操作系統(tǒng)作業(yè)

1、第一次作業(yè)書上的作業(yè)1.1操作系統(tǒng)的兩個主要目標(biāo)是什么？答：（1） 為計算機(jī)用戶提供一個環(huán)境讓用戶可以方便地在計算機(jī)硬件上執(zhí)行程序（2） 以公平有效的方式分配計算機(jī)的資源用于解決特定的問題1.3多道程序設(shè)計的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？答：通過把各種不同的用戶提出的對CPU和I/O設(shè)備的請求相互交替執(zhí)行而更高效地使用CPU。它通過不斷讓CPU工作而提高CPU的利用率。2.2監(jiān)督程序模式和用戶模式之間的區(qū)別？答：通過只能在系統(tǒng)模式（或者稱為監(jiān)督程序模式）下執(zhí)行特權(quán)指令可以保證操作系統(tǒng)時刻控制整個計算機(jī)系統(tǒng)，并保證關(guān)鍵數(shù)據(jù)的安全。2.3陷入與中斷之間的區(qū)別？答：中斷是一個系統(tǒng)中由硬件產(chǎn)生的用于改變執(zhí)行流程的信

2、號。一個中斷控制程序來處理中斷，執(zhí)行完成后返回被中斷的程序指令。陷阱是一個軟件產(chǎn)生的中斷。例如可以用陷阱提示I/O操作的完成，或者調(diào)用操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用，或者捕獲算術(shù)運(yùn)算錯誤。2.5下面哪些指令是特權(quán)指令？a)設(shè)置定時器的值；b)讀時鐘；c)清除內(nèi)存；d)關(guān)閉中斷；e)從用戶模式切換到監(jiān)督程序模式。答：a,c,d,e是特權(quán)指令補(bǔ)充作業(yè)1. 把下面的應(yīng)用程序分為交互性和批處理兩類：字處理、按月生成銀行報表、計算圓周率到百萬分位、飛行模擬器答：交互性：字處理、飛行模擬器批處理：按月生成銀行報表、計算圓周率到百萬分位2寫出操作系統(tǒng)的五大功能。答：進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件管理、設(shè)備管理、與用戶之間的接

3、口。第二次作業(yè)書上的作業(yè)4.2論述短期、中期、長期調(diào)度之間的區(qū)別答：短期調(diào)度從就緒隊(duì)列中選擇進(jìn)程執(zhí)行并把CPU分配給它。中期調(diào)度主要在分時系統(tǒng)中使用。將內(nèi)存中的作業(yè)換出到外存中等到內(nèi)存允許的情況下再換入到內(nèi)存中執(zhí)行。長期調(diào)度確定把哪個作業(yè)放到內(nèi)存中執(zhí)行。它們之間的主要區(qū)別是執(zhí)行的頻率不同。短期調(diào)度執(zhí)行頻率高而長期調(diào)度執(zhí)行頻率低。4.4兩個進(jìn)程進(jìn)行上下文切換的操作3.2答：通常，操作系統(tǒng)必須保存當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程的狀態(tài)并恢復(fù)下一個要調(diào)度的進(jìn)程的狀態(tài)。保存一個進(jìn)程的狀態(tài)通常包括CPU所有寄存器的值和內(nèi)存的分配情況。5.3用戶級線程和內(nèi)核級線程之間的區(qū)別？相互對比的優(yōu)勢在哪里？答：(1)內(nèi)核不知道用戶級線

4、程的存在，但內(nèi)核知道內(nèi)核級線程的存在(2)內(nèi)核調(diào)度內(nèi)核級線程，而用戶級線程則由線程庫調(diào)度 在要體現(xiàn)系統(tǒng)靈活性的時候使用用戶級線程好，因?yàn)橛脩艏壘€程可以自己設(shè)計自己的調(diào)度。內(nèi)核級線程則被內(nèi)核知道，所以可以保證一個線程阻塞時可以調(diào)度一個進(jìn)程的另一個線程，減少系統(tǒng)開銷。補(bǔ)充作業(yè)1. 假設(shè)有一個進(jìn)程，它的工作流程是先運(yùn)行150ms，然后進(jìn)行I/O，最后執(zhí)行250ms結(jié)束。如果系統(tǒng)中的進(jìn)程有三個狀態(tài)，當(dāng)時間片為200ms時，請寫出進(jìn)程A從被系統(tǒng)接納到運(yùn)行結(jié)束所經(jīng)歷的狀態(tài)轉(zhuǎn)換并說明原因。答：被系統(tǒng)接納之后：就緒-運(yùn)行（原因：被調(diào)度執(zhí)行）、運(yùn)行-阻塞（原因：執(zhí)行I/O操作）、阻塞-就緒（原因：I/O操作完成

5、）、就緒-運(yùn)行（原因：被調(diào)度執(zhí)行）、運(yùn)行-就緒（原因：時間片到）、就緒-運(yùn)行（原因：被調(diào)度執(zhí)行）、結(jié)束。2. 圖中程序的運(yùn)行結(jié)果答：輸出“value=5”。3. 圖中程序運(yùn)行完共有多少進(jìn)程？答：一共有8個進(jìn)程。第三次作業(yè)7.1什么是忙等待？答：所謂忙等待是不斷測試等待一個條件滿足。7.9吸煙者問題：有3個吸煙者和一個供應(yīng)者。第一個吸煙者有自己的煙草；第二個吸煙者有自己的紙；第三個吸煙者有自己的火柴。供應(yīng)者每次隨機(jī)放兩樣?xùn)|西到桌子上提供給3個吸煙者之中的一個以完成吸煙。請用信號量為吸煙者和供應(yīng)者進(jìn)程編寫程序。semaphore a2=0;semaphore agent=1;provider()w

6、hile(true)set i to value between 0 and 2;wait(agent);/put two items on table according to isignal(ai);Smoker(int i)while(true)wait(ai);smoke;signal(agent);補(bǔ)充作業(yè)1. 假設(shè)有三個進(jìn)程R、W1、W2共享緩沖區(qū)B。B中只能存放一個數(shù)。R每次從輸入設(shè)備中讀一個整數(shù)放入B中。如果這個整數(shù)是奇數(shù)，由W1取出打印。如果這個整數(shù)是偶數(shù)，則由W2取出打印。規(guī)定僅當(dāng)B中沒有數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)已經(jīng)被打印才會啟動R去讀數(shù)。W1、W2對B中的數(shù)據(jù)不能重復(fù)打印，當(dāng)B中沒有數(shù)

7、據(jù)時也不能打印。要求用信號量操作寫出R、W1、W2三個進(jìn)程的程序。（請?jiān)敿?xì)描述所使用變量的含義）semaphore S0=1（表示緩沖區(qū)中可以存放的數(shù)據(jù)數(shù)目）semaphore S1=0（表示W(wǎng)1可以打印的數(shù)據(jù)數(shù)目）semaphore S2=0（表示W(wǎng)2可以打印的數(shù)據(jù)數(shù)目）R:While (true) Read integer into item wait(S0); put item in B if (item%2= =1) signal(S1); if (item%2= =0) signal(S2); W1:While (true) wait(S1); Take item from B; s

8、ignal(S0); Print item;W2:While (true) wait(S2); Take item from B; Signal(S0); Print item; 2有一個鐵籠子，獵手放入老虎，農(nóng)民放入豬，動物園等待取走老虎，飯店等待取走豬?；\子中只能放入一個動物。請使用信號量方法為獵手、農(nóng)民、動物園、飯店進(jìn)程編寫程序。semaphore no=1,tiger=0;pig=0;hunter()wait(no);put in tiger;signal(tiger);farmer()wait(no);put in pig;signal(pig);zoo()wait(tiger);t

9、ake tiger;signal(no);hotel()wait(pig);take pig;signal(no);3某寺廟，有小、老和尚若干。有一個水缸，由小和尚提水入缸供老和尚飲用。水缸可容10桶水。水取自一個井中，水井窄，每次只能容一個水桶。水桶總數(shù)為3。水缸每次進(jìn)出也僅1桶水，不可以同時進(jìn)行。請?jiān)O(shè)置合適的信號量描述小和尚、老和尚取水、入水的算法。Semaphore bucket=3, well=1, jar=1, empty=10, full=0;Void littlemonk()while(1)wait(empty);wait(bucket);wait(well);取水;signal

10、(well);wait(jar);放水;signal(jar);signal(bucket);signal(full);Void oldmonk()while(1)wait(full);wait(bucket);wait(jar);取水;signal(jar);signal(bucket);signal(empty);附加題1獨(dú)木橋問題：某條河上只有一座獨(dú)木橋，兩邊都有人要過河，為保證安全，一個方向有人過河另一個方向的人就要等待，并且允許一個方向上的人連續(xù)過河。請使用信號量實(shí)現(xiàn)正確的管理。semaphore s=1,s1=1,s2=1;int rc1,rc2;one()wait(s1);rc1

11、+;if(rc1=1) wait(s);signal(s1);walk through;wait(s1);rc1-;if(rc1=0) signal(s);signal(s1);another()wait(s2);rc2+;if(rc2=1) wait(s);signal(s2);walk through;wait(s2);rc2-;if(rc2=0) signal(s);signal(s2);有人給出這樣的獨(dú)木橋問題的答案，看看有什么問題么？（1）定義兩個信號量S1和S2，S1：=1，S2：=0。（2）假定開始時讓河?xùn)|的一個人先過橋，則用PV操作管理時的程序應(yīng)如下：one() P（S1）；

12、過橋； V（S2）； another() P（S2）； 過橋； V（S1）； 第四次作業(yè)6.3之b,c,db.各個進(jìn)程的周轉(zhuǎn)時間c.各個進(jìn)程的等待時間d.最小的是SJF8.8 有3個進(jìn)程共享4個資源，一次只能保留或者釋放一個資源。每個進(jìn)程最大需要2個單元。說明不會發(fā)生死鎖。答：如果所有的資源都被占用并且還有一個或多個進(jìn)程在無限制的等待更多的資源那么死鎖就會發(fā)生。但是，如果所有的4個資源都被占用，那么一定有一個進(jìn)程已經(jīng)得到了所有的兩個資源，那么這個進(jìn)程就可以運(yùn)行完并釋放它占用的兩個資源，這樣就可以讓其他的進(jìn)程正確地工作完成。8.13a.Need矩陣的樣子是0 0 0 00 7 5 01 0 0

13、20 0 2 00 6 4 2b.因?yàn)橛幸粋€執(zhí)行次序是p3、p1、p2、p4、p0可以執(zhí)行完，所以是安全狀態(tài)。c.如果滿足，則系統(tǒng)的available變成1 1 0 0allocation變成0 0 1 21 4 2 01 3 5 40 6 3 20 0 1 4這時的Need是0 0 0 00 3 3 01 0 0 20 0 2 00 6 4 2這時如果P0先歸還它占有的（0 0 1 2），那么available的值是（1 1 1 2），可以找到一個執(zhí)行次序p0,p2,p1,p3,p4保證所有進(jìn)程都可以安全執(zhí)行完，會處于安全狀態(tài)，因此這個請求會被滿足。第五次作業(yè)書上的作業(yè)9.2內(nèi)部碎片與外部碎

14、片之間的區(qū)別？答：一個作業(yè)占據(jù)了一個內(nèi)存區(qū)域或者頁，但是其中的一部分沒有使用，把沒有使用的部分成為內(nèi)部碎片。內(nèi)部碎片不會被操作系統(tǒng)或者其他進(jìn)程使用，除非這個作業(yè)執(zhí)行完并且釋放它所占用的內(nèi)存區(qū)域。外部碎片是在分區(qū)之間存在的不能夠被使用的小的內(nèi)存。9.5內(nèi)存按順序有100k，500k，200k，300k，600k，用首次適應(yīng)、最佳適應(yīng)和最差適應(yīng)如何放置212k，417k，112k，426k的進(jìn)程？答：（1） 首次適應(yīng)算法 212K 放入 500K 的分區(qū) 417K 放入 600K 的分區(qū) 112K 放入 288K 的分區(qū)(產(chǎn)生新的分區(qū) 288K = 500K - 212K) 426K 必須等待（2

15、） 最佳適應(yīng)算法 212K放入300K的分區(qū) 417K放入500K的分區(qū) 112K放入200K的分區(qū) 426K放入600K的分區(qū)（3） 最差適應(yīng)算法 212K放入600K 的分區(qū) 417K放入500K 的分區(qū) 112K放入388K 的分區(qū) 426K 必須等待在這個例子中，最佳適應(yīng)算法是最好的。9.8假設(shè)一個有8個1k頁面的邏輯地址空間，映射到一個32個頁框的物理內(nèi)存，問：邏輯地址多少位？物理地址多少位？a. 邏輯地址: 13 bitsb. 物理地址: 15 bits9.14為什么純分段比純分頁更容易實(shí)現(xiàn)共享可充入模塊。答：因?yàn)槎问腔趦?nèi)存的邏輯劃分而不是物理劃分，因此任意長度的段都可以通過段表

16、的一個表項(xiàng)來實(shí)現(xiàn)共享。而對于分頁系統(tǒng)來說，只能對每個頁實(shí)現(xiàn)共享，而頁面的大小是固定不變的。9.16 有段表段基地址長度02196001230014290100313275804195296下面的物理地址是多少？a)0,430; b)1,10; c)2,500; d)3,400;e)4,122答：a. 219 + 430 = 649b. 2300 + 10 = 2310c.地址錯誤d. 1327 + 400 = 1727e.地址錯誤補(bǔ)充作業(yè)1在頁面大小為4k的系統(tǒng)中，根據(jù)圖中所示頁表，下面的邏輯地址經(jīng)過重定位之后的物理地址是什么？a)20;b)4100;c)8300第六次作業(yè)9.10 假設(shè)頁表在

17、內(nèi)存保存的分頁系統(tǒng)，a.如果一次訪問內(nèi)存用200ns，那么訪問一個頁內(nèi)的一次數(shù)據(jù)訪問用多少時間？b.如果加入TLB，有75%的命中率，那么內(nèi)存有效訪問時間是多少？a. 400 ns; 200 ns訪問頁表，200 ns訪問內(nèi)存中的字b. 有效訪問時間 = 0.75 (200 ns) + 0.25 _ (400 ns) = 250 ns.5在一個虛擬存儲管理系統(tǒng)中采用頁式方法對內(nèi)存空間進(jìn)行管理，它有24位的虛擬地址空間，而實(shí)際的物理地址空間是16位，頁框大小為2k。假設(shè)有兩個進(jìn)程A和B。其中A進(jìn)程的0、2頁已經(jīng)調(diào)入到內(nèi)存的2、3號頁框；B進(jìn)程的1、3頁已經(jīng)調(diào)入到內(nèi)存的7、8號頁框。請問：A進(jìn)程的

18、虛擬地址12FF可以轉(zhuǎn)換成什么物理地址？B進(jìn)程的虛擬地址17BA可以轉(zhuǎn)換成什么物理地址？如果不能轉(zhuǎn)換，操作系統(tǒng)會執(zhí)行什么操作？答：A進(jìn)程的12FF轉(zhuǎn)換成物理地址為1AFFB進(jìn)程的17BA無法轉(zhuǎn)換成物理地址，因?yàn)檫@個頁不在內(nèi)存，需要發(fā)生缺頁中斷，調(diào)入這個頁面答：(a) 49172 (b)57348 (c) 615482一臺計算機(jī)為每個進(jìn)程提供65536字節(jié)的地址空間，頁面的大小為4k。一個程序有32768字節(jié)的正文，16386字節(jié)的數(shù)據(jù)，15870字節(jié)的堆棧，此程序是否能裝入此地址空間？若頁面大小為512字節(jié)呢？答：文本占8頁，數(shù)據(jù)占5頁，堆棧占4頁。因此程序需要17頁，而實(shí)際上只有65536/

19、4k=16頁的空間，不足。而如果頁面有512字節(jié)，正文需要64頁，數(shù)據(jù)需要33頁，堆棧需要31頁，一共128頁，而實(shí)際上有65536/512=128頁的空間，所以正好放入。3若兩個進(jìn)程共享一個頁面，該頁面可否對一個進(jìn)程只讀，對另一個進(jìn)程可讀寫？如何實(shí)現(xiàn)？答：可以實(shí)現(xiàn)。在頁表里面為每一頁增加一個保護(hù)字段就可以了。第七次作業(yè)書上的作業(yè)14.2 假設(shè)一個磁盤驅(qū)動器有5000個柱面，從0到4999。驅(qū)動器正在為143的一個請求服務(wù)，且前面的一個請求在125。按照FIFO的順序，即將到來的請求是86，1470，913，1774，948，1509，1022，1750，130。請按照FCFS、SSTF、SC

20、AN、LOOK、C-SCAN、C-LOOK開計算磁頭移動距離。答：a. FCFS : 143, 86, 1470, 913, 1774, 948, 1509, 1022, 1750, 130. 總尋道距離7081.b. SSTF : 143, 130, 86, 913, 948, 1022, 1470, 1509, 1750, 1774. 總尋道距離1745.c. SCAN ：143, 913, 948, 1022, 1470, 1509, 1750, 1774, 4999, 130, 86. 總尋道距離9769.d.LOOK:143, 913, 948, 1022, 1470, 1509,

21、1750, 1774, 130, 86. 總尋道距離3319.e. C-SCAN : 143, 913, 948, 1022, 1470, 1509, 1750, 1774, 4999, 0, 86, 130. 總尋道距離9985f. C-LOOK : 143, 913, 948, 1022, 1470, 1509, 1750, 1774, 86, 130.總尋道距離3363.補(bǔ)充作業(yè)1什么是設(shè)備無關(guān)性？答：設(shè)備獨(dú)立性是指應(yīng)用程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備。2以下各項(xiàng)工作由I/O軟件的哪一層完成？a.為一個磁盤讀操作計算磁道、扇區(qū)、磁頭；b.向設(shè)備寄存器寫命令；c.檢查用戶是否允許使用設(shè)備；d.

22、將二進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成ASCII碼以便打印答：a. 設(shè)備驅(qū)動程序；b. 設(shè)備驅(qū)動程序；c. 設(shè)備獨(dú)立性軟件；d. 用戶空間的I/O軟件。3為什么在要打印的文件通常都假脫機(jī)輸出到磁盤上？答：打印機(jī)作為一個獨(dú)占的設(shè)備無法保證多個用戶共享，這樣用戶在打印時經(jīng)常因?yàn)闊o法申請到打印機(jī)而等待。使用SPOOLing技術(shù)將打印機(jī)這樣的獨(dú)占設(shè)備變成了共享設(shè)備，用戶需要打印的內(nèi)容只要假脫機(jī)輸出到磁盤上用戶就可以認(rèn)為打印成功，方便了用戶的使用。第八次作業(yè)書上的作業(yè)12.4 為什么文件分配的位圖必須保存在大容量存儲器中，而不是主存中？答：因?yàn)槿绻４嬖趦?nèi)存中，當(dāng)系統(tǒng)崩潰時，這些空閑區(qū)間的信息將會被丟失，而如果保存在大容量存儲器中就可以解決這個問題。補(bǔ)充作業(yè)1假設(shè)要為一個文件換一個名字。一種選擇是使用操作系統(tǒng)提供的RENAME方法，另一種方法是：把文件復(fù)制為新文件，然后刪除原來的文件以實(shí)現(xiàn)重命名。請問，這兩種方法在實(shí)現(xiàn)上有什么不同？ 答：RENAME方法是修改目錄文件的文件名部分，而刪除原來文件再重命名則需要再創(chuàng)立一個新文件，目錄文件中增加一項(xiàng)，分配新空間；刪除目錄文件中的文件項(xiàng)目，然后回收占用的空間。2請解釋使用索引節(jié)點(diǎn)有什么好處答：減小目錄文件的大小，提高查找文件的效率3 在UNIX中open系統(tǒng)調(diào)用絕對需要么？如果沒有會產(chǎn)生什么結(jié)果。答：如果沒有open命令，那么每個read命令都需