操作系统习题册

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第一章操作系统引论

第一章操作系统引论

本章学习要点

把握操作系统的概念与作用把握操作系统的基本类型与特点把握操作系统的特征与功能把握多道程序设计技术

本章学习难点

多道程序设计技术操作系统的特征

一.判断改错题（正确的打√，错误的打×并改正）

（1）实时系统只能应用于生产控制系统，不能应用于信息处理系统。（错）（2）并发含有“同时进行〞的概念，是指两个或者是多个事件在同一时刻发生。

（错）

（3）操作系统虚拟机在规律功能上与裸机一样，具有一个物理实体。（错）（4）对用户而言，操作系统是一种人机交互的环境，对设计者而言，它是一种强功能

的系统资源管理程序。（对）

（5）资源的共享是以程序的并行执行为条件的，没有程序的并行执行，就没有资源的

共享。（错）

（6）计算机系统的资源包括程序和数据两大部分。（错）

（7）若把计算机系统分为若干层次，则按由上而下顺序可分为应用系统与应用软件、

操作系统、其它系统软件和裸机。（错）

（8）批处理控制程序解决了作业间的自动转换，减少了时间浪费，特别是主机CPU

时间的浪费，假使一个用户的计算作业十分巨大,也不会单独一直占据CPU。（错）

二.填空题

（1）实时含有马上、及时之意，因而响应时间是实时系统最关键的因素。（2）操作系统的层次结构中，与硬件紧凑相关或运行频率较高的模块都安排在

紧靠硬件的软件层中，这一部分寻常称为内核，它在执行基本操作时，往往是利用原语操作来实现，该操作具有原子性。

（3）UNIX是一个真正的多用户、多任务的网络操作系统。

（4）假使一个操作系统兼有批处理操作系统、分时操作系统

和实时操作系统三者或其中两者的功能，这样的操作系统称为通用操作系统。

（5）实现多道程序设计必需合理解决三个问题：文件、作业和系统资源

的管理和调度。

（6）批处理系统的主要优点是系统吞吐量大，资源利用率高，系统

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第一章操作系统引论

开销小，它的缺点在于作业处理的平均周转时间较长，用户交互能力较弱。

（7）操作系统是对计算机进行控制，管理的程序，是计算机和用户的接口。（8）提供网络通讯和网络资源共享功能的操作系统称为网络操作系统。（9）对系统总体设计目标来说，批处理系统重视提高计算机的效率，尽量增加系统的

吞吐量，分时系统应保证用户的交互性，而实时系统在及时响应和处理的前提下，再考虑与用户的交互性。

（10）在主机控制下进行的输入/输出操作称为联机I/O操作。

（11）在计算机系统中，CPU是整个系统硬件的核心和基础，而在计算机软件系

统中，操作系统具有同样的核心和基础作用。

三.简答题

1.简述操作系统在计算机系统中的位置。答：操作系统OS是运行在计算机硬件系统上的最基本的系统软件。它在计算机系统中位于计算机裸机和计算机用户之间，为系统软件和用户应用软件提供了强大的支持

2.简述操作系统的虚拟机的观点和资源管理的观点。

答：一种是虚拟机的观点——装有操作系统的计算机极大地扩展了原计算机的功能，给用户提供了一个友好的、易于操作的界面，对用户来说，好像是一个扩展了的机器，即一台虚拟机器。另一种是资源管理的观点，操作系统完成对处理机、存储器、I/O设备等硬件资源和文件等软件资源的管理

3.什么是操作系统？它有什么基本特征？

答：操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理组织计算机的工作流程，以及便利用户的程序的集合。操作系统的基本特征是：

并发——是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。宏观上是同时的，微观上是交替的。

共享——系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。根据资源的不同属性，可分为两种资源共享方式：互斥共享和同时访问。

虚拟——通过某种技术把一个物理实体变成若干个规律上的对应物，物理实体是实的，即实际存在，而后者是虚的，是用户的感觉。

异步性——在多道程序环境下，多个进程并发执行，但由于资源等因素的限制，内存中的每个进程何时执行，何时暂停，以怎样的速度向前推进，每道程序需多少时间才能完成，都是不可预知的，进程以异步的方式运行。但只要运行环境一致，作业经过屡屡运行，都会获得完全一致的结果。

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第一章操作系统引论

4.多道程序设计时应注意什么问题？

答：处理机管理问题——多道程序之间如何分派CPU，使CPU既能满足各程序运行的需要，又能提高处理机的利用率。

内存管理问题——为每道程序分派必要的内存空间，并防止程序遭破坏。I/O设备管理——分派为多道程序共享的I/O设备，便利用户使用，提高设备利用率。文件管理问题——组织大量的程序和数据，便于用户使用，保证数据的安全和一致。作业管理问题——对系统中各种类型的作业进行组织

四.本章复习题

1.实时操作系统必需在（B）内处理来自外部的事件。A.一个机器周期B.被控制对象规定的时间C.周转时间D.时间片2.操作系统中最基本的两个特征是（B）

A.并发和不确定性B.并发和共享C.共享和虚拟D.虚拟和不确定性3.分时系统追求的目标是（B）

A.充分利用I/O设备B.快速响应用户C.提高系统吞吐量D.充分利用内存4.批处理系统的主要缺点是（D）

A.系统吞吐量小B.CPU利用率不高C.资源利用率低D.无交互能力5.在主机控制下进行的输入输出操作称为（联机）操作。

6.假使操作系统具有很强的交互性，可同时供多个用户使用，系统响应比较及时，则

属于（分时操作系统）类型；假使系统可靠，响应及时但仅有简单交互能力则属于（实时操作系统）类型；假使操作系统在用户提交作业后不提供交互能力，它追求的是计算机资源的高利用率，大吞吐量和作业流程的自动化，则属于（批处理系统）类型。

7.设内存中有三道程序A、B、C，它们按A、B、C的优先次序执行。它们的计算和I/O

操作时间

程序操作ABC计算I/O计算3060204030401010203

第一章操作系统引论

如表所示（单位：ms）。假设三道程序使用一致设备进行I/O操作，即程序以串行方式使用设备。试画出单道运行和多道运行的时间关系图（调度程序的时间忽略不计）。在两种状况下，完成三道程序各要花多少时间？

单道运行时间：(30+40+10)+(60+30+10)+(20+40+20)=260ms多道运行时间：180ms

8.试比较分时系统和实时系统。

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其次章进程管理

其次章进程管理

本章学习要点

把握进程的定义和特征

把握进程状态及其状态转换的原因熟练运用信号量解决进程同步问题把握调度的类型与方式把握常用的进程调度算法把握死锁的相关知识理解银行家算法

本章学习重点和难点

运用信号量解决进程同步问题进程调度算法银行家算法

一.判断改错题（正确的打√，错误的打×并改正。）（1）进程由程序和数据两部分组成。（）（2）在生产者消费者进程中，V操作的次序无关紧要，而P操作次序不能颠倒。（）（3）产生死锁的原因之一是对计算机操作不当，造成计算机死机。（）（4）原语是指操作系统中的初始化程序。（）

（5）若进程处于阻塞状态，当引起阻塞的条件被解除时，进程状态应变为运行状态。

()

（6）并发进程可以同时进入临界区，交替访问临界资源。()（7）程序的封闭性是指该程序不允许某些进程调用。（）

（8）消息通信由于它数据量较小，因而它是一种低级通信方式。（）（9）单机系统最多允许两个进程处于运行状态。（）

（10）死锁产生，必需要满足四个必要条件，所以，为避免死锁产生，主要注意如何不

让这四个必要条件成立，并打破循环等待资源的环路。（）

（11）操作系统的进程管理是整个操作系统管理中的核心，它包含了进程的调度、协调

以及进程通信。（）

二.填空题

（1）操作系统中，进程是、和管理的最小独立单位，操作系

统的各种活动都与有关。

（2）消息传递系统属于级通信方式，进程间的数据交换以为单位。（3）一个进程可以由系统创立，或者由用创立原语创立。被创立的进程开

始处于等待状态。在条件成熟时，采用原语为它们分派除以外的所有资源，并被排列到队列中。

（4）一次仅允许一个进程使用的资源称为，同时把访问该资源的那段程序

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其次章进程管理

代码称为。

（5）轮转法是依照轮番地把处理器分派给就绪队列中的进程，该算法多用于

系统中，其难点在于。

（6）信号量的物理意义是当信号量大于零时表示；当信号量小

于零时，其绝对值为。

（7）死锁的检测可以通过图，利用定理来实现。

（8）进程运行过程中，由于、等待I/O操作等事件发生时，通过

原语将它撤下，排入队列，并引起新的。

（9）有m个进程共享同一临界资源，若使用信号量机制实现对临界资源的互斥访问，

则信号量值的变化范围是。

（10）对单处理机系统，处于状态的进程只能有1个，处于就绪状态的进程

可以有多个，它们仅未获得控制权，按某种方式排成一队列，此队列称为队列，操作系统必需依照一定的，每次从队列中选择一个进程投入运行，这个选择过程称为。

三.简答题

①.处理机管理的主要任务是什么？具有哪些主要功能？答：

②.程序的顺序执行和并发执行有何不同？答：

③.简述进程的定义，进程的基本状态以及进程状态转换的典型原因。答：

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其次章进程管理

④.简述进程与程序的区别。答：

⑤.进程的实体是什么？答：

⑥.简述进程控制块的主要内容。答：

⑦.简述进程通信的概念，最基本的通信原语有那些？答：

⑧.简述读者——写者问题的思想。答：

⑨.什么是原语？答：

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其次章进程管理

⑩.简述引起进程调度的原因。答：

?.进程调度有何功能？有哪些常用的调度算法？答：

?.什么叫安全状态？常用什么方法保持系统处于安全状态？答：

?.进程之间存在哪几种相互制约关系？各是什么原因引起的？以下活动分别属

于哪种制约？①若干同学去图书馆借书②两队举行篮球比赛③流水线生产的各道工序④商品生产和社会消费。

答：

?.系统中有3个进程，4个一致类型的资源，每个进程最多需要2个资源，该系

统是否会发生死锁？为什么？

答：

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其次章进程管理

?.资源分派图如下图，系统是否处于死锁状态？

P0P1??

r1r2r3r4????

P2P3

答：

?.简述解决死锁的途径。

?.简述死锁定理。答：

四.综合应用题

?.请用信号量实现4*100接力赛的同步过程答：

?P49

其次章进程管理

有一发送者进程和一接收者进程，其流程如下。s是用于实现进程同步的信号量，m是用于实现进程互斥的信号量。试完成流程图。假定缓冲区有无限多个，s和m的初值为多少？发送者接收者申请缓冲区C把信息写入缓冲区DA从消息链首取一个缓冲区将缓冲区放到消息链尾V(m)B从缓冲区取出消息V(s)释放缓冲区答：

?.桌上有一只盘子，最多允许存放两只水果，每次只能放入或取出一个水果。爸

爸专向盘中放苹果，妈妈专向盘中放桔子，两个儿子专等吃盘中的苹果，两个女儿专等吃盘中的桔子。试用PV操作实现爸爸、妈妈、儿子、女儿之间的同步与互斥关系。

答：

?.在公共汽车上，司机和售票员的活动分别是司机：启动车辆；正常行车；到站停车；售票员：关车门；售票；开车门；

在汽车不断到站、停车、行驶过程中，这两个活动存在着同步关系，试用信号量和P、V操作实现它们的同步。答：

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其次章进程管理

21.某寺庙，有小、老和尚若干，有一水缸，由小和尚提水入缸供老和尚引用。水

缸可容12桶水,水取自同一井中。水井径窄，每次只能容一个桶取水。水桶总数为4个。每次入、取缸水仅为一桶，且不可同时进行。试给出有关取水、入水的算法描述。

答：

22.设系统中有五个进程、3种资源，总数分别为A17，B5，C20，T0时刻系

统状态如下。P1P2P3P4P5最大资源需求A55444B53022C961154A24423已分派资源B10001C22544A2剩余资源数B3C311

其次章进程管理

i.ii.iii.

15217完成剩余资源数的计算：T0时刻是否安全？

若P2请求资源（0，3，4），系统如何处理？

答：

23.P1，P2，P3，P4四个进程同时依次进入就绪队列，它们所需要的处理器时间和

优先数如下，若不计调度等所消耗的时间，请回复：进程处理器时间（秒）优先数P1202P2153P3105P4123

①分别写出采用先来先服务和非抢占式的优先数调度算法时进程执行的次序。②分别计算每个进程在就绪队列中的等待时间和平均等待时间。答：

24.系统中有四道作业，分别用先来先服务、短作业优先调度方法和最高响应比优

先法调度，完成表格的计算，并计算平均带权周转时间。单位：小时

作业提交时间1231：001：102：00运行时间26212

其次章进程管理

42：001

五.本章复习题

25.简要分析“高响应比优先调度〞算法。26.简述作业调度和进程调度的区别与联系。

27.打印机和磁盘都是共享资源，当多个作业共享时有什么不同？28.为什么说多级反馈队列调度算法能较好地满足各类用户的需要？29.举例描述资源分派图。

30.简述选择作业调度算法的原则。

31.某接待所有100个床位，住宿者入住要先登记，离去时要撤消登记。请用PV

操作给出住宿登记及撤消登记过程的算法描述。32.有三个进程PA、PB和PC合作解决文件打印问题：PA将文件记录从磁盘读入主

存的缓冲区1，每执行一次只能读一个记录；PB将缓冲区1的内容复制到缓冲区2，每执行一次只能复制一个记录；PC将缓冲区2的内容打印出来，每执行一次只能打印一个记录。缓冲区的大小等于一个记录大小。试用PV操作来保证文件的正确打印。

33.有A，B，C，D四人，A不断地向篮中放红球，B不断地向篮中放绿球，C不断

地从篮中取红球，D不断地从篮中取绿球。规定篮中最多放M只球，并且每次只能存放或取用一只，取球和放球不能同时进行。现设四个信号量S1，S2，S3和S4，用于解决同步与互斥。

34.说明S1，S2，S3和S4四个信号量的含义和初值。35.完成下面的P、V操作流程。

ABCD

↓↓↓↓①②⑤⑦↓↓↓↓P（S2）③P（S2）P（S2）↓↓↓↓向篮中放红球向篮中放绿球从篮中取红球从篮中取绿球

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其次章进程管理

↓↓↓↓V（S2）V（S2）⑥V（S2）↓↓↓↓V（S3）④V（S1）⑧↓↓↓↓

36.在某一自动测量系统中要完成采样、转换和显示等任务。采样过程把从传感器

上得到的整型微电压值存入一个缓冲区，转换过程把微电压值从缓冲区中取出，计算成度量值后再存入该缓冲区，显示过程把缓冲区中的度量值取出并显示。用PV操作实现三个过程的同步问题，说明信号量SS，SC，SD的作用。完成程序的填充，使其能正确执行。

Begin

Buffer:integer;SS,SC,SD:semaphore;SS:=1;SC:=0;SD:=0;Cobegin

PROCESSsampleBegin

L1:getasample;;buffer:=sample;;gotoL1end;

PROCESSconverBegin

L2:;

Takeasamplefrombuffer;

Convertthesampletoavalue;Buffer:=value;;gotoL2end;

PROCESSdisplay

Begin

L3:;

Takeavaluefrombuffer;;

displaythevalue;gotoL3end;coend;

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其次章进程管理

end;

37.试用PV操作描述协调一个理发师和多个顾客之间的同步问题：某个理发店有

一间N个椅子的理发厅。当没有顾客时，理发师去睡觉。当有顾客进来时，假使理发师正在睡觉，这个顾客会叫醒他。

38.某工厂有两个生产车间和一个装配车间，两个生产车间分别生产A、B两种零

件，装配车间的任务是把A、B两种零件组装成产品。两个生产车间每生产一个零件后都要分别把它们送到装配车间的货架F1、F2上，F1存放零件A，F2存放零件B，F1和F2的容量均为可以存放10个零件。装配工人每次从货架上取一个A零件和一个B零件组装成产品。请用PV操作正确管理。

39.哲学家甲请哲学家乙、丙和丁到某处探讨问题，约定全体到齐后开始探讨，在

探讨的间隙四位哲学家进餐，每人进餐都需使用刀、叉各一把，餐桌的布置如图，请用信号量及P、V操作说明这四位哲学家的同步、互斥过程。

丁

叉2刀1①.b丙甲b?刀2叉1

乙

40.在一间酒吧有三个音乐爱好者队列，第一队的爱好者只有随身听，其次队只有

音乐磁带，第三队只有电池。而要听音乐就必需三种物品齐全。酒吧老板一次出售这三种物品中的任意两种。当一名音乐爱好者得到这三种物品并听完一首乐曲后，酒吧老板才能再一次出售这三种物品中的任意两种。全部买卖就这样进行下去。试用PV操作正确解决这一买卖。

41.某数据库有一个写进程，N个读进程，它们之间读写操作的互斥要求是：

i.写进程正在写该数据库时，不能有其他进程读该数据库。ii.读进程之间不互斥，可以同时读该数据库。

iii.假使有若干进程正在读该数据库，一个写进程正等待写，则随后欲读的进

程也不能读该数据库，需等待写进程先写。

请用信号量及PV操作描述进程互斥及工作过程。

42.若有10个同类资源供三个进程共享，下表列出了这三个进程目前已占资源和

最大需求量的状况，现在这三个进程P1，P2，P3又分别申请1个，2个，1个资源，请问：

①能否先满足进程P2的要求？为什么？②如何为这三个进程分派资源比较适合？

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其次章进程管理

进程P1P2P3

已占资源数

332

最大需求数

783

43.假设在单道批处理系统的后备状态中有四道作业，将依照“最高响应比优先法〞

调度运行，试计算各时刻的响应比，并完成下表的计算。（单位：小时）

作业提交时间运行时间开始时刻完成时刻周转时间12348:008:509:009:5020.50.10.2平均周转时间=平均带权周转时间=16

第三章存储管理

第三章存储管理

本章学习要点

把握存储管理的相关概念

把握操作系统的分区存储管理方法熟悉分页和分段存储管理方法熟悉虚拟存储管理方法

本章学习难点

分页与分段地址映射虚拟存储管理

44.判断改错题（正确的打√，错误的打×并改正。）

45.进行程序的相对地址到物理地址的转换，就是地址重定位。（）46.在分页管理中所产生的内存碎片，最多小于帧的大小。（）

47.段页式存储管理是通过请求调入和替换功能，对内外存进行统一管理，为用户

提供了比实际内存容量大得多的物理存储空间。（）

48.请求页式存贮管理中，若一个作业要求的全部存贮需求不能满足，该作业只能

等待。()

49.碎片的总容量假使超过某个作业申请的容量，就可以将其分派给该作业。

（）

50.最正确适应法将能满足作业需求量的最小空闲区分派给作业。()

51.相对于简单分页管理来说，请求页式管理是“用时间换取了空间〞，这是该种

管理方式的一个缺点。（）

52.段式管理便于处理动态变化的数据结构，便于动态链接，便于分段共享。（）53.请求分页管理过程中，作业地址空间同样受到内存容量大小的限制。（）54.分区管理取消了存储分派连续性要求，使一个作业的地址空间在内存中可以是

若干个不一定连续的区域。（）

55.静态分派是指在目标程序运行之前完成的存储分派。例如分区管理和分页管

理。（）

56.分页管理中，作业地址空间是一维的，页的长度是等长的。（）

57.填空题

58.源程序经过产生相对目标程序，运行时，必需经过将相对

目标程序装入内存，并实现相对地址到的转换。

59.分页管理的主要任务之一是实现到的内存地址映像。

60.固定式和可变式分区的存储管理中，寻觅空闲区一般采用：、和

等分派算法。

61.分页管理中，每存取一个数据，要访问两次内存，第一次访问内存中

的，得到数据的。其次次根据所得内容，从内存中取

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第三章存储管理

出。

62.在分段管理中，系统为每个运行的作业建立一个，其内容主要

包括、、和状态标志。

63.内存扩展的概念有两种，一种是在物理上进行扩展，为系统增配更多的存储芯

片，以扩大；另一种是利用目前机器中实际内存空间，借助软件技术，实现内存扩展，称为，主要技术有和两种。

64.当程序经过以后，形成了一种由机器指令组成的集合，被称

为。它的指令顺序都是以0作为一个参考地址，这种地址被称为，地址的集合被称为。

65.在虚拟段式存储管理中，若规律地址的段内地址大于段表中该段的段长，则发

生。

66.在分段管理的地址变换过程中，若执行某条指令，首先要找到该作业段表

的，然后根据规律地址中的段号去查找，得到该段的，其值与段内位移量，得到。

67.简答题

68.简述存储管理主要解决的问题。答：

69.简述可变式分区管理的分派策略。答：

70.为什么要重定位？何谓静态重定位和动态重定位？答：

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第三章存储管理

71.各种存储管理方式对作业地址空间连续性有何要求？答：

72.页和段有什么不同？答：

73.常用的页面调度算法有哪几种？答：

74.在请求分页系统中，页表包含的内容有哪些？分别有何作用？答：

75.虚拟存储也是一种内存扩展技术，它与覆盖、交换技术技术有何不同？答：

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第三章存储管理

76.简述虚拟存储器的特征。答：

77.请求页式管理常用的替换策略有哪些？答：

78.简述段页式管理方式的优点。答：

79.应用题

80.已知主存容量为512KB，假定操作系统代码占低地址部分的64KB，存储分派时

从空闲区的高址处分割一块作为分派区。现有作业序列：作业1要求100KB，作业2要求56KB，作业3要求80KB，作业1完成，作业2完成，作业4要求100KB，作业5要求60KB，试画出作业1、2完成后内存的分布状况，并按首次适应法和最正确适应法分别画出此时空闲队列及作业4、5进入系统后的内存分布。（注意说明各部分的大小和起始位置）答：

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附录一自测题

(2)简单比较一下各种I/O控制方式的优缺点。

I/O控制方式有四种，即程序直接控制方式、中断控制方式、DMA方式和通道控制方式。它们各自的优缺点表达如下：

192.程序直接控制方式。优点是控制简单，不需要好多硬件支持。但CPU和外设

之间只能串行工作，且CPU的大部分时间处于循环测试状态，这使得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；由于程序直接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它硬件所产生的错误。所以，程序直接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。

193.中断控制方式。优点是能实现CPU与设备、设备与设备间的并行操作，CPU

的利用率较程序直接控制方式大大提高。但I/O控制器的数据缓冲寄放器寻常较小，且数据缓冲寄放器装满数据后将会发出中断，因此一次数据传送过程中中断次数较多，耗去了大量CPU时间；假使系统中配置的外设数目较多，且都以中断方式进行控制，则将耗去大量CPU时间或因CPU来不及处理而造成数据丢失。

194.DMA方式。与中断方式相比，DMA方式的优点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，并且DMA方式下的数据传送是在DMA控制器控制下完成的，在数据传输过程中无需CPU干预。但DMA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，且多个DMA控制器的使用也不经济。

195.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/O指令，通道就能完成相应的I/O操作，并在操作终止时向CPU发出中断信号。由此可见，CPU仅在I/O操作开始和终止时花极短的时间处理与I/O操作有关的事宜，其余时间都与通道并行工作，此外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。

(3)为什么要引入缓冲技术，其基本实现思想是什么？

缓冲技术是用来在两种不同速度的设备之间传输信息时平滑传输过程的常用手段。在操作系统的设备管理中，引入缓冲技术的主要原因可归结为以下几点。

196.缓解CPU和I/O设备间速度不匹配的矛盾。197.减少对CPU的中断频率。

198.提高CPU和I/O设备之间的并行性。

缓冲技术的实现思想是在CPU和外设之间设立缓冲，用以暂存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。缓冲的实现方法有两种：一种实现方法是采用硬件缓冲器，但由于这种方法成本太高，除一些关键部位外，一般状况下不采用硬件缓冲器；另一种实现方法是在内存划出一块存储区，专门用来临时存放输入/输出数据，这个区域称为缓冲区。

(4)什么是SPOOLing系统，如何利用SPOOLing系统实现打印机的虚拟分派？

SPOOLing是外围设备同时联机操作，又称为假脱机输入/输出操作。SPOOLing技

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附录一自测题

术可将一台物理I/O设备虚拟为多台规律I/O设备，从而允大量个用户共享一台物理I/O设备。

SPOOLing技术是对脱机输入、输出系统的模拟，因此，它必需建立在具有多道程序功能的操作系统上，而且还应当有高速随机外存的支持，这寻常是采用磁盘存储技术。SPOOLing系统寻常由以下3部分组成：

199.输入和输出井：这是在磁盘上开拓的两个大存储空间。输入井是模拟脱机输入

时的磁盘设备，用于暂存I/O设备输入的数据；输出井是模拟脱机输出的磁盘，用于暂存用户程序的输出数据。

200.输入缓冲区和输出缓冲区：为了缓和CPU和磁盘之间速度不匹配的矛盾，在

内存中开拓两个缓冲区：输入缓冲区和输出缓冲区。输入缓冲区用于暂存由输入设备送来的数据，以后再传送到输入井；输出缓冲区则用于暂存从输出井送来的数据，以后再传送给输出设备。

201.输入进程和输出进程：SPOOLing利用两个进程来模拟脱机I/O时的外围控制

机。其中，输入进程模拟脱机输入时的外围控制机，将用户要求的数据从输入机通过输入缓冲区再送到输入井，当CPU需要输入数据时，直接从输入井中读到内存；输出进程模拟脱机输出时的外围控制机，把用户要求输出的数据，先从内存送到输出井，待输出设备空闲时，再将输出井中的数据经过输出缓冲区送到输出设备上。

(5)为什么要引入设备独立性，如何实现设备独立性？

设备独立性又称为设备无关性。它指的是应用程序在使用设备进行I/O时，使用的是规律设备，而系统在实际执行时使用的是物理设备，由操作系统负责规律设备与物理设备的映射。引入设备独立性可以使设备的分派具有极大的灵活性，并易于实现I/O重定向。

系统为每个进程设置一张规律设备表LUT。当某进程用规律名来请求设备时，系统查阅系统设备表SDT，为它分派相应的可用物理设备。系统将这种用户规律设备与系统物理设备的映射建立在该用户的LUT中，并将该物理设备的驱动程序入口地址填入LUT中。以后，该进程利用规律设备名请求I/O操作时，系统通过查找LUT即可找到物理设备及其驱动程序。

(6)设备分派中会出现死锁吗，为什么？

设备分派中会出现死锁。由于在担忧全分派方式中，进程在发出I/O请求后仍继续运行，需要时则可以发出其次个、第三个I/O请求等。仅当进程所请求的设备已被另一个进程占用时，请求进程才进入阻塞状态。这种分派方式的优点是，一个进程可同时使用多个设备，使进程推进迅速。其缺点是分派担忧全，由于它可能具备“请求和保持〞条件，从而可能造成死锁。因此，在设备分派时，还应对本次的设备分派是否会发生死锁进行安全性检查，仅当分派是安全的状况下才可以进行设备分派。

(7)在某个系统的某个运行时刻，有如下表示的磁盘访问的请求序列，假设磁头当前在15柱面，磁臂方向为从小到大。

47

附录一自测题

15、20、9、16、24、13、29

请给出最短查找时间优先算法和电梯调度算法的柱面移动数，并分析为何寻常状况下，操作系统并不采用效率更高的最短查找时间优先算法。

202.依照最短查找时间优先算法，柱面的访问次序是：15、16、13、9、20、24、29

令磁臂移动方向从小到大为正向，从大到小的方向为反向，那么，最短查找时间优先算法的柱面移动次数为：1+|-3|+|-4|+11+4+5=28。

203.依照电梯调度算法，柱面的访问次序是：15、16、20、24、29、13、9

电梯调度算法的柱面移动数为：1+4+4+5+|-16|+|-4|=34。

其中，最短查找时间优先算法比电梯调度算法的柱面移动数少6。因此说前者的效率更高一些。但是，由于磁头在访问操作中，可能不断有新的柱面请求参与，使磁头忙于应付一些距离较近的柱面请求，冷落了对远距离柱面的响应。长此以往，将可能造成某些远距离柱面处于“饥饿〞状态。这就是寻常状况下操作系统并不采用最短查找时间优先算法的原因。

(8)为什么要引入磁盘高速缓存？什么是磁盘高速缓存？

磁盘的I/O速度远低于内存的访问速度，寻常要低4~6个数量级。因此，磁盘的I/O已成为计算机系统的性能瓶颈。为了提高磁盘I/O的速度，其中最主要的技术便是采用磁盘高速缓存。

磁盘高速缓存并非寻常意义下的内存和CPU之间增设的一个小容量高速存储器，而是指利用内存中的存储空间来暂存从磁盘中读出的一系列盘块中的信息。因此，这里的高速缓存是一组在规律上属于磁盘，而物理上驻留在内存中的盘块。高速缓存在内存中可分成两种形式。第一种是在内存中开拓一个单独的存储空间来作为磁盘高速缓存，其大小是固定的，不会受应用程序多少的影响；其次种是把所有未利用的内存空间变为一个缓冲池，供请求分页系统和磁盘I/O共享。

a)第5章文件管理

(1)什么是文件，它包含哪些内容及特点？

文件是计算机系统中信息存放的一种组织形式，是在规律上具有完整意义的信息集合，并且有一个名字以供标识。

文件包含的内容有：源程序、二进制代码、文本文件、数据、表格、声音和图像等。文件的特点如下：

204.文件具有保存性。它被存储在某种存储介质上，长期保存和屡屡使用。

205.文件是按名存取的。每个文件具有唯一的标识名，通过标识名(文件名)来存取

文件中的信息，而不需了解文件在存储介质上的具体物理位置。

206.文件的内容是一组信息的集合。信息可以是源程序、二进制代码、文本文件、

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附录一自测题

数据、表格、声音和图像等。

(2)文件系统要解决哪些问题？

文件系统的主要目标是提高存储空间的利用率，它要解决的主要问题有：完成文件存储空间的管理，实现文件名到物理地址的转换，实现文件和目录的操作，提供文件共享能力和安全措施，提供友好的用户接口。文件系统向用户提供了有关文件和目录操作的各种功能接口和系统调用，如命令接口、程序接口和交互接口等。

(3)什么是规律文件？什么是物理文件？

规律文件时从用户观点出发所观测到的文件组织形式，是用户可以直接处理的数据及其结构。

物理文件是指文件在外存上的存储组织形式。它与存储介质的存储性能有关。

(4)文件的物理组织方式有哪些，各有什么优缺点？

文件的物理组织方式有连续文件结构、链接文件结构和随机文件结构。

207.连续文件结构是由一组分派在磁盘连续区域的物理块组成的。文件中的每一个

记录有一个序号，序号为i+1的记录，其物理位置一定紧跟在i号记录之后。208.链接文件结构是按顺序由串联的块组成的，即文件的信息按存储介质的物理特

性存于若干块中，一块中可包含一个规律记录或多个规律记录，或者一个规律记录占有多个物理块。每个物理块的最末一个字(或第一个字)作为链接字，它指向后继块的物理地址。文件的最终一块的链接字为终止标记(例如“?〞)，它表示文件至本块终止。

209.随机文件结