操作系统课后标准答案-罗宇第四版

1、1.2操作系统以什么方式组织用户使用计算机？答：操作系统以 进程的方式 组织用户使用计算机.用户所需 完成的各种任务必须由相应的程序来表达出来。为了实现用户的任务，必须让相应功能的程序执行。而进程就是指程序的运行， 操作系统的进程调度程序决定 CPU在各进程间的切换。操作系 统为用户提供进程创建和结束等的系统调用功能，使用户能够创建新进程。操作系统在初始化后，会为每个可能的系统用户创建 第一个用户进程，用户的其他进程则可以由母进程通过进程创建”系统调用进行创建。1.4早期监督程序（Monitor）的功能是什么？答：早期监督程序的功能是 代替系统操作员的部分工作，自 动控制作业的运行。监督程序首

2、先把第一道作业调入主存，并启 动该作业。运行结束后，再把下一道作业调入主存启动运行。它 如同一个系统操作员，负责批作业的I/O,并自动根据作业控制说明书以单道串行的方式控制作业运行，同时在程序运行过程中通过提供各种系统调用，控制使用计算机资源。1.7 试述多道程序设计技术的基本思想。为什么采用多道程序设计技术可以提高资源利用率？答：多道程序设计技术的基本思想是， 在主存同时保持多道 程序，主机以交替的方式同时处理多道程序。从宏观上看，主机内同时保持和处理若干道已开始运行但尚未结束的程序。从微观上看，某一时刻处理机只运行某道程序。可以提高资源利用率的原因：由于任何一道作业的运行总 是交替地串行使

3、用CPU、外设等资源，即使用一段时间的 CPU, 然后使用一段时间的I/O设备，由于采用多道程序设计技术，加 之对多道程序实施合理的运行调度，则可以实现CPU和I/O设备的高度并行，可以大大提高 CPU与外设的利用率。1.8 什么是分时系统？其主要特征是什么？适用于哪些应用？答：分时系统是以多道程序设计技术为基础的交互式系统，在此系统中，一台计算机与多台终端相连接， 用户通过各自的终 端和终端命令以交互的方式使用计算机系统。 每个用户都感觉到 好像是自己在独占计算机系统， 而在系统内部则由操作系统以时 间片轮转的方式负责协调多个用户分享 CPU。主要特征是：并行性：系统能协调多个终端用户同时使

4、用计算机系统， 能控制多道程序同时运行。共享性：对资源而言，系统在宏观上使各终端用户共享计 算机系统中的各种资源，而在微观上它们则分时使用这些资源。交互性：人与计算机以交互的方式进行工作。独占性：使用户感觉到他在独占使用计算机。现在的系统大部分都是分时系统，主要应用于人机交互的方面。2.1 什么是中断？什么是异常？它们有何区别？答：中断是指来自CPU执行指令以外的事件发生后，处理 机暂停正在运行的程序，转去执行处理该事件的程序的过程。异常是指源自CPU执行指令内部的事件发生后，处理机暂 停正在执行的程序，转去处理该事件的过程。区别：广义的中断包括中断和异常，统一称为中断。狭义的 中断和异常的区

5、别在于是否与正在执行的指令有关，中断可以屏蔽，而异常不可屏蔽。2.2 什么是多级中断？为什么要把中断分级？试述多级中断的处 理原则。答：中断分级是根据中断的轻重缓急来排序，把紧迫程度 大致相当的中断源归并在同一级， 而把紧迫程度差别较大的中断 源放在不同的级别。一般来说，高速设备的中断优先级高，慢速 设备的中断优先级低。这就是多级中断。这所以引入多级中断是 因为：为使系统能及时的响应和处理所发生的紧迫中断，同时又不至于发生中断信号丢失，计算机发展早起在设计中断系统硬件 时根据各种中断的轻重在线路上作出安排，从而使中断响应能有一个优先次序。多级中断的处理原则：当多级中断同时发生时，CPU按照由高

6、到低的顺序响应。高级中断可以打断低级中断处理程序的运 行，转而执行高级中断处理程序。当同级中断同时到时，则按位 响应。2.6 什么是中断向量？其内容是什么？试述中断的处理过程。答：中断向量：为处理方便，一般为系统中每个中断信号编 制一个相应的中断处理程序， 并把这些程序的入口地址放在特定的主存单元中。通常将这一片存放中断处理程序入口地址的主存 单元称为中断向量。中断向量的内容：对不同的系统，中断向量中的内容也不尽 相同。一般每一个中断信号占用连续的两个单元：一个用来存放中断处理程序的入口地址，另一个用来保存在处理中断时CPU应具有的状态。中断的处理过程：一般包括保存现场，分析中断原因，进入 相

7、应的中断处理程序，最后重新选择程序运行，恢复现场等过程。 2.7中断/异常处理为什么要保存现场和恢复现场？现场应包括 哪几方面的内容？答：因为中断处理是一项短暂性的工作，逻辑上处理完后还要回到被中断的程序，从其恢复点继续运行。为了能实现正确的 返回，并继续运行下去，在中断处理前后必须保存和恢复被中断 的程序现场。现场应包括：PC寄存器的内容，通用寄存器以及一些与程 序运行相关的特殊寄存器中的内容。2.8 操作系统内核的主要功能模块有哪些？如果采用微内核模 型，原来在内核的功能中，哪些功能在微内核中实现？哪些由用 户态运行的进程实现？答：操作系统内核的主要功能模块有：1、系统初始化模块2、 进程

8、管理模块3、存储管理模块4、I/O设备管理模块5、文件 管理模块采用微内核模型，原来在内核的功能中，少量的进程调度切换代码和中断处理程序在微内核中实现， 原来由内核态实现的大 部分操作系统系统调用处理等功能转由用户态运行的进程实现。2.9 从控制轨迹上看，系统调用和程序级的过程调用都相当于在断点处插入一段程序执行，但它们却有质的区别，试述这种差别。答：这种差别主要在于处理机运行状态的变化。发生系统调用时，处理机由用户态进入核心态；而程序调用时，运行状态不发生变化，其状态仍然保持在用户态。2.11 试述终端命令解释程序的处理过程。答：终端命令解释程序的处理过程如下：判断命令的合法性识别命令，如果

9、是简单命令则处理命令， 然后继续读取下一条命令如果是不认识的命令关键字， 则在约定目录下查找与命令关键字同名的执行文件，创建子进程去执行执行文件”程序，等待子进程结束后转继续读取下一条命令。3.1 什么是进程？为什么要引入此概念？试述进程的特点及它与程序的区别。答：进程是支持程序执行的机制， 是程序针对某一数据集合 的执行过程。引入此概念的原因：随着操作系统的发展而产生。在监督程序时代以作业形式表示程序运行，那时，作业以同步方式串行地运行每个作业步， 当操作系统发展到分时系统时， 为了开发同一作业中不同作业步之间的并发，作业机制已经不能满足 需要，因而引入了进程机制。进程的特点：动态性:可动态

10、创建，结束，也可是被调度进程并发性:可以被独立调度，占用处理机运行独立性:尽量把并发事务安排到不同的进程制约性:因访问共享数据或进程间同步而产生制约 .与程序的区别：进程是程序的执行过程，程序是静态的，进 程是动态的。一个进程至少是一个可执行程序，同一个程序可以由多个进程分别执行。3.2 进程控制块的作用是什么？ PCB中应包括哪些信息？答：进程控制块的作用是：进程控制块用于保存每个进程和 资源的相关信息，包括进程标识、空间、运行状态、资源等信息c 以便于操作系统管理和控制进程和资源。PCB中应包括：1、进程标识信息：本进程的标识、父进程 的标识、进程所属用户的标识。2、处理机状态信息。保存进

11、程的运行现场信息，包括用户可用寄存器的信息； 控制和状态寄存 器的信息；栈指针。3.4 为什么进程状态会发生变化？何时变化？ （P54）答:进程在它的生存周期中，由于系统中各进程并发运行及 相互制约的结果，使得它的状态不断发生变化。状态变化的时机:空一创建：当一个新进程被产生来执行一个程序时。创建一就绪：当进程被创建完成，初始化后，一切就绪准备运行时。就绪一运行：当处于就绪状态的进程被进程调度程序选中后。运行一结束：当进程指示它已经完成或者因错流产时。运行一就绪：处于运行状态的进程在其运行过程中，分给它的处理机时间片用完而让出处理机；或者在可剥夺的操作系统 中，当有更高优先级的进程就绪时。运行

12、一阻塞：当进程请求某样东西且必须等待时。阻塞一就绪：当进程要等待事件到来时。3.5 进程创建的主要工作是什么？ （P54）答：进程创建时的主要工作如下：1、接收进程运行现场初始值，初始优先级，初始执行程序 描述，其它资源等参数。2、请求分配进程描述块 PCB空间，得到一个内部数字进程 标识。3、用从父进程传来的参数初始化 PCB表。4、产生描述进程空间的数据结构，用初始执行文件初始化 进程空间，建立程序段，数据段、栈段等。5、用进程运行现场初始值设置处理机现场保护区。造一个进程运行栈帧6、置好父进程等关系域。7、将进程置成就绪状态。8、将PCB表挂入就绪队列，等待时机被调度运行。3.7 详细说

13、明几个引起进程调度的原因。（P62）答：1、进程主动放弃处理机时：正在执行的进程执行完毕。操作系统在处理进程结束系 统调用后应请求重新调度。正在执行的进程发出I/O请求，当操作系统代其启动外 设I/O后，在I/O请求没有完成前要将进程变成阻塞状态，应该 请求重新调度。正在执行的进程要等待其它进程或系统发出的事件时。如等待另一个进程通讯数据，这时操作系统应将现运行进程挂到 等待队列，并且请求重新调度。正在执行的进程得不到所要的系统资源，如要求进入临 界区，但没有得到锁时，这时等锁的进程应自动放弃处理机或者 阻塞到等锁队列上，并且请求重新调度。2、为了支持可剥夺的进程调度方式，在以下情况发生 时，

14、因为新就绪的进程可能会按某种调度原则剥夺正运行的进 程，因此也应该申请进行进程调度：当中断处理程序处理完中断，如 I/O中断、通讯中断， 引起某个阻塞进程变成就绪状态时，应该请求重新调度。当进程释放资源，走出临界区，引起其他等待该资源进 程从阻塞状态进入就绪状态时，应该请求重新调度。当进程发系统调用，引起某个事件发生，导致等待事件 的进程就绪时。其它任何原因引起有进程从其它状态变成就绪状态，如进程被中调选中时。3、为了支持可剥夺调度，即使没有新就绪进程，为了让所有就绪进程轮流占用处理机， 可在下述情况下申请进行进程调 度：当时钟中断发生，时钟中断处理程序调用有关时间片的 处理程序，发现正运行进

15、程时间片到，应请求重新调度。以便让 其他进程占用处理机。在按进程优先级进行进程调度的操作系统中， 任何原因 引起进程的优先级发生变化时， 应请求重新调度。如进程通过系 统调用自愿改变优先级时或者系统处理时钟中断时， 根据各进程 等待处理机的时间长短而调整进程的优先级。3.8 什么时候进行进程调度最为合适？请说明理由。（P63）答：进程调度的时机：当发生引起调度条件，且当前进程无法继续运行下去时 （如 发生各种进程放弃处理机的条件）可以马上进行调度与切换。当中断处理结束或自陷处理结束返回被中断进程的用户态 程序执行前，若请求调度标志置上，即可马上进行进程调度与切 换。如果操作系统支持这种情况下运

16、行调度程序，即实现了剥夺方式的调度。3.10 对于三类进程（I/O为主、CPU为主和I/O与CPU 土匀衡）， 应如何赋予它们的运行优先级弁说明理由。（P67）答：对于这三类进程，赋予的优先级由高到低分别为：I/O为主、I/O与CPU均衡、CPU为主。理由：为了充分利用外部设备，以及对终端交互用户及时地 予以响应，通常将I/O型进程列为最高优先级队列。3.11 假设在单处理机上有五个进程（1、2、3、4、5）争夺运行， 其运行时间分别为10, 1, 2, 1, 5秒，其优先级分别为3, 1, 3, 4, 2,这些进程几乎同时到达，但在就绪队列中的次序依次 为1, 2, 3, 4, 5,试回答：

17、给出这些进程分别适用轮转法、SPF和非剥夺优先级调度法调度时的运行进度表，其中，轮转法中的时间片取值为2。在上述各算法的调度下每个进程的周转时间和等待时间为多少？具有最短平均等待时间的算法是哪个？答：轮转法：时间片2121222212212345151511进程的周转时间：进程 1: 19,进程2: 3,进程3: 5,进程4: 6,进程5: 15进程的等待时间：进程 1:9,进程2: 2,进程3: 3,进程4: 5,进程5: 10平均等待时间(9+2+3+5+10) /5=5.8SPF算法：进程提交时间结束时间等待时间周转时间101012919919324244121254949平均等待时间：

18、16/5=3.2非剥夺优先级算法进程提交时间结束时间等待时间周转时间111111121819181931113111340101513181318平均等待时间：43/5=8.6SPF算法具有最短平均等待时间3.19什么是批处理作业和交互式作业？它们的特点是什么？系 统如何管理？答：批处理作业是指用户将若干用户任务合成一批，一起提交给系统进行处理的任务集合。 交互式作业是指用户的一次上机 交互过程，用户通过命令语言逐条地与系统进行应答式的交互， 提交作业步。特点：批处理作业的处理过程由计算机自动运行，不需人为干预，用户也看不到中间结果。 交互式作业需要系统提供终端供 用户与系统交互，作业的运行由

19、人控制，便于作业的调试以及将 作业按人预想的方向进行。4.1 并行任务如何在程序中表示？ （P74）答：并行任 务在程序中主要 通过并发语句来 表示。如 Parbegin/Parend 语句4.2 并行任务并行（并发）运行的操作系统支持基础是什么？答：支持基础是进程和线程的引入。 在多道程序设计系统中， 进程之间可以并发执行，这就使多任务并行执行成为可能。 同时， 线程的引入，同一进程内的多个线程也可以并行运行，这也提供了任务内部的并行。提高了效率。4.3 题略答：答：进程P0在flag0=false后，进程P1跳出循环，此 时刚好来了一个中断。中断使得进程P0又再次执行，此时由于P1并没有给

20、turn赋值，从而P0可以顺利进入临界段，在 P0进 入临界段时产生中断，P1恢复执行，将turn赋值为1,从而P1 也可以进入临界段。从而产生错误。4.4 何谓原语？它与系统调用有何区别？如何实现原语执行的 不可分割性？答：原语是指完成某种功能且不被分割、不被中断执行的操作序列。有时也称为原子操作。它与系统调用的区别：原语和系统调用是两个不同的概念， 原语主要强调操作的不可分割性， 可以认为是一个不可中断的子 程序调用，但是系统调用是由用户态进入核心态，虽然系统调用一般也不被中断，但是如果有更高更紧迫的系统调用的话，还是能够打断原来的系统调用的。实现原语执行的不可分割性：通常由硬件来实现，也

21、可以由软件通过中断屏蔽的方法来实现。4.6 如果P, V操作不作为原语（可分割执行），那么是否还可用 于解决互斥问题？如果不能，则举例说明。答：如果P, V操作不作为原语，那么不可用于解决互斥问 题。因为如果那样的话，则：程序语言 s = s-1o翻译成机器语言 为：load R1, so load R2,1。sub R1, R2。此时，他们之间的操 作可以分割执行，假设有两个进程P1、P2, s初值为1,当P1进入P操作时，s大于0,可以进入，因此会执行上面的机器语 言，将s的值取出来，放入 R1寄存器中，而此时，有可能 P2 进程要进入临界段，因此，它也比较s的值是否小于0,因为此时s的值

22、仍为1,所以P2也进入临界段，出现错误。4.13题略答：empty1=1。 empty2=1。 full1=0。 full2=0。parbeginP: While(1)P(empty1)。put to bufferl。V(full1) oQ: While(1)P(full1) oget from buffer1 。V(empty1)。P(empty2)oput to buffer2。V(full2) oR: While(1) P(full2) oget from buffer2。V(empty2)。parend。empty1=m。empty2=n。full1=0。 full2=0。mutex1

23、=1。mutex2=1。 parbeginP: While(1) P(empty1)。P(mutex1)。put to bufferl。V(full1) o V(mutex1)。Q: While(1) P(fUll1) oP(mutex1)。get from buffer1 。V(empty1)。V(mutex1) oP(empty2)oP(mutex2)。put to buffer2。V(full2) oV(mutex2)。R: While(1) P(full2) oP(mutex2)。get from buffer2。V(empty2)。V(mutex2)。parend。4.14题略答:P

24、1: Sa。V(ac) oV(ae) oSb。P(cd)。SdoP(fe) oSfoV(fh) oSgoP2: P(ac)。Sc。V(cd)P3: P(aeSeoV(fe) o P(fh) o Sho 4.23题略答：解题方法，找出可能死锁的资源最多的情况。假设 n个 进程需要的资源数分别为：a1,a2,.an,则占有资源数最多却刚 好形成死锁的情况是：每个进程都占有比所需资源数少一个的资 源数量，而此时刚好资源用光。所以是： (a1-1)+(a2-1)+(an-1)=m,整理得 a1+a2+ +an=m+n,而要想使得系统无死锁，则必须有a1+a2+ - +an<m+no命题得证。4.

25、28题略答:1、Need 的内容为：0000, 0750, 1002, 0020, 0642 2、系统是处于安全状态。3、进程2请求0420,不能立即得到满足，因为如果给 进程2分配了 0420的话，系统将处于不安全状态。所以不能立 即得到满足。4.11多元信号量机构允许P, V操作同时对多个信号量进行操作。这种机构对同时申请或释放若干个资源是非常有用的。假设二元信号量机构中的P原语定义为：P(S,R) : While(S<0 or R< 0)。 S=S-1oR=R-1 o试用一元信号量机构加以实现。答：mutex: semaphoreP(mutex)。P(S)。P(R)。V(mu

26、tex)。4.15理发师睡觉”问题答：可以将此题看作 N个生产者和一个消费者问题。顾客作为 生产者，每到来一个，就将自己放入计数器RC,以便让理发师消费至最后一个产品(顾客)，因此顾客进程执行的第一个语句 便是RC=RC+1。而第一个到来的顾客应该负责唤醒理发师，理 发师此时正在信号量 WAKEUP上等待(P(WAKEUP)。该信号 量的初值为0),由第一个顾客执行 V(WAKEUP) o若顾客不是第 一个到达，则在信号量 WAIT上等待(P(WAIT)该信号量的初值 为0),等理发师理完一个顾客后，执行 V(WAIT)操作便可叫出 该顾客理发。以上过程循环反复，理发师没每理完一个顾客，就 令

27、计数器减1, RC=0时便知此时无顾客，理发师可以继续睡觉，等待下一批顾客到达。在设信号量MUTEX(初值为1),保证对计数器RC的互斥作用。parbegin顾客进程：beginP(mutex)。rc=rc+1。if rc=1 then V(wakeup)。elseP(wait)。V(mutex)。理发；end。理发师进程：beginP(wakeup)。repeat理发；P(mutex)。rc=rc-1。if(rc!=0) then V(wait)。V(mutex)。until rc=0。end。parend。4.21题略向数资源总数是否可能死锁11不会12不会21不会22可能会23可能会加数

28、资源总数是香可能死锁12不会22可能会23不会33可能会34不会5.5 答：需要的硬件支持可以选择两种：1、上、下界寄存器和地址检查机制；2、基地址寄存器、长度寄存器和动态地址转换 机制。地址转换的过程也即是地址重定位的过程，也有两种方法实现地址重定位:1、静态重定位，用户代码中使用相对地址，在将目标代码 加载到主存时，装配链接程序通过如下的方法将其装配成绝对地 址：原地址+目标代码所在主存起始地址；2、动态重定位，它首先将程序在主存的起始地址及其总长 度存放于基地址寄存器和长度寄存器，当在执行访存指令时，首先进行越界检查，若不越界，则将地址改成 原地址+目标代码所 在主存起始地址 工然后进行

29、访问。实现存储保护：当使用第一种硬件机制时，每访问一次主存，地址检查机 制将CPU提供的访存地址与上、下界寄存器的值进行比较。若 介乎上下界之间，则可用该地址访问存储器， 否则终止程序的运 行。当使用第二种硬件机制时，每访问一次主存，它将 CPU 提供的访存地址与长度寄存器的值进行比较。若越界，则终止程序，否则与基地址寄存器中的值相加成为访问贮存的绝对物理地 址。5.6 为什么要引进页式存储管理方法？在这种管理方法中硬件应提供哪些支持？答：原因在于连续分配存储空间存在许多存储碎片和空间管 理复杂的问题，而连续分配要求把作业放在主存的一片连续区域 中，这往往容易出现连续空间因不能容纳作业或进程而

30、不可用。而页式存储管理方法可以避免这种情况的发生。硬件应提供的支持：动态地址转换机构，页表长度寄存器，联想存储器（页表以及访问权限域均在主存中）O5.7 题略答：（1）访问一次页面单元需要访问两次主存，因此访问时间为：1.2*2=2.4us；（2）等效存储访问时间为：1.2*75%+2.4*25%=1.5us ;5.11在页式存储管理系统中怎样使多个作业共享一个程序或数据？答：在每个作业的页表中，将需要共享的程序映射到存放该 共享程序或数据的相同的物理页帧上。5.17 题略答：系统得到物理地址的过程：由题设可得，虚存地址的逻辑页号为：11123,页内偏移为 456;从联想存储器中查找逻辑页号为

31、11123对应的物理页帧号，如果有，则将物理页帧号和页内偏移合成成物理地址进行访 问，否则从页表中查找。在页表中找到相应项，查看该页的合法位是否置上，若为1,则将该项指出的页帧号和页内偏移合成成物理地址进行访问， 若合法位为0,则产生页故障，系统将页表项所指的辅存块号调 入主存，然后合成物理地址进行访问。硬件完成的工作：获得页帧号，合成物理地址，以及合法 位是否置上等。软件完成的工作：接收缺页异常，对缺页故障进 行处理，返回现场。5.18 题略答：访问的相应逻辑页号为：0, 0, 1, 1, 0, 3, 1, 2, 2, 4, 4, 3。采用FIFO:故障数：6;页故障率：6/12=50%采用

32、LRU,淘汰上次使用距当前最远的页：故障数：7;页故障率为：7/12=58.3%采用OPT,淘汰下次访问距当前最远的那些页中序号最小 的一页：故障数：5;页故障率：5/12=41.7% 5.19题略答：栈结构对数据的访问一般在栈顶附近，或者离栈顶不远，符合程序的局部性行态；杂凑技术取决于Hash值的大小，如果太大，则会频 繁出现缺页，不利于程序的局部性行态；顺序搜索是根据当前项向前或向后逐个搜索，符合 程序的局部性行态；goto语句往往使程序从一个地方跳到另一个地方， 空间跨度往往比较大，少用或不用 goto语句使程序能够在局部 范围内执行，符合程序的局部性行态。5.24 题略答：驻留集大小为

33、2个页帧，但是程序要长期驻留在主存中， 必须占用一页，所以驻留集中只有一页留给数据使用。假设数组中每一个元素占一个字的空间，因为每一页有100个字，而且数组是按行主顺序存放，当采用1策略时，赋值顺序为： A(1,1),A(2,1),八。/)，每一次赋值都产生缺页异常，因此 页故障数为100*100=10000,而采用2策略时，只在第一维产生 变化时才产生缺页故障，因此页故障数为100。5.31 设有如下访问串：6, 9, 2, 1, 0, 3, 5, 4, 3, 2, 1, 0, 2, 1。取=4，给出用 WS与VMIN两种算法控制该访问串驻 留集的变化情况。答：用WS方法，有个时间未被引用则

34、将其淘汰；用VMIN方法，若某页下次访问的距离大于, 则将其淘 汰。5.33 如果主存中的某页正在与外部设备交换信息，那么在页故 障中断时可以将这一页淘汰吗？对于这种情况应如何解决？(P110-111)答：不能将这一页淘汰，因为如果淘汰出去的话，则新进 入的页将代替正在交换信息的页，而I/O数据区将被新换入的页所代替，从而导致错误。因此，应该等该、页与外部设备交换信 息结束之后，才能将该页淘汰。5.34 题略答：访问虚地址(233)8时不会发生缺页故障，因为根据虚地址可得，它的页号为2,页内偏移为（33）8,而在页表中页号为2 的页有效位为1,说明在主存中，相应的页帧号为 20,所以物理 地址

35、为（20）8*82+（33）8=（2033）8 ,而访问（345）8时会发生缺页中 断，根据虚地址可得它的页号为 3,页内偏移为（45）8,查页表可 得，该页的有效位为0,因此不在主存中，产生缺页中断，它首 先向主存中请一个可用的页帧，然后检查该故障页的页类型，为零页，因此将刚申请到的页帧清零，将页帧号填入页表项中，将 合法位置为1,然后返回。6.2 设备控制器与处理机如何通信？答：CPU通过向控制器寄存器写命令字来发出I/O命令，控制器接到命令后，完成具体的I/O操作，CPU则反复读取控制器的状态，测试控制器是否完成操作。或者转向其他工作，当控制器完成相应操作后向 CPU发出中 断信号。6.

36、3 简述各种不同的I/O控制方式？答：主要有三种不同的I/O控制方式：1、程序直接控制方式。当遇到一条与I/O相关的指令时，CPU 向相应的设备控制器发命令，设备控制器执行相应的操作，将I/O 状态寄存器的相应位置上，然后CPU周期性地检查设备控制器的状态寄存器，直到发现I/O操作完成为止。CPU直接控制I/O 操作过程，包括测试设备状态，发送读 /写命令与数据。2、中断驱动方式。CPU向设备控制器发出命令后，继续做 其他工作。当设备控制器准备好CPU交换数据时，设备控制器中断CPU,要求服务。CPU被中断后，执行CPU寄存器和设备 控制器之间的数据传输，然后恢复被中断的工作。3、DMA方式：

37、当CPU需要读/写数据块时，它给DMA部件 发命令，然后继续执行其他的工作。DMA负责此次I/O的完成，DMA部件每次一个字地将整个数据块直接读取或写入主存，而 不需经过CPU寄存器。当传送过程完成后，DMA部件向CPU发中断信号。6.4 什么是独占型设备和分时共享型设备？如何保证独占型设备的独占使用？ （ P147）答：独占型设备是指在申请设备时，如果设备空闲，就将其 独占，不再允许其他进程中请使用，一直等到该设备被释放，才 允许被其他进程中请使用。分时共享型设备：设备接受多个 I/O请求，并将其放在请求 队列中，不同进程的I/O操作请求以排队的方式分时地占用设备 进行I/O。如何保证独占使

38、用：对独占型设备进行独占申请，即在申请 时，如果申请成功，就对该设备进行加锁操作，直到该 I/O完成 后，才释放锁，从而释放该设备。6.5 以SPOOLing方式使用设备是如何实现的？答：SPOOLing技术是在批处理操作系统时代引入的，即假33 / 34脱机I/O技术，它主要针对独占型设备的使用。以打印机为例,首先为每个打印机建立一个打印服务进程,和一个打印队列。打印服务进程循环地获取打印队列中的表项,对每一个要输出的文件副本，服务进程从文件副本中读取数据,再成批地调用写打印机的系统调用将该文件的数据打印在纸上6.6 以下的工作各在3个I/O软件层的哪一层完成？答：涉及到具体的磁道、扇区、磁

39、头的计算，这属于设备 驱动与中断处理层。属于缓冲I/O的功能，因此属于与设备无关的I/O层。中涉及到设备寄存器的操作， 而能操作设备寄存器的只有设备 驱动与中断处理层。是对设备使用权限的内容，因此属于与设备无关的I/O层。用户请求，他请求系统将二进制整数转换成ASCII码再输出,属于用户层I/O。6.8 如何使用缓冲区实现 预先读”和延迟写”？这两种读/写方 式的优缺点是什么？答：预先读就是：将从设备控制器来的数据先送入系统缓冲 区，该数据块送完后，用户进程将此数据块移到用户进程空间。并且立即请求下一个数据块。延迟写就是：当需要将数据写出时，首先将数据块从用户进 程空间拷贝到系统缓冲区， 这时

40、可继续执行用户进程， 并可在需 要时换出主存。操作系统会安排最终将系统缓冲区的内容输出到设备上。优点是：减少CPU访问目标存储部件的次数。提高了慢速I/O设备和快速CPU交互的速度，提高输入输出速度。缺点：预先读是基于下一数据块最终将被使用”这一猜测。 因此，当这一猜测失败时，系统将耗费更多的时间来处理，猜测 失败的代价是很大的。同时，增加了操作系统的复杂度。延迟写也增加了操作系统的复杂度，同时延迟写还可能出现 数据丢失的情况。6.11 假设对磁盘的请求串为 95, 180, 35, 120, 10, 122, 64, 68,磁头初始位置为 30,试分另I画出 FCFS, SSTF, SCAN

41、, C-SCAN调度算法的磁头移动轨迹及磁头移动的磁道数（磁道 号：0199）。答：FCFS: First Come First Served,SSTF: Shortest Seek Time First,SCAN:扫描C-SCAN :单向扫描6.16 在磁盘管理程序中何时进行磁盘调度？答：当有多个进程请求读取磁盘中的数据，而这些数据散布在磁盘的不同位置的时候， 应该进行磁盘调度。此时磁盘驱动程 序应维持一个磁盘I/O请求队列，对已有请求和新到来请求进行 排队优化，确保相邻请求其磁道相距最近。6.18 RAID级别0+1有何特点？可用于什么应用环境？答：RAID级别0+ 1是指RAID级别0和

42、1的结合。RAID 级别0提供性能，RAID级别1提供可靠性。特点是性能高、可 靠性好、价格高（需要 2倍磁盘数目）应用环境：通常用于性能和可靠性都很重要的环境中。7.2 一个可以支持随机访问的文件应该用什么方式放在辅存 中？答：一个可以支持随机访问的文件应该用索引结构的方式将 其放在辅存中。7.4 试述文件控制块的作用，请设计在树形文件目录中快速查找 文件控制块的方法。答：文件控制块是一张用于存放文件的标识、定位、说明和控制等信息的表格，用于管理和控制文件系统中的全部文件。快速查找文件控制块的方法：引入当前目录”，用户可指定某级目录作为用户 当前目录”，当前目录的文件控制块事先已 读入并保存

43、在主存。当用户注册时，操作系统在记账文件中 查找与该用户所对应的信息项。记账文件中保存了一个指向 用户初始 当前目录”的路径名。当前目录”最初在用户登录时 自动置为该用户的初始 当前目录”。操作系统提供专门的系统 调用供用户随时改变 当前目录”。在查找时，操作系统从根目 录或 当前目录”进行查找，因为当前目录的 FCB通常是放在 主存中的，所以查找速度会比较快。7.7 无环图目录结构与树形目录结构相比，优势在哪里？如何删除一个节点？答：无环图目录结构的优势是利于文件的共享，因为当树形目录结构想共享某个文件时，需要在不同的路径保存多个副本， 这样浪费了存储空间。而无环图目录结构只需增加一个称为链

44、的 新目录项，让其指向需要共享的文件即可。节省了空间，管理更 灵活。如何删除节点：为每个节点设置一个共享计数器，每当增加 了一条共享链时，就将其共享计数器加1,每当要删除某个节点时，其共享计数器减1,当计数器为0时，就真正删除该节点。 7.9请比较辅存空间分配和主存空间分配的特点。答：辅存空间的特点是容量大，如何在大量的文件中快速查 找和定位你所需的文件是辅存空间分配需要考虑的主要问题。在逻辑空间，通常将文件组织成目录结构，在物理存储时，将其组 织成链表结构或索引结构存放在辅存中，文件系统对未分配空间保持一个 自由空间表”的数据结构，通常组织成位向量的形式， 每一个柱面对应一个位向量， 所有位向量组成一个位图数组， 它 记录了整个磁盘空间的使用情况。而主存空间容量小，访问速度快，因此主存空间分配主要考 虑的是如何提高主存空间的访问速度、利用率和命中率。因此， 在主存空间分配之前，将所有的主存空间分页，并将每一页登记 在页表中，将用户的逻辑页对应着主存的物理页帧，分配主存空间时在页表中登记，当需替换页时，采用好的替换策略提高主存的命中率。7.10 试述 打开文件”所做的工作。答：根据参数所指出的文件名和卷名找到相应文件。将该文件的文件控制块存入主存的活跃文件目录表。建立该文件的读/写状态信息表。将该文件的信息存入用户