1、操作系统答案附录A 习题参考答案第1章一、选择题CBBDA CABCD DCBAC二、填空题1、系统软件，硬件和软件资源。2、处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理。3、通用操作系统。4、操作系统。5、联机输入输出操作。6、实时控制系统、实时信息处理系统。7、宏观上并行、微观上串行。三、简答题1、操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它是一组程序模块的集合，这组程序模块控制和管理计算机系统中的硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程，并为用户使用计算机提供方便。从资源管理的角度看，操作系统应具有处理机管理、存储器管理、设备管理和文件管理功能。2、操作系统的三种基本类型是批处理系统、分时系统
2、和实时系统。批处理系统的主要特点是用户脱机使用计算机、多道程序运行和成批处理。分时系统的主要特点是同时性、交互性、独立性和及时性。实时系统的主要特点是及时性和高可靠性。3、多道程序设计是指在内存中同时存放多道程序，这些程序在管理程序的控制下交替运行，共享处理机及系统中的其它资源。多道程序设计技术的主要特点是多道、宏观上并行、微观上串行。4、并发性和并行性是既相似又有区别的两个概念。并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生；并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。5、推动操作系统发展的动力有四个方面：不断提高计算机资源利用率；方便用户；器件的不断更新换代；计算机体系结构的不断发展。6、多重处
3、理系统配制多个CPU，因而能真正同时执行多道程序。当然，要想有效地使用多重处理系统，必须采用多道程序设计技术。反之不然，多道程序设计原则不一定要求有多重处理系统的支持。多重处理系统比起单处理系统来说，虽增加了硬件设施，却换来了提高系统吞吐量、可靠性、计算能力和并行处理能力等好处。7、与系统的总线结构、寄存器、存储介质、中断机构、I/O设备控制等有关。第2章一、选择题CBCB二、填空题1、提供尽可能多的功能，尽量提高系统的效率。2、缓存、主存、磁盘。3、非对称集群、对称集群、并行集群、WAN集群。4、简单结构、分层、微内核、模块化。三、简答题1、操作系统提供两种类型的用户接口：命令接口和程序接口
4、。命令接口提供一组操作命令供用户直接或间接控制作业的运行；程序接口提供一组系统调用供用户在程序中请求操作系统服务。图形接口使用户能利用鼠标、窗口、菜单、图标等方便、直观、有效地使用计算机，可以认为图形接口是命令接口的图形化。2、略。（参考答案：仁者见仁，智者见智。（1）Windows的垄断地位。（2）知识产权与开发投入问题。（3）用户习惯问题。）第3章 一、选择题CADDA ABCBB BBCCC ACCDC 二、填空题1、运行态、就绪态、阻塞态。2、程序、数据集合、PCB。3、动态、静态。4、4个、0个。5、资源的剩余数、提出资源请求但没有分配到资源的进程个数。6、针对同一个共享变量的程序段
5、。7、减1、加1。8、1、-（m-1）。9、S0。10、信箱头、信箱体。11、低级通信、高级通信。三、简答题1、程序的并发执行，虽然提高了系统吞吐量，但也产生了一些与程序顺序执行时不同的特征。由于资源共享，程序在并发执行时形成了相互制约关系，而使程序的执行失去了封闭性。由于程序的共享性与异步性，使程序启动和结束时间不确定，且其执行一般是“走走停停”，导致了程序的执行结果与其执行速度有关，出现了结果的不可再现性。2、不允许两个及以上进程同时对临界资源操作，即所谓互斥关系。进程的互斥关系源于资源共享。某进程未获得合作进程发来消息（同步条件）之前，该进程等待（同步点），消息到达后方可继续执行。我们称
6、这种进程之间通过在执行时序上的某种限制而达到彼此间的相互合作的制约关系为同步。进程的同步源于进程间的合作。对同步与互斥的上述解释表明，它们的实质都是对进程在执行时序上的某种限制。因此，可把它们归结为：并发进程在执行时序上的相互制约关系。这就是广义同步概念。3、一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。人们把在每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区。4、管程是一种并发性的结构，它包括用于分配一个特定的共享资源或一组共享资源的数据和过程。由此可知，管程由三部分组成：局部于管程的共享变量说明；对该数据结构进行操作的一组过程；对局部于管程的数据设置初始值的语句。此外，还需为该管程赋予一个名字。5、
7、消息缓冲通信是由Hansen于1973年首先提出的，其基本思想是：根据生产者与消费者关系原理，利用内存的公用消息缓冲池实现进程之间的信息交换。操作系统负责管理公用消息缓冲池以及消息的实际传递，进程通过访问系统支持的消息缓冲通信机构实现相互之间的信息交换。6、在操作系统中引入进程的目的是为了程序的并发执行，以改善资源利用率及提高系统的吞吐量。进程是一个可拥有资源的独立单位，同时又是一个可独立调度和分派的基本单位。正是由于进程的这两个基本属性，才使之能够独立运行和并发执行。然而，为使程序能并发执行，系统还必须进行进程的创建、撤消与切换，此时系统必须为之付出较大的时空开销。正因如此，系统中所设置的进
8、程数目不宜过多，进程切换频率也不宜过高，这就限制了并发程度的进一步提高。为使多个程序更好地并发执行，并尽量减少操作系统的开销，不少操作系统研究者考虑将进程的两个基本属性分离，分别交由不同的实体来实现。为此，操作系统设计者引入了线程，让线程去完成第二个属性的任务，即线程作为独立调度和分派的基本单位，以做到“轻装上阵”；而进程只完成第一个属性的任务，即进程是资源分配的基本单位。7、（1）调度方面。在传统的操作系统中，拥有资源和独立调度的基本单位都是进程。而在引入线程的操作系统中，线程是独立调度的基本单位，进程是资源拥有的基本单位。在同一进程中，线程的切换不会引起进程切换。在不同的进程中进行线程切换
9、，将会引起进程切换。（2）拥有资源。不论是传统操作系统还是设有线程的操作系统，进程是拥有资源的基本单位，而线程不拥有系统资源（只有一个必不可少的资源），但线程可以访问其所隶属进程的资源。（3）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，而且同一进程内的多个线程之间也可并发执行。（4）系统开销。由于创建进程或撤销进程时，系统都要为之分配或回收资源，操作系统所付出的开销远大于创建或撤销线程时的开销。在进行进程切换时，涉及到整个当前进程CPU环境的保存及新调度到进程的CPU环境的设置；而线程切换时，只需保存和设置少量寄存器内容，因此开销很小。另外，由于同一进程内的多个线程共享进程的地址
10、空间，因此，多线程之间的同步与通信非常容易实现，甚至无需操作系统的干预。8、进程和程序是既有联系又有区别的两个概念，它们的主要区别如下：（1）进程是程序在处理机上的一次执行过程，是一个动态概念；而程序是代码的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念。（2）进程是一个状态变化的过程，是有生命期的（表现在它因创建而产生，因调度而执行，因得不到资源而暂停，因撤销而消亡）；而程序是永久的，可以长久保存。（3）进程与程序的组成不同。进程由程序、数据和进程控制块组成，而程序仅是代码的有序集合。（4）进程与程序之间不是一一对应的。通过多次运行，同一程序可以对应多个进程；通过调用关系，一个进程可以
11、包含多个程序。四、计算题：1、设置两个信号量S1和S2。S1表示是否允许司机启动汽车，其初值为0；S2表示是否允许售票员开门，其初值为0。这两个活动的同步用P、V操作描述如下：driver：p（S1）；启动车辆；正常行车；到站停车；v（S2）；busman：关车门；v（S1）；售票；p（S2）；开车门，上下乘客；2、设置三个信号量dish、apple、orange，信号量dish表示盘子是否为空，其初值为1；信号量apple表示盘子中是否有苹果，其初值为0；信号量orange表示盘子中是否有桔子，其初值为0。进程之间的同步描述如下：father： p（dish）； if 将苹果放入盘中 v（a
12、pple）； else v（orange）； son： p（orange）； 从盘子中取出桔子； v（dish）； 吃桔子； daughter： p（apple）； 从盘子中取出苹果； v（dish）；吃苹果；3、设置四个信号量fork1、fork2、knife1、knife2，其初值均为1。分别表示资源叉1、叉2、刀1、刀2是否可用。进程之间的同步描述如下：哲学家甲：p（knife1）；p（fork1）；进餐；v（knife1）；v（fork1）；讨论问题；哲学家乙：p（knife2）；p（fork1）；进餐；v（knife2）；v（fork1）；讨论问题；哲学家丙：p（knife2）；p（
13、fork2）；进餐；v（knife2）；v（fork2）；讨论问题；哲学家丁：p（knife1）；p（fork2）；进餐；v（knife1）；v（fork2）；讨论问题；第4章 一、选择题CADAD BACBC DCBBB 二、填空题1、后备、运行、完成。2、短作业优先调度。3、进程。4、安全、不安全。5、剥夺方式、非剥夺方式。6、2=k=m。7、先来先服务。三、简答题1、在分时系统中，用户键入的命令和数据，都直接送入内存，由操作系统为之建立进程，因此分时系统没有作业的概念。2、作业调度用于决定把外存上处于后备队列中的哪些作业调入内存，为它们创建进程、分配必要的资源，并将新创建的进程排在就绪队
14、列上，准备执行。因此也称之为接纳调度。进程调度用来决定就绪队列中的哪个进程应获得处理机，然后再由分派程序把处理机分配给该进程。3、（1）正在执行的进程结束。因任务完成正常结束或因出现错误而异常结束。这时，如果不选择新的就绪进程执行，将浪费处理机资源。（2）执行中进程自己调用阻塞原语将自己阻塞起来。（3）执行中进程调用了P操作，从而因资源不足而被阻塞，或调用了V操作激活了等待资源的进程队列。（4）执行中进程提出I/O请求后被阻塞。（5）在分时系统中时间片已经用完。（6）在执行完系统调用，在系统程序返回用户进程时，可认为系统进程执行完毕，从而可调度选择一新的用户进程执行。（7）在可剥夺方式下，就绪
15、队列中的某进程的优先级变得高于当前执行进程的优先级，从而也将引起进程调度。4、周转时间，是指从作业被提交给系统开始，到作业完成为止的这段时间间隔。它包括四部分时间：作业在外存后备队列上等待调度的时间，进程在就绪队列上等待进程调度的时间，进程在CPU上执行的时间，进程等待I/O操作完成的时间。其中后三项在一个作业的整个处理过程中，可能发生多次。响应时间，是从用户通过键盘提交一个请求开始，直至系统首次产生响应为止的时间。或者说，直到屏幕上显示出结果为止的一段时间间隔。它包括三部分时间：从键盘输入的请求信息传送到处理机的时间，处理机对请求信息进行处理的时间，以及将所形成的响应信息回送到终端显示器的时
16、间。截止时间，是指某任务必须开始执行的最迟时间，或必须完成的最迟时间。对于严格的实时系统，其调度方式和算法必须能保证这一点，否则将可能造成难以预料的后果。四、计算题：1、先来先服务调度算法的平均周转时间T=2.61；短作业优先调度算法的平均周转时间T=2.42。 2、互斥：对所有资源进行Spooling；占有并等待：初始时申请所有资源；不可剥夺：将资源剥夺；循环等待：对资源进行顺序编号。3、（1）N1=（2，2，2）；N2=（1，0，2）；N3=（1，0，3）；N4=（4，2，0）。 （2）目前是安全状态，因为有安全序列（P2，P1，P3，P4）。 （3）可以分配。因为有安全序列（P2，P1，
17、P3，P4）。 （4）不能分配。第5章 一、选择题BADBD AACBB DAAAD 二、填空题1、地址的重定位。2、节省内存空间。3、内部碎片、外部碎片。4、静态重定位、动态重定位。5、尺寸。6、页号、块号。7、运行之前、执行。8、缺页中断。9、CPU时间。10、地址越界、缺页、访问权限错误。三、简答题1、存储管理的主要任务是为多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用存储器，提高存储器的利用率以及从逻辑上扩充存储器。为此，存储管理应解决内存的分配与回收、地址映射、内存保护、内存扩充等问题。2、用户在逻辑空间进行编程，产生、使用的是从“0”开始的相对地址，称为逻辑地址。作业的逻辑地址可以是一
18、维的，也可以是二维的（段，段内地址）。内存空间的地址是一维的物理地址，亦称绝对地址。3、请求分页存储管理是基于分页式存储管理的一种虚拟存储器。它与分页式存储管理相同的是：先把内存空间划分成尺寸相同、位置固定的块，然后按照内存块的大小，把作业的虚拟地址空间划分成页。它与分页式管理不同的是：作业全部进入外存，运行时，只装放目前要用的若干页，其它页仍然保存在外存里。运行过程中，用到的某一页如果在内存中，则继续运行；如果用到的某一页不在内存中，表示发生了“缺页”，运行无法继续。此时应当在外存找到所需页并调入内存。如果内存没有空闲，换某一页出去以腾出内存空间，即“页面淘汰算法”。4、在请求分段系统中，程
19、序运行之前，只需先调入若干分段便可启动运行。当所访问的段不在内存中时，可请求操作系统将所缺的段调入内存。请求分段存储管理实现所需的硬件支持有段表机制、缺段中断机构和地址变换机构。5、上下界保护法是一种常用的硬件保护法。上下界保护技术要求为每个进程设置一对上下界寄存器。上下界寄存器中装有被保护程序和数据的起始地址和终止地址。在程序执行过程中，在对内存进行访问操作时首先进行方址合法性检查，即检查经过地址映射后的内存地址是否在界限寄存器所规定的范围内。若在规定范围内则访问合法；否则是非法的，产生访址越界中断。保护键法也是一种常用的存储保护法。保护键法为每一个被保护存储块分配一个单独的保护键。在程序状
20、态字中则设置相应的保护键开关字段，对不同进程赋予不同的开关代码和与被保护的存储块中保护键匹配。保护键可设置成对读写同时保护的或只对读写进行单项保护的，如果开关字与保护键匹配或存储块未受到保护，则访问该存储块是允许的，否则将产生访问出错中断。另一种常用的内存保护方式是：界限寄存器与CPU的用户态或核心态工作方式相结合的保护方式。在这种保护模式下，用户态进程只能访问那些在界限寄存器所规定范围内的内存部分，而核心态进程则可访问整个内存地址空间。UNIX系统就是采用这种内存保护方式的。6、存储管理中的碎片即为内存中无法使用的存储空间。单一连续分区、固定分区产生内部碎片；可变分区产生外部碎片；分页式存储
21、管理产生内部碎片。7、由于任何一个作业的长度不可能总是页面尺寸的整数倍，因此平均来说，分配给作业的所有内存块的最后一块里会有一半浪费掉了，它成为内部碎片。不难算出，如果现在内存中共有n个作业，页面尺寸为p个字节，那么会有（n*p）/2被浪费掉。从这个角度出发，应该把页面尺寸定得小一些。但是，页面尺寸小了，用户作业相对地址的页面数势必增加，每个作业的页表会随之加大。比如，若页面尺寸定为8KB，则32KB的用户作业只有4页。但如果把页面尺寸定为512字节，则同一作业就会被划出64个页面。于是，从减少页表所需的内存开销看，页面尺寸应该定大一些。由上面的分析，选择最佳的页面尺寸，可能需要在几个相互矛盾
22、的因素之间折衷求得。通常，页面尺寸大多选在512字节64KB之间。8、叙述实存管理和虚存管理的主要区别。实存管理要求用户作业一次性全部装入到连续或不连续的内存空间才能运行，其存储管理方案至少具有整体性、驻留性与连续性三个特征之一。而虚存管理则有局部性、交换性、虚拟性三个特征。9、缺页中断作为中断，同样需要经历保护CPU现场、分析中断原因、转缺页中断处理程序进行处理、恢复CPU现场等步骤。但缺页中断又是一种特殊的中断，它与一般中断的主要区别是：（1）在指令执行期间产生和处理中断信号。通常，CPU都是在一条指令执行完成后去检查是否有中断请求到达，若有便去响应中断，否则继续执行下一条指令。而缺页中断
23、是在指令执行期间，发现所要访问的指令或数据不在内存时产生和处理的。（2）一条指令在执行期间可能产生多次缺页中断。例如，对于一条读取数据的多字节指令，指令本身可能跨越两个页面，假定指令后一部分所在页面和数据所在页面均不在内存，则该指令的执行至少产生2次缺页中断。四、计算题：1、（1）FIFO： 4块时缺页中断次数为14，缺页中断率为70%；5块时缺页中断次数为10，缺页中断率为50%；6块时缺页中断次数为10，缺页中断率为50%。（2）OPT：4块时缺页中断次数为8，缺页中断率为40%；5块时缺页中断次数为7，缺页中断率为35%；6块时缺页中断次数为7，缺页中断率为35%。（3）LRU：4块时缺
24、页中断次数为10，缺页中断率为50%；5块时缺页中断次数为8，缺页中断率为40%；6块时缺页中断次数为7，缺页中断率为35%。2、（1）首次适应算法：20KB、10KB、18KB；最佳适应算法：12KB、10KB；9KB；最坏适应算法：20KB、18KB、15KB；下次适应算法：20KB、18KB、9KB。（2）首次适应算法：20KB、10KB、18KB、无；最佳适应算法：12KB、10KB；15KB、18KB；最坏适应算法：20KB、18KB、15KB、无；下次适应算法：20KB、18KB、15KB、无。3、（1）8212；（2）4100；（3）24684。第6章一、选择题CBDCA ACA
25、DC ACAAB二、填空题1、块。2、移臂。3、内存。4、成批。5、I/O操作。6、中断源。三、简答题1、设备管理的功能是设备分配、设备处理、缓冲管理、设备独立性。2、I/O控制方式有四种，分别是程序直接控制方式、中断控制方式、DMA方式和通道控制方式。它们各自的优缺点叙述如下：（1）程序直接控制方式。优点是控制简单，不需要很多硬件支持。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
26、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。（2）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存器通常较小，且数据缓冲寄存器装满数据后将会发生中断，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；如果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。（3）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
27、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。（4）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，并在操作结束时向CPU发出中断信号。由此可见，CPU仅在I/O操作开始和结束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、针对独享设备的利用率低、使用不方便，借助大容量磁盘的支持，利用Spoolin
28、g技术，把独享设备改造成可以共享的设备，称为虚拟设备。显然实现虚拟设备的主要条件有大容量的磁盘与Spooling技术。5、启动磁盘执行一次输入输出操作要花费的时间有三部分，分别是查找时间、等待时间、传输时间。可以看出，在访问时间中，传输时间是设备固有的特性。寻道时间和旋转延迟时间基本上都与所读写数据的多少无关，而且它通常占据了访问时间中的大部分时间。从减少查找时间着手，称为磁盘的移臂调度；从减少等待时间着手，称为磁盘的旋转调度。由于移动臂的移动靠控制电路驱动步进电机实现，它的运动速度相对于磁盘轴的旋转要缓慢，因此减少查找时间比减少等待时间更为重要。4、答案如下表。启动数据传输I/O管理善后处理
29、程序循环测试方式CPUCPUCPUCPU中断控制方式CPUCPUCPUCPUDMA方式CPUDMACPUCPU通道方式CPU通道通道CPU6、（1）输入井和输出井。这是在磁盘上开辟的两个大存储空间。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时的磁盘，用于暂存用户程序的输出数据。输入井和输出井是把一台独享设备变为共享设备的物质基础。（2）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，在内存中要开辟两个缓冲区：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。输出缓冲区用于暂存从输出井送来的数据，以后再
30、传送给输出设备。（3）输入进程SPi和输出进程SPo。这里利用两个进程来模拟脱机I/O时的外围控制机。其中，进程SPi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，直接从输入井读入内存；进程SPo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。图5-21示出了SPOOLing系统的组成。7、引入缓冲的原因：（1）外设和CPU的处理速度不匹配，限制了和处理机连接的外设台数，且会造成数据丢失。（2）从减少中断的次数看，也存在着引入缓冲的必要性；（3）为了
31、解决DMA或通道方式时的瓶颈问题。四、计算题：1、（1）移动总量是565；移动顺序为86、147、91、177、94、150、102、175、130。（2）移动总量是162；移动顺序为147、150、130、102、94、91、86、175、177。（3）移动总量是123；移动顺序为147、150、175、177、130、102、94、91、86。（4）移动总量是169；移动顺序为147、150、175、177、86、91、94、102、130。2、（1）876ms；（2）360ms；（3）348ms。第7章 一、选择题BABDA BCAAA 二、填空题1、创建文件。2、软件。3、总块数。4、可变分区存储管理。5、FCB。6、链接。三、简答题1、文件的逻辑结构是用户可见结构，是从用户使用的角度出发来组织文件。文件的逻辑结构可分为两大类：一类是字符流式的无结构文件，又称为流式文件；其二是记录式的有结构文件，这是指由一个以上的记录构成的文件，又称之为记录式文件。流式文件可以看成是记录式文件的特例，这两种结构形式不同，但却是等价的。2、文件的物理结构是指文件在存储器上的存放方式，以及它与文件的逻辑结构之间的关系，实际上是指文件的存储结构。文件的存储设备不同，相应存储上的文件的结构也应有所不同。通常文件物理结构有顺序文件、链接文件、索引文件3种。3、所谓按名存取，是系统根据文件名查
