操作系统课后习题及答案 第六章

思考与练习一、单选题1.（C）是CPU与I/O设备之间的接口，它接收CPU发来的命令并去控制I/O设备的工作，使CPU从繁忙的设备控制事务中解脱出来。A.中断装置B.系统设备表C.设备控制器D.逻辑设备表2.在设备控制器中用于实现对设备控制功能的是（C）。A.CPUB.设备控制器与CPU的接口C.I/O逻辑D.设备控制器与设备的接口3.以下关于计算机外部设备说法中错误的是（C）。A.计算机外部设备可以分为存储型设备和输入输出型设备B.存储型设备可以作为内存的扩充，信息传输以块为单位C.输入/轴出型设备负责内存与外部设备间的信息传递，信息传输单位是字符D.存储型设备一般属于共享设备，而输入输出型设备则属于独占设备4.移动头磁盘访问数据的时间不包括（A）。A.移臂时间B.寻道时间C.旋转延迟时问D.数据传输时间5.（A）是操作系统中采用以空间换取时间的技术。A.SPOOLing技术B.虚拟存储技术C.覆盖和交换技术D.通道技术二、判断题1.最短寻道时间优先(SSTF)算法的调度原则是要求磁头的移动距离最小，该算法有产生“饥饿”的可能。()2.缓冲技术是借用外存储器的一部分区域作为缓冲池。()3.固定头磁盘存储器的存取时间包括寻道时间和旋转延迟时间。()4.I/O设备管理程序的主要功能是管理内存、控制器和通道。()5.引入缓冲的主要目的是为了提高1/0设备的利用率。()三、简答题1.什么是独享设备？什么是共享设备？答：独享设备,这是一类输入输出速度比较低，在使用的某个环节中需要人工进行干预的设备。在多进程并行运行的系统中，独享设备一般由一个作业独占，直到该作业使用完为止。常见的独享设备有：打印机、绘图仪、终端机以及早期计算机上使用的卡片输入/输出机、穿孔机和光电阅读机等。从工作方式上来讲，大部分独享设备的输入输出操作都是按字符的方式进行传送的，因此这种设备又称作“字符设备”。共享设备是一类操作速度较快的设备，它允许多个作业以共享方式使用。从逻辑上讲，一台共享设备可以看成是多台独享设备的联合体。2.有哪几种I/O控制方式？分别适用于何种场合？答：有程序直接控制方式、中断控制方式、DMA方式、和通道控制方式。程序直接控制方式优点是控制简单,也不需要多少硬件支持。但CP和外设只能串行工作,且CPU的大部分时间处于循环测试状态,使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他硬件所产生的错误。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。·中断控制方式优点是能实现CPU与设备以及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。但由于I/O控制器的数据缓冲寄存器装满数据后将会发出中断且数据缓冲寄存器通常较小,因此在一次数据传送过程中发生中断次数较多而耗去大量CPU时间;如果系统中配置的外设数目较多,且都以中断方式进行并行操作,则可能耗去大量CPU时间或因CPU来不及处理而造成数据丢失。

DMA方式与中断方式相比,DMA方式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,且DMA方式下的数据传送是在DMA控制器控制下的。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，多个DMA控制器的使用也不经济。由CPU控制，多个DMA控制器的使用也不经济。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IO指令，通道就能完成相应的IO操作，并在操作结束时向CPU发出中断信号，同时一个通道还能控制多台外设。但是，通道价格较高，从经济的度出发不宜过多使用。3.什么是字节多路通道？什么是数组选择通道和数组多路通道？答：（1）字节多路通道：通道中含有许多非分配型子通道，每个子通道所连接的I/O设备以字节为单位，分时间地与通道交换数据，主要用于连接低速I/O设备。通道设备可以并发执行。（2）数据选择通道：其所连的I/O设备以块为单位与通道交换数据。用于连接多个高速设备，但其中一个只有一个分配型子通道，在一段时间内只能执行一通道程序。（3）数组多路通道：所连外部设备以块为单位与通道交换数据。用于连接多台高速设备，允许几个通道程序分时并行工作。4.简述中断处理过程。答：一旦CPU响应中断，系统就开始进行中断处理。中断处理过程如下：(1)保护被中断进程现场。为了在中断处理结束后能使进程正确地返回到中断点，系统必须保存当前处理机状态字PSW和程序计数器PC等的值。(2)分析中断原因，转去执行相应的中断处理程序。在多个中断请求同时发生时，处理优先级最高的中断源发出的中断请求。

(3)恢复被中断进程的现场，CPU继续执行原来被中断的进程。5.试说DMA的工作流程。答：DMA控制方式也称直接内存存取方式，其特点是外部设备在DMA控制器支持下绕过CPU直接与内存交换数据，每次交换可以传送一个数据块，在每个数据的输传送期间无须CPU的干预。DMA控制方式下的地址总线和数据总线以及一些控制信号线都是与CPU共用的。平时这些总线和控制信号线由CPU管理使用，当采用DMA进行直接内存数据交换时，DMA采取挪用CPU工作周期和DMA控制器总线控制权的方法，由

DMA控制器接管CPU所管理的总线，然后由DMA控制器控制外部设备与内存之间的成批数据传送，在所有数据传送完成后由CPU回收总线控制权。6.设备管理系统应具备哪些功能？答：(1)设备分配与回收将系统的可用设备分给进程，供进程使用，当进程用完这些设备后，及时将其占有的设备回收回来。此外，还有通道与控制器的分配与回收问题。通道与控制器是数据传送的设备，系统将为数不多的通道与控制器分配给进程使用。当进程完成数据传送后，立即将通道和控制器归还给系统。(2)输入输出设备管理接受各进程提出的输入输出请求，有效地管理和控制数据在已分配的设备和数据通路上传送。如果系统中收到的输入输出请求多于系统当前可用的设备和传送路径，那么系统就需要作出选择：先满足哪些，后满足哪些。(3)设备驱动将设备启动起来，通过通道与控制器来操纵数据的传送。为此，设备驱动模块应制定一种算法，将各台设备收到的数据传送任务安排一个合适的读写序列，实现真正的传送，而这种读写序列应当最大限度地减少设备的驱动次数，以达到快速低耗的传送。另外，设备管理系统还应设有一个接口程序，将用户的输入输出操作与系统的基本输入输出系统(BIOS)联系起来。后者作为底层的设备驱动程序，通常被固化在ROM中。这样一来，就可以有效的实现应用程序与设备物理特性的隔离。(4)缓冲区管理为了提高数据传送的速度，使外部设备的操作不至于因为没有数据缓冲区而等待，在系统中增设一些数据缓冲区是很有必要的。设备管理程序应当对缓冲区这种临界资源提供有效的管理。(5)出错处理当外部设备在操作中发生设备故障，控制器的“正常／出错”状态寄存器将给出出错标志。若通道程序具有处理错误的能力，可由通道自行解决；否则，由设备驱动程序处理。比如，因在存储介质的表面粘有灰尘导致读写错误时，可采用反复读写的方式将错误排除。如果进行了某些处理仍然不能排除故障时，可把故障情况上报给输入输出管理程序或用户进程。7.什么是设备独立性？实现设备独立性将带来哪些好处？答：设备独立性，又称为设备无关性，指的是应用程序所涉及的I/O设备与系统中具体使用的物理设备是互相无关的。在这里，系统要建立逻辑设备与物理设备的映射机制，将用户对逻辑设备的请求转化为对物理设备的操作。设备独立性带来的好处有以下两点。设备分配的灵活性提高。当进程请求外部设备时，如果系统具有设备独立性，则系统会允许使用逻辑设备名进行请求。这种情况下，系统可以从当前空闲的物理设备中任选一台分给用户。相反，如果系统不具有设备性，那么进程只能通过物理设备名来请求设备I/O,系统的分配余地很小。这样，可能会出现一部分设备被多个进程竞争，而另一部分无人问津的情况。易于实现I/O重定向。现代操作系统中，一般支持I/O重定向技术，也就是根据用户的需求，或系统的配置现状来更换输入输出设备。系统可以在不更改应用程序代码的前提下，只要让程序中I/O命令所涉及的逻辑设备名映射到另外的物理设备上就可以了。如果不采取设备独立性原则，要想实现I/O重定向，那么修改程序代码是不可避免的。8.引入缓冲的主要原因是什么？答：引入缓冲技术以后，系统对设备的读写可以实行“提前读”和“延迟写”方式也就是说，在进程发出读数据请求之前，系统早就已经开始了数据输入操作。在进程发出写数据请求后系统将要写的数据搁置一段时间再进行实际的输出操作。这样做可大大减弱I/O操作对置换策略的干扰。9.目前常用的磁盘调度算法有哪儿种？每种算法优先考虑的问题是什么？答：先来先服务（FCFS）这是一种公平调度算法，该算法严格按照请求访问的先后顺序进行调度，先请求的先被访问。这种算法实现起来比较简单，只要按先来后到原则将各个请求的扇区排好队列就可以了，但执行效率不高。（2）最短寻道优先（SSTF）该算法以寻道距离最短为调度原则。不论是新到的请求，还是等候多时的，谁的扇区离磁头当前的位置最近就先调度谁。SSTF的实现过程中需要随时记下磁头的当前位置，并比较所有访问请求，挑出一个距离最近的进行访问。最短寻道优先算法是一个效率较高的算法，但是它的致命缺点是，如果系统频繁收到一些短距离的访问请求，会使一些远距离的访问被冷落，处于“饥饿”状态。（3）扫描算法(SCAN)扫描算法也称电梯调度算法，其思想与电梯运行机制颇为相似。它将磁头臂的移动方向作为调度的重要因素来考虑，每次调度总是选择一个与磁头当前运行方向一致的且距离最近的扇区进行访问。当磁头在一个方向上边运行边访问，直到完成一个最远的访问后，再作反方向运行。在磁头的反方向运行中，依旧遵循“先近后远”原则进行访问，直至将全部存储块访问完毕为止。该算法实现起来有较大难度，系统除了要记下磁头的当前位置，还要记下磁头的当前运行方向。其优点是，不会出现“饥饿”现象，算法的执行效率也比较理想。（4）循环扫描算法(CSCAN)这是扫描算法的一个修改算法。它每次调度也要选择一个与磁头当前运行方向一致的、距离最近的扇区进行访问。当磁头在一个方向上边运行边访问，直到完成一个最远的访问后，作反方向运行时“空挡返回＇，也就是不作任何访问，快速到达始点。该运行机制就好比一个电梯，只负责一次次地将楼上的人员向下运，而不往上运。由于该算法不需要记下磁头的运行方向，实现起来稍容易些。10.某移动臂磁盘的柱面由外向里顺序编号,假定当前磁头停在100号柱面且移动臂方向是向里的，现有下表所示的请求序列在等待访问磁盘：请求次序12345678910柱面号1901016080901251302014025回答下面的问题：（1）写出分别采用“最短查找时间优先算法”和“电梯调度算法”时，实际处理上述请求的秩序。（2）针对本题比较上述两种算法，就移动臂所用的时间（忽略移动臂改向时间）而言，哪种算法更合适？答：(1)访问轨迹如下最短查找时间优先：9080125130140160190252010电梯调度算法;9080252010125130140160190最短查找时间优先的移臂时间为：（100-90）+（90-80）+（125-80）+（130-125）+（140-130）+（160-140）+（190-160）+（190-25）+（25-20）+（20-10）=10+10+45+5+10+20+30+165+5+10=310电梯调度算法的移臂时间为：（100-90）+（90-80）+（80-25）+（25-20）+（20-10）+（125-10）+（130-125）+（140-130