操作系统第七章课后习题

操作系统（7）1．何谓数据项、记录和文件?1、数据项是最低级的数据组织形式，可分为基本数据项和组合数据项。基本数据项是用于描述一个对象某种属性的字符集，是数据组织中可以命名的最小逻辑数据单位，即原子数据，又称为数据元素或字段。组合数据项则由若干个基本数据项构成。2、记录是一组相关数据项的集合,用于描述一个对象某方面的属性。3、文件是指有创建者所定义的、具有文件名的一组相关信息的集合提。2．文件系统的模型可分为三层，试说明其每一层所包含的基本内容。答:1最低层为对象及其属性说明，主要包括物理文件相关功能，包括文件和目录、磁盘存储空间等对象。（2）中间层是对对象进行操纵和管理的软件集合，是文件系统的核心部分，主要是逻辑文件相关功能。包括文件存储空间管理、文件目录管理、逻辑文件到物理文件的映射、文件读写管理及文件共享与保护等诸多功能。(3）最高层是文件系统提供给用户的接口,分为命令接口、图形化用户接口、程序接口（C语言函数形式）和等三种类型。3.与文件系统有关的软件可分为那几个层次答:1、I/O控制层;2、基本文件系统层;3、基本管理程序;4、逻辑文件系统。4.试说明用户可以对文件施加的主要操作有哪些?答:1、最基本的文件操作:创建文件、删除文件、读文件、写文件、截断文件设置文件的读/写位置;2、文件的“打开”和“关闭”操作;3、其它文件操作;5、为什么在大多数OS中都引入"打开“这一文件系统调用?打开的含义是什么答:当用户要求对一个文件实施多次读/写或其它操作时，每次都要从检索目录开始，浪费时间，低效。为了避免多次重复地检索目录，在大多数OS中都引入“打开”这一文件系统调用。当用户第一次请求对某文件进行操作时，先利用“打开”系统调用将该文件打开磁盘索引结点被拷贝到内存中，后面的目录检索都在内存中进行。6、何谓文件逻辑结构?何谓文件的物理结构?答:文件的逻辑结构是指从用户的观点出发所观察到的文件组织形式，也就是用户可以直接处理的数据及其结构，它独立于物理特性,;而文件的物理结构则是指文件在外存上的存储组织形式，与存储介质的存储性能有关。7、按文件的组织方式可将文件分为哪几种类型?答:从逻辑结构可以将文件分为两大类:有结构的记录式文件和无结构的流式文件。按文件的组织方式，可以将有结构的文件分为三类:(1)顺序文件，指由一系列记录按某种顺序排列所形成的文件，其中的记录可以是定长记录或变长记录;(2)索引文件，指为变长记录建立一张索引表，为每个记录设置一个表项，以加快对记录检索的速度。(3索引顺序文件，这是顺序文件和索引文件相结合的产物。它为文件建立一张索引表，为每一组记录中的第一个记录设置一个表项，以缩短索引表的长度，而记录检索的速度也不很慢。8．如何提高对变长记录顺序文件的检索速度?答:为了提高对变长记录顺序文件的检索速度,可为其建立一张索引表，以主文件中每条记录的长度及指向对应记录的指针(即该记录在逻辑地址空间的首址)作为相应每个表项的内容。由于索引表本身是一个定长记录的顺序文件，若将其按记录键排序，则可以实现对主文件的方便快速的直接存取。需要指出的是，如果文件较大，应通过建立分组多级索引以进一步提高检索效率。9．通过哪两种方式来对固定长记录实现随机访问?答:(1）通过文件中记录的位置:在文件中的每一个记录，可用从0到N-1的整数来标识，即用一个整数来唯一地标识一个记录。对于定长记录文件，如果要查找第i个记录,可直接根据下式计算，获得第i个记录相对于第一个记录首址的地址:AFixLy由于获得任何记录地址的时间都非常短，故可利用这种方法对定长记录实现随机访问。(2)利用关键字:用户必须指定一个字段作为关键字，通过指定的关键字来查找该记录。当用户给出要检索记录的关键字时,系统将利用该关键字顺序地从第一个记录开始，与每一个记录的关键字进行比较，直到找到匹配的记录。10、可以采取什么方法来实现对变长记录文件进行随机检索?答(1)按关键字建立索引:变长记录文件查找一个记录必须从第一个记录查起,一直顺序查找到目标记录为止，耗时很长。如果我们为变长记录文件建立一张索引表，为主文件中的每个记录在索引表中分别设置一个表项，记录指向记录的指针(即记录在逻辑地址空间的首址)以及记录的长度L,索引表按关键字排序,因此其本身也是一个定长记录的顺序文件,这样就把对变长记录顺序文件的顺序检索转变为对定长记录索引文件的随机检索，从而加快对记录检索的速度，实现直接存取。(2)具有多个索引表的索引文件:使用按关键字建立索引表的索引文件与顺序文件一样，都只能按该关键字进行检索。而实际应用情兄往往是:不同的用户，为了不同的目的，希望能按不同的属性(或不同的关键字)来检索一条记录。为实现此要求,需要为顺序文件建立多个索引表,即为每一种可能成为检索条件的域(属性或关键字)都配置一张索引表。在每一个索引表中，都按相应的一种属性或关键字进行排序。11．试说明索引顺序文件的几个主要特征。答:1)索引顺序文件是对顺序文件的一种改进，它基本上克服了变长记录的顺序文件不能随机访问,以及不便于记录的删除和插入的缺点。但它仍保留了顺序文件的关键特征，即记录是按关键字的顺序组织起来的。(2)引入了文件索引表，通过该表可以实现对索引顺序文件的随机访问。(3）增加了溢出(overflow)文件，用它来记录新增加的、删除的和修改的记录。12、试说明对索引文件和索引顺序文件的检索方法。答:在对索引文件进行检索时，首先是根据用户（程序）提供的关键字，并利用折半查找法去检索索引表，从中找到相应的事项;再利用该表项中给出的指向记录的指针值，去访问所需的记录。在对索引顺序文件进行检索时，首先也是利用用户（程序）所提供的关键字以及某种查找算法去检索索引表，找到该记录所在记录组中第一个记录的表项，从中得到该记录组第一个记录在主文件中的位置;然后，再利用顺序杳找法去查找主文件，从中找到所要求的记录。13．试从检索速度和存储费用两方面对索引文件和索引顺序文件进行比较。答:两级索引文件:存储费用高，检索速度较快。索引顺序文件:存储费用不高，检索速度快。14、对目录管理的主要要求是什么?答:1)实现“按名存取”;2)提高对目录的检索速度;3)文件共享;4）允许文件重名。15．采用单级目录能否满足对目录管理的主要要求?为什么?答:采用单级目录不能完全满足对目录管理的主要要求，只能实现目录管理最基本的功能即按名存取。由于单级目录结构采用的是在系统只配置一张目录表用来记录系统中所有文件的相关信息，因此此目录文件可能会非常大，在查找时速度慢，另外不允许用户文件有重名的现象，再者由于单级目录中要求所有用户须使用相同的名字来共享同一个文件，这样又会产生重名问题，因此不便于实现文件共享。16．目前广泛采用的目录结构是哪种?它有什么优点?答:目前广泛采用的目录结构是树型目录结构。它具有以下优点:1、能有效提高对目录的检索速度;假定文件系统中有N个文件，在单级目录中,最多要检索N个目录项,但对于有i级的树型目录,在目录中每检索一个指定文件，最多可能要检索i*iN个目录项。2、允许文件重名;由于在树型结构的文件系统中，是利用文件路径名来检索文件的，故允许每个用户在自己的分目录中使用与其他用户文件相同的名字。3、便于实现文件共享;在树型目录中，用户可通过路径名来共享其他用户的文件，也可将一个共享文件链接到自己的目录下,从而使文件的共享变得更为方便，其实现方式也非常简单，系统只需在用户的目录文件中增设一个目录项，填上用户赋予该共享文件的新文件名，以及该共享文件的唯一标识符即可。17、何为路径名和当前目录。答:文件路径名:根目录到任何数据文件只有唯一通路，从根目录开始把目名与数据文件一次地用“/”连接，构成唯一路径名。当前目录就是你现在所在的目录。18.Hash检索法有何优点?又有何局限性?答:在Hash检索法中，系统利用用户提供的文件名并将它变换为文件目录的索引值,再利用该索引值到目录中去查找,这样能有效地提高目录的检索速度,但Hash检索法也有局限性即对于使用了通配符的文件名,系统是无法使用Hash检索法检索目录的。19、在HASH检索法中,如何解决“冲突”?(1)在利用Hash法索引查找目录时，如果目录表中相应的目录项是空的,则表示系统中并无指定文件。(2)如果目录项中的文件名与指定文件名相匹配，则表示该目录项正是所要寻找的文件所对应的目录项，故而可从中找到该文件所在的物理地址。(3)如果在目录表的相应目录项中的文件名与指定文件名并不匹配，则表示发生了“冲突”，此时须将其Hash值再加上一个常数(该常数应与目录的长度值互质)形成新的索引值,再返回到第一步重新开始查找。20、试说明在树形目录结构中线性检索法的检索过程，并给出相应的流程图。答:假设用户给定的文件路径名为/LeveM1/Level2//Leveln/datafile，则关于树型目录结构采用线性检索法检索该文件的基本过程为:①读入第一个文件分量名Level1，用它与根目录文件(或当前目录文件)中各目录项的文件名顺序地进行比较,从中找出匹配者,并得到匹配项的索引结点号再从对应索引结点中获知Level1目录文件所在的盘块号，将相应盘块读入内存.②对于2~n,循环执行以下步骤，以检索各级目录文件:读入第i个文件分量名Leveli,用它与最新调入内存的当前目录文件中各个目录项的文件名顺序地进行比较，从中找出匹配者，并得到匹配项的索:结点亏,再从对应索引节点中获知Leveli目录文件所在的盘块号,将相应盘块读入内存。③读入最后一个文件分量名即datafile，用它与第n级目录文件中各个目录项的文件名进行比较,从而得到该文件对应的索引结点号,进而找到该文件物理地址,目录查找操作成功结束。如果在上述查找过程中，发现任何一个文件分量名未能找到，则停止查找并返回“文件未找到”的出错信息。21．基于索引结点的文件共享方式有何优点?答:由于原来的文件物理地址等信息是放在目录项中的，似的文件增加的部分能被共享。引入索引结点后，将文件的物理地址和其他的属性放在索引结点只在目录项中存放文件名和指向索引结点的指针。在索引结点中设有一个连接计数count字段，用于表示链接到本索引接结点的目录项的数目，通过这种方式可以方便的实现文件的共享。22.什么是主父目录和链接父目录?如何利用符号链实现共享?答:1)主父目录和链接父目录:一个文件或子目录有多个父目录，但其中仅有个作为主(属主)父目录，其它的几个父目录都是通过符号链接方式与之相链接的(简称链接父目录)2)利用符号链实现共享:如图所示，为使钱接父目录D5能共享文件F,可以由系统创建一个LINK类型的新文件，也取名为F.并将F写入链接父目录D5中以实现D5与文件F8的链接。在新文件F中只包含被链接文件F8的路径名。这样的链接方法被称为符号链接。新文件F中的路径名则只被看做是符号链。当用户通过D5访问被链接的文件F8,且正要读LINK类新文件时，此要求将被OS截获，根0S根据新文件中的路径名去找至文件F8,然后对它进行读(写)，这样就实现了用户B对文件F的共享。根D1bzaD1bzaD2pcnatrlD2pcnatrlD3D3D6D5D4F3F2F1efhkpkmnD6D5D4F3F2F1efhkpkmnD7F9F7F6F5F4cbD7F9F7F6F5F4cbF8F8F11F10F11F1023.基于符号链的文件共享方式有何优点?答:只是文件主才拥有指向其索引结点的指针;而共享该文件的其他用户，则只有该文件的路径名,并不拥有指向其索引结点的指针。当文件的拥有者把一个共享文件删除后，其他用户试图通过符号链去访问一个已被删除的共享文件时,会因系统找不到该文件而使访问失败,于是用户再将符号链删除，因此不存在文件删除问题/指针悬空问题。24.什么是保护域?进程与保护域之间存在着的动态联系是什么?答:保护域规定了进程所能访问的一组（硬件或软件)对象以及相应的操作类型(即访问权)。进程与保护域之间的动态联系是指进程的可用资源集在其整个生命周期中是变化的;也就是说，进程运行在不同的阶段时，需要从一个保护域切换到另外一个保护域。25.试举例说明具有斌切换权的访问控制矩阵。答:在访问矩阵中增加几个对象,分别作为访问矩阵中的几个域,当且仅当switch包含在access(i,j)时，才允许进程从域i切换到域j。例如在下图中，域D1和D2对应的项目中有S，故允许域1中的进程切换到域2中，在域D2和D3中也有S，表示D2域中进行的进程可切换到域D3中，但不允许该进程再从域3返回到域D1.26.如何利用拷贝权来扩散某种访问权?答:如果域i具有关于对象j的某访问权access(i,j)的考贝权，则运行在域i的进程可将其关于对象j的访问权access(i,j)扩展到访问矩阵同一列中的其它域中,即为运行在其它域的进程也赋予关于同一对象的同样访问权限(access(k,j)）).27.如何利用拥有权来增、某种访问权?答:如果域i具有关于对象j的所有权，则运行在域i的进程可以增删在j列的任何项中的任何访问权。或该进程可以增删在任何其它域中运行的进程关于对象j的任何访问权。28.增加控制权的主要目的是什么?试举例说明控制权的应用,。答:控制权用于改变某个域中运行进程关于不同对象的访问权。若某域访问权access(i,j）中含有控制权c，则运行在Di域中的