操作系統(tǒng)原理-答案.doc

習(xí)題二參考答案（P43）2-1什么是核態(tài)？什么是用戶態(tài)？答：核態(tài)是指系統(tǒng)程序執(zhí)行時，機器所處的狀態(tài)。用戶態(tài)是指用戶程序執(zhí)行時，機器所處的狀態(tài)。2-2為什么必須區(qū)分二態(tài)？系統(tǒng)如何區(qū)分出二態(tài)？答：二態(tài)是指核態(tài)（系統(tǒng)程序執(zhí)行時處理機所處的狀態(tài)）和用戶態(tài)（用戶程序執(zhí)行時處理機所處的狀態(tài)）。操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中最重要的系統(tǒng)軟件，為了能正確地進行管理和控制，其本身是不能被破壞的。為此，系統(tǒng)應(yīng)能建立一個保護環(huán)境，因此系統(tǒng)必須區(qū)分處理機的工作狀態(tài)。系統(tǒng)中有兩類程序在運行，它們的任務(wù)是不同的，系統(tǒng)程序是管理和控制者，用戶程序是被管理和被控制的對象，因此應(yīng)將它們運行時處理機的工作狀態(tài)區(qū)分出來，即系統(tǒng)必須區(qū)分二態(tài)。系2-5按中斷的功能來分，中斷有哪幾種類型？答：按中斷的功能來分，中斷有如下五種類型：I/O中斷外中斷硬件故障中斷程序性中斷訪管中斷2-8什么是程序狀態(tài)字？在微機中它一般由哪兩個部分組成？答：程序狀態(tài)字是指反映程序執(zhí)行時機器所處的現(xiàn)行狀態(tài)的代碼。在微機中它一般由指令計數(shù)器（PC）和處理機狀態(tài)寄存器（PS）。2-9什么是向量中斷？什么是中斷向量？答：向量中斷是指當(dāng)中斷發(fā)生時，由中斷源自己引導(dǎo)處理機進入中斷服務(wù)程序的中斷過程。中斷向量就是存儲該類型中斷服務(wù)例行程序的入口地址和處理器狀態(tài)字的存儲單元。2-12什么是操作系統(tǒng)虛擬機？答：操作系統(tǒng)是最基本的系統(tǒng)軟件，它是硬件功能的第一層擴充。配置了操作系統(tǒng)的計算機稱為操作系統(tǒng)虛擬機。擴充了的計算機除了可以使用原來裸機提供的各種基本硬件指令，還可以使用操作系統(tǒng)增加的許多其它指令。習(xí)題三參考答案（P54）3-1用戶與操作系統(tǒng)的接口是什么？一個分時系統(tǒng)提供什么接口？一個批處理系統(tǒng)又提供什么接口？答：用戶與操作系統(tǒng)的接口是指操作系統(tǒng)提供給用戶與計算機打交道的外部機制。一個分時系統(tǒng)提供的接口有系統(tǒng)功能調(diào)用和鍵盤操作命令。一個批處理系統(tǒng)提供的接口有系統(tǒng)功能調(diào)用和作業(yè)控制語言。3-2計算機對用戶算題任務(wù)的加工過程一般分哪幾個作業(yè)步？各作業(yè)步之間的關(guān)系如何？用自己的上機體會說明。答：計算機對用戶算題任務(wù)的加工過程一般分四個作業(yè)步：編輯、編譯、連接和運行。各作業(yè)步之間的關(guān)系如下：前一個作業(yè)步的結(jié)果是下一個作業(yè)步的操作對象；一個作業(yè)步的成功完成依賴于上一個作業(yè)步的成功完成。3-3什么是系統(tǒng)調(diào)用？對操作系統(tǒng)的服務(wù)請求與一般的子程序調(diào)用有什么區(qū)別？答：系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供給編程人員的惟一接口。編程人員利用系統(tǒng)調(diào)用，在源程序一級動態(tài)請求和釋放系統(tǒng)資源，調(diào)用系統(tǒng)中已有的系統(tǒng)功能來完成那些與機器硬件部分相關(guān)的工作以及控制程序的執(zhí)行速度等。因此，系統(tǒng)調(diào)用像一個黑箱子那樣，對用戶屏蔽了操作系統(tǒng)的具體動作而只提供有關(guān)的功能。系統(tǒng)調(diào)用與一般過程調(diào)用的主要區(qū)別如下：系統(tǒng)調(diào)用程序是在核心態(tài)執(zhí)行，調(diào)用它們需要一個類似于硬件中斷處理的中斷處理機制來提供系統(tǒng)服務(wù)。（也可按上課時講的三個方面來闡述）3-5簡述系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過程。答：系統(tǒng)調(diào)用命令的具體格式因系統(tǒng)而異，但由用戶程序進入系統(tǒng)調(diào)用的步驟及執(zhí)行過程大體相同：首先，將系統(tǒng)調(diào)用命令所需的參數(shù)（如功能號）或參數(shù)區(qū)首址裝入指定寄存器；然后，在用戶程序中適當(dāng)?shù)奈恢冒才乓粭l調(diào)用系統(tǒng)功能指令。至于系統(tǒng)調(diào)用命令的功能號，有的系統(tǒng)直接在調(diào)用指令中給出，有的系統(tǒng)則把它作為系統(tǒng)調(diào)用命令的參數(shù)，在調(diào)用時放入指定寄存器。當(dāng)用戶程序執(zhí)行到調(diào)用系統(tǒng)功能的指令時，就轉(zhuǎn)到系統(tǒng)調(diào)用的處理程序執(zhí)行。其過程如下：（1）為執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用命令做準備，即將用戶程序的“現(xiàn)場”保存起來，同時把系統(tǒng)調(diào)用命令的編號等參數(shù)放入約定的存儲單元。（2）根據(jù)系統(tǒng)調(diào)用命令的編號查找系統(tǒng)調(diào)用入口表，找到相應(yīng)系統(tǒng)功能調(diào)用子程序的入口地址，然后轉(zhuǎn)到該子程序執(zhí)行。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)用命令執(zhí)行完畢，相應(yīng)的結(jié)果通常返回給參數(shù)，這些參數(shù)放在約定的存儲單元里。（3）系統(tǒng)調(diào)用命令執(zhí)行完畢后的處理，包括恢復(fù)用戶程序執(zhí)行的“現(xiàn)場”信息，同時把系統(tǒng)調(diào)用命令的返回參數(shù)或參數(shù)區(qū)首址放入指定的寄存器中，以供用戶程序使用。習(xí)題四參考答案（P97）4-3什么是進程？進程與程序的主要區(qū)別是什么？答：進程，即是一個具有一定獨立功能的程序關(guān)于某個數(shù)據(jù)集合的一次活動。進程與程序的主要區(qū)別是：（1）程序是指令的有序集合，是一個靜態(tài)概念，其本身沒有任何運行的含義，進程是程序在處理機上的一次執(zhí)行過程，是一個動態(tài)概念。（2）程序作為軟件資料可長期保存，而進程是有生命期的，因創(chuàng)建而產(chǎn)生、因調(diào)度而執(zhí)行、因得不到資源而暫停、因撤消而消亡。（3）程序是記錄在介質(zhì)上指令的有序集合，而進程則由程序、數(shù)據(jù)和進程控制塊3部分組成。（4）進程與程序之間無一一對應(yīng)關(guān)系。不同的進程可以包含同一程序，同一程序在執(zhí)行中也可以產(chǎn)生多個進程。（5）進程是一個獨立的運行單位，也是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的獨立單位。而程序無此概念。4-6進程有哪幾個基本狀態(tài)？試畫出進程狀態(tài)變遷圖，并標明發(fā)生變遷的可能原因。答：進程有三個基本狀態(tài)：運行狀態(tài)、就緒狀態(tài)和等待狀態(tài)（又稱阻塞、掛起、睡眠）。(a)解：Main()ints12=0,s13=0,s14=0;cobeginP1;P2;P3;P4;coendP1()p1execute;V(s12);V(s13);V(s14);P2()P(s12);p2execute;P3()P(s13);p3execute;P4()P(s14);p4execute;(b)略解：Main()intsa=1,sb=0;/sa表示緩沖區(qū)S是否為空，sb表示是否為滿。intta=1,tb=0;/ta表示緩沖區(qū)T是否為空，tb表示是否為滿。Cobeginget;copy;put;coendGet()while(1)P(sa);inputdata6tobufferS;V(sb);Copy()while(1)P(sb);copydatafrombufferS;V(sa);P(ta);inputcopy-datatobufferT;V(tb);Put()while(1)P(tb);outputdatatobufferS;V(ta);4-12什么是進程的互斥與同步？同步和互斥這兩個概念有什么聯(lián)系和區(qū)別？答：在操作系統(tǒng)中，當(dāng)一個進程進入臨界區(qū)使用臨界資源時，另一個進程必須等待，當(dāng)占用臨界資源的進程退出臨界區(qū)后，另一進程才被允許去訪問此臨界資源。我們稱進程之間的這種相互制約關(guān)系為互斥。進程同步是指多個相關(guān)進程在執(zhí)行次序上的協(xié)調(diào)。這些進程相互合作，在一些關(guān)鍵點上可能需要互相等待或互通消息。4-13在一個實時系統(tǒng)中，有兩個進程p和q，它們是循環(huán)運行的。循環(huán)進程p每隔1秒鐘由脈沖寄存器（REG）獲得輸入，并把它累計到一個整型變量（W）中，同時清除脈沖寄存器。循環(huán)進程q則每隔1小時輸出這個整形變量的內(nèi)容并把它復(fù)位。系統(tǒng)提供標準的I/O過程input和output，并提供系統(tǒng)調(diào)用命令delay(seconds)。試擬定出這兩個進程并發(fā)活動的程序描述。解：設(shè)置一個互斥信號量mutex用來實現(xiàn)進程p和q對共享變量W的互斥使用。Main()intmutex=1;intW=0;cobeginp;q;coendp()while(1)delay(1);P(mutex);W=W+input(REG);V(mutex);REG=0;q()while(1)delay(3600);P(mutex);output(W);W=0;V(mutex);4-18什么是線程？線程和進程有什么區(qū)別?答：線程有時也稱為輕量級進程，它是比進程更小的活動單位，它是進程中的一個執(zhí)行路徑。一個進程可以有多個執(zhí)行路徑即線程。線程和進程的主要區(qū)別如下：（1）線程是進程的一個組成部分。一個進程可以有多個線程，而且至少有一個可執(zhí)行的線程。（2）進程是資源分配的基本單位，它擁有自己的地址空間和各種資源。線程是處理機調(diào)度的基本單位，它只能和其他線程共享進程的資源，而本身并不具有任何資源。（3）進程的多個線程都在進程的地址空間內(nèi)活動。這樣，在以線程為單位進行處理機調(diào)度和切換時，由于不發(fā)生資源變化特別是地址空間的變化，因此切換時間較短。而以進程為單位進行處理機調(diào)度和切換時，由于涉及到資源轉(zhuǎn)移及現(xiàn)場保護等問題，將導(dǎo)致切換時間變長和資源利用率降低。（4）線程和進程一樣，都有自己的狀態(tài)和相應(yīng)的同步機制。但是，由于線程沒有自己單獨的程序和數(shù)據(jù)空間，因而不能像進程的程序和數(shù)據(jù)那樣交換到外存去。（5）進程的調(diào)度和控制大多由操作系統(tǒng)的內(nèi)核完成，而線程的控制既可以由操作系統(tǒng)內(nèi)核完成，也可以由用戶控制完成。習(xí)題六參考答案（P132）6-2某系統(tǒng)進程調(diào)度狀態(tài)變遷圖如圖6.5所示（設(shè)調(diào)度方式為非剝奪方式），請說明：（1）什么原因?qū)⒁鸢l(fā)生變遷2、變遷3、變遷4？（2）當(dāng)觀察系統(tǒng)中所有進程時，能夠看到某一進程產(chǎn)生的一次狀態(tài)變遷能引起另一進程作一次狀態(tài)變遷，在什么情況下，一個進程的變遷3能立即引起另一個進程發(fā)生變遷1？（3）下述因果變遷是否可能發(fā)生？如果可能的話，在什么情況下發(fā)生？（a）3-1；（b）3-2；（c）2-1（2）正在運行的進程因等待某事件的發(fā)生而變?yōu)榈却隣顟B(tài)的變遷3，在就緒隊列非空時會立即引起一個就緒進程被調(diào)度執(zhí)行的變遷1。（3）a.3-1的因果變遷可能發(fā)生正在運行的進程因等待某事件的發(fā)生而變?yōu)榈却隣顟B(tài)的變遷3，在就緒隊列非空時必然引起一個就緒進程被調(diào)度執(zhí)行的變遷1。b.3-2的因果變遷不可能發(fā)生。c.2-1的因果變遷必然發(fā)生正運行的進程因時間片到變?yōu)榫途w狀態(tài)的變遷2，必然引起一個就緒進程被調(diào)度執(zhí)行的變遷1。6-3若題2中所采用的調(diào)度為可剝奪式，請回答題2中提出的問題：（1）什么原因?qū)⒁鸢l(fā)生變遷2、變遷3、變遷4？（2）當(dāng)觀察系統(tǒng)中所有進程時，能夠看到某一進程產(chǎn)生的一次狀態(tài)變遷能引起另一進程作一次狀態(tài)變遷，在什么情況下，一個進程的變遷3能立即引起另一個進程發(fā)生變遷1？（3）下述因果變遷是否可能發(fā)生？如果可能的話，在什么情況下發(fā)生？（a）3-1；（b）3-2；（c）2-1解答：（1）當(dāng)運行進程在分得的時間片內(nèi)未完成，時間片到將發(fā)生變遷2；或者新創(chuàng)建一個進程或一個等待進程變成就緒，它具有比當(dāng)前進程更高的優(yōu)先級，也將發(fā)生變遷2。當(dāng)運行進程在執(zhí)行過程中，需要等待某事件的發(fā)生才能繼續(xù)向下執(zhí)行，此時會發(fā)生變遷3。當(dāng)?shù)却M程等待的事件發(fā)生了，將會發(fā)生變遷4。（2）正在運行的進程因等待某事件的發(fā)生而變?yōu)榈却隣顟B(tài)的變遷3，在就緒隊列非空時會立即引起一個就緒進程被調(diào)度執(zhí)行的變遷1。（3）a.3-1的因果變遷可能發(fā)生正在運行的進程因等待某事件的發(fā)生而變?yōu)榈却隣顟B(tài)的變遷3，在就緒隊列非空時必然引起一個就緒進程被調(diào)度執(zhí)行的變遷1。b.3-2的因果變遷不可能發(fā)生。c.2-1的因果變遷必然發(fā)生正運行的進程因時間片到變?yōu)榫途w狀態(tài)的變遷2，必然引起一個就緒進程被調(diào)度執(zhí)行的變遷1?；蛘咝聞?chuàng)建一個進程或一個等待進程變成就緒，它具有比當(dāng)前進程更高的優(yōu)先級發(fā)生的變遷2，必然引起調(diào)度一個具有更高優(yōu)先級就緒進程執(zhí)行的變遷1。6-4某系統(tǒng)的進程狀態(tài)變遷圖如圖6.6所示（設(shè)該系統(tǒng)的進程調(diào)度方式為非剝奪式），請說明：（1）一個進程發(fā)生變遷3的原因是什么？發(fā)生變遷2、變遷4的原因又是什么？（2）下述因果變遷是否會發(fā)生，如果有可能的話，在什么情況下發(fā)生？（a）2-1；（b）3-2；（c）4-5；（d）4-2；（e）3-5（3）根據(jù)此狀態(tài)變遷圖敘述該系統(tǒng)的調(diào)度策略、調(diào)度效果。解答：（1）當(dāng)運行進程在執(zhí)行過程中，需要等待某事件的發(fā)生才能繼續(xù)向下執(zhí)行，此時會發(fā)生變遷3。當(dāng)運行進程在分得的時間片（100ms或500ms）內(nèi)未完成，時間片100ms或時間片500ms到將發(fā)生變遷2。當(dāng)?shù)却M程等待的事件發(fā)生了，將會發(fā)生變遷4。（2）a.2-1的因果變遷可能發(fā)生當(dāng)運行進程在分得的時間片（100ms或500ms）內(nèi)未完成，時間片100ms或時間片500ms到發(fā)生的變遷2，在高優(yōu)先就緒隊列為空時，必然引起低優(yōu)先就緒隊列中的一個就緒進程被調(diào)度執(zhí)行的變遷1。b.3-2的因果變遷不可能發(fā)生c.4-5的因果變遷可能發(fā)生在高優(yōu)先就緒隊列采用優(yōu)先級調(diào)度算法時，當(dāng)一進程從等待狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)的變遷4，在該進程的優(yōu)先級最高且系統(tǒng)采用搶占式調(diào)度時，就會引起該進程被調(diào)度執(zhí)行的變遷5。或者在當(dāng)前運行進程是原低優(yōu)先就緒隊列中的一個進程且高優(yōu)先就緒隊列為空時，若系統(tǒng)采用可搶占方式，則當(dāng)一進程從等待狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)的變遷4，就會引起該進程被調(diào)度執(zhí)行的變遷5。d.3-2的因果變遷不可能發(fā)生e.3-5的因果變遷可能發(fā)生正在運行的進程因等待某事件的發(fā)生而變?yōu)榈却隣顟B(tài)的變遷3，在高優(yōu)先就緒隊列非空時必然引起一個就緒進程被調(diào)度執(zhí)行的變遷5。（3）調(diào)度策略：首先調(diào)度高就緒隊列中的進程（一般由I/O型進程或短進程組成）投入運行（給高優(yōu)先就緒隊列中的進程分配的時間片大小為100ms），只有當(dāng)高就緒隊列中的所有進程全部運行完畢或因等待某事件發(fā)生處于阻塞狀態(tài)，高就緒隊列中沒有進程可運行時，才調(diào)度低優(yōu)先就緒隊列中的進程（一般由計算型進程或長進程組成）（給低優(yōu)先就緒隊列中的進程分配的時間片大小為500ms）。若一個運行進程時間片（100ms或500ms）到還未完成就進入低優(yōu)先就緒隊列。若某進程在運行期間因等待某事件發(fā)生而進入阻塞隊列，則當(dāng)其所等待事件完成后，它將進入高優(yōu)先就緒隊列。調(diào)度效果：這種算法優(yōu)先照顧了I/O量大的進程或短進程。6-7在單道批處理系統(tǒng)中，有下列三個作業(yè)用先來先服務(wù)調(diào)度算法和最短作業(yè)調(diào)度算法進行調(diào)度，哪一種算法調(diào)度性能好些？請完成表6.5中未填寫的各項。答：用首次適應(yīng)法首先把120KB的空白區(qū)分配50KB的空間給作業(yè)1，分割后還剩70KB的空白區(qū)，再將其分配給作業(yè)2，剩下10KB的空白區(qū)。起始地址為250KB的空白區(qū)（78KB）可以滿足作業(yè)3的需求，分割后還剩8KB的空白區(qū)。因此首次適應(yīng)法可以吞吐此作業(yè)序列。用最佳適應(yīng)法，則先分配78KB的空白區(qū)給作業(yè)1，還剩28KB的空白區(qū)，不能滿足作業(yè)2的需求，因此分配120KB的空白區(qū)給作業(yè)2，還剩60KB的空白區(qū)。此時系統(tǒng)中有大小為28KB和60KB的兩個空白區(qū)，它們均不能滿足作業(yè)3的需求。因此最佳適應(yīng)法不能吞吐此作業(yè)序列。7-8已知主存有256KB容量，其中OS占用低址20KB，可以有這樣一個作業(yè)序列：作業(yè)1要求80KB作業(yè)2要求16KB作業(yè)3要求140KB作業(yè)1完成作業(yè)3完成作業(yè)4要求80KB作業(yè)5要求120KB試用首次適應(yīng)算法和最佳適應(yīng)算法分別處理上述作業(yè)序列（在存儲分配時，從空白區(qū)高址處分割作為已分配區(qū)），并完成以下各步：（1）畫出作業(yè)1、2、3進入主存后，主存的分配情況。（2）作業(yè)1、3完成后，畫出主存分配情況。（3）畫出兩種算法中空白區(qū)的分區(qū)描述器信息（假定分區(qū)描述器所需占用的字節(jié)數(shù)已包含在作業(yè)所要求的主存容量中）及空白區(qū)鏈接情況。（4）哪種算法對該作業(yè)序列而言是合適的？答：（1）作業(yè)1、2、3進入主存后，主存的分配情況如下圖所示：若采用最佳適應(yīng)法，則應(yīng)先將起始地址為176KB的空白區(qū)（大小為80KB）分配給作業(yè)4。此時系統(tǒng)中還有一個空白區(qū)，即起始地址為19KB，大小為140KB的空白區(qū)，它可以滿足作業(yè)5的需求（120KB）。因此最佳適應(yīng)法對該作業(yè)序列是合適的。7-10已知主存容量為64KB，某一作業(yè)A的地址空間如圖7.40所示，它的4個頁面（頁面大小為1KB）0、1、2、3被分配到主存的2、4、6、7塊中，要求并回答（1）畫出作業(yè)A的頁面映射表。（2）當(dāng)200號單元處有一條指令“movr1,3500”執(zhí)行時，如何進行正確的地址變換，以使3500處的內(nèi)容12345裝入r1中？。（2）因為每頁大小為1KB=102