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1、课后习题第一章.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. 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OS作为计算机系统资源的管理者（2） 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。7.实现分时系统的关键问题是什
2、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，可以在系统中设置多路卡，使主机能同时接收用户从各个终 端上输入的数据；为每个终端配置缓冲区，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。10 .试从交互性、及时性以及可靠性方面，将分时系统与实时系统进行比较。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
3、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，一般为秒级到亳秒级，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。11 . 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
4、本特征；最基本的特征是并发性。13.什么是时分复用技术?举例说明它能提高资源利用率的根本原因是什么？答：时分复用技术:将资源在不同的时间片内分配给各进程以使该资源被重复利用，从而提 高资源的利用率。如采用时分复用技术的虚拟处理机，能够在不同的时间片内处理多个用户 的请求，从而使得用户感觉自己独占主机,而处理机在这期间也被充分的利用第二章I .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(DirectedAcyclicGraph),用于描述进程之间执行的前后关系。2 .画出下面四条语句的前趋图：Sl=a： =x+y; S2=b：
5、=z+l; S3=c： =a - b； S4=w： =c+l;答：其前趋图为：3 .什么程序并发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 .程序并发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。6 .试从动态性，并发性和独立性上比较进程和程序？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
6、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。8. PCB提供了进程管理和进程调度所需要的哪些信息？答：进程管理：通用寄存器、指令寄存器、程序状态字、用户栈指针进程调度：进程状态、进程优先级、事件、其他信息10 .何谓操作系统内核？内核的主要功能是什么？答：操作系统内核是指大多数操作系统的核心部分。它由操作系统中用于管理存储器、文 件、外设和系统资源的那些部分组成。操作系统内核通常运行进程并提供进程间的通信.试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因。答：(1)就绪状态f执行状态：进程分配到CPU资源(2)执行状态一就绪状态：时间片用完(3)执行状态一阻塞
7、状态：I/O请求(4)阻塞状态一就绪状态：I/O完成.在创建一个进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.16 .在撤销一个进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，置调度标志真，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，
8、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。19.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。第三章2 .处理机调度算法的共同目标是什么？批处理系统的调度目标又是什么？答：共同目标:资源利用率，公平性，平衡性，策略强制执行。批处理系统的调度目标：平均周转时间短，系统吞吐量高，处理机利用率高。5 .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，
9、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。6 .为什么要引入高响应比优先调度算法?它有何优点？答：在批处理系统中,FCFS算法所考虑的只是作业的等待时间，而忽视了作业的运行时间。 而SJF算法正好与之相反，只考虑作业的运行时间，而忽视了作业的等待时间。高响应比优 先调度算法则是既考虑了作业的等待时间，又考虑作业运行时间的调度算法，因此既照顾了短 作业，又不致使长作业的等待时间过长，从而改善了处理机调度的性能。7 .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
10、先权原则、短作业优先权原则等。13.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。21.什么是最早截止时间优先调度算法？举例说明。答：根据任务的开始截止时间确定的任务优先级调度算法。截止时间越早则优先级越高。该算 法要求在系统中保持一个实时任务就绪队列，该队列按各任务截止时间的先后排序。举例：非抢占式调度方式用于非周期实时任务。图3-9是将该算法用于非抢占调度方式之例。 该例中具有四个非周期任务，它们先后到达。系统首先调度任务1执行，在任务1执行期间， 任务2、3又先后到达
11、。由于任务3的开始截止时间早于任务2,故系统在任务1后将调度任 务3执行。在此期间又到达作业4,其开始截止时间仍是早于任务2的，故 在任务3执行完 后，系统又调度任务4执行，最后才调度任务2执行。25 .试举例说明竞争不可抢占资源所引起的死锁。答:例如，系统中有两个进程P1和P2,它们都准备写两个文件F1和F2,而这两者都属于可 重用和不可抢占性资源。进程P1先打开F1,然后再打开文件F2;进程P2先打开文件F2,后 打开F1两个进程P1和P2在并发执行时，如果P1先打开F1和F2,然后P2才去打开F1 （或F2）, 由于文件Fl （F2）已被P1打开，故P2会被阻塞。当P1写完文件F1 （或
12、F2）而关闭F1 （F2）时尸2会由阻塞状态转为就绪状态，被调度执行后重新打开文件F1 （或F2） o在这种 情况下,P1和P2都能正常运行下去。若P2先打开F1和F2,然后P1才去打开F1（或F2）,P1 和P2同样也可以正常运行下去。但如果在P1打开F1的同时尸2去打开F2,每个进程都占有一个打开的文件,此时就可能出现 问题。因为当P1试图去打开F2,而P2试图去打开F1时，这两个进程都会因文件已被打 开 而阻塞，它们希望对方关闭自己所需要的文件，但谁也无法运行，因此这两个进程将会无限 期地等待下去，而形成死锁。27 .何谓死锁?产生死锁的原因和必要条件是什么？ 答:死锁是指多个进程在运行
13、过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当进程处这种僵持状 态时，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。产生死锁的原因为竞争资源和进程间推进 顺序非法。其必要条件是:互斥条件、请求和保持条件、不剥夺条件、环路等待条件29 .请详细说明可通过哪些途径预防死锁。答：(1)推弃“请求和保持”条件，就是如果系统有足够资源，便一次性把进程需要的所有资 源分配给它；2)推弃“不剥夺”条件，就是已经拥有资源的进程,当它提出新资源请求而不能立即满足时， 必须释放它已保持的所有资源，待以后需要时再重新申请；(3)推弃“环路等待”条件，就是将所有资源按类型排序标号，所有进程对资源的请求必须 严格按序号递增的次序提出31
14、 .在银行家算法中，若出现下述资源分配情况，试问：Pivcess.AllocationN+L用Fil心血00320012inn.PI1,5QP；13542356Pm03320652巳OOH0656(1)该状态是否安全？(2)若进程P2提出请求Request(lz 2, 2Z 2)后,系统能否将资源分配给它？解：(1)进程/资 源情况WorkNeedAllocationWo rk+AI locationFinishABCDABCDABCDABCDPO1,6h220： a2Q。，3, 21-4TureP3L6| 显 40 0 5： 2Q 0 3, 2r& & 6TureP41-60,5t60, 0
15、, 1.41t 9：包 10TureP11： &9, 1017, 5r0L o, 口， o2 9r 10TureP22 9, 9. 102： 3； 5r 61,3,5： 43, 12, U, 14Ture据安全性检查，可以找到一个安全序列PO,P3rP4rP1.P2因此该状态是安全的。(2) P2发出请求向量Request (1,222系统进行如下检查A. Request2 (1.2,2,2) =Need2 (2,3, 5,6)B. RQquest2 (1,2.2,2K=AMailab llj ( F6.2,2);C.系统暂时先假定可以为P2分配资源，慵改有关数据.如下图所示:ProcessA
16、llocationNeedAvailableD,进行安全性检杳，可用资源（0.4, 0. 0）已经不能满足任何一个进程需要,A B C DA B C DA B C DP00, 0, 3, 20, 0, 1, 20, 4, 0, 0P11, 0, 0, 01, 7, 5, 0P22, 5, 7, 61. 1. 3, 4P30, 3, 3, 20, 6, 5, 2P40. 0, 1, 40, 6, 5, 6故系统进入不安全状态.因此,系统不能将资源分配给P2第四章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？答：（1）绝对装入方式，只适用于单道程序环境。（2）可重定位装入方式，适用
17、于多道程序环境。（3）动态运行时装入方式，用于多道程序环境；不允许程序运行时在内存中移位置。3 .何谓静态链接？何谓装入时动态链接和运行时的动态链接？ P120答：静态链接是指在程序运行前，先将各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。装入时动态链接是指将用户源程序编译后得到的一组目标模块，在装入内存时采用边装入边链接的链接方式。运行时动态链接是指对某些目标模块的链接，是在程序执行中需要该目标模块时，才对它进行的链接。4 .何谓装入时动态链接?装入时动态链接方式有何优点？答：这是指将用户源程序编译后所得到的一组目标模块，再装入内存时，采用边装入边链接 的
18、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 找出对应的外部目标模块，并将它装入内存。装入时动态链接方式有以下优点：便于修改和更新。采用动态链接方式，由于各目标模块是分开存放的，所以要修改或更 新个目标模块是件非常容易的事。便于实现对目标模块的共享。再采用静态链接方式时，每个应用模块都必须含有其目标模 块的拷贝，无法实现对目标模块的共享。但采用装入时动态链接方式时,OS就很容易将一个 目标模块链接到几个应用模块上，实现多个应用程序对该模块的共享。5 .何谓运行时动态链接?运行时动态链接有何优点？答：在许多情况下，应用程序在运行时，每次要运行的模块可能都是不相同
19、的。但由于事先 无法知道本次要运行哪些模块，故只能是将所有可能要运行到的模块全部都装入内存，并在 装入时全部链接在一起，显然这是低效的，因为往往会有部分目标模块根本就不运行。近几 年流行起来的运行时动态链接方式，是时上述装入时链接方式的一种改进。这种链接方式是, 将对某些模块的链接推迟到程序执行时才进行。亦即，在执行过程中，当发现一个被调用模 块尚未装入内存时，立刻由OS去找到该模块，将之装入内存，将其链接到调用者模块上， 这样不仅能加快程序的装入过程，而且可节省大量的内存空间。7 .为什么要引入动态重定位？如何实现？答：在动态运行时装入的方式中，作业装入内存后的所有地址仍然都是相对（逻辑）地
20、址。而将 相对地址转换为绝对（物理）地址的工作被推迟到程序指令要真正执行时进行。为使地址的转 换不会影响到指令的执行速度，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，用它来存放数据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。地址变换过程是在程序执行期间，随着 对每条指令或数据的访问自动进行的，故称为动态重定位。当系统对内存进行了 “紧凑”， 而使若干程序从内存的某处移至另一处时，不需对程序做任何修改，只要用该程序在内存 中的新起始地址去置换原来的起始地址即可。11 .令Buddyk（x）为大小为2k、地址为x的块的伙
21、伴系统地址，试写出Buddyk（x）的 通用表达式bnddyk（xj= xk（xM0D2k-1） = 213 .为什么要引入对换?对换可分为哪几种类型？答：对换技术也称为交换技术，由于当时计算机的内存都非常小，为了使该系统能分时运行读 个用户程序而引入了对换技术。根据每次对换时所兑换的数量，可将对换分为如下两类：整体 对换。处理机中级调度实际上就是存储器的对换功能，其目的是用来解决内存紧张问题，并 进一步提高内存的利用率和系统的吞吐量。由于在中级调度中对换是以整个进程为单位的， 故称之为“进程对换”或“整体对换”。这种对换被广泛地应用于多道程序系统中，并作为 处理机的中级调度。页面(分段)对换
22、，如果对换是以进程的一个“页面”或“分段”为单位进行的，则分别称之为 “页面对换”或“分段对换”，又统称为“部分对换”。这种对换方法的目的是为了支持 虚 拟存储系统。18 .什么是页面?什么是物理块？页面的大小应如何确定？答：页面。分页存储管理将进程的逻辑空间分成若干个页，并为各页加以编号，从0开始， 如第。页、第1页等.物理块。相应的，也把内存的物理地址空间分成若干个块，同样也为它们加以编号，如0#块、 1#块等等。页面大小。在分页系统中，若选择过小的页面大小,虽然一方面可以减小内存的碎片，起到减 少内存碎片总空间的作用，有利于内存利用率的提高，但另一方面却会造成每个进程占用较 多的页面，从
23、而导致进程的页表过长，占用大最内存。此外，还会降低页面的换出的效率。 然而，如果选择的页面过大，虽然可以减少页表的长度，提高页面换进换出的效率，但却又会 使页内碎片增大。因此，页面的大小应选择适中，且页面大小应是2的藏，通常为1KB8KB。19 .什么是页表？页表的作用是什么？答：在分页系统中，允许将进程的各个页离散的存储在内存的任一物理块中，为保证进程仍然 能够正确地运行，即能在内存中找到每个页面所对应的物理块，系统又为每个进程建立了 张页面映像表，简称页表。在进程地址空间内的所有页(0N),依次在页表中有一页表项，其 中记录了相应页表在内存中对应的物理块号。在配置了页表后，进程执行时，通过
24、查找该表， 即了找到每页在内存中的物理块号。可见，也表的作用是实现从页号到物理块号的地址映射。21 .在分页系统中是如何实现地址变换的？答：页表功能是由一组专门的寄存器来实现的。一个页表项用一个寄存器。由于寄存器具有较 高的访问速度，因而有利于提高地址变换的速度，但由于寄存器成本较高,页表又可能很大， 因此，页表大多驻留在内存中，在系统中只设置一个页表寄存器，在其中存放页表在内存的 始址和页表的长度。当进程要访问某个逻辑地址中的数据时，分页地址变换机构会自动将有效 地址分为页号和页内地址两部分，再以页号为索引去检索页表。查找操作由硬件执行。在执 行检索之前，先将页号与页表长度进行比较，如果页号
25、大于或等于页表长度，则表示本次所 访问的地址已超越进程的地址空间。于是，这一错误将被系统发现，并产生已地址越界中断。 若未出现越界中断，则将页表始址与页号和页表项长度的乘积相力口，便得到该表项在页表中的 位置，于是可从中得到该页的物理块号，将之装入物理地址寄存器中。与此同时，再将有效 地址寄存器中的页内地址送入物理地址寄存器的块内地址字段中。这样便完成了从逻辑地址 到物理地址的变换。26.分页和分段存储管理有何区别？答：页是信息的物理单位，采用分页存储管理方式是为实 现离散分配方式，以消减内存的外零头，提高内存的利用率。或者说，分页仅仅只是系统管 理上的需要，完全是系统的行为，多用户是不可见的
26、。而段是信息的逻辑单位。它通常包含 的是一组意义相对完整的信息。分段的目的主要在于能更好地满足用户的需要。页的大小固定而且由系统决定，在采用分页存储管理系统中，在硬件结构上，就是把用户程序 的逻辑地址划分为页号和页内地址两部分，是直接由硬件实现的，因而在每个系统中只能有 一种大小的页面。而段的大小不固定，通常由编译程序根据信息的性质来划分 分页用户程序地址空间是一维的，分页完全是系统的行为，故在分页系统中，用户程序的地 址 是属于单一的线性地址空间，程序员只需利用一个记忆符即可表示一个地址。而分段是用 户的行为，故在分段系统中，用户程序的地址空间是二维的，程序员在标识一个地址时， 既需给出段名,又需给出段内地址。