操作系統(tǒng)習題2-2.doc

1.什么是操作系統(tǒng)？從資源管理的角度去分析操作系統(tǒng)，它的主要功能是什么？答：操作系統(tǒng)是一個大型的程序系統(tǒng)，它負責計算機的全部軟、硬件資源的分配與回收，控制與協(xié)調等并發(fā)活動，實現(xiàn)信息的存取和保護。它提供用戶接口，使用戶獲得良好的工作環(huán)境，為用戶擴展新的系統(tǒng)功能提供軟件平臺，操作系統(tǒng)使整個計算機系統(tǒng)實現(xiàn)了高效率和高度自動化。操作系統(tǒng)的主要功能是管理系統(tǒng)的軟、硬件資源，它們可歸為四類：處理機管理、存儲管理、設備管理和文件管理等。2.操作系統(tǒng)的主要特征是什么？為什么會具有這樣的特征？答：操作系統(tǒng)的特征有：并發(fā)性，共享性，不確定性，虛擬性。其中并發(fā)性和共享性是其主要特征。由于操作系統(tǒng)建立并控制著多個并發(fā)執(zhí)行的進程，完成著同時進行的幾項任務，進程之間相互制約，并且共享著系統(tǒng)的某些資源，進程的這些活動便形成了操作系統(tǒng)的主要特征。并且許多事件的產生是隨機的，而且事件產生的先后順序又有許多可能組合，但操作系統(tǒng)必須能處理任何一種可能的事件序列。所以，操作系統(tǒng)又具有不確定性。另外，操作系統(tǒng)中還廣泛使用了虛擬技術，使得配備了操作系統(tǒng)之后的系統(tǒng)在資源的使用上更加自由和靈活，不受物理設備數(shù)量的限制。3.什么是多道程序設計技術？試述多道程序運行的特征。答：多道程序設計技術是在計算機內存中同時存放幾道相互獨立的程序，使它們在管理程序控制下，相互穿插地運行。多道程序運行的特征如下：(1) 多道：計算機內存中同時存放幾道相互獨立的程序。(2) 宏觀上并行：同時進入系統(tǒng)的幾道程序都處于運行過程中，即它們先后開始了各自的運行，但都未運行完畢。微觀上串行：從微觀上看，內存中的多道程序輪流地或分時地占有處理機，交替執(zhí)行(單處理機情況)。4.批處理系統(tǒng)和分時系統(tǒng)各具有什么特點？答：批處理系統(tǒng)是在解決人機矛盾以及高速度的中央處理機和低速度的I/O設備這兩對矛盾的過程中發(fā)展起來的。它的出現(xiàn)改善了CPU和外設的使用情況，其特點是實現(xiàn)了作業(yè)的自動定序、自動過渡，從而使整個計算機系統(tǒng)的處理能力得以提高。在多道系統(tǒng)中，若采用了分時技術，就是分時操作系統(tǒng)，它是操作系統(tǒng)的另一種類型。它一般采用時間片輪轉的辦法，使一臺計算機同時為多個任務服務。對用戶都能保證足夠快的響應時間，并提供交互會話功能。它與批處理系統(tǒng)之間的主要差別在于，分時系統(tǒng)是人機交互式系統(tǒng)，響應時間快；而批處理系統(tǒng)是作業(yè)自動定序和過渡，無人機交互，周轉時間長。5.現(xiàn)代操作系統(tǒng)中為什么要引入“進程”概念? 它與程序有什么區(qū)別?答：之所以要引入進程的概念，是因為在一些可以并發(fā)的程序段之間，存在著某種相互制約的關系，每個程序段的執(zhí)行不僅要受到其它程序執(zhí)行的制約，而且還要動態(tài)地依賴系統(tǒng)資源的分配情況，因此每個可以并發(fā)執(zhí)行的程序段就會因外界條件的限制而不能運行，被迫處于阻塞狀態(tài)。僅用程序的概念無法表示程序的走走停停以及程序運行過程中對資源的競爭現(xiàn)象，因此需要采用一種動態(tài)的概念描述并發(fā)程序這種走走停停的現(xiàn)象，這就產生了進程的概念。進程和程序的區(qū)別：（1） 進程是程序的執(zhí)行過程，是動態(tài)的過程，屬于一種動態(tài)概念。程序是一組有序靜態(tài)指令和數(shù)據(jù)的集合，用來指示處理機的操作，是一種靜態(tài)概念。（2） 從結構上看，每個進程實體是由程序段和相應的數(shù)據(jù)段兩部分構成，并且進程結構中還要包含PCB,即進程控制塊。（3） 一個進程可以涉及到一個或幾個程序的執(zhí)行；反之，同一程序可以對應多個進程，即同一個程序段可以在不同數(shù)據(jù)集合上運行，可以構成不同的進程。（4） 進程能真實地描述并發(fā)執(zhí)行的過程，而程序僅僅是靜態(tài)指令堆積的序列。（5） 進程有可創(chuàng)建其他進程的功能，而一般的程序不具有創(chuàng)建其它程序的功能。每一個程序都是在一個進程現(xiàn)場中運行的。6.何謂名字空間？何謂地址空間？何謂存儲空間？ 答：名字空間：程序中符號名的集合。 地址空間：在目標模塊中的地址的集合。 存儲空間：實際內存地址的集合。符號源程序相對目標程序(裝配模塊)絕對目標程序 匯編編譯 地址重定位 連接名字空間 地址空間 存儲空間7.為什么要引入動態(tài)重定位？如何實現(xiàn)？動態(tài)重定位示意圖1000110013001400 LOAD 1,300 5678內存LOAD 1,300 5678 0100300400某程序的地址空間1000+ 答：動態(tài)重定位便于程序浮動。由于在目標模塊裝入內存時無需對其進行任何修改，因而裝入之后再搬遷也不會影響其正確執(zhí)行。實現(xiàn)時，需要采用動態(tài)重定位硬件機構：重定位寄存器和加法器。如圖所示。8.為什么說分段系統(tǒng)較之分頁系統(tǒng)更易于實現(xiàn)地址變換？ 答：因為分段是按照邏輯功能分段，這樣在地址變換時，針對的是一個完整的邏輯功能段，所以可以在實際需要時進行動態(tài)連接。而分頁則是按照物理頁的大小劃分所以一定要事先將所有的頁面聯(lián)接成一個整體后才能實現(xiàn)地址變換。9.分頁存儲管理中有哪幾種常用的頁面置換算法？試比較它們的優(yōu)缺點。 答：(1)先進先出（FIFO） (2)最近最久未使用淘汰算法（LRU）(3)最優(yōu)算法（OPT）FIFO算法最簡單，但效率不高。LRU是較為實用的算法，效果較好，實現(xiàn)也不難。OPT算法是最佳算法，但并不實用，因為要跟蹤各頁面方可預測未來，而這種預測往往是困難的。10.有5個批處理作業(yè)A到E均已到達計算中心，其運行時間分別為：10、6、2、4、和8分鐘；各自的優(yōu)先級分別被 規(guī)定為3、5、2、1和4，這里5為最高級。若不考慮系統(tǒng)切換開銷，計算出平均作業(yè)周轉時間。(1)FCFS(按A、B、C、D、E)；(2)優(yōu)先級調度算法；(3)時間片輪轉算法。解答：FCFS作業(yè)執(zhí)行時間等待時間周轉時間帶權周轉時間A100101B610162.66C216189D418225.5E822303.75T=19.2 W=4.38時間片輪轉，時長為q=2作業(yè)執(zhí)行時間等待時間周轉時間帶權周轉時間A1020303B616223.66C2463D412164E820283.5T=20.4 W=3.43優(yōu)先權調度次序執(zhí)行時間等待時間周轉時間帶權周轉時間B6061E86141.75A1014242.4C2242613D426307.5T=20 W=5.1311.若兩個程序，A程序按順序使用：(CPU)10s，(設備甲)5s，(CPU)5s，(設備乙)10s，(CPU)10s。B程序按順序使用：(設備甲)10s，(CPU)10s，(設備乙)5s，(CPU)5s，(設備乙)10s。在順序環(huán)境下先執(zhí)行A，在執(zhí)行B，求出總的CPU利用率為多少？答：程序A的執(zhí)行了40秒，其中CPU使用了25秒，B程序執(zhí)行40秒，其中CPU使用了15秒，而程序共使用了80秒，CPU花40秒，CPU的利用率是40/80=50%。12.在某計算機系統(tǒng)中，時鐘中斷處理程序每次執(zhí)行時間為2ms(包括進程切換開銷)。若中斷頻率為60Hz，試問CPU用于時鐘中斷處理的時間比率為多少？答：因為時鐘中斷頻率是60HZ，時鐘周期是 1000ms/6050/3(ms)在每一個時鐘周期里，CPU花2ms處理執(zhí)行任務，所以CPU用于時鐘中斷的時間比例是 2/(50/3)=6/50=12%。13.設有一個邏輯地址空間有8頁，每頁1024字節(jié)，映射到32塊的物理地址上，試問：(1)邏輯地址空間需要多少位表示？(2)物理地址空間需要多少位表示？答：1)邏輯地址空間需要13位表示，其中頁號需要3位，因為23=8，頁內地址需要10位表示，因為210=1024；2)物理地址空間需要15位表示，其中塊號需要5位，因為25=32，塊內地址需要10位表示，因為210=1024。14.一臺計算機為每個進程提供65536字節(jié)的地址空間，劃分為4k字節(jié)的頁。一個特定的程序有32768字節(jié)的正文，16386字節(jié)的數(shù)據(jù)和15870字節(jié)的堆棧。這個程序能裝入地址空間嗎？如果頁長是512字節(jié)，能放下嗎？答：每個進程只提供65536字節(jié)的地址空間，4K字節(jié)的頁，即計算機為每個進程只提供16個頁面。當程序有32768字節(jié)正文，16386字節(jié)數(shù)據(jù)和15870字節(jié)堆棧時，總共需要17個頁面，無法裝入。如果頁面長度為512字節(jié)，每個進程在內存最多占128個頁面，32768字節(jié)需要64個頁面，16386字節(jié)需要33個頁面，15870字節(jié)需要31個頁面，改程序總共需要128個頁面，剛好可以裝入地址空間。15.一個32位地址的計算機使用兩級頁表，虛地址分為9位的頂級頁表域，11位的二級頁表域和偏移，頁面的長度是多少？在地址空間一共有多少頁？答：9位作頂級域，11位作二級頁表域，剩余32-(9+11)=12位作偏移，所以頁面長度是212=4K，在此地址空間共有220個頁面。16.某系統(tǒng)采用請求分頁存儲管理方案，其邏輯地址有20位，頁內地址占11位，頁號占9位，有一個4頁的作業(yè)，其邏輯頁號0,1,2,3分別裝入了存儲空間的4,7,5,8塊，如圖,頁號塊號04172538試問：(1)作業(yè)的虛地址空間有多大？(2)系統(tǒng)的頁面大小是多少？(3)邏輯地址5000對應的物理地址是多少？答：由于邏輯地址結構為20位，頁內地址占11位，頁號占9位，所以虛地址空間有220=1M，系統(tǒng)頁面為211=2K。在請求分頁管理中，通過頁面變換表進行地址轉換，將邏輯地址分解為頁號和頁內地址兩部分。這里頁面大小為2K，邏輯地址5000分解為頁號p=2，頁內地址w=904，2 x 2048 = 40965000 DIV 2048 = 25000 MOD 2048 =904查頁面變換表，頁號為2對應的物理塊是5，對應的物理地址是物理地址 = 塊號 x 頁面大小 + 頁內地址= 5 x 2KB +904= 1114417.假設在一個分頁系統(tǒng)中，頁表存放在內存中，試問：(1)如果一次內存訪問需要花費1.2s，那么存取一個數(shù)至少需要花多少時間？(2)如果系統(tǒng)采用聯(lián)想存儲器，其中命中率為75%，那么有效內存訪問時間是多少？答：在分頁存儲系統(tǒng)中，每存取一個數(shù)據(jù)至少訪問內存2次，所以存取一個數(shù)據(jù)至少花費的時間為2 x 1.2s = 2.4s如果系統(tǒng)使用聯(lián)想存儲器，其命中率為75%，那么有效內存訪問時間為75% x 1.2s + (1-75%) x 2.4s = 1.5s18. 在一個請求式分頁虛擬存儲管理系統(tǒng)中，一個程序運行的頁面走向是：1、2、3、4、2、1、5、6、2、1、2、3、7、6、3、2、1、2、3、6。分別使用FIFO和LRU算法，對分配給程序3個頁框，分別求出缺頁中斷次數(shù)和缺頁中斷率。注意：給定的頁塊初始均為空，因此首次訪問一頁時就會發(fā)生缺頁中斷。答：頁框FIFOLRU31615缺頁中斷率缺頁中斷次數(shù)/20具體計算如下3個頁框情況：(1) FIFO算法 12342156212376321236111444466663333222262222111222277771111333355511116666633是否缺頁是是是是是是是是是是是是是是是是缺頁中斷次數(shù)為：16(2) LRU算法12342156212376321236111441112222266611162222226666333333333333355511177722222是否缺頁是是是是是是是是是是是是是是是缺頁中斷次數(shù)為：1519、某計算機系統(tǒng)提供24位的虛存空間，主存為B，采用 分頁式虛擬存儲管理，頁面尺寸為1KB。假定用戶程序產生了虛擬地址11123456(八進制)，而該頁面分得塊號為100(八進制)，說明該系統(tǒng)如何產生相應的物理地址及寫出物理地址。答：主存是B，頁為1K，主存共有256個塊，虛擬地址11123456(八進制)轉換成2進制為001 001 001 010 011 100 101 110，所以