操作系统-供参考

1、第7章 习题解答1.什么叫并发进程？答：在多道程序设计系统中，作为单个作业可以同时执行，而每一个作业又需要有多个进程的协作来完成。因此，系统会同时存在着许多进程，在单处理器的情况下，这些进程轮流的占用处理器，即一个进程的工作没有全部完成之前，另一个进程就开始工作，我们说这些可同时执行的进程具有并发性，并且把可同时执行的进程称为“并发进程”。2.临界区是怎样定义？对临界区的管理应符合哪些要求？答：并发进程中与共享变量有关的程序段称为“临界区”。对若干个并发进程共享某一变量的相关临界区得管理有三点要求：一次至多一个进程能够进入临界区，当有进程在临界区执行时，其他想进入临界区执行的进程必须等待。不能

2、让一个进程无限制的在临界区执行，即任何一个进入临界区的进程必须有限的时间内退出临界区。不能强迫一个进程无限期等待键入它的临界区，即有进程退出临界区时应让一个等待进入临界区的进程进入它的临界区执行。3.采用PV操作作为同步机构时，假定与某共享变量相关的信号量S的值可在-1，l之间，问S的初值是哪个值？当S=1，S=0，S=l时它们各自的物理含义是什么？答：S的初值是 1.Sl，表示有一个进程在等待进入临界区执行。S0，表示已有一个进程在临界区执行，这时若有进程想进入临界区则必须等待。Sl，表示无进程在临界区执行，若有进程想进入临界区则可以立即进入。4.A、B两个火车站之间是单轨连接的，现有许多列

3、车同时到A站，须经A再到达B站，列车出B站后又可分路行驶（如图72）为保证行车安全，请你当调度时，你将如何调度列车？请你用PV操作为工具设计一个能实现你的调度方案的自动调度系统。答：当A、B两站之间无列车停驶时，可让到达A站的一列车进人A、B站之间行驶。当A石站之间有列车在行驶时，则到达A站者必须在站外等待。当有列车到达B站后，让等在A站外的一列车进入。1.硬件系统主要由中央处理器（CPU）、主存储器、辅助存储器（磁盘、磁带等）以及各种输入输出设备（键盘、显示器、打印机等）组成。软件系统由各种程序和数据组成。计算机系统的资源包括两大类：硬件资源和软件资源。软件：系统软件（通用）、应用软件（专用

4、）。 2.简述操作系统的定义。操作系统是计算机系统的一种系统软件，它统一管理计算机系统的资源和控制程序的执行。3.简述操作系统提供的服务功能。处理用户命令；读/写文件；分配/回收资源；处理硬件/软件出现的错误；及其他控制功能。4.从操作系统提供的服务出发，操作系统可分哪几类？批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统、分布式操作系统。其中批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统是基本的操作系统。从资源管理的观点出发，操作系统功能可分为五大部分：处理器管理、存储管理、文件管理、设备管理和作业管理。5.请分析网络操作系统和分布式操作系统的区别：网络操作系统和分布式操作系统的区别是：

5、 （1）分布性。分布式操作系统的处理和控制功能均为分布式的；而网络操作系统虽具分布处理功能，但其控制功能却是集中在某个或某些主机或网络服务器中，即集中式控制方式。 （2）并行性。分布式操作系统具有任务分配功能，可将多个任务分配到多个处理单元上，使这些任务并行执行，从而加速了任务的执行；而网络操作系统通常无任务分配功能，网络中每个用户的一个或多个任务通常都在本地计算机上处理。 （3）透明性。分布式操作系统通常能很好地隐藏系统内部的实现细节。包括对象的物理位置、并发控制和系统故障等对用户都是透明的。网络操作系统的透明性则主要指操作实现上的透明性。（4）共享性。分布式操作系统支持系统中所有用户对分布

6、在各个站点上的软硬件资源的共享和透明方式访问。而网络操作系统所提供的资源共享功能仅局限于主机或网络服务器中资源，对于其它机器上的资源通常仅有使用该机的用户独占。 （5）健壮性。分布式操作系统由于处理和控制功能的分布性而具有较好的可用性和可靠性，即健壮性。而网络操作系统由于控制功能的集中式特点而使系统重构功能较弱，且具有潜在的不可靠性。6.什么是程序状态字，有哪几部分组成？PSW用来控制指令执行顺序且保留和指示与程序有关的系统状态。内容：程序基本状态，中断码，中断屏蔽位。程序的基本状态：指令地址、条件码、目态/管态、等待/计算。 7. 进程 的定义：把一个程序在一个数据集上的一次执行称为一个“进

7、程”。2. 进程是由 程序 、 数据集 和 进程控制块 三部分组成。程序。作用：描述进程要完成的功能。数据集合。作用：程序在执行时所需要的数据和工作区。程序控制块。作用：包含进程的描述信息和控制信息。它是进程存在的唯一标志。11. 进程的基本调度状态有哪些：运行就绪阻塞。进程调度程序从处于就绪状态的进程中选择一个投入运行。运行进程因等待某一事件而进入阻塞，因时间片到达而回到就绪。处于阻塞状态的进程当所等待的事件发生时，便进入就绪状态。 3. 进程的 三种基本状态 .： 等待态 ：等待某个事件的完成； 就绪态 ：等待系统分配处理器以便运行； 运行态 ：占有处理器正在运行。4.进程的状态变化：进程

8、在执行中状态会不断地改变，每个进程在任何时刻总是处于上述三种基本状态的某一种基本状态，进程状态之间转换关系如下图所示：运行态等待态 往往是由于等待外设，等待主存等资源分配或等待人工干预而引起的。等待态就绪态 则是等待的条件已满足，只需分配到处理器后就能运行。运行态就绪态 不是由于自身原因，而是由外界原因使运行状态的进程让出处理器，这时候就变成就绪态。例如时间片用完，或有更高优先级的进程来抢占处理器等。就绪态运行态 系统按某种策略选中就绪队列中的一个进程占用处理器，此时就变成了运行态。5.给出系统总体上的中断处理过程。CPU每执行完一条指令就去扫描中断寄存器，检查是否有中断发生，若没有中断就继续

9、执行下条指令；若有中断发生就转去执行相应的中断处理程序。中断处理过程可粗略的分为以下四个过程： 保护当前正在运行程序的现场； 分析是何种中断，以便转去执行相应的中断处理程序； 执行相应的中断处理程序； 恢复被中断程序的现场。6.进程控制块包含哪四类信息：标识信息；说明信息；现场信息；管理信息。7.进程调度中“可抢占”和“非抢占”两种方式，哪一种系统的开销更大？为什么？可抢占式会引起系统的开销更大。可抢占式调度是严格保证任何时刻，让具有最高优先数（权）的进程占有处理机运行，因此增加了处理机调度的时机，引起为退出处理机的进程保留现场，为占有处理机的进程恢复现场等时间（和空间）开销增大。8.试比较进

10、程调度与作业调度的不同点。 作业调度是宏观调度，它决定了哪一个作业能进入主存。进程调度是微观调度，它决定各作业中的哪一个进程占有中央处理器。 作业调度是选符合条件的收容态作业装入主存。进程调度是从就绪态进程中选一个占用处理器。9.常用的作业调度算法有哪些？ 先来先服务算法 计算时间短的作业优先算法 响应比最高者优先算法 优先数调度算法 均衡调度算法10.简述中断装置的主要职能。中断装置的职能主要有三点： 检查是否有中断事件发生； 若有中断发生，保护好被中断进程的断点及现场信息，以便进程在适当时候能恢复执行； 启动操作系统的中断处理程序。11. 作业调度 与 进程调度 各自的职责和相互间的关系。

11、作业调度 的职责是把 输入井 中的作业装入 主存 ，此时系统为该作业创建一个进程，若有多个作业被装入主存储器，则同时存在多个进程。它们处于 就绪状态 。进程调度 的职责就是 选择 当前可占用处理器的 进程 ，进程运行中由于某种原因状态发生变化，当它让出处理器时，进程调度就再选另一个作业的进程去运行。二者相互配合才能实现多道作业的并行执行。12.一般中断分为哪几类？硬件中断、程序中断、外部中断、输入输出中断、访管中断。强迫性中断事件：由于外界原因迫使正在运行的进程被打断；自愿性中断：正在运行的进程所期待的，它表示正在运行的进程对操作系统有某种需求。2.中断优先级是按中断事件的重要性和紧迫程序来确

12、定的，是在硬件设计时固定的。一般情况下，优先级的高低顺序为硬件故障中断，自愿中断，程序性中断，外部中断，输入输出中断。87.页式存储管理中为什么要设置页表？答：因为页式管理时把作业分散在主存中的不连续块中存放，必须通过页表来建立逻辑地址中的页号到绝对地址中的块号的映射，作为硬件进行地址转换的依据。8.页式存储管理中页面大小是根据什么决定的？页表的长度又是根据什么决定的？答：页面的大小是由地址结构决定的。页表的长度是由作业的信息量决定的，作业有多少页，页表中就有多少个记录项。9.叙述页式存储管理中地址转换过程。答：首先，操作系统为每个作业创建一张页表，它建立了逻辑地址中的页号到绝对地址中的块号的

13、映射。然后，借助于硬件地址转换机构，在作业执行过程中，每执行一条指令时，按逻辑地址中的页号查页表得到对应的块号，再根据公式“绝对地址=块号块长+页内地址”换算出欲访问的主存单元的绝对地址。10.主存的分配和去配（回收）：在系统初始化时，主存除了操作系统所占部分外，整个用户区是一个大的空闲区，可以按作业需要的空间大小顺序分配空闲区直到不够时为止。当作业结束时，它的占用分区被收回。这个空闲区又可以根据新作业的大小重新用于分配，所以主存中的已占分区和空闲区的数目和大小都是在变化的。可以用两张表“已分配区表”和“空闲区表”来记录和管理。11.存储管理的主要功能：、内存区域的分配和管理：通过建表、查表、

14、改表和回收登录内存使用情况，系统或用户申请内存时按选定的分配算法确定分区等，保证分配和回收；、内存的扩充技术：使用虚拟存储或自动覆盖技术提供比实际内存更大的空间；、内存的保护技术：各道作业、任务或进程在自己所属区域中运行，不破坏别的作业或不被“别人”破坏，更不要破坏整个系统工作。9.什么叫虚拟存储器？答：根据程序执行的互斥性和局部性两个特点，我们允许作业装入的时候只装入一部分，另一部分放在磁盘上，当需要的时候再装入到主存，这样以来，在一个小的主存空间就可以运行一个比它大的作业。同时，用户编程的时候也摆脱了一定要编写小于主存容量的作业的限制。也就是说，用户的逻辑地址空间可以比主存的绝对地址空间要

15、大。对用户来说，好象计算机系统具有一个容量很大的主存储器，称为“虚拟存储器”。13.存储空间的分配与回收：用 位示图 进行磁盘存储空间的分配与回收：和主存页式管理的存储空间分配回收方法类似，位示图用一个位的信息（0/1）来表示磁盘上一个块空间是否空闲，所不同的是，主存空间直接以块号表示，而磁盘块位置则由柱面号、磁头号和扇区号三段组成。2.用空闲块表进行磁盘存储空间的分配与回收：如同主存管理中的空闲区表，表每一行记录一组连续空闲块的首块号和空闲块数，空闲块数为“0”的登记项为“空”登记项。27.页式存储管理中为什么要设置页表？答：因为页式管理时把作业分散在主存中的不连续块中存放，必须通过页表来建

16、立逻辑地址中的页号到绝对地址中的块号的映射，作为硬件进行地址转换的依据。8.页式存储管理中页面大小是根据什么决定的？页表的长度又是根据什么决定的？答：页面的大小是由地址结构决定的。页表的长度是由作业的信息量决定的，作业有多少页，页表中就有多少个记录项。9.叙述页式存储管理中地址转换过程。答：首先，操作系统为每个作业创建一张页表，它建立了逻辑地址中的页号到绝对地址中的块号的映射。然后，借助于硬件地址转换机构，在作业执行过程中，每执行一条指令时，按逻辑地址中的页号查页表得到对应的块号，再根据公式“绝对地址=块号块长+页内地址”换算出欲访问的主存单元的绝对地址。10.主存的分配和去配（回收）：在系统

17、初始化时，主存除了操作系统所占部分外，整个用户区是一个大的空闲区，可以按作业需要的空间大小顺序分配空闲区直到不够时为止。当作业结束时，它的占用分区被收回。这个空闲区又可以根据新作业的大小重新用于分配，所以主存中的已占分区和空闲区的数目和大小都是在变化的。可以用两张表“已分配区表”和“空闲区表”来记录和管理。11.存储管理的主要功能：、内存区域的分配和管理：通过建表、查表、改表和回收登录内存使用情况，系统或用户申请内存时按选定的分配算法确定分区等，保证分配和回收；、内存的扩充技术：使用虚拟存储或自动覆盖技术提供比实际内存更大的空间；、内存的保护技术：各道作业、任务或进程在自己所属区域中运行，不破

18、坏别的作业或不被“别人”破坏，更不要破坏整个系统工作。9.什么叫虚拟存储器？答：根据程序执行的互斥性和局部性两个特点，我们允许作业装入的时候只装入一部分，另一部分放在磁盘上，当需要的时候再装入到主存，这样以来，在一个小的主存空间就可以运行一个比它大的作业。同时，用户编程的时候也摆脱了一定要编写小于主存容量的作业的限制。也就是说，用户的逻辑地址空间可以比主存的绝对地址空间要大。对用户来说，好象计算机系统具有一个容量很大的主存储器，称为“虚拟存储器”。13.存储空间的分配与回收：用 位示图 进行磁盘存储空间的分配与回收：和主存页式管理的存储空间分配回收方法类似，位示图用一个位的信息（0/1）来表示

19、磁盘上一个块空间是否空闲，所不同的是，主存空间直接以块号表示，而磁盘块位置则由柱面号、磁头号和扇区号三段组成。2.用空闲块表进行磁盘存储空间的分配与回收：如同主存管理中的空闲区表，表每一行记录一组连续空闲块的首块号和空闲块数，空闲块数为“0”的登记项为“空”登记项。2.利用位示图实现页式存储空间的分配和回收：块号=字号字长位号；字号=i/字长（即块号i除以字长取整）；位号=i mod 字长（即块号i除以字长取余）。2.缺页中断就是要访问的页不在主存，需要操作系统将其调入主存后再进行访问。影响缺页中断率有哪几个主要因素？ 分配给作业的主存块数多则缺页率低，反之缺页中断率就高。 页面大，缺页中断率

20、低；页面小缺页中断率高。 程序编制方法。以数组运算为例，如果每一行元素存放在一页中，则按行处理各元素缺页中断率低；反之，按列处理各元素，则缺页中断率高。 页面调度算法对缺页中断率影响很大，但不可能找到一种最佳算法3.页表的构造与作用：每个被装入主存的作业都有一张 页表 ，指出该作业逻辑地址中的页号与所占用的主存块号之间的对应关系。页表的长度由作页拥有的页面数决定，行号对应为页号，行中记录的是主存中的块号。页表是硬件进行地址转换的依据，每执行一条指令时按逻辑地址中的页号查找页表并转换成绝对地址。4.何为页表和快表？它们各起什么作用？页表指出逻辑地址中的页号与所占主存块号的对应关系。作用：页式存储

21、管理在用动态重定位方式装入作业时，要利用页表做地址转换工作。快表就是存放在高速缓冲存储器的部分页表。它起页表相同的作用。由于采用页表做地址转换，读写内存数据时CPU要访问两次主存。有了快表，有时只要访问一次高速缓冲存储器，一次主存，这样可加速查找并提高指令执行速度。5.计算机系统怎样实现存储保护？一般硬件设置了基址寄存器和限长寄存器。中央处理器在目态下执行系统中，对每个访问主存的地址都进行核对，若能满足：基址寄存器值访问地址基址寄存器值限长寄存值，则允许访问，否则不允许访问。并且不允许用户程序随意修改这两个寄存器的值。这就实现了存储保护。6.存储保护的目的是什么？怎样实现存储保护？答：存储保护

22、的目的就是为了保护主存中各区域内的信息不被破坏，它包括存储的权限，存储不可跨越区域等等。为实现存储保护，必须由硬件和软件配合实现。比如在页式管理中，要由操作系统提供页表，硬件机构确定页的使用必须是安全的，如不能访问不属于自己的页等。7.刚被调出的页又立即要用，因而又要把它调入；而调入不久又被调出；调出不久又再被调入，如此反复，使调度非常频繁，以至于使大部分时间都花费在来回调度上，这种现象 成为抖动，又称颠簸。93章 习题解答1.解释下列术语逻辑地址；绝对地址；地址转换答：逻辑地址：对于用户来说，他无须知道自己的作业究竟是在主存的什么位置，他们可以认为自己的程序和数据就是放在从0地址开始一组连续

23、的地址空间中，这个地址空间是程序用来访问信息所用的一系列连续地址单元的集合，该地址空间就是逻辑地址空间。逻辑地址空间中，地址单元的编号称为逻辑地址。绝对地址：主存也被按照连续的存储单元进行编号，绝对地址空间就是主存中一系列连续存储信息的物理单元的集合，也称绝对地址空间为存储地址空间或物理地址空间。绝对地址空间中物理单元的编号称为绝对地址。 地址转换：由于一个作业装入到与其逻辑地址空间不一致的绝对地址空间，使得逻辑地址与绝对地址不同，而引起的对有关地址部分的调整，即逻辑地址转换成绝对地址的过程称为重定位，也称为地址转换。2.存储保护的目的是什么？怎样实现存储保护？答：存储保护的目的就是为了保护主

24、存中各区域内的信息不被破坏，它包括存储的权限，存储不可跨越区域等等。为实现存储保护，必须由硬件和软件配合实现。比如在页式管理中，要由操作系统提供页表，硬件机构确定页的使用必须是安全的，如不能访问不属于自己的页等。3.什么叫重定位？重定位的方式有哪两种？比较它们的不同。答：由于一个作业装入到与其逻辑地址空间不一致的绝对地址空间，使得逻辑地址与绝对地址不同，而引起的对有关地址部分的调整，即逻辑地址转换成绝对地址的过程称为重定位，也称为地址转换。重定位有静态和动态两种情况。所谓静态重定位是在装入一个作业的时候，把作业中的指令地址和数据地址全部一次性地转换成绝对地址。所谓动态重定位是由软件和硬件相配合

25、来实现的。地址重定位不再是装入的时候一次完成了，而是设置一个基址寄存器，装入作业的时候，将作业在主存区域的首地址放入到基址寄存器中。作业执行的时候，由硬件的地址转换机构动态地对地址进行转换，执行指令的时候，只要将逻辑地址加上基址寄存器的内容，就得到了绝对地址。静态重定位和动态重定位的不同在于：静态重定位是在作业装入的时候一次完成，动态重定位是在作业执行时再实现的。静态重定位是软件支持的，动态重定位是硬件和软件合作实现的。静态重定位不能实现主存的移动，而动态重定位可以。动态重定位还可能提供虚拟存储空间。第1章 习题解答1.计算机系统由哪两大部分组成？答：计算机系统是能按照人的要求接受和存储信息，

26、自动进行数据处理和计算，并输出结果信息的机器系统。计算机系统由两大部分组成：硬件（子）系统和软件（子）系统，其中硬件子系统是系统赖以工作的实体，它是有关的各种物理部件的有机的结合。软件子系统由各种程序以及程序所处理的数据组成，这些程序的主要作用是协调各个硬件部件，使整个计算机系统能够按照指定的要求进行工作。硬件子系统包括中央处理器、主存存储器、输人输出控制系统和各种外围设备。软件子系统包括系统软件、支援软件和应用软件三个部分。2.什么是计算机的操作系统？答：操作系统（Operating System缩写 OS）是一种系统软件。它对程序的执行进行控制，还使用户能方便地使用硬件提供的计算机功能，也

27、使硬件的功能发挥得更好。它是一种用于管理计算机系统资源和控制程序执行的系统软件，它扩充系统的功能，为用户提供方便的使用接口和良好的运行环境。3.操作系统管理哪些资源？答：操作系统管理计算机系统的资源，其中硬件资源主要包括中央处理器、主存储器和各种外围设备；软件资源包括了程序和数据，通常这些程序和数据是以文件的方式存储和使用的。它说明资源的使用情况，实现多用户共享计算机系统的各种资源。4.为什么要把“I/O指令”等定义为特权指令？答：若用户程序中直接使用 IO指令，则可能引起冲突或由于某些意外而造成错误。例如，用户程序中要启动磁带后取磁带上的信息，但可能操作员错拿了另一用户的磁带，把它以磁带机上

28、，这时用户程序启动磁带机后从磁带上得到的信息实际上不是自己需要的，就可能造成程序执行后得到结果不正确。更糟糕的是当用户程序启动磁带机的目的是要把一些信息记到磁带上，将可能覆盖已在磁带上的信息，即把另一用户磁带上的信息破坏了。为了防止类似于这样一类的错误启动外围设备的工作不是用户程序直接做，而是由操作系统来做。5.操作系统是如何防止用户使用特权指令的？答：为了防止用户程序中使用特权指令，计算机硬件结构区分两种操作模式：目态和管态，其中目态下只能使用除特权指令以外的指令，管态下可以使用全部指令。当在目态下使用特权指令时，硬件就发出信号：“程序使用非法指令”，且不允许程序继续执行下去。所以可以把用户

29、程序置在目态下运行，而操作系统中必须使用特权指令的那部分程序可在管态下运行，这样可保证计算机系统的安全可靠。. 什么是设备独立性及好处：设备独立性也称设备无关性，它是指用户程序独立于具体使用的物理设备； 设备分配时的灵活性 、易于实现I/O重定向、提高操作系统的可适应性和可扩展性2. 如何实现设备独立性。为实现设备独立性，系统必须在设备驱动程序之上设置一层设备独立性软件3. 独占设备 是指每次只能供一个作业执行期间单独使用的设备。如输入机、磁带机、打印机等。4. 共享设备 是指允许几个作业执行期间可同时使用的设备。5.磁盘移臂调度的目的是什么？常用移臂调度算法有哪些？磁盘移臂调度的目的是尽可能

30、地减少输入输出操作中的寻找时间。常用的移臂调度算法有： 先来先服务算法 最短寻找时间优先算法 电梯调度算法 单向扫描算法。8.什么是输人井和输出井？答：在具有通道技术的系统中，我们利用中央处理器和通道并行工作的能力，用一台机器完成脱机外围设备操作技术中三台机器的工作。操作系统中包含两个程序：“预输入程序”代替输入外围设备，“缓输出程序”代替输出外围设备。系统在磁盘中划分出专门称为“井”的区域，它分为“输入井”和“输出井”，它们分别代替低速的独占使用的输入设备和输出设备。9.什么是SPOOLING系统？清简述它的实现思想。答：操作系统中实现联机同时外围设备操作功能的部分称为斯普林（SPOOIJNG）系统。它的实现思想是：利用中央处理器和通道并行工作的能力，用一台机器完成脱机外围设备操作技术中三台机器的工作。操作系统中包含两个程序：“预输入程序”代替输入外围设备，“缓输出程序”代替输出外围设备。系统在磁盘中划分出专门称为“井”的区域，它分为“输入井”和“输出井”。“预输入程序”把作业流中作业信息传送到“输入井”保存，作业在执行时只要通过“输入井读”程序从上“输入井”获取数据，而不去启动低速的外围设备。作业执行的