操作系统章作业答案

操作系统概论名词解释操作系统：操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理的对各类作业进行调度，以及方便用户的程序的集合。软件：是提高计算机系统效率和方便用户使用计算机的程序.响应时间：指用户发出命令，到系统完成用户命令所需的时间。分时技术：把处理机的响应时间分成若干个大小相等（或不相等）的时间单位，称为时间片（如100毫秒），每个终端用户获得CPU，就等于获得一个时间片，该用户程序开始运行，当时间片到（用完），用户程序暂停运行，等待下一次运行。批处理：是指把一批作业以脱机输入方式输入到磁带上，并在系统中配上监控程序，它负责完成这批作业的调入、启动运行、输出运行结果等工作。吞吐量：指系统在单位时间内所完成的总工作量裸机：脱机输入输出：①该技术是指事先将装有用户程序和数据的纸带(或卡片)装入纸带(或卡片)输入机，在一台外围机的控制下把纸带(卡片)上的数据(程序)输入到磁带上。②当CPU需要这些程序和数据时再从磁带上高速地调入内存。类似的，当CPU需要输出时可由CPU直接高速地把数据从内存送到磁带上。③然后再在另一台外围机地控制下，将磁带上的结果通过相应的输出设备输出。由于程序和数据的输入输出都是在外围机的作用下完成的，即是在脱离主机的情况下完成的。故称脱机输入输出方式单道批处理系统：是指系统对作业的处理都是成批进行的、且在内存中始终只保持一道作业。它是最早出现的一种OS。但这种单道批处理系统仍然不能很好地利用系统资源，故现在已很少使用。其特征为：自动性、顺序性、单道性。多道批处理系统：多道程序设计技术是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，它们在管理程序的控制下相互穿插地运行。在批处理系统中采用多道程序设计技术，就形成了多道批处理操作系统。并发性：指两个或多个事件在同一时刻发生。并行性：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。临界资源：指在一段时间内只允许一个进程访问的资源。虚拟性：指通过某种技术把一个物理设备变成若干个逻辑上的对应物。其实现通过分时使用的方法。共享：指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。二.填空1.操作系统是配置在计算机硬件系统上的第一层软件，是对硬件系统的第一次扩充。是用户和计算机硬件系统之间的接口。2.用户与操作系统之间的接口有命令接口、程序接口、图形用户接口多道程序设计技术，在单处理机情况下多道程序环境中的各道程序，宏观上它们是并行运行，微观上则是串行执行。操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理的对各类作业进行调度，以及方便用户的程序的集合。分时操作系统是按照时间片为每个用户分配处理机的。实时控制系统和实时信息处理系统是实时操作系统的两种应用。网络操作系统的模式有：客户/服务器C/S(Client/Server)模式和对等（Peer-to-Peer）模式。并发、共享、虚拟、异步性构成了操作系统的特征。8.除从硬件的角度外，扩充内存可采用虚拟技术。将外存作为内存来使用。9程序的并发执行是指两个或两个以上的程序或程序段可在同一时间间隔内同时执行。10.从资源管理的观点看，OS是计算机系统资源的管理者。OS的主要功能是针对处理机,存储器,I/O设备及文件等四类资源进行有效的管理。11.多道批处理系统与分时操作系统和实时操作系统是操作系统的三种基本类型。12.在操作系统中，存储器管理主要包括：内存分配，内存保护，地址映射和内存的扩充。13.对处理机的分配和运行都是以进程为基本单位的。所以对处理机的管理就转化为对进城的管理，它包括：进程控制、进程同步、进程通信及调度三、选择题以下属于操作系统的是：a）ie浏览器b）dosc）宏汇编d）word字处理软件以下属于单任务单用户的操作系统是unixb）dosc）windowsxpd）os/2能在微机、工作站、小型机及大型机上运行的OS是unixb）dosc）windows95d）MacintoshOS四、问答题1、就以下几方面比较分布式OS与网络OS分布式OS网络OS分布性OS

均匀分布在各节点，OS的处理、控制功能分布在各节点有分布处理功能，控制集中在某（个）些主机或服务器并行性任务分派到各处理单元并行执行网络上节点计算机只处理自己的任务透明性物理位置、并发控制、系统故障对用户透明操作实现上对用户透明共享性各站点的软硬件资源对系统中所有用户共享共享资源大多是主机或服务器的资源健壮性通过容错技术实现系统重构，可用性和可靠性高有潜在的不可靠性，重构功能弱2.何为脱机的I/O和联机的I/O?脱机的I/O是指不需要主机干预的I/O；联机的I/O是指I/O传输需要主机干预。进程的描述与控制名词解释1.原语是指由若干条指令组成、用来实现某个特定操作的一个过程。原语的执行具有原子性，即原语在执行过程中不能被分割。操作系统内核中含有许多原语，它们运行在系统状态下。2.进程进程是程序的一次执行，是一个活动的实体，它有数据，程序段和进程控制块构成，是有生命周期的3.内核通常将一些与硬件紧密相关的模块（诸如中断处理程序，各种常用设备的驱动程序），以及运行频率较高的模块（诸如时钟管理、进程调度以及许多模块公用的一些基本操作）都安排在紧靠硬件的软件层次中，并使它们常驻内存，以便提高OS的运行效率，并对它们加以保护。通常把这一部分称为OS的内核。4.前驱图描述进程执行顺序的有向图。5.进程控制块PCB存放进程的管理和控制信息的数据结构，由进程标识符，处理机状态和进程调度和控制信息组成。6.系统态也叫管态或核心态。它具有较高的特权，能执行一切指令，访问所有寄存器和存储区。通常，操作系统内核就运行在系统状态下。7.用户态用户态，也叫目态。是一种具有较低特权的执行状态。它只能执行规定的指令、访问规定的寄存器和存储区。通常用户程序都运行在用户态。8.线程是比进程更小的实体，引入线程后，进程只是拥有资源的基本单位，而不是一个可执行的实体；每个线程都是一个可执行的实体，即CPU调度和分派的基本单位是线程。二.填空1.程序顺序执行时所表现的特征有：顺序性、封闭性、可再现性2.并发执行失去封闭性的原因是共享资源的影响3.由程序段、数据段及进程控制块三部分构成了一个进程的实体。4.进程的基本状态有：新（New）状态、就绪（Ready）状态、执行状态、阻塞(Block)(“等待”“睡眠”)状态、终止（Terminated）状态。5.系统态和用户态是处理机的两种执行状态6.PCB的组织方式：链表方式、索引表方式。7.进程控制是操作系统的内核通过原语来实现的。8.进程控制包括：进程创建、进程撤消、进程阻塞、进程唤醒。9.线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位。三、选择题1.以下描述不正确的是A．前驱图是用来描述程序段或进程之间执行的先后次序关系B．前驱图中不能有环路。C．前驱图中可以有环路。D．前驱图只是用来描述进程的家族关系的。2.关于进程与程序的描述，以下正确的是A．进程和程序没有本质的区别B．进程是动态的，程序是静态的C．进程可以在计算机之间迁移，而程序不能。3.以下同时支持用户级线程和内河支持线程的操作系统是：A．informix数据库管理系统；B．OS/2操作系统C．Solaris操作系统D．dos4.一个进程是_____A．由协处理机执行的一个程序B.一个独立的程序+数据集C．PCB结构与程序和数据的组合D.一个独立的程序四、判断正误1.进程和程序之间是多对一的关系。X2.引入了线程后，进程就不再是资源分配和调度的基本单位。X3.引入了线程后，线程就作为调度的基本单位。V4.系统中同时处于就绪、阻塞、运行状态的进程有很多，故对同一状态的进程系统按队列来组织。X五、简答题1.简述进程与程序的区别于联系进程是动态的，程序是静态的：程序是有序代码的集合；进程是程序的执行。通常进程不可在计算机之间迁移；而程序通常对应着文件、静态和可以复制。进程是暂时的，程序的永久的：进程是一个状态变化的过程，程序可长久保存。进程与程序的组成不同：进程的组成包括程序、数据和进程控制块（即进程状态信息）。进程与程序的对应关系：通过多次执行，一个程序可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可包括多个程序。2.给出进程的5种基本状态的转换图3.论述进程和线程的区别于联系1、调度方面在引入线程的OS中，线程是作为调度和分派的基本单位，进程是作为资源拥有的基本单位。2、并发性方面不但进程间可以并发执行，进程中的多个线程也可并发执行。3、拥有资源方面进程是拥有系统资源的独立单位，线程自己不拥有系统资源（也有一点不可缺少的资源），但它可以共享其所属进程的资源。4、系统开销方面创建和撤消进程（线程），系统都要为之分配和回收资源。进程（线程）间的切换系统所付出的开销大（小）。第2章进程管理2.1典型例题解析【例1】试比较进程与程序的异同。（哈尔滨工业大学2000年研究生考题）答：进程和程序是紧密相关而又完全不同的概念。（1）每个进程实体中包含了程序段、数据段这两个部分，因此说进程和程序是紧密相关的。但从结构上看，进程实体中除了程序段和数据段外，还必须包含一个数据结构，即进程控制块PCB。（2）进程是程序的一次执行过程，因此是动态的；动态性还表现在进程由创建产生、由调度而执行、由撤销而消亡，即它具有一定的生命周期。而程序则只是一组指令的有序集合，并可永久地存放在某种介质上，其本身不具有动态的含义，因此是静态的。（3）多个进程实体可同时存放在内存中并发执行，其实这正是引入进程的目的。而程序的并发执行具有不可再现性，因此程序不能正确地并发执行。（4）进程是一个能够独立运行、独立分配资源和独立接受调度的基本单位。而因程序不具有PCB，所以它是不可能在多道程序环境下独立运行的。（5）进程和程序不一一对应。同一个程序的多次运行，将形成多个不同的进程；同一个程序的一次执行也可以产生多个进程；而一个进程也可以执行多个程序。【例2】什么是进程控制块？它有什么作用？答：进程控制块PCB是一个记录进程属性信息的数据结构，是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的数据结构。 当操作系统要调度某进程执行时，需要从该进程的PCB中查询其现行状态和优先级调度参数；在调度到某进程后，要根据其PCB中保存的处理机状态信息去设置和恢复进程运行的现场，并根据其PCB中的程序和数据的内存地址来找到其程序和数据；进程在执行过程中，当需要与其它进程通信时，也要访问其PCB；当进程因某种原因而暂停执行时，又需要将断点的现场信息保存在其PCB中。系统在建立进程的同时就建立了该进程的PCB，在撤销一个进程时也就撤销其PCB。 由此可知，操作系统根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理，PCB是进程存在的惟一标志。【例3】什么是原语？答：原语是由若干条机器指令构成的一段程序，用以完成特定的功能。这段程序在执行期间不可分割。也就是说，原语的执行不能被中断，所以原语操作具有原子性。【例4】进程和线程的主要区别是什么？（西北工业大学1999年研究生考题）答：从调度、并发性、系统开销、拥有资源等方面来比较线程和进程：⑴调度。无线程概念的操作系统中，独立调度、分派的基本单位是进程。而在引入线程的操作系统中，则把线程作为调度和分派的基本单位，而进程是资源的拥有者。同一进程中的线程之间切换，不会引起进程切换而不通进程的线程之间切换，会引起进程切换。 ⑵并发性。在引入线程的操作系统中，不仅进程之间可以并发执行，而且在一个进程中的多个线程之间亦可并发执行，因而使操作系统具有更好的并发性，从而能更有效地使用系统资源和提高系统吞吐量。 ⑶拥有资源。不论是无线程概念的操作系统，还是设有线程的操作系统，进程都是拥有资源的一个独立单位，它可以拥有自己的资源。一般地说，线程自己不拥有系统资源（也有一点必不可少的资源），但它可以访问其隶属进程的资源。 ⑷系统开销。由于在创建、撤销或切换进程时，系统都要为之分配或回收资源，保存CPU现场。因此，操作系统所付出的开销将显著地大于在创建、撤销或切换线程时的开销。【例5】a，b两点之间是一段东西向的单行车道，现要设计一个自动管理系统，管理规则如下：当ab之间有车辆在行驶时同方向的车可以同时驶入ab段，但另一方向的车必须在ab段外等待；当ab之间无车辆在行驶时，到达a点(或b点)的车辆可以进入ab段，但不能从a点和b点同时驶入，当某方向在ab段行驶的车辆驶出了ab段且暂无车辆进入ab段时，应让另一方向等待的车辆进入ab段行驶。请用信号量为工具，对ab段实现正确管理以保证行驶安全。解析：读者－写着问题的变形。我们设置3个信号量S1、S2和Sab，分别用于从a点进入的车互斥访问共享变量ab（用于记录当前ab段上由a点进入的车辆的数量），从b点进入的车互斥访问共享变量ba（用于记录当前ab段上由b点进入的车辆的数量）和a、b点的车辆互斥进入ab段。3个信号量的初值分别为1、1和1，两个共享变量ab和ba的初值分别为0、0。SemaphoreS1=1,S2=1,Sab=1;intab=ba=0;voidPab(){while(1){wait(S1);if(ab==0)wait(Sab);ab=ab+1;signal(S1);车辆从a点驶向b点;wait(S1);ab=ab-1;if(ab==0)signal(Sab);signal(S1);}}voidPba(){while(1){wait(S2);if(ba==0)wait(Sab);ba=ba+1;signal(S2);车辆从b点驶向a点;wait(S2);ba=ba-1;if(ba==0)signal(Sab);signal(S2);}}main(){cobegin{Pab();Pba();}}【例6】桌子上有一只盘子，每次只能放一只水果。爸爸专向盘子中放苹果，妈妈专向盘子中放橘子，一个儿子专等吃盘子中的橘子，一个女儿专等吃盘子中的苹果。用PV操作实现他们之间的同步机制。（复旦大学1997年/南京理工大学2004年研究生考题）解析：由于爸爸和妈妈可以同时向盘子放水果，所以盘子是临界资源，应设置一个互斥信号量empty来实现放水果的互斥，其初值为1。此外爸爸和女儿、妈妈和儿子之间存在同步关系，即分别设置信号量apple和orange来分别实现这种同步关系，其初值均为0。Semaphoreempty=1,apple=orange=0;voidfather（）{while(1){wait(empty);放苹果；signal(apple);}}voidmother(){while(1){wait(empty);放橘子；signal(orange);}}voiddaughter(){while(1){wait(applel);取苹果；signal(empty);}}voidson(){while(1){wait(orange);取橘子；signal(empty);}}main(){cobegin{father();mother();daughter();son();}}【例7】一个供应商用汽车给某超市送货，并把汽车上的货物用超市的三轮车运到仓库中。超市的工作人员也用三轮车从仓库中取货去出售。假设共有3辆三轮车，仓库中只能容纳10辆三轮车的货物，且每次从汽车上取货只能供给一辆三轮车，仓库也只能容纳一辆三轮车进入。考虑相关信号量的定义及初值，并写出用P、V操作实现向仓库中送货及从仓库中取货的同步算法。（西安交通大学2005年考研试题）解析：题目的限制条件暗示着临界资源的存在。如本题中，仓库只能容纳一辆车进入，且最多容纳10辆车的货物，则仓库显然是需要互斥使用的缓冲区资源。共有三辆小车，则三轮车也是受限资源；汽车一次取货只能供给一辆小车，则汽车也是互斥资源。为所有的互斥资源设置信号量如下：S=3(控制三轮车数量)mutex1=1（控制互斥访问汽车）mutex2=1（控制互斥访问仓库）empty=10（仓库容量）full=0（仓库现有库存量，供给超市）从汽车到仓库进程：P(empty);P(S);P(mutex1);从汽车上取货；V(mutex1);去仓库；P(mutex2);入仓库装货；V(mutex2);V(S);V(full);从仓库到超市进程：P(full);P(S);P(mutex2);从仓库取货；V(mutex2);V(empty);去超市；V(S);【例8】三个进程P1、P2、P3互斥使用一个包含N（N>0）个单元的缓冲区。P1每次用produce（）生成一个正整数并用put（）送入缓冲区某一空单元中；P2每次用getodd（）从该缓冲区中取出一个奇数并用countodd（）统计奇数个数；P3每次用geteven（）从该缓冲区中取出一个偶数并用counteven（）统计偶数个数。请用信号量机制实现这三个进程的同步与互斥活动，并说明所定义的信号量的含义。要求用伪代码描述。（2009年考研题）semahporeempty=N,even=0,odd=0,mutex=1;P1:while(1){ x=produce(); wait(empty); wait(mutex); put(x); ifx%2==0 signal(even); else signal(odd); signal(mutex);}P2:while(1){ wait(odd); wait(mutex); getodd(); countodd(); signal(mutex); signal(empty);}P2:while(1){ wait(even); wait(mutex); geteven(); counteven(); signal(mutex); signal(empty);}2.2练习题及答案选择题1．进程的组成部分中（）是进程存在的惟一标志。A、PCBB、数据集合C、共享程序D、非共享程序2.进程从运行状态到阻塞状态可能是由于()。A、现运行进程执行了P操作B、现运行进程时间片用完C、现运行进程执行了V操作D、进程调度程序的调度3．在进程管理中，当（）时，进程从阻塞状态变为就绪状态。A、进程被进程调度程序选中 B、等待某一事件C、等待的事件发生 D、时间片用完4．下列选项中，导致创进新进程的操作是（）。I用户成功登陆II设备分配III启动程序执行A：仅I和IIB：仅II和IIIC：仅I和IIID：I，II，III5．引入多道程序设计技术的目的在于()。A、充分利用CPU，增加单位时间内的算题量B、充分利用存储器C、有利于代码共享，减少主、辅存信息交换量D、提高每一个算题的速度6．分配给进程占用处理器的时间到而强迫进程让出处理器，或有更高优先数的进程要运行，迫使正在运行的进程让出处理器，则进程状态变化的情况为()。A、运行态->就绪态B、运行态->等待态C、就绪态->运行态D、等待态->就绪态7．设与某资源相关联的信号量初值为3，当前值为1，若M表示该资源的可用个数，N表示等待资源的进程数，则M,N分别是（）。A：0，1B：1，0C：1，2D：2，08．在一般情况下，下列进程变化状态中，（）和（）是不可能发生的。A、运行->就绪 B、等待->运行C、等待->就绪 D、运行->等待E、就绪->等待9．系统可把等待资源的进程组织成等待队列，这样的等待队列有（）。A、0个B、1个C、2个D、1个或多个10．一次中断后可能引起若干个进程状态的变化，因此中断处理后，由（）来决定哪个进程可占用处理器。A、进程调度B、页面调度C、移臂调度D、作业调度11．若信号量S初值为3，当前值为－2，则表示有（）等待进程。（西北工业大学2001考题）A、2个 B、3个C、4个 D、5个12．多道程序环境下，操作系统分配资源以（）为基本单位。A、程序 B、指令C、作业 D、进程13．在单一处理机上执行程序，多道程序的执行是在（）进行的。A.同一时刻 B.同一时间间隔内C.某一固定时刻 D.某一固定时间间隔内14．进程和程序的本质区别是（）。A.存储在内存和外存 B.顺序和非顺序执行机器指令C.分时使用和独占使用计算机资源 D.动态和静态特征15．一个进程被唤醒意味着（）。A.该进程重新占有了CPUB.进程状态变为就绪C.它的优先权变为最大D.其PCB移至就绪队列的队首16．在操作系统中同时存在多个进程，它们（）。A.不能共享系统资源B.不能调用同一段程序代码C.可以共享允许共享的系统资源D.可以共享所有的系统资源17．两个进程合作完成一个任务，在并发执行中，一个进程要等待其合作伙伴发来信息，或者建立某个条件后再向前执行，这种关系是进程间的（）关系。A.同步 B.互斥 C.竞争 D.合作18．在一段时间内，只允许一个进程访问的资源称为（）。A.共享资源 B.临界区 C.临界资源 D.共享区二、填空题1．进程的基本特征有、、独立性、异步性和结构特征。2．把一个程序在某个数据集合上的一次执行称为一个。3．进程主要由、、三部分内容组成，其中是进程存在的惟一标志。4．临界资源的概念是，而临界区是指。5．进程控制块包含、、、四类信息。6．目前常用的PCB的组织形式有和两种。7．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。8．在一个单处理机系统中，若有