计算机操作系统第三版课后习题答案-汤小丹梁红兵.doc

第一章

1．设计现代OS的主要目标是什么？

答：（1）有效性  （2）方便性  （3）可扩充性  （4）开放性 

2．OS的作用可表现在哪几个方面？ 

答：（1）OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口 

（2）OS作为计算机系统资源的管理者 

（3）OS实现了对计算机资源的抽象 

3．为什么说OS实现了对计算机资源的抽象？ 

答：OS首先在裸机上覆盖一层I/O设备管理软件，实现了对计算机硬件操作的第一层次抽 象；在第一层软件上再覆盖文件管理软件，实现了对硬件资源操作的第二层次抽象。OS  通过在计算机硬件上安装多层系统软件，增强了系统功能，隐藏了对硬件操作的细节，由它们共同实现了对计算机资源的抽象。 

4．试说明推劢多道批处理系统形成和収展的主要劢力是什么？ 

答：主要动力来源于四个方面的社会需求与技术发展： 

（1）不断提高计算机资源的利用率； 

（2）方便用户； 

（3）器件的不断更新换代； 

（4）计算机体系结构的不断发展。 

5．何谓脱机I/O和联机I/O？ 

答：脱机I/O  是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机，在外围机的控制下，把纸带或卡片上的数据或程序输入到磁带上。该方式下的输入输出由外围 机控制完成，是在脱离主机的情况下进行的。 

而联机I/O方式是指程序和数据的输入输出都是在主机的直接控制下进行的。 

6．试说明推劢分时系统形成和収展的主要劢力是什么？ 

答：推动分时系统形成和发展的主要动力是更好地满足用户的需要。主要表现在：CPU  的分时使用缩短了作业的平均周转时间；人机交互能力使用户能直接控制自己的作业；主机的共享使多用户能同时使用同一台计算机，独立地处理自己的作业。 

7．实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？ 

答：关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及时接收并及时处理该命令，在用户能接受的时延内将结果返回给用户。解决方法：针对及时接收问题，可以在系统中设臵多路卡，使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据；为每个终端配臵缓冲区，暂存用户键入的命令或数据。针对及时处理问题，应使所有的用户作业都直接进入内存，并且为每个作业分配一个时间片，允许作业只在自己的时间片内运行，这样在不长的时间内，能使每个作业都运行一次。 

8．为什么要引入实时OS？ 

答：实时操作系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。引入实时OS  是为了满足应用的需求，更好地满足实时控制领域和实时信息处理领域的需要。 

9．什么是硬实时仸务和软实时仸务？试丼例说明。 

答：硬实时任务是指系统必须满足任务对截止时间的要求，否则可能出现难以预测的结果。举例来说，运载火箭的控制等。软实时任务是指它的截止时间并不严格，偶尔错过了任务的截止时间，对系统产生的影响不大。举例：网页内容的更新、火车售票系统。 

10．在8位微机和16位微机中，占据了统治地位的是什么操作系统？ 

答：单用户单任务操作系统，其中最具代表性的是CP/M和MS-DOS. 

11．试列出Windows OS  中五个主要版本，并说明它们分别较之前一个版本有何改迚。 

答： 

（1）Microsoft Windows 1.0是微软公司在个人电脑上开发图形界面的首次尝试。 

（2）Windows 95是混合的16位/32位系统，第一个支持32位。带来了更强大、更稳定、更实用的桌面图形用户界面，结束了桌面操作系统间的竞争。 

（3）Windows 98是微软公司的混合16位/32位Windows  操作系统，改良了硬件标准的支持，革新了内存管理，是多进程操作系统。 

（4）Windows XP是基于Windows 2000的产品，拥有新用户图形界面月神Luna。简化了用户安全特性，整合了防火墙。 

（5）Windows Vista  包含了上百种新功能；特别是新版图形用户界面和Windows Aero全新界面风格、加强的搜寻功能（Windows Indexing Service）、新媒体创作工具以及重 新设计的网络、音频、输出（打印）和显示子系统。。 

12．试从交互性、及时性以及可靠性方面，将分时系统不实时系统迚行比较。 

答：（1）及时性：实时信息处理系统对实时性的要求与分时系统类似，都是以人所能接受的等待时间来确定；而实时控制系统的及时性，是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的，一般为秒级到毫秒级，甚至有的要低于100微妙。 

（2）交互性：实时信息处理系统具有交互性，但人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。不像分时系统那样能向终端用户提供数据和资源共享等服务。 

（3）可靠性：分时系统也要求系统可靠，但相比之下，实时系统则要求系统具有高度的可靠性。因为任何差错都可能带来巨大的经济损失，甚至是灾难性后果，所以在实时系统中，往往都采取了多级容错措施保障系统的安全性及数据的安全性。 

13．OS有哪几大特征？其最基本的特征是什么？ 

答：并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征；最基本的特征是并发性。 

14．处理机管理有哪些主要功能？它们的主要仸务是什么？ 

答：处理机管理的主要功能是：进程管理、进程同步、进程通信和处理机调度； 

进程管理：为作业创建进程，撤销已结束进程，控制进程在运行过程中的状态转换。进程同步：为多个进程（含线程）的运行______________进行协调。 

通信：用来实现在相互合作的进程之间的信息交换。 

处理机调度： 

（1）作业调度。从后备队里按照一定的算法，选出若干个作业，为他们分配运行所需的资源（首选是分配内存）。 

（2）进程调度：从进程的就绪队列中，按照一定算法选出一个进程，把处理机分配给它，并设臵运行现场，使进程投入执行。 

15．内存管理有哪些主要功能?他们的主要仸务是什么？ 

答：内存管理的主要功能有：内存分配、内存保护、地址映射和内存扩充。 

内存分配：为每道程序分配内存。 

内存保护：确保每道用户程序都只在自己的内存空间运行，彼此互不干扰。 

地址映射：将地址空间的逻辑地址转换为内存空间与对应的物理地址。 

内存扩充：用于实现请求调用功能，臵换功能等。 

16．设备管理有哪些主要功能？其主要仸务是什么？ 

答：主要功能有:  缓冲管理、设备分配和设备处理以及虚拟设备等。 

主要任务:  完成用户提出的I/O  请求，为用户分配I/O  设备；提高CPU  和I/O  设 备的利用率；提高I/O速度；以及方便用户使用I/O设备. 

17．文件管理有哪些主要功能？其主要仸务是什么？ 

答：文件管理主要功能：文件存储空间的管理、目录管理、文件的读/写管理和保护。 

文件管理的主要任务：管理用户文件和系统文件，方便用户使用，保证文件安全性。 

18．是什么原因使操作系统具有异步性特征？ 

答：操作系统的异步性体现在三个方面：一是进程的异步性，进程以人们不可预知的速度向 前推进，二是程序的不可再现性，即程序执行的结果有时是不确定的，三是程序执行时间的不可预知性，即每个程序何时执行，执行顺序以及完成时间是不确定的。 

19．模块接口法存在哪些问题？可通过什么样的途径来解决？ 

答：（1）模块接口法存在的问题：①在OS设计时，各模块间的接口规定很难满足在模块完成后对接口的实际需求。②在OS  设计阶段，设计者必须做出一系列的决定，每一个决定必须建立在上一个决定的基础上。但模块化结构设计的各模块设计齐头并进，无法寻找可靠的顺序，造成各种决定的无序性，使程序设计人员很难做到设计中的每一步决定都建立在可靠的基础上，因此模块接口法被称为“无序模块法”。 

（2）解决途径：将模块接口法的决定顺序无序变有序，引入有序分层法。 

20．在微内核OS中，为什么要采用客户/服务器模式？ 

答：C/S  模式具有独特的优点：⑴数据的分布处理和存储。⑵便于集中管理。⑶灵活性和 可扩充性。⑷易于改编应用软件。 

21．试描述什么是微内核OS。 

答：1）足够小的内核  2）基于客户/服务器模式 

3）应用机制与策略分离原理  4）采用面向对象技术。 

22．在基亍微内核结构的OS中，应用了哪些新技术？ 

答：在基于微内核结构的OS  中，采用面向对象的程序设汁技术。 

23．何谓微内核技术？在微内核中通常提供了哪些功能？ 

答：把操作系统中更多的成分和功能放到更高的层次（即用户模式）中去运行，而留下一个尽量小的内核，用它来完成操作系统最基本的核心功能，称这种技术为微内核技术。在微内核中通常提供了进程（线程）管理、低级存储器管理、中断和陷入处理等功能。 

24．<a name=baidusnap0></a><B style='color:black;background-color:#ffff66'>微内核操作系统具有哪些优点</B>？<a name=baidusnap7></a><B style='color:white;background-color:#886800'>它为何</B>能有这些优点？ 

答：1）提高了系统的可扩展性 

2）增强了系统的可靠性 

3）可移植性 

4）提供了对分布式系统的支持 

5）融入了面向对象技术 

 

第二章

1.  什么是前趋图？为什么要引入前趋图？ 

答：前趋图(Precedence Graph)是一个有向无循环图，记为DAG(Directed Acyclic 

Graph)，用于描述进程之间执行的前后关系。 

2.  画出下面四条诧句的前趋图: 

S1=a：=x+y; S2=b：=z+1; S3=c：=a  –  b；  S4=w：=c+1; 

答：其前趋图为：  

3.  什么程序并収执行会产生间断性特征？ 

答：程序在并发执行时，由于它们共享系统资源，为完成同一项任务需要相互合作，致使这些并发执行的进程之间，形成了相互制约关系，从而使得进程在执行期间出现间断性。 

4．程序并収执行时为什么会失去封闭性和可再现性？ 

答：程序并发执行时，多个程序共享系统中的各种资源，因而这些资源的状态由多个程序改变，致使程序运行失去了封闭性，也会导致其失去可再现性。 

5．在操作系统中为什么要引入迚程概念？它会产生什么样的影响? 

答：为了使程序在多道程序环境下能并发执行，并对并发执行的程序加以控制和描述，在操作系统中引入了进程概念。 

影响:  使程序的并发执行得以实行。 

6．试从劢态性，并収性和独立性上比较迚程和程序? 

答：(1)动态性是进程最基本的特性，表现为由创建而产生，由调度而执行，因得不到资源而暂停执行，由撤销而消亡。进程有一定的生命期，而程序只是一组有序的指令集合，是静态实体。 

(2)并发性是进程的重要特征，同时也是OS  的重要特征。引入进程的目的正是为了使其程序能和其它进程的程序并发执行，而程序是不能并发执行的。 

(3)独立性是指进程实体是一个能独立运行的基本单位，也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位。对于未建立任何进程的程序，不能作为独立单位参加运行。 

7．试说明PCB  的作用，为什么说PCB  是迚程存在的惟一标志？ 

答：PCB  是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序，成为一个能独立运行的基本单位，成为能与其它进程并发执行的进程。OS是根据PCB对并发执行的进程进行控制和管理的。 

8．试说明迚程在三个基本状态之间转换的典型原因。 

答：  （1）就绪状态→执行状态：进程分配到CPU资源 

（2）执行状态→就绪状态：时间片用完 

（3）执行状态→阻塞状态：I/O请求 

（4）阻塞状态→就绪状态：I/O完成 

9．为什么要引入挂起状态？该状态有哪些性质？ 

答：引入挂起状态处于五种不同的需要:  终端用户需要，父进程需要，操作系统需要，对换需要和负荷调节需要。处于挂起状态的进程不能接收处理机调度。 

10．在迚行迚程切换时，所要保存的处理机状态信息有哪些？ 

答：进行进程切换时，所要保存的处理机状态信息有： 

（1）进程当前暂存信息 

（2）下一指令地址信息 

（3）进程状态信息 

（4）过程和系统调用参数及调用地址信息。 

11．试说明引起迚程创建的主要事件。 

答：引起进程创建的主要事件有：用户登录、作业调度、提供服务、应用请求。 

12．试说明引起迚程被撤销的主要事件。 

答：引起进程被撤销的主要事件有：正常结束、异常结束（越界错误、保护错、非法指令、特权指令错、运行超时、等待超时、算术运算错、I/O  故障）、外界干预（操作员或操作系统干预、父进程请求、父进程终止）。 

13．在创建一个迚程时所要完成的主要工作是什么？ 

答： 

（1）OS  发现请求创建新进程事件后，调用进程创建原语Creat()； 

（2）申请空白PCB； 

（3）为新进程分配资源； 

（4）初始化进程控制块； 

（5）将新进程插入就绪队列. 

14．在撤销一个迚程时所要完成的主要工作是什么？ 

答： 

（1）根据被终止进程标识符，从PCB  集中检索出进程PCB，读出该进程状态。 

（2）若被终止进程处于执行状态，立即终止该进程的执行，臵调度标志真，指示该进程被 

终止后重新调度。 

（3）若该进程还有子进程，应将所有子孙进程终止，以防它们成为不可控进程。 

（4）将被终止进程拥有的全部资源，归还给父进程，或归还给系统。 

（5）将被终止进程PCB  从所在队列或列表中移出，等待其它程序搜集信息。 

15．试说明引起进程阻塞戒被唤醒的主要事件是什么？ 

答：a.  请求系统服务；b.  启动某种操作；c.  新数据尚未到达；d.  无新工作可做. 

16．进程在运行时存在哪两种形式的制约？并丼例说明之。 

答： 

（1）间接相互制约关系。举例：有两进程A  和B，如果A  提出打印请求，系统已把唯一的 

一台打印机分配给了进程B，则进程A  只能阻塞；一旦B  释放打印机，A  才由阻塞改为就 

绪。 

（2）直接相互制约关系。举例：有输入进程A  通过单缓冲向进程B  提供数据。当缓冲空时， 

计算进程因不能获得所需数据而阻塞，当进程A  把数据输入缓冲区后，便唤醒进程B；反 

之，当缓冲区已满时，进程A  因没有缓冲区放数据而阻塞，进程B  将缓冲区数据取走后便唤醒A。 

17．为什么迚程在进入临界区之前应先执行“进入区”代码？而在退出前又要执行“退出区”代码？ 

答：为了实现多个进程对临界资源的互斥访问，必须在临界区前面增加一段用于检查欲访问的临界资源是否正被访问的代码，如果未被访问，该进程便可进入临界区对资源进行访问，并设臵正被访问标志，如果正被访问，则本进程不能进入临界区，实现这一功能的代码为" 在退出临界区后，必须执行"退出区"代码，用于恢复未被访问标志，使其它进程能再访问此临界资源。 

18.  同步机构应遵循哪些基本准则？为什么？ 

答：同步机构应遵循的基本准则是：空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待原因：为实现进程互斥进入自己的临界区。 

 19.  试从物理概念上说明记录型信号量wait  和signal。 

答：wait(S)：当S.value>0  时，表示目前系统中这类资源还有可用的。执行一次wait  操作，意味着进程请求一个单位的该类资源，使系统中可供分配的该类资源减少一个，因此描述为S.value:=S.value-1；当S.value<0时，表示该类资源已分配完毕，进程应调用block原语自我阻塞，放弃处理机，并插入到信号量链表S.L中。 

signal(S)：执行一次signal操作，意味着释放一个单位的可用资源，使系统中可供分配的该类资源数增加一个，故执行S.value:=S.value+1  操作。若加1  后S.value≤0，则表示在该信号量链表中，仍有等待该资源的进程被阻塞，因此应调用wakeup  原语，将S.L链表中的第一个等待进程唤醒。 

20．你认为整型信号量机制是否完全遵循了同步机构的四条准则？ 

答：整型信号量机制不完全遵循同步机制的四条准则，它不满足“让权等待”准则。 

21．如何利用信号量机制来实现多个迚程对临界资源的互斥访问？并丼例说明之。 

答：为使多个进程互斥访问某临界资源，只需为该资源设臵一互斥信号量mutex，并设其 

初值为1，然后将各进程访问该资源的临界区CS臵于wait(mutex)和signal(mutex)操作 

之间即可。这样，每个欲访问该临界资源的进程在进入临界区之前，都要先对mutex  执行 

wait  操作，若该资源此刻未被访问，本次wait  操作必然成功，进程便可进入自己的临界区， 

这时若再有其他进程也欲进入自己的临界区，此时由于对mutex  执行wait操作定会失败， 

因而该进程阻塞，从而保证了该临界资源能被互斥访问。当访问临界资源的进程退出临界区 

后，应对mutex执行signal  操作，释放该临界资源。利用信号量实现进程互斥的进程描述 

如下： 

Var mutex: semaphore:=1； 

begin 

parbegin 

process 1: begin 

repeat 

wait(mutex)； 

critical section 

signal(mutex)； 

remainder seetion 

until false； 

end 

process 2: begin 

repeat 

wait(mutex)； 

critical section 

signal(mutex)； 

remainder section 

until false； 

end 

parend 

22．试写出相应的程序来描述图2-17所示的前驱图。 

 

答：（a）Var a, b, c, d, e, f, g, h; semaphore:= 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0; 

begin 

parbegin 

begin S1; signal(a); signal(b); end; 

begin wait(a); S2; signal(c); signal(d); end; 

begin wait(b); S3; signal(e); end; 

begin wait(c); S4; signal(f); end; 

begin wait(d); S5; signal(g); end; 

begin wait(e); S6; signal(h); end; 

begin wait(f); wait(g); wait(h); S7; end; 

parend 

end 

（b）Var a, b, c, d, e, f, g, h,i,j; semaphore:= 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,0,0, 0; 

begin 

parbegin 

begin S1; signal(a); signal(b); end; 

begin wait(a); S2; signal(c); signal(d); end; 

begin wait(b); S3; signal(e); signal(f); end; 

begin wait(c); S4; signal(g); end; 

begin wait(d); S5; signal(h); end; 

begin wait(e); S6; signal(i); end; 

begin wait(f); S7; signal(j); end; 

begin wait(g);wait(h); wait(i); wait(j); S8; end; 

parend 

end 

23．在生产者消费者问题中，如果缺少了signal(full)戒signal(empty),对执行结果有何影

响？ 

答：如果缺少signal(full)，那么表明从第一个生产者进程开始就没有改变信号量full  值，即使缓冲池产品已满，但full  值还是0，这样消费者进程执行wait(full)时认为缓冲池是空而取不到产品，消费者进程一直处于等待状态。 

如果缺少signal(empty)，在生产者进程向n个缓冲区投满产品后消费者进程才开始从中取产品，这时empty=0，full=n，那么每当消费者进程取走一个产品empty  值并不改变，直到缓冲池取空了，empty  值也是0，即使目前缓冲池有n  个空缓冲区，生产者进程要想 再往缓冲池中投放产品也会因为申请不到空缓冲区被阻塞。 

24．在生产消费者问题中，如果将两个wait  操作即wait(full)和wait(mutex)互换位置，戒者将signal(mutex)不signal（full）互换位置，结果如何？ 

答：将wait(full)和wait(mutex)互换位臵后，可能引起死锁。考虑系统中缓冲区全满时，若一生产者进程先执行了wait(mutex)操作并获得成功，则当再执行wait(empty)操作时，它将因失败而进入阻塞状态，它期待消费者进程执行signal(empty)来唤醒自己，在此之前，它不可能执行signal(mutex)操作，从而使试图通过执行wait(mutex)操作而进入自己的临界区的其他生产者和所有消费者进程全部进入阻塞状态，这样容易引起系统死锁。若signal(mutex)和signal(full)互换位臵后只是影响进程对临界资源的释放次序，而不会引起系统死锁，因此可以互换位臵。 

25．我们在为某一临界资源设置一把锁W，当W=1时表示关锁，当W=0时表示锁已打开。 

试写出开锁和关锁的原诧，并利用他们实现互斥。 

答：整型信号量：lock(W): while W=1 do no-op 

W:=1; 

unlock(W): W:=0; 

记录型信号量：lock(W): W:=W+1; 

if(W>1) then block(W, L) 

unlock(W): W:=W-1; 

if(W>0) then wakeup(W, L) 

例子： 

Var W:semaphore:=0； 

begin 

repeat 

lock(W); 

critical section 

unlock(W); 

remainder section 

until false; 

end 

 

 

  

26．试修改下面生产者－消费者问题解法中的错诨: 

答：  producer: 

begin 

repeat 

… 

producer an item in nextp; 

wait(mutex); 

wait(full); /*  应为wait(empty),而且还应该在wait(mutex)的前面  */ 

buffer(in):=nextp; 

/*  缓冲池数组游标应前移: in:=(in+1) mod n; */ 

signal(mutex); 

/* signal(full); */ 

until false; 

end 

consumer: 

begin 

repeat 

wait(mutex); 

wait(empty); /*  应为wait(full),而且还应该在wait(mutex)的前面  */ 

nextc:=buffer(out); 

out:=out+1; /*  考虑循环，应改为: out:=(out+1) mod n; */ 

signal(mutex);/* signal(empty); */ 

consumer item in nextc; 

until false; 

end 

27．试利用记录型信号量写出一个丌会出现死锁的哲学家迚餐问题的算法. 

答：Var chopstick:array[0,…,4] of semaphore; 

所有信号量均被初始化为1，第i  位哲学家的活动可描述为： 

Repeat 

Wait(chopstick[i]); 

Wait(. chopstick[(i+1) mod 5]); 

… 

Ea.t ; 

… 

Signal(chopstick[i]); 

Signal(chopstick[(i+1) mod 5]) 

Ea.t ; 

… 

Think; 

  11 

Until false; 

 

 

28．在测量控制系统中的数据采集仸务，把所采集的数据送一单缓冲区；计算仸务从该单 

缓冲中叏出数据迚行计算.试写出利用信号量机制实现两者共享单缓冲的同步算法。 

答： 

a. Var mutex, empty, full: semaphore:=1, 1, 0; 

gather: 

begin 

repeat 

…… 

gather data in nextp; 

wait(empty); 

wait(mutex); 

buffer:=nextp; 

signal(mutex); 

signal(full); 

until false; 

end 

compute: 

begin 

repeat 

…… 

wait(full); 

wait(mutex); 

nextc:=buffer; 

signal(mutex); 

signal(empty); 

compute data in nextc; 

until false; 

end 

b. Var empty, full: semaphore:=1, 0; 

gather: 

begin 

repeat 

…… 

gather data in nextp; 

wait(empty); 

buffer:=nextp; 

signal(full); 

until false; 

end 

compute: 

begin 

repeat 

…… 

wait(full); 

nextc:=buffer; 

signal(empty); 

compute data in nextc; 

until false; 

end 

29．画图说明管程由哪几部分组成，为什么要引入条件发量？ 

答：管程由四部分组成：①管程的名称；②局部于管程内部的共享数据结构说明；③对该数据结构进行操作的一组过程；④对局部于管程内部的共享数据设臵初始值的语句； 

当一个进程调用了管程，在管程中时被阻塞或挂起，直到阻塞或挂起的原因解除，而在此期间，如果该进程不释放管程，则其它进程无法进入管程，被迫长时间地等待。为了解决这个问题，引入了条件变量condition。 

30．如何利用管程来解决生产者不消费者问题？ 

答：首先建立一个管程，命名为ProclucerConsumer，包括两个过程： 

（1）Put（item）过程。生产者利用该过程将自己生产的产品放到缓冲池，用整型变 

量count  表示在缓冲池中已有的产品数目，当count≥n  时，表示缓冲池已满，生产者须 

等待。 

（2）get（item）过程。消费者利用该过程从缓冲池中取出一个产品，当count≤0 

时，表示缓冲池中已无可取的产品，消费者应等待。 

PC  管程可描述如下： 

type producer-consumer =monitor 

Var in,out,count:integer; 

 buffer:array[0,…,n-1]of item; 

notfull，notempty:condition; 

procedure entry dot(item) 

begin 

if count>=n then not full.wait; 

buffer(in):=nextp; 

in:=(in+1)mod n; 

count:=count+1; 

if notempty.queue then notempty.signal; 

end 

procedure entry get(item) 

begin 

if count<=0 then not full.wait; 

nextc:=buffer(out); 

out:=(out+1)mod n; 

count:=count-1; 

if notfull.quene then notfull.signal; 

end 

begin in:=out:=0; 

count:=0 

end 

在利用管程解决生产者一消费者问题时，其中的生产者和消费者可描述为： 

producer: begin 

pepeat 

produce an inem in nestp 

PC.put(item); 

until false; 

end 

consumer: begin 

repeat 

PC.get(item); 

consume the item in enxtc; 

until false; 

end 

31．什么是AND信号量？试利用AND信号量写出生产者一消费者问题的解法。 

答：为解决并行带来的死锁问题，在wait  操作中引入AND  条件，其基本思想是将进 

程在整个运行过程中所需要的所有临界资源，一次性地全部分配给进程，用完后一次性释放。 

解决生产者－消费者问题可描述如下: 

var mutex,empty,full: semaphore:=1,n,0; 

buffer: array[0,...,n-1] of item; 

in,out: integer:=0,0; 

begin 

parbegin 

  14 

producer: begin 

repeat 

… 

produce an item in nextp; 

… 

wait(empty); 

wait(s1,s2,s3,...,sn); //s1,s2,...,sn为执行生产者进程除empty  外其余的条件 

wait(mutex); 

buffer(in):=nextp; 

in:=(in+1) mod n; 

signal(mutex); 

signal(full); 

signal(s1,s2,s3,...,sn); 

until false; 

end 

consumer: begin 

repeat 

wait(full); 

wait(k1,k2,k3,...,kn); //k1,k2,...,kn  为执行消费者进程除full  外其余的条件 

wait(mutex); 

nextc:=buffer(out); 

out:=(out+1) mod n; 

signal(mutex); 

signal(empty); 

signal(k1,k2,k3,...,kn); 

consume the item in nextc; 

until false; 

end 

parend 

end 

32．什么是信号量集？试利用信号量集写出读者一写者问题的解法。 

答：对AND信号量加以扩充，形成的信号量集合的读写机制。 

解法：Var RN integer; 

L,mx: semaphore:=RN,1; 

begin 

parbegin 

reader:begin 

repeat 

Swait(L,1,1); 

Swait(mx,1,1); 

… 

perform read operation; 

… 

Ssignal(L,1); 

until false 

end 

writer:begin 

repeat 

Swait(mx,1,1;L,RN,0); 

perform write operation; 

Ssignal(mx,1); 

until false 

end 

parend 

end 

33．试比较迚程间的低级不高级通信工具。 

答：用户用低级通信工具实现进程通信很不方便，效率低，通信对用户不透明，所有操作都 必须由程序员来实现，而高级通信工具弥补了这些缺陷，用户直接利用操作系统提供的一组通信命令，高效地传送大量的数据。 

34．当前有哪几种高级通信机制？ 

答：共享存储器系统、消息传递系统以及管道通信系统。 

35．消息队列通信机制有哪几方面的功能？ 

答：（1）构成消息（2）发送消息（3）接收梢息（4）互斥与同步。 

36．为什么要在OS  中引入线程？ 

答：在操作系统中引入线程，则是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销，使OS具 有更好的并发性，提高CPU的利用率。进程是分配资源的基本单位,而线程则是系统调度的基本单位。 

37．试说明线程具有哪些属性？ 

答：（1)轻型实体（2）独立调度和分派的基本单位（3）可并发执行（4）共享进程资源。 

38.  试从调度性，并収性，拥有资源及系统开销方面对迚程和线程迚行比较。 

答： 

（1）调度性。线程在OS  中作为调度和分派的基本单位，进程只作为资源拥有的基本单位。 

（2）并发性。进程可以并发执行，一个进程的多个线程也可并发执行。 

（3）拥有资源。进程始终是拥有资源的基本单位，线程只拥有运行时必不可少的资源，本 

身基本不拥有系统资源，但可以访问隶属进程的资源。 

（4）系统开销。操作系统在创建、撤消和切换进程时付出的开销显著大于线程。 

39.  为了在多线程OS  中实现迚程之间的同步不通信，通常提供了哪几种同步机制？ 

答：同步功能可以控制程序流并访问共享数据，从而并发执行多个线程。共有四种同步模型： 

互斥锁、读写锁、条件变量和信号。 

40．用亍实现线程同步的私用信号量和公用信号量之间有何差别？ 

  答： 

（1）私用信号量。当某线程需利用信号量实现同一进程中各线程之间的同步时，可调用创 

建信号量的命令来创建一个私用信号量，其数据结构存放在应用程序的地址空间中。 

（2）公用信号量。公用信号量是为实现不同进程间或不同进程中各线程之间的同步而设臵 

的。其数据结构是存放在受保护的系统存储区中，由OS为它分配空间并进行管理。 

41．何谓用户级线程和内核支持线程？ 

答： 

（1）用户级线程：仅存在于用户空间中的线程，无须内核支持。这种线程的创建、撤销、 

线程间的同步与通信等功能，都无需利用系统调用实现。用户级线程的切换通常发生在一个 

应用进程的诸多线程之间，同样无需内核支持。 

（2）内核支持线程：在内核支持下运行的线程。无论是用户进程中的线程，还是系统线程 

中的线  程，其创建、撤销和切换等都是依靠内核，在内核空间中实现的。在内核空间里还 

为每个内核支持线程设臵了线程控制块，内核根据该控制块感知某线程的存在并实施控制。 

42．试说明用户级线程的实现方法。 

答：用户级线程是在用户空间中的实现的，运行在“运行时系统”与“内核控制线程”的中 

间系统上。运行时系统用于管理和控制线程的函数的集合。内核控制线程或轻型进程LWP 

可通过系统调用获得内核提供服务，利用LWP进程作为中间系统。 

43．试说明内核支持线程的实现方法。 

答：系统在创建新进程时，分配一个任务数据区PTDA，其中包括若干个线程控制块TCB 

空间。创建一个线程分配一个TCB，有关信息写入TCB，为之分配必要的资源。当PTDA 

中的TCB  用完，而进程又有新线程时，只要所创建的线程数目未超过系统允许值，系统可 

在为之分配新的TCB；在撤销一个线程时，也应回收线程的所有资源和TCB。 

 

第三章

1．高级调度不低级调度的主要仸务是什么？为什么要引入中级调度？ 

答：高级调度的主要任务是根据某种算法，把外存上处于后备队列中的那些作业调入内存。低级调度是保存处理机的现场信息，按某种算法先取进程，再把处理器分配给进程。引入中级调度的主要目的是为了提高内存利用率和系统吞吐量。使那些暂时不能运行的进程

不再占用内存资源，将它们调至外存等待，把进程状态改为就绪驻外存状态或挂起状态。 

2．何谓作业、作业步和作业流？ 

答：作业包含通常的程序和数据，还配有作业说明书。系统根据该说明书对程序的运行进行控制。批处理系统中是以作业为基本单位从外存调入内存。 

作业步是指每个作业运行期间都必须经过若干个相对独立相互关联的顺序加工的步骤。 

作业流是指若干个作业进入系统后依次存放在外存上形成的输入作业流；在操作系统的控制下，逐个作业进程处理，于是形成了处理作业流。 

3．在什么情冴下需要使用作业控制块JCB？其中包含了哪些内容？ 

答：每当作业进入系统时，系统便为每个作业建立一个作业控制块JCB，根据作业类型将它插入到相应的后备队列中。 

JCB  包含的内容通常有：1)  作业标识2)用户名称3)用户账户4)作业类型（CPU繁忙型、I/O芳名型、批量型、终端型）5)作业状态6)调度信息（优先级、作业已运行）7)资源要求8)进入系统时间9)  开始处理时间10)  作业完成时间11)  作业退出时间12)  资源使用情况等 

4．在作业调度中应如何确定接纳多少个作业和接纳哪些作业？ 

答:作业调度每次接纳进入内存的作业数，取决于多道程序度。应将哪些作业从外存调入内存，取决于采用的调度算法。最简单的是先来服务调度算法，较常用的是短作业优先调度算法和基于作业优先级的调度算法。 

5．试说明低级调度的主要功能。 

答：（1）保存处理机的现场信息（2）按某种算法选取进程（3）把处理机分配给进程。 

6．在抢占调度方式中，抢占的原则是什么？ 

答：抢占的原则有：时间片原则、优先权原则、短作业优先权原则等。 

7．在选择调度方式和调度算法时，应遵循的准则是什么？ 

答： 

（1）面向用户的准则：周转时间短、响应时间快、截止时间的保证、优先权准则。 

（2）面向系统的准则：系统吞吐量高、处理机利用率好、各类资源的平衡利用。 

8．在批处理系统、分时系统和实时系统中，各采用哪几种迚程（作业）调度算法？ 

答：批处理系统的调度算法：短作业优先、优先权、高响应比优先、多级反馈队列调度算法。 

分时系统的调度算法：时间片轮转法。 

实时系统的调度算法：最早截止时间优先即EDF、最低松弛度优先即LLF算法。 

9．何谓静态和劢态优先级？确定静态优先级的依据是什么？ 

答：静态优先级是指在创建进程时确定且在进程的整个运行期间保持不变的优先级。 

动态优先级是指在创建进程时赋予的优先权，可以随进程推进或随其等待时间增加而改变的优先级，可以获得更好的调度性能。 

确定进程优先级的依据：进程类型、进程对资源的需求和用户要求。 

10．试比较FCFS和SPF两种迚程调度算法。 

答：相同点：两种调度算法都可以用于作业调度和进程调度。 

不同点：FCFS调度算法每次都从后备队列中选择一个或多个最先进入该队列的作业，将它们调入内存、分配资源、创建进程、插入到就绪队列。该算法有利于长作业/进程，不利于短作业/进程。SPF算法每次调度都从后备队列中选择一个或若干个估计运行时间最短的作业，调入内存中运行。该算法有利于短作业/进程，不利于长作业/进程。 

 

 11．在时间片轮转法中，应如何确定时间片的大小？ 

答：时间片应略大于一次典型的交互需要的时间。一般应考虑三个因素：系统对相应时间的要求、就绪队列中进程的数目和系统的处理能力。 

12．通过一个例子来说明通常的优先级调度算法丌能适用亍实时系统？ 

答：实时系统的调度算法很多，主要是基于任务的开始截止时间和任务紧急/松弛程度的任务优先级调度算法，通常的优先级调度算法不能满足实时系统的调度实时性要求而不适用。 

13．为什么说多级反馈队列调度算法能较好地满足各方面用户的需求？

15. 按调度方式可将实时调度算法分为哪几种？

按调度方式不同，可分为非抢占调度算法和抢占调度算法两种。

18. 何谓死锁？产生死锁的原因和必要条件是什么？

a.死锁是指多个进程因竞争资源而造成的一种僵局，若无外力作用，这些进程都将永远不能再向前推进；

b.产生死锁的原因有二，一是竞争资源，二是进程推进顺序非法；

c.必要条件是: 互斥条件，请求和保持条件，不剥夺条件和环路等待条件。

19．在解决死锁问题的几个方法中，哪种方法最易于实现？哪种方法是资源利用率最高？

    解决/处理死锁的方法有预防死锁、避免死锁、检测和解除死锁，其中预防死锁方法最容易实现，但由于所施加的限制条件过于严格，会导致系统资源利用率和系统吞吐量降低；而检测和解除死锁方法可是系统获得较好的资源利用率和系统吞吐量。

20. 请详细说明可通过哪些途径预防死锁?

a.摒弃"请求和保持"条件：系统规定所有进程开始运行之前，都必须一次性地申请其在整个运行过程所需的全部资源，但在分配资源时，只要有一种资源不能满足某进程的要求，即使其它所需的各资源都空闲，也不分配给该进程，而让该进程等待；

b.摒弃"不剥夺"条件：系统规定，进程是逐个地提出对资源的要求的。当一个已经保持了某些资源的进程，再提出新的资源请求而不能立即得到满足时，必须释放它已经保持了的所有资源，待以后需要时再重新申请；

c.摒弃"环路等待"条件：系统将所有资源按类型进行线性排序，并赋予不同的序号，且所有进程对资源的请求必须严格按序号递增的次序提出，这样，在所形成的资源分配图中，不可能再出现环路，因而摒弃了"环路等待"条件。

22. 在银行家算法中，若出现下述资源分配情：

Process

Allocation

Need

Available

P0

0032

0012

1622

P1

1000

1750

P2

1354

2356

P3

0332

0652

P4

0014

0656

试问：

⑴ 该状态是否安全？

⑵ 若进程P2提出请求Request(1，2，2，2)后，系统能否将资源分配给它？

⑴该状态是安全的，因为存在一个安全序列< P0P3P4P1P2>。下表为该时刻的安全序列表。

资源情况

进程

Work

Need

Allocation

Work+Allocation

Finish

P0

P3

P4

P1

P2

1 6 2 2

1 6 5 4

1 9 8 7

1 9 9 11

2 9 9 11

0 0 1 2

0 6 5 2

0 6 5 6

1 7 5 0

2 3 5 6

0 0 3 2

0 3 3 3

0 0 1 4

1 0 0 0

1 3 5 4

1 6 5 4

1 9 8 7

1 9 9 11

2 9 9 11

3 12 14 17

true

true

true

true

true

   ⑵若进程P2提出请求Request(1，2，2，2)后，系统不能将资源分配给它，若分配给进程P2，系统还剩的资源情况为（0，4，0，0），此时系统中的资源将无法满足任何一个进程的资源请求，从而导致系统进入不安全状态，容易引起死锁的发生。

第四章  存储器管理

1. 为什么要配置层次式存储器？

这是因为：

a.设置多个存储器可以使存储器两端的硬件能并行工作。

b.采用多级存储系统，特别是Cache技术，这是一种减轻存储器带宽对系统性能影响的最佳结构方案。

c.在微处理机内部设置各种缓冲存储器，以减轻对存储器存取的压力。增加CPU中寄存器的数量，也可大大缓解对存储器的压力。

2. 可采用哪几种方式将程序装入内存？它们分别适用于何种场合？

将程序装入内存可采用的方式有：绝对装入方式、重定位装入方式、动态运行时装入方式；绝对装入方式适用于单道程序环境中，重定位装入方式和动态运行时装入方式适用于多道程序环境中。

3. 何为静态链接？何谓装入时动态链接和运行时动态链接？

a.静态链接是指在程序运行之前，先将各自目标模块及它们所需的库函数，链接成一个完整的装配模块，以后不再拆开的链接方式。

b.装入时动态链接是指将用户源程序编译后所得到的一组目标模块，在装入内存时，采用边装入边链接的一种链接方式，即在装入一个目标模块时，若发生一个外部模块调用事件，将引起装入程序去找相应的外部目标模块，把它装入内存中，并修改目标模块中的相对地址。

c.运行时动态链接是将对某些模块的链接推迟到程序执行时才进行链接，也就是，在执行过程中，当发现一个被调用模块尚未装入内存时，立即由OS去找到该模块并将之装入内存，把它链接到调用者模块上。

4. 在进行程序链接时，应完成哪些工作?

a.对相对地址进行修改

b.变换外部调用符号

6. 为什么要引入动态重定位?如何实现?

a.程序在运行过程中经常要在内存中移动位置，为了保证这些被移动了的程序还能正常执行，必须对程序和数据的地址加以修改，即重定位。引入重定位的目的就是为了满足程序的这种需要。

b.要在不影响指令执行速度的同时实现地址变换，必须有硬件地址变换机构的支持，即须在系统中增设一个重定位寄存器，用它来存放程序在内存中的起始地址。程序在执行时，真正访问的内存地址是相对地址与重定位寄存器中的地址相加而形成的。

9. 分区存储管理中常采用哪些分配策略？比较它们的优缺点。

分区存储管理中常采用的分配策略有：首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适应算法、最坏适应算法。

a.首次适应算法的优缺点：保留了高址部分的大空闲区，有利于后到来的大型作业的分配；低址部分不断被划分，留下许多难以利用的、小的空闲区，且每次分区分配查找时都是从低址部分开始，会增加查找时的系统开销。

b.循环首次适应算法的优缺点：使内存中的空闲分区分布得更为均匀，减少了查找时的系统开销；缺乏大的空闲分区，从而导致不能装入大型作业。

c.最佳适应算法的优缺点：每次分配给文件的都是最适合该文件大小的分区；内存中留下许多难以利用的小的空闲区。

d.最坏适应算法的优缺点：给文件分配分区后剩下的的空闲区不至于太小，产生碎片的几率最小，对中小型文件分配分区操作有利；使存储器中缺乏大的空闲区，对大型文件的分区分配不利。

10. 在系统中引入对换后可带来哪些好处？

能将内存中暂时不运行的进程或暂时不用的程序和数据，换到外存上，以腾出足够的内存空间，把已具备运行条件的进程或进程所需的程序和数据换入内存，从而大大地提高了内存的利用率。

12. 在以进程为单位进行对换时，每次是否将整个进程换出？为什么？

在以进程为单位进行对换时，并非每次将整个进程换出。这是因为：

a.从结构上讲，进程是由程序段、数据段和进程控制块组成的，其中进程控制块总有部分或全部常驻内存，不被换出。

b.程序段和数据段可能正被若干进程共享，此时它们也不能被换出。

13. 为实现分页存储管理，需要哪些硬件支持？

需要有页表机制、地址变换机构的硬件支持。

16. 为什么说分段系统较之分页系统更易于实现信息共享和保护?

a.对于分页系统，每个页面是分散存储的，为了实现信息共享和保护，则页面之间需要一一对应起来，为此需要建立大量的页表项；

b.而对于分段系统，每个段都从0开始编址，并采用一段连续的地址空间，这样在实现共享和保护时，只需为所要共享和保护的程序设置一个段表项，将其中的基址与内存地址一一对应起来即可。

17. 分页和分段有何区别?

a.分页和分段都采用离散分配的方式，且都要通过地址映射机构来实现地址变换，这是它们的共同点；

b.对于它们的不同点有三，第一，从功能上看，页是信息的物理单位，分页是为实现离散分配方式，以消减内存的外零头，提高内存的利用率，即满足系统管理的需要，而不是用户的需要；而段是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息，目的是为了能更好地满足用户的需要；第二页的大小固定且由系统确定，而段的长度却不固定，决定于用户所编写的程序；第三分页的作业地址空间是一维的，而分段的作业地址空间是二维的。

18. 试全面比较连续分配和离散分配方式。

a.连续分配是指为一个用户程序分配一个连续的地址空间，包括单一连续分配方式和分区式分配方式，前者将内存分为系统区和用户区，系统区供操作系统使用，用户区供用户使用，是最简单的一种存储方式，但只能用于单用户单任务的操作系统中；分区式分配方式分为固定分区和动态分区，固定分区是最简单的多道程序的存储管理方式，由于每个分区的大小固定，必然会造成存储空间的浪费；动态分区是根据进程的实际需要，动态地为之分配连续的内存空间，常用三种分配算法: 首次适应算法，该法容易留下许多难以利用的小空闲分区，加大查找开销；循环首次适应算法，该算法能使内存中的空闲分区分布均匀，但会致使缺少大的空闲分区；最佳适应算法，该算法也易留下许多难以利用的小空闲区；

b.离散分配方式基于将一个进程直接分散地分配到许多不相邻的分区中的思想，分为分页式存储管理，分段存储管理和段页式存储管理. 分页式存储管理旨在提高内存利用率，满足系统管理的需要，分段式存储管理则旨在满足用户(程序员)的需要，在实现共享和保护方面优于分页式存储管理，而段页式存储管理则是将两者结合起来，取长补短，即具有分段系统便于实现，可共享，易于保护，可动态链接等优点，又能像分页系统那样很好的解决外部碎片的问题，以及为各个分段可离散分配内存等问题，显然是一种比较有效的存储管理方式；

c.综上可见，连续分配方式和离散分配方式各有各自的特点，应根据实际情况加以改进和利用. 

19. 虚拟存储器有哪些特征?其中最本质的特征是什么？

特征：离散性、多次性、对换性、虚拟性； 

最本质的特征：离散性；最重要的特征：虚拟性。

20. 实现虚拟存储器需要哪些硬件支持？

a.对于为实现请求分页存储管理方式的系统，除了需要一台具有一定容量的内存及外存的计算机外，还需要有页表机制，缺页中断机构以及地址变换机构；

b.对于为实现请求分段存储管理方式的系统，除了需要一台具有一定容量的内存及外存的计算机外，还需要有段表机制，缺段中断机构以及地址变换机构；

21. 实现虚拟存储器需要哪几个关键技术？

a.分页和分段都采用离散分配的方式，且都要通过地址映射机构来实现地址变换，这是它们的共同点；

25. 在请求分页系统中，通常采用哪种页面分配方式——物理块分配策略？

三种分配方式：固定分配局部置换、可变分配全局置换、可变分配局部置换。

26. 在一个请求分页系统中，采用FIFO页面置换算法时，假如一个作业的页面走向为4、3、2、1、4、3、5、4、3、2、1、5，当分配给该作业的物理块数M分别为3和4时，试计算在访问过程中所发生的缺页次数和缺页率，并比较所得结果。

4   3    2   1   4    3   5   4   3    2   1    5

4

4

4

1

1

1

5

5

5

3

3

3

4

4

4

2

2

2

2

2

3

3

3

1

4

4

4

4

5

5

5

5

1

1

3

3

3

3

4

4

4

4

5

2

2

2

2

3

3

3

3

1

1

1

1

2

2

2

M=3时，采用FIFO页面置换算法的缺页次数为9次，缺页率为75%；

M=4时，采用FIFO页面置换算法的缺页次数为10次，缺页率为83%。

由此可见，增加分配给作业的内存块数，反而增加了缺页次数，提高了缺页率，这种现象被称为是Belady现象。

28. 试说明改进型Clock置换算法的基本原理。

基本原理：

在将一个页面换出时，如果该页已被修改过，便须将该页重新写回到磁盘上；但如果该页未被修改过，则不必将它写回磁盘上。在改进型算法中，除需考虑页面的使用情况外，还须再增加一个因素，即置换代价，这样，选择页面换出时，既要是未使用过的页面，又要是未被修改过的页面。

15 什么是抖动? 产生抖动的原因是什么?

a.抖动(Thrashing)就是指当内存中已无空闲空间而又发生缺页中断时，需要从内存中调出一页程序或数据送磁盘的对换区中，如果算法不适当，刚被换出的页很快被访问，需重新调入，因此需再选一页调出，而此时被换出的页很快又要被访问，因而又需将它调入，如此频繁更换页面，使得系统把大部分时间用在了页面的调进换出上，而几乎不能完成任何有效的工作，我们称这种现象为"抖动"。

b.产生抖动的原因是由于CPU的利用率和多道程序度的对立统一矛盾关系引起的，为了提高CPU利用率，可提高多道程序度，但单纯提高多道程序度又会造成缺页率的急剧上升，导致CPU的利用率下降，而系统的调度程序又会为了提高CPU利用率而继续提高多道程序度，形成恶性循环，我们称这时的进程是处于"抖动"状态。

第五章  设备管理

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？

a.字节多路通道含有许多非分配型子通道分别连接在低、中速I/O设备上，子通道按时间片轮转方式共享主通道，按字节方式进行数据传送。当第一个子通道控制其I/O设备完成一个字节的交换后，便立即腾出字节多路通道（主通道），让给第二个子通道使用；当第二个子通道也交换完一个字节后，又依样把主通道让给第三个子通道使用，以此类推。转轮一周后，重又返回由第一个子通道去使用主通道。

b.数组选择通道只含有一个分配型子通道，一段时间内只能执行一道通道程序、控制一台设备按数组方式进行数据传送。通道被某台设备占用后，便一直处于独占状态，直至设备数据传输完毕释放该通道，故而通道利用率较低，主要用于连接多台高速设备。

c. 数组多路通道是将数组选择通道传输速率高和字节多路通道能使各子通道分时并行操作的优点相结合而形成的一种新通道。其含有多个非分配型子通道分别连接在高、中速I/O设备上，子通道按时间片轮转方式共享主通道，按数组方式进行数据传送，因而既具有很高的数据传输速率，又能获得令人满意的通道利用率。

4. 如何解决因通道不足而产生的瓶颈问题？

解决因通道不足而产生的瓶颈问题的最有效方法是增加设备到主机间的通路而不是增加通道。换言之，就是把一个设备连接到多个控制器上，而一个控制器又连接到多个通道上。这种多通路方式不仅可以解决该瓶颈问题，而且能够提高系统的可靠性，也即不会因为个别通道或控制器的故障而使设备与存储器之间无法建立通路进行数据传输。

6. 试说明I/O控制发展的主要推动因素是什么？

促使I/O控制不断发展的几个主要因素如下：

a.尽量减少CPU对I/O控制的干预，把CPU从繁杂的I/O控制中解脱出来，以便更多地去完成数据处理任务。

b.缓和CPU的高速性和设备的低速性之间速度不匹配的矛盾，以提高CPU的利用率和系统的吞吐量。

c.提高CPU和I/O设备操作的并行程度，使CPU和I/O设备都处于忙碌状态，从而提高整个系统的资源利用率和系统吞吐量。

7. 有哪几种I/O控制方式？各适用于何种场合？

I/O控制方式：程序I/O方式、中断驱动I/O控制方式、DMAI/O控制方式、I/O通道控制方式。程序I/O方式适用于早期的计算机系统中，并且是无中断的计算机系统；中断驱动I/O控制方式是普遍用于现代的计算机系统中；DMA I/O控制方式适用于I/O设备为块设备时在和主机进行数据交换的一种I/O控制方式；当I/O设备和主机进行数据交换是一组数据块时通常采用I/O通道控制方式，但此时要求系统必须配置相应的通道及通道控制器。

10. 在单缓冲情况下，为什么系统对一块数据的处理时间为max(C, T)+M ?？

在块设备输入时，假定从磁盘把一块数据输入到缓冲区的时间为T；操作系统将缓冲区数据传送给用户区的时间为M；而CPU对这一块数据进行计算得时间为C。在单缓冲情况下，由于设备的输入操作和CPU的处理操作可以并行，所以系统对每一整块数据的处理时间为max(C, T) + M。

11. 为什么在双缓冲情况下，系统对一块数据的处理时间为max(C, T)？

该方式又称缓冲对换方式，在设备输入时，先将数据送入第一缓冲区，装满后便转向第二缓冲区。此时操作系统可以从第一缓冲区移出数据，并送入用户进程。接着由CPU对数据进行计算。在双缓冲区中，不仅设备的输入操作和CPU的处理操作可以并行，设备的输入操作和数据的传送操作也可以并行，因此耗时大约为max(C+M,T)。考虑到M是内存中数据块的“搬家”耗时，非常短暂可以省略，因此近似地认为是：max(C,T)

15. 为什么要引入设备独立性？如何实现设备独立性？

引入设备独立性，可使应用程序独立于具体的物理设备，是设备分配具有灵活性。另外容易实现I/O重定向。

为了实现设备独立性，必须在设备驱动程序之上设置一层设备独立性软件，用来执行所有I/O设备的公用操作，并向用户层软件提供统一接口。关键是系统中必须设置一张逻辑设备表LUT用来进行逻辑设备到物理设备的映射，其中每个表目中包含了逻辑设备名、物理设备名和设备驱动程序入口地址三项；当应用程序用逻辑设备名请求分配I/O设备时，系统必须为它分配相应的物理设备，并在LUT中建立一个表目，以后进程利用该逻辑设备名请求I/O操作时，便可从LUT中得到物理设备名和驱动程序入口地址。

16．在考虑到设备的独立性时，应如何分配独占设备？

在考虑到设备的独立性时，应按如下步骤来分配独占设备：

（1）进程以逻辑设备名提出I/O请求。

（2）根据逻辑设备表相应表项获得I/O请求的逻辑设备对应类型的物理设备在系统设备表中的指针。

（3）从指针所指位置起顺序检索系统设备表，直到找到一个属于对应I/O请求所用类型、空闲可用且基于设备分配安全性算法验证为安全分配的设备的设备控制表，将对应设备分配给请求进程；如果未找到安全可用的空闲设备，则把请求进程的进程控制块挂到相应类型设备的等待队列上等待唤醒和分配。

（4）系统把设备分配给I/O请求进程后，再到该设备的设备控制表中找出与其相连接的控制器的控制器控制表，根据其状态字段判断该控制器是否忙碌，若忙则把请求进程的进程控制块挂到该控制器的等待队列上；否则将该控制器分配给进程。

（5）系统把控制器分配给I/O请求进程后，再到该控制器的控制器控制表中找出与其相连接的通道的通道控制表，根据其状态字段判断该通道是否忙碌，若忙则把请求进程的进程控制块挂到该通道的等待队列上；否则将该通道分配给进程。

（6）只有在设备、控制器和通道三者都分配成功时，这次的设备分配才算成功，然后便可启动设备进行数据传送。

17．什么是虚拟设备？其实现所依赖的关键技术有哪些？

虚拟设备是指通过虚拟技术，可将一台独占设备变换成若干台逻辑设备，供若干个用户（进程）同时使用。由于多台逻辑设备实际上并不存在，而只是给用户的一种感觉，因此被称为虚拟设备。其实现所依赖的关键技术是SPOOLing技术。

19．在实现后台打印时，SPOOLING系统应为请求I/O的进程提供哪些服务？

在实现后台打印时，SPOOLing系统应为请求I/O的进程提供以下服务：（1）由输出进程在输出井中为之申请一空闲盘块区，并将要打印的数据送入其中；

（2）输出进程再为用户进程申请一张空白的用户打印表，并将用户的打印要求填入其中，再将该表挂到请求打印队列上。

（3）一旦打印机空闲，输出进程便从请求打印队列的队首取出一张请求打印表，根据表中的要求将要打印的数据从输出井传送到内存缓冲区，再由打印机进行打印。

第六章  文件管理

1. 何谓数据项、记录和文件？

a.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。

b.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。

c.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。

4. 何谓逻辑文件？何谓物理文件？(何谓文件逻辑结构？何谓文件的物理结构)

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。

5．如何提高对变长记录顺序文件的检索速度？

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。

8．试说明顺序文件的结构及其优点。

顺序文件中的记录可按照两种顺序进行排列，若各记录按存入时间的先后排列所形成的文件是串结构文件，若各记录按关键字排列所形成的文件是顺序结构文件。定长记录通常采用此种结构的文件。

优点：当系统对记录进行批量存取时，顺序文件的存取效率是所有逻辑文件中最高的。

9．在链接式文件中常采用哪几种连接方式？为什么？

在链接式文件中常采用显式链接方法，由于这种链接方式是把用于链接文件各个物理块的指针，显式地存放在内存的一张链表中，而对于查找记录的过程也是在内存中进行的，因此相对于隐式链接方式，在检索记录时能有效地调高检索速度，并能大大减少访问磁盘的次数，节省系统开销。

10．在MS-DOS中有两个文件A和B，A占用11，12，16和14四个盘块；B占用13，18和20三个盘块。试画出在文件A和B中个盘块间的链接情况及FAT的情况。

FCB A

 

FAT

11

12

16

FCB B

18

EOF

14

13

20

EOF

12．假定一个文件系统的组织方式与MS-DOS相似，在FAT中可有64K个指针，磁盘的盘块大小为512B，试问该文件系统能否指引一个512MB的磁盘？

解：512MB/512B=1M个盘块，而每个盘块都应有一个指针来指示，所以应该有1M个指针，因此若有64K个指针则不能指引一个512MB的磁盘。

13．为了快速访问，又易于更新，当数据为以下形式时，应选用何种文件组织方式。

    ⑴ 不经常更新，经常随机访问；

⑵ 经常更新，经常按一定顺序访问；

⑶ 经常更新，经常随机访问；

    ⑴ 不经常更新，经常随机访问；——顺序结构

⑵ 经常更新，经常按一定顺序访问；——索引顺序结构

⑶ 经常更新，经常随机访问；——索引结构

14．在UNIX中，如果一个盘块的大小为1KB，每个盘块号占4个字节，即每块可放256个地址。请转换下列文件的字节偏移量为物理地址。

     ⑴ 9999；   ⑵ 18000；   ⑶ 420000

盘块大小为1KB，盘块号占4B，即每个盘块最多可存放256个盘块号。又根据UNIX系统中采用的混合索引分配方式可知：

9999/1024=9余783

18000/1024=17余592

420000/1024=410余160

15．什么是索引文件？为什么要引入多级索引？

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：⑴能有效提高对目录的检索速度；⑵允许文件重名；⑶便于实现文件共享。

18．采用单级目录能否满足对目录管理的主要要求？为什么？

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。

19．目前广泛采用的目录结构是哪种？它有什么优点？

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：

a.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*个目录项。

b.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。

c.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。

20．Hash检索法有何优点？又有何局限性？

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。

23．有一计算机系统利用图6-33所示的位示图来管理空闲盘块。盘块的大小为1KB，现要为某文件分配量个盘块，试说明盘块的具体分配过程。

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

2

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

3

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

4

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

5

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

图6-33 某计算机系统的位示图

分配量个盘块的过程如下：

⑴ 顺序扫描位示图，从中找到第一个值为0的二进制位，得到其行号i=3，列号j=3。

⑵ 将所找到的二进制位转换成与之对应的盘块号。盘块号计算公式为：b=（3-1）*16+3=35；

⑶ 修改位示图，令map[3，3]=1，并将该盘块分配出去。

类似地，可使用相同的方法找到第二个值为0的二进制位，得到行号i=4，列号j=7，其对应的盘块号为55，令map[i，j]=1，并将该盘块分配出去。

24．某操作系统的磁盘文件空间共有500块，若用字长为32位的位示图管理磁盘空间，试问：

⑴ 位示图需要多少字？

⑵ 第i字第j位对应的块号是多少？

⑶ 给出申请/归还一块的工作流程。

[500/32]z=16个字

b=(i-1)*32+j=32(i-1)+j    (b从1开始计数，i，j也从1开始计数)

根据盘块号b求出：

i = (b-1)/32 + 1;    j = (b-1)%32 + 1;  

将第i字第j位置0

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