，页面号为2的物理块为5，对应的物理地址为物理地址=块号x页面大小页面内地址=5 x 2KB 904=1114417.假设在分页系统中，页表存储在内存中，询问：(1)如果内存访问需要1.2s，访问一个数字需要多长时间？(2)如果系统使用联想记忆，命中率为75%，有效记忆访问时间是多少？答：在分页存储系统中，每个数据在内存中至少被访问两次，因此访问一个数据所需的时间至少为2 x 1.2 s=2.4 s如果系统使用关联内存，并且命中率为75%，则有效内存访问时间为75% x 1.2s (1-75%) x 2.4s=1.5s18.在按需分页虚拟存储管理系统中，程序运行的分页方向是：1、2、3、4、2、1、5、6、2、1、2、3、7、6、3、2、1、2、3、6。分别使用先进先出和LRU算法，计算分配给程序的3页帧的缺页中断数和缺页中断率。注意：所有给定的页面块最初都是空的，因此第一次访问页面时会出现分页。回答：页面先入先出LRU31615分页率=分页次数/20计算如下3帧：(1)先进先出算法12342156212376321236111444466663333222262222111222277771111333355511116666633少了一页吗？是是是是是是是是是是是是是是是是分页符的数量是16(2) LRU算法12342156212376321236111441112222266611162222226666333333333333355511177722222少了一页吗？是是是是是是是是是是是是是是是分页符数量：1519.计算机系统提供24位虚拟存储空间，主存为B，采用分页虚拟存储管理，页面大小为1KB。假设用户程序生成一个虚拟地址(八进制)，页面被分配一个100(八进制)的块号，解释系统如何生成相应的物理地址并