1、操作系统教程课后习题答案操作系统1.什么是计算机系统？计算机系统是怎么构成的？了解PC的组成情况，说明：1）硬件组织的基本结构，画出硬件配置图；2）主要系统软件和应用软件（若有的话）他们的作用。 答：计算机系统就是按照人的要求接收和存储信息，自动进行数据处理和计算，并输出结果信息的系统。 计算机系统由硬件子系统和软件子系统组成。 计算机系统的构成包括：如图 1.2 计算机硬件系统的构成：如图 1.42.从功能以及程序涉设计的角度说明计算机系统中软件系统是如何构成的？答：分为系统软件，支撑软件和应用软件三层。3.什么是操作系统？请举例说明操作系统在计算机系统中的重要地位。答：操作系统是计算机系统
2、中的一个系统软件，是一些程序模块的集合。它们能以尽量有效、合理的方式组织和管理计算机的软硬件资源，合理的组织计算机的工作流程，控制程序的执行并向用户提供各种服务功能，使得用户能够灵活、方便、有效的使用计算机，使整个计算机系统能安全高效地运行4.请举一个实际的例子来说明操作系统的功能。答：你能用用操作系统管理很多资源5.为什么说“操作系统是控制硬件的软件”的说法不确切？答：操作系统不仅能够控制硬件，也可以控制各种软件资源。6.操作系统的基本特征是什么？说明他们之间的关系。答：1.并发性 2.共享性3.随机性7.试从独立性，并发性和交互性和实时性四个方面来比较批处理系统，分时系统以及实时系统。答：
3、分时系统：并发性是指同时有多个用户共同使用一个计算机，宏观上看是多个人同时使用一个CPU，微观上是多个人在不同时刻轮流使用CPU. 独占性，是指用户感觉不到计算机为他们服务，就好像整个系统为他所独占。 交互性：是指用户根据系统响应结果进一步提出新要求，用户直接干预每一步。 实时性：是指系统对用户提出的请求及时响应。 8.引入多道程序设计技术的起因和目的是什么？多道程序系统的特征是什么？答：多道程序设计的基本思想在内存中保持多个作业，主机可以交替的方式同时处理多个作业，一般来说任何一道作业的运行总是要交替的使用处理器和外设子案9.多道程序设计的度是指在任一给定时刻，单个CPU所能支持的进程数目最
4、大值。讨论要确定一个特定系统的多道程序设计的度必须考虑的因素。可以假定批处理系统中进程数量与作业数量相同。答：10.描述批处理系统响应一个执行请求需要的时间（称为响应时间），描述分时系统下的响应时间，什么样的系统可能有较短的响应时间？为什么？答： 1)就是将用户的作业组成一批作业，之后输入到计算机中，计算机依次执行每个作业，然后输出，即为响应时间。 2）定义这个响应时间就是：系统对一个输入的反应时间 实时系统的反应时间11.什么情况下批处理是比较好的策略？什么情况下分时是比较好的策略？现代的操作系统往往要把两者结合，请举出这样的例子，并说明它们是怎样被结合起来的，并通过这样的结合获得了什么好处
5、。答：常见的通用操作系统是分时系统与批处理系统结合，其原则是：分时优先，批处理再后，前台响应需要频繁交互的作业，如终端的要求。“后台”处理时间性要求不强的作业。12.操作系统的技术发展是怎样的？从这一技术演化过程可以得到什么启发？答：操作系统的发展是根据计算机硬件发展，计算机应用软件的发展而发展的， 我们发展操作系统的目标就是：充分利用硬件，提供更好的服务。13.请作一个调查，看看各种计算机的应用领域都在使用什么样的操作系统，他们分别是什么类型的操作系统，调查的内容应该涵概现代操作系统的主要类别.14.现有一下应用计算机的场合，请为其选择适当的操作系统。1）航天航空，核变研究；2）国家统计局数
6、据处理中心；3）学校学生上机学习编程 4）高炉炉温控制；5）民航定票系统，6）发送电子邮件（在两个地区之间）答：1)航天航空，核变研究：嵌入式操作系统 2）分布式操作系统 3）个人计算机操作系统 4）实时操作系统 5）批处理操作系统 6）网络操作系统。15.什么是Spooling技术？他有什么用？你认为未来先进的个人计算机会把假脱机作为一个关键特性吗？答：假脱机（SPOOLing.）技术的全称是同时得外部设备联机操作，这种技术的基本思想是用磁盘设备作为主机的直接输入输出设备，主机直接从磁盘上选取作业运行，作业的执行结果16.外壳程序(shell)是不是操作系统的一部分，为什么？答：不是，它不属
7、于操作系统内核的一部分，它是一个应用程序。17.如果你有一个可用得类UNIX系统，例如Linux,Minix或者BSD等，而且你有足够的权限重起或者使得系统崩溃，请编写一个shell程序作下面的实验，用该shell程序不停的产生新进程，观察发生的事情，在运行你的shell之前，请用sync命令同步硬盘和内存中的磁盘缓存，以免在程序运行过程中访问文件系统，注意，请不要在任何共享的系统中做这件事情？答：进程数不断增多，最后导致系统崩溃了！重要：18.现代操作系统的设计很讲求机制与策略的分离，已经使操作系统的结构和实现能够在一定范围内适应不同的需要。例如Solaris的调度器实现了进程调度的基本机制
8、，同时它允许通过动态调整核心参数实现不同负载下的系统性能平衡,这就是一种机制和策略的分离，请给出一个例子，说明怎样根据调度将机制和策略分开。请构造一种机制，允许父进程控制子进程的调度策略。19.有兴趣，可以去写一篇，记得写完了，发给我，我把你的文章贴上来！硬件环境1. 请简述处理器的组成和工作原理。你认为那些部分和操作系统的密切关系，为什么？答： 一般的处理器由运算器，控制器，一系列的寄存器以及高速缓存构成。运算器实现任何指令中的算术和逻辑运算，是计算机计算的核心；控制器负责控制程序运行的流程，包括取指令，维护CPU状态，CPU与内存之间的交互等等。寄存器是指令在CPU内部做处理的过程中占存数
9、据，地址一级指令信息的存储设备，在计算机的存储系统中它具有最快的访问速度。加上高速缓存以及内存管理单元(MMU)2. 为了支持操作系统，现代处理器一般都提供哪两种工作状态，用来隔离操作系统和普通程序？两种状态各有什么特点？答；多数系统将处理器工作状态划分为管态和目态管态：操作系统管理程序运行的状态，较高的特权级别，又称为特权态（特态）、系统态目态：用户程序运行时的状态，较低的特权级别，又称为普通态（普态）、用户态3.什么是分级的存储体系结构？它主要解决什么问题？答：容量、速度和成本三个目标不可能同时达到最优，要作权衡存取速度快，每比特价格高容量大，每比特价格越低，同时存取速度也越慢解决方案：采
10、用层次化的存储体系结构当沿着层次下降时每比特的价格将下降，容量将增大速度将变慢，处理器的访问频率也将下降4.主存储器通常有哪两种类型？它们各自的特点是什么？用在哪里？答：硬盘存储器，和内存存储器. 硬盘存储器：容量大，存储速率慢，断电后，数据信息不丢失 内存存储器：容量小，存储速率快，断电后，数据信息丢失。5.请简述程序局部性原理。这个原理在分级的存储体系结构中是怎么样起作用的？答：时间局部性，空间局部性。起的作用是：提高存储系统效能这个目的。 6.什么是存储保护？有哪些方法实现存储保护？答：对主存中的信息加以严格的保护，使操作系统及其它程序不被破坏，是其正确运行的基 本条件之一 多用户,多任
11、务操作系统：OS给每个运行进程分配一个存储区域 操作系统提供了：1.界限地址寄存器，存储健两个存储保护机构！7。 呵呵，大家去翻资料把！8.缓冲技术在计算机系统中起着什么样的作用？它是如何工作的？答：缓冲技术一般有三个用途，一种是用在处理器和主存储器之间的；另一种是用在处理器和其他外部设备之间的；还有一种是用在设备与设备之间的通信上。9.什么是中断？为什么说中断对现代计算机很重要？答：中断概念：指CPU对系统中或系统外发生异步事件的响应异步事件是指无一定时序关系的随机发生事件如外部设备完成数据传输，实时设备出现异常等中断机制是操作系统得以正常工作的最重要的手段它使得OS可以捕获普通程序发出的系
12、统功能调用及时处理设备的中断请求防止用户程序中破坏性的活动等等10.中断的一般处理过程是怎么样的？多个中断同时发生呢？答：1）如书图2.9(简单的中断处理过程) 2）如书图2.12(一个多优先级中断系统中多个中断的处理示例)11.请简述中断和操作体统的关系，操作系统是如何利用中断机制的？答：中断机制是操作系统得以正常工作的最重要的手段它使得OS可以捕获普通程序发出的系统功能调用及时处理设备的中断请求防止用户程序中破坏性的活动等等12. 常用的I/O控制技术有那些？各有什么特点？答：常用的I/O控制技术有以下几种：程序控制，中断驱动以及直接存储器存取（DMA）以及通道。程序控制I/O技术：由处理
13、器提供I/O相关指令来实现I/O处理单元处理请求并设置I/O状态寄存器相关位不中断处理器，也不给处理器警告信息处理器定期轮询I/O单元的状态，直到处理完毕I/O软件包含直接操纵I/O的指令控制指令: 用于激活外设，并告诉它做什么状态指令: 用于测试I/O控制中的各种状态和条件数据传送指令: 用于在设备和主存之间来回传送数据主要缺陷：处理器必须关注I/O处理单元的状态，因而耗费大量时间轮询信息，严重地降低了系统性能中断驱动I/O技术：为了解决程序控制I/O方法的主要问题 应该让处理器从轮询任务中解放出来 使I/O操作和指令执行并行起来具体作法： 当I/O处理单元准备好与设备交互的时候 通过物理信
14、号通知处理器，即中断处理器DMA技术：中断的引入大大地提高了处理器处理I/O的效率当处理器和I/O间传送数据时，效率仍旧不高解决方法：直接存储器访问（DMA：Direct Memory Access）通过系统总线中一独立控制单元DMA控制器自动控制成块数据在内存和I/O单元间的传送大大提高处理I/O的效能通道：独立于中央处理器，专门负责数据I/O传输的处理机它对外设实现统一管理代替CPU对I/O操作进行控制使CPU和外设可以并行工作通道又称为I/O处理机引入通道的目的:为了使CPU从I/O事务中解脱出来同时为了提高CPU与设备、设备与设备之间的并行度13.时钟对操作系统有什么重要作用？时钟为计
15、算机完成以下必不可少的工作：在多道程序运行环境中，为系统发现陷入死循环（编程错误）的作业，防止机时的浪费在分时系统中，间隔时钟实现作业间按时间片轮转在实时系统中，按要求的间隔输出正确时间信号给实时的控制设备（如AD、D/A转换设备）定时唤醒要求延迟执行的各外部事件（如定时为各进程计算优先数，银行中定时运行某类结账程序等）记录用户使用设备时间和记录某外部事件发生时间记录用户和系统所需要的绝对时间，即年、月、日 进程1.一个单CPU的操作系统共有n个进程，不考虑进程状态过渡时的情况，也不考虑空转进程1。给出运行进程的个数；2。给出就绪进程的个数；3。给出等待进程的个数。解：1.运行进程的个数可能是
16、 0，也可能是 1;2,就绪的进程的个数可能是0，也可能是n-13等待进程的个数可能是0,也可能是n2.多道程序在单CPU上并发运行和多道程序在多CPU上并行执行，这两者在本质是否相同为什么？请给出以上两者在实现时应考虑什么问题？答：1)本质上不同，前者是宏观上并发同时运行，微观上是交替顺序执行，后者则是宏观上并行，微观上也并行。2)在实现多道程序设计时，必须协调好资源使用者和被使用者之间的关系，即对处理机资源加以管理，以实现处理机在各个可运行程序之间的分配与调度，对内存资源加以管理，将内存分配给各个运行程序，还要解决程序在内存中的定位问题，并防止内存中各个程序之间互相干扰或对操作系统的干扰，
17、对设备资源进行管理，使各个程序在使用设备时，不发生冲突。3.用进程概念说明操作系统的并发性和不确定性是怎样体现出来的？答：进程的并发特性和异步特性体现了操作系统的并发性和不确定性。 进程的并发特性：可以同其他进程一道向前推进，即一个进程的第一个动作可以在另一个进程的最后一个动作结束之前开始 进程的异步性：每个进程按照各自独立的，不可预知的速度向前推进。4PCB的作用是什么？他是怎么样描述进程的动态本质的？答：PCB称为进程控制块(Process Control Block)，为了便于系统控制和描述进程的活动过程，在操作系统核心中为进程定义一个专门的数据结构，就是PCB。 系统利用PCB来描述进
18、程的基本情况以及进程的运行变化过程。PCB是进程存在的唯一标志。当系统创建一个进程时，为进程设置一个PCB，再利用PCB对进程进行控制和管理；撤销进程时，-系统收回它的PCB,进程也随之消亡。5.进程的三个基本状态转换如图（见书），图中1，2，3，4表示某种类型的状态变迁，请分别回答下列问题：1）什么“事件”引起某一种类型的状态变迁答：运行中的进程因为中断的发生，或者需要等待某种事件的发生，变迁到等待状态等待状态的进程，应为所等待的事件发生了，变迁到就绪态CPU为空的时候，就绪态的进程就变迁到运行状态运行的进程因为调度程序，变迁到就绪状态2）系统中常常由于某一进程的状态变迁引起另一进程也产生状
19、态变迁，试判断在下述情况下，如果有的话，将发生什么因果变迁？3 -1 2. -1 4-1 3-4如果有处于就绪态的进程 （3-1）如果有处于就绪态的进程 (2-1)CPU为空(4-1)等待事件发生(3-4)3)在什么情况下，下述变迁中哪些将不立即引起其他变迁？1 2 3 4当1发生，并不引起其他变迁当2发生,如果有进程处于就绪态，引起1发生当3发生, 如果有进程处于就绪态，引起1发生当4发生，如果CPU为空，那么引起1发生4）引起进程状态变迁的根本原因是什么？ 答： 原因：自身的进展情况和外界环境条件的变化。自身的逻辑，中断和进程调度程序等！根据进程的动态性，进程在其生命周期内，需要经历一系列
20、离散状态。6.内核通常完成哪些功能？经过内核扩充后形成的虚拟机有哪些属性？答：内核一般提供如下功能1）中断处理 2)进程调度 3)进程控制 4）进程同步与互斥；5)进程通信；6)存储管理的基本操作 7)设备管理的基本操作 8)文件信息管理的基本操作 9)时钟管理虚拟机的属性有：1)没有中断 2)为每个进程提供了一台虚拟处理机，每个进程好像在各自的处理机上顺序的运行 3)为进程提供了强大的指令系统，即非特权的指令和原语一起组成的指令系统7.并发进程执行时一定会产生与时间有关的错误吗？为什么？答：不一定，如果并发进程都占有一些受到保护的私有资源(包括内存，设备等资源)，那么执行的结果和进程调度的算
21、法以及中断等外界环境没有关系，所以不一定会产生与时间有关的错误.8.试举出进程状态转换的典型原因和引起进程调度的因素。答：进程状态转换的典型原因：1中断或者等待某事件发生,2.所等待事件发生了3,CPU为空 引起进程调度的因素为： 1)正在执行的进程运行完毕 2)正在执行的进程调用阻塞原语将自己阻塞起来并进入等待状态 3）正在执行的进程调用了P原语操作，从而因为资源不足而被阻塞，或调用了V原语操作激活了等待资源的进程队列4） 执行中的进程提出了I/O请求后被阻塞5） 在分时系统中时间片已经用完以上都是CPU为不可抢占方式下引起进程调用的原因，当CPU为可抢占时，就绪队列中的进程比当前运行的进程
22、的优先级高，也引起进程调度9.说明下列活动是属于哪些制约关系？1）若干同学去图书馆借书 进程互斥2）两队进行篮球比赛 进程互斥3）流水线生产中的各道工序 进程同步4）商品生产和社会消费 进程同步10,是否所有的共享资源都是临界资源，为什么？答：不是，根据定义，一次只允许一个进程使用得进程才叫临界资源,能同时被多个进程使用得资源不是临界资源 11设一台计算机，有两条I/O通道，分别接一台卡片输入机和一台打印机。卡片机把一叠卡片逐一输入到缓冲区B1中，加工处理后再搬到缓冲区B2中，并在打印机上印出，问：1）系统要设几个进程来完成这个任务？各自的工作是什么？2）这些进程间有什么样的相互制约关系3）用
23、P,V操作写出这些进程的同步算法4）设系统中只有上述几个进程，用图表示出各自状态变迁情况及原因？答：这是一个典型的生产者，消费者问题1）系统要设三个进程完成任务，第一个进程P1,从卡片输入机中读入数据，并且把数据放入缓冲区B1中，第二个进程从B1缓冲区中取数据，加工处理后放入缓冲区B2中。第三个进程将缓冲区的内容输入到打印机中打印出来2）这三个进程之间是同步和互斥的关系3)三个进程之间必须协调工作，需设置四个信号量，S1,S2,S3,S4并令S1的初值为1,S2的处置为0，S4的初值为1,则程序为：进程 p1 进程p2 进程p3 P(S1) P(S2) P(S3)从卡片机中读入数据 P(S4)
24、 将缓冲区B2内容 V(S2) 将Buffer B1中的数据 在打印机中输出 拷贝道Buffer B2中 V(S4) V(S1) V(S3)4)当缓冲区B1为空时，当有输入时，进程p1进入就绪态，如果CPU为空，则为运行态，输入完成后，进入等待态 如果存在进程p2，则为等待态，当S2+1后，处于等待态进程进入就绪态，如果CPU为空进入运行态，拷贝完成后，进入等待态 如果存在进程p3，则为等待态，当S3+1后，处于等待态进程进入就绪态，如果CPU为空进入运行态，输出完成后，进入等待态12.设有无穷多个信息，输入进程把信息逐个写入缓冲区，输入进程逐个地从缓冲区中取出信息。在下述情况下：1)缓冲区是
25、环形的，最多可以容纳n个信息；2）缓冲区是无穷大的。试分别回答下列问题？1)输入，输出两进程读，写缓冲区需要什么条件？2)用P,V操作写出输入，输出两进程的同步算法，并给出信号量含义以及初值3)指出信号量的值的变化范围和其值的含义答：一：当缓冲区的大小为n时1）当缓冲区信息为空的时候，输出进程无法读，处于等待状态，当缓冲区信息为满的时候无法写，都某个缓冲区单位进行读写的时候，要互斥2） 1.空的信号量empty 初值为n, 满的信号量为full 初值为0, 对缓冲区单元的互斥信号量为mutex,j,k为缓冲区单位地址，初值为 0 写进程 读进程 P(empty) P(full) P(mutex
26、) P(mutex)向Bufferi写入信息 从Bufferk中读信息 V(mutex) V(mutex) V(full) V(empty) j:=(j+1)mod n k:=(k+1)mod n 4)empty表示还有多少缓冲区单元为空，如果empty=0,表示缓冲区满，系统调用写进程时，写进程处于等待态full 表示缓冲区都多少有信心的单元，如果full=0, 表示缓冲区空，系统调用写进程时，读进程处于等待态 mutex 表示对于缓冲区单元的互斥信号量,当mutex=1时，开锁，mutex=0时，闭锁二当缓冲区大小为无穷大时1）同上2） 1空的信号量empty 不用设, 满的信号量为ful
27、l 初值为0, 对缓冲区单元的互斥信号量为mutex,j,k为缓冲区单位地址，初值为 0 写进程 读进程 P(full) P(mutex) P(mutex) 向Bufferi写入信息 从Bufferk中读信息 V(mutex) V(mutex) V(full) j:=(j+1)mod n k:=(k+1)mod n 4)full 表示缓冲区都多少有信心的单元，如果full=0, 表示缓冲区空，系统调用写进程时，读进程处于等待态 mutex 表示对于缓冲区单元的互斥信号量,当mutex=1时，开锁，mutex=0时，闭锁13.假定一个阅览室最多可以容纳100人，读者进入和离开阅览室都必须在阅览室
28、门口的一个登记表上标志（进入时登记，离开时去掉登记项）而且每次只允许一人登记或者去掉登记，问：1) 应编写几个进程完成这项工作，程序的主要动作是些什么？应该设置几个进程？进程和程序间的关系如何？2) 用P,V操作写出这些进程的同步通信关系答：编写两个进程，一个处理读者进入，一个处理读者离开，进程是程序的动态执行设置信号量 full 为初值为 0， 空的信号量 empty 初值为100, 互斥信号量 mutex 初值为1 进入 离开 P(empty) P(full) P(mutex) P(mutex) 登记 取消登记 V(mutex) V(mutex) V(full) V(empty) 进入 离
29、开14在生产者和消费者问题中，如果对调生产者（或消费者）进程中的两个P操作和两个V操作的次序，会发生什么情况？请说明！答：对调P操作, 会发生死锁 因为P(empty)在 p(mutex)和 v(mutex)内部，也就是临界区中，当 empty0,时，P(empty)在临界区中进入到了休眠状态。那么就别的进程都进入不到临界区中，进入死锁状态。 而两个V操作无关紧要15.为什么引入高级通信机构？他有什么优点？说明消息缓冲通信机构的基本工作过程？答：1）为了解决大量的消息交换，2）优点：不仅能够保证相互制约的进程之间的相互关系，还同时实现了进程之间的信息交换3）消息缓冲通信技术的工作过程：其基本思
30、想是：根据“生产者-消费者”原理，利用内存中公用消息缓冲区实现进程之间的信息交换。内存中开辟了若干消息缓存区，用以存放消息，每当一个进程（发送进程）向另一个进程（接收进程）发送消息时，便申请一个消息缓冲区，并把已准备好的消息发送到缓冲区中，然后把该消息缓冲区插入到接受进程的消息队列中，最后通知接受进程，接收进程收到发送进程发送到的通知后，从本进程的消息队列中摘下一消息缓冲区，取出所需的消息，然后把消息缓冲区还给系统。16.进程间为什么要进行通信？在编写自己的程序时，是否考虑到要和别的用户程序进行通信？各个用户进程间是否存在制约关系?答；1)各个进程在运行的时候，共享内存，或者共同完成一个特定的功能，都需要进行通信， 2)需要， 3）促在同步和互斥的关系，比如聊天程序17.假定一个系统的磁盘块大小为2KB，一个块的平均访问时间是20毫秒。一个有40KB进程由于资源请求从运行态变为阻塞态，它必须保持阻塞多长时间？答： 40/2 * 20=400毫秒保持阻塞态 400毫秒18.假设A,B两个火车站之间是单轨线，许多列车同时到达A站，然后经过A站到达B站；又列车从A到B的行驶时间
