操作系統(tǒng)練習(xí)題及答案

1、一、填空P15 填空題1. 設(shè)計(jì)現(xiàn)代OS的主要目的是 提高資源利用率 和方便用戶。2. 單道批處理系統(tǒng)是在解決 人機(jī)矛盾 和 CPU 與 I/O 設(shè)備速度不匹配 的矛盾中發(fā)展起來的。3. 在單處理機(jī)環(huán)境下的多道程序設(shè)計(jì)具有多道 、宏觀上同時(shí)運(yùn)行 和微觀上交替運(yùn)行 的特點(diǎn)。4. 現(xiàn)在操作系統(tǒng)的兩個(gè)最基本的特征是并發(fā)和資源共享 ，除此之外，它還具有 虛擬性和異步性的特征。5. 從資源管理的角度看，操作系統(tǒng)具有四大功能：處理機(jī)管理 、存儲器管理 、設(shè)備管理 和文件管理 ；為了方便用戶，操作系統(tǒng)還必須提供 友好的用戶接口 。6. 操作系統(tǒng)的基本類型主要有 批處理系統(tǒng) 、分時(shí)系統(tǒng) 和實(shí)時(shí)系統(tǒng) 。7. 批

2、處理系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是 資源利用率高 和系統(tǒng)吞吐量大 ；主要缺點(diǎn)是 無交互作用能力 和作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長 。8. 實(shí)現(xiàn)分時(shí)系統(tǒng)的關(guān)鍵問題他是 人機(jī)交互 ，為此必須引入 時(shí)間片 的概念，并采用 時(shí)間片輪轉(zhuǎn) 調(diào)度算法。9. 分時(shí)系統(tǒng)的基本特征是 多路性 、獨(dú)立性 、交互性 和及時(shí)性 。10. 若干事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生稱為并發(fā) ；若干事件在同一時(shí)刻發(fā)生稱為并行 。1 1 .實(shí)時(shí)系統(tǒng)可分為 實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng) 和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng) 兩種類型；民航銷售系統(tǒng)屬于 實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng) ；而導(dǎo)彈飛行控制系統(tǒng)則 屬于 實(shí)時(shí)控制系統(tǒng) 。12. 為了使實(shí)時(shí)系統(tǒng)高度可靠和安全，通常不強(qiáng)求 資源利用率 。13. 當(dāng)前比較流行的

3、微內(nèi)核的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，是建立在層次化結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上的，而且還采用了客戶機(jī)/服務(wù)器模式和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì) 技術(shù)。P56 填空題1. 在單用戶單任務(wù)環(huán)境下，用戶獨(dú)占全機(jī)，此時(shí)機(jī)內(nèi)資源的狀態(tài)，只能由運(yùn)行程序的操作加以改變，此時(shí)的程序執(zhí)行具有封閉性和 可再現(xiàn)性 特征。2. 并發(fā)程序之間的相互制約， 是由于它們的 共享資源 和相互合作 而產(chǎn)生的， 因而導(dǎo)致程序在并發(fā)執(zhí)行時(shí)具有 間斷性或異步性 特征。3. 程序并發(fā)執(zhí)行與順序執(zhí)行時(shí)相比產(chǎn)生了一些新特征，分別是間斷性 、失去封閉性 和不可再現(xiàn)性 。4. 引入進(jìn)程的目的是 使程序能正確地并發(fā)執(zhí)行，以提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量 ，而引入線程的目的是 減少并發(fā)執(zhí)行的

4、開銷，提 高程序執(zhí)行的并發(fā)程度 。5. 進(jìn)程是由進(jìn)程控制塊 、程序段和數(shù)據(jù)段組成，其中進(jìn)程控制塊 是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志6. 進(jìn)程的最基本特征是 動(dòng)態(tài)性和并發(fā)性，除此之外，它還有 獨(dú)立特征 、異步性和結(jié)構(gòu)特征。7. 由于進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)是程序的一次執(zhí)行，所以進(jìn)程有動(dòng)態(tài)性 的基本特征，該特征還表現(xiàn)在進(jìn)程由 創(chuàng)建而產(chǎn)生，由 調(diào)度而執(zhí)行，由 撤銷（終止） 而消亡，即進(jìn)程具有一定的生命期。8. 引入進(jìn)程帶來的好處是 提高資源利用率 和增加系統(tǒng)吞吐量 。9. 當(dāng)前正在執(zhí)行的進(jìn)程由于時(shí)間片用完而暫停執(zhí)行時(shí)，該進(jìn)程應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫途w 狀態(tài)；若因發(fā)生某種事件而不能繼續(xù)執(zhí)行時(shí)，應(yīng)轉(zhuǎn)為阻塞 狀態(tài)；若終端用戶的請求而暫停執(zhí)行時(shí)，

5、它應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殪o止就緒 狀態(tài)。10. 用戶為阻止進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行，應(yīng)利用掛起原語；若進(jìn)程正在執(zhí)行，應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)?靜止就緒 狀態(tài)；以后，若用戶要恢復(fù)其運(yùn)行，應(yīng)利用 激活 原語，此時(shí)進(jìn)程應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)?活動(dòng)就緒 狀態(tài)。11. 系統(tǒng)中共有5個(gè)用戶進(jìn)程，且當(dāng)前CPU在用戶態(tài)下執(zhí)行，則最多可有4個(gè)用戶進(jìn)程處于就緒狀態(tài)，最多可有4個(gè)用戶處于阻塞狀態(tài)。12. 同步機(jī)制應(yīng)遵循的準(zhǔn)則有 空閑讓進(jìn) 、忙則等待 、有限等待 和讓權(quán)等待 。13. 在記錄型信號量機(jī)制中， S.value>0 時(shí)的值表示 可用的臨界資源數(shù)量 ；每次 wait 操作意味著 申請一個(gè)臨界資源 ，因此應(yīng)將S.value 減 1 ，當(dāng) S.value 小于

6、 0 時(shí)，進(jìn)程應(yīng)阻塞。14. 在記錄型信號量機(jī)制中，每次signal操作意味著釋放一個(gè)臨界資源，因此應(yīng)將S.value加1，當(dāng)S.value <0時(shí)，表示仍有請求該資源的進(jìn)程被阻塞 ，此時(shí)應(yīng) 喚醒相應(yīng)阻塞隊(duì)列中的首進(jìn)程 。15. 在利用信號量實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥時(shí)，應(yīng)將臨界區(qū) 置于 wait 操作和 signal 操作之間。16. 在每個(gè)進(jìn)程中訪問 臨界資源 的那段代碼稱為臨界區(qū)。為實(shí)現(xiàn)對它的共享，應(yīng)保證進(jìn)程 互斥進(jìn)入自己的臨界區(qū)，為此，在每個(gè) 進(jìn)程的臨界區(qū)前應(yīng)設(shè)置 進(jìn)入?yún)^(qū) ，臨界區(qū)后應(yīng)設(shè)置 退出區(qū)。17. 進(jìn)程通信的類型有 共享存儲器 、消息系統(tǒng) 、管道通信 三類，其中 管道通信 利用共享文件

7、進(jìn)行通信。18. 為實(shí)現(xiàn)消息緩沖隊(duì)列通信，應(yīng)在PCB中增加消息隊(duì)列首指針 mq、消息隊(duì)列互斥信號量 mutex、消息隊(duì)列資源信號量 Sm三個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)。19. 在采用用戶級線程的系統(tǒng)中，OS進(jìn)行CPU調(diào)度的對象是 進(jìn)程；在采用內(nèi)核支持線程的系統(tǒng)中，CPU調(diào)度的對象是 線程。20. 線程之所以能減少并發(fā)執(zhí)行的開銷是因?yàn)榫€程基本不擁有資源P76 填空題1. 高級調(diào)度又稱作 作業(yè)調(diào)度 ，其主要功能是 按照一定的算法從外存的后備隊(duì)列中選若干作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存 ；低級調(diào)度又稱作 進(jìn)程調(diào)度 ， 其主要功能是 按一定算法從就緒隊(duì)列中選一個(gè)進(jìn)程投入執(zhí)行 。2. 進(jìn)程調(diào)度有 搶占調(diào)度 和非搶占調(diào)度 兩種方式。3. 在搶占

8、調(diào)度方式中，搶占的原則有 時(shí)間片原則 、 短作業(yè)有限 和 優(yōu)先權(quán)優(yōu)先 。4. 在設(shè)計(jì)進(jìn)程調(diào)度程序時(shí)，應(yīng)考慮 引起調(diào)度的因素 、調(diào)度算法的選擇 和就緒隊(duì)列的組織 三個(gè)問題。5. 為了使作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間最短，應(yīng)該選擇短作業(yè)（進(jìn)程）優(yōu)先 調(diào)度算法；為了使當(dāng)前執(zhí)行的進(jìn)程總是優(yōu)先權(quán)最高的進(jìn)程，則應(yīng)選擇 立即搶占的高優(yōu)先權(quán)優(yōu)先 調(diào)度算法；而分時(shí)系統(tǒng)則常采用 時(shí)間片輪轉(zhuǎn) 調(diào)度算法。6. 高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法綜合考慮了作業(yè)的運(yùn)行時(shí)間 和 等待時(shí)間 。7. 死鎖產(chǎn)生的主要原因是 競爭資源 和 進(jìn)程推進(jìn)順序非法 。8. 死鎖產(chǎn)生的必要條件是 互斥條件 、請求與保持條件 、 不剝奪條件 和環(huán)路等待條件 。9. 通

9、過破壞死鎖產(chǎn)生的四個(gè)必要條件可進(jìn)行死鎖的預(yù)防，其中互斥 條件一般是不允許破壞的，一次性分配所有資源破壞的是其中的 請求與保持 條件，資源的有序分配破壞的是其中的 環(huán)路等待 條件。10. 在避免死鎖的方法中，允許進(jìn)程動(dòng)態(tài)地申請資源，但系統(tǒng)在進(jìn)行分配運(yùn)算時(shí)應(yīng)先計(jì)算資源分配的安全性 。若此次分配不會導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)入 不安全狀態(tài) ，便將資源分配給它，否則進(jìn)程 等待 。11. 解決死鎖的方法有預(yù)防、避免、檢測并解除等，一次性分配所有的資源采用的是其中的 預(yù)防死鎖 方法，銀行家算法采用的是 其中的 避免死鎖 方法。12. 撤銷進(jìn)程 和剝奪資源 是解除死鎖的兩種常用的方法。二、簡答題P11 例 16操作系統(tǒng)具有

10、哪幾大特征？它們之間有何關(guān)系？操作系統(tǒng)的特征有并發(fā)、資源共享、虛擬和異步性。它們的關(guān)系如下 并發(fā)和共享式操作系統(tǒng)最基本的特征。 為了提高計(jì)算機(jī)資源的利用率。 OS 必然要采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，使多個(gè)程序共享系 統(tǒng)的資源，并發(fā)地執(zhí)行。 并發(fā)和共享互為存在的條件。 一方面，資源的共享是以程序（進(jìn)程）的并發(fā)執(zhí)行為條件，若系統(tǒng)不允許程序并發(fā)執(zhí)行，自然不 存在資源共享問題；另一方面，若系統(tǒng)不能對資源共享實(shí)施有效的管理，協(xié)調(diào)好各個(gè)進(jìn)程對共享資源的訪問，也必將影響到程序 的并發(fā)執(zhí)行，甚至根本無法并發(fā)執(zhí)行。 虛擬技術(shù)以并發(fā)和資源共享為前提。 為了使并發(fā)進(jìn)程能更方便、更有效地共享資源，操作系統(tǒng)常采用多種虛擬技術(shù)

11、來邏輯上增加 CPU 和設(shè)備的數(shù)量以及存儲器的容量，從而解決眾多并發(fā)進(jìn)程對有限的系統(tǒng)資源的爭用問題。 異步性是并發(fā)和共享的必然結(jié)果。 操作系統(tǒng)允許多個(gè)并發(fā)進(jìn)程共享資源、相互合作，使得每個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行過程受到其他進(jìn)程的 制約，不再“一氣呵成” ，這必然導(dǎo)致異步性特征的產(chǎn)生。P12 例 18微內(nèi)核結(jié)構(gòu)具有哪些優(yōu)點(diǎn)？為什么？微內(nèi)核系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下： 提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。 在微內(nèi)核結(jié)構(gòu)中， OS 的大部分功能都是由相對獨(dú)立的服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)的，用戶可以根據(jù)需要，選配其 中的部分或全部服務(wù)器；還可以隨著計(jì)算機(jī)硬件和 OS 技術(shù)的發(fā)展，相應(yīng)地更新若干服務(wù)器或增加一些新的服務(wù)器。 增強(qiáng)了操作系統(tǒng)的可靠性。 由于所

12、有的服務(wù)器都是運(yùn)行在用戶態(tài)，它們不能直接訪問硬件，因此，當(dāng)某個(gè)服務(wù)器出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)， 通常只會影響到它自己，而不會引起內(nèi)核和其他服務(wù)器的損壞和崩潰。 可移植性更好。在微內(nèi)核的OS中，所有與特定 CPU和I/O設(shè)備硬件相關(guān)的代碼均放在內(nèi)核和內(nèi)核下面的硬件隱藏層中，而 操作系統(tǒng)其他絕大部分（即各種服務(wù)器）均與硬件平臺無關(guān)，因而，把操作系統(tǒng)移植到另一硬件平臺上所需做的改動(dòng)比較小。 適用于分布式系統(tǒng)。 對用戶進(jìn)程（即客戶）而言，如果他通過消息傳遞與服務(wù)器通信，那么他只需發(fā)送一個(gè)請求，然后等待服 務(wù)器發(fā)來的響應(yīng)，而根本無需知道這條消息在本地機(jī)就地處理還是通過網(wǎng)絡(luò)送給遠(yuǎn)地機(jī)上的服務(wù)器。P18 進(jìn)程的狀態(tài)1.

13、進(jìn)程的三種基本狀態(tài) 就緒狀態(tài)。進(jìn)程已獲得除 CPU以外的所有必要資源，只要得到 CPU，便可立即執(zhí)行。 執(zhí)行狀態(tài)。進(jìn)程已得到 CPU，其程序正在CPU上執(zhí)行。 阻塞狀態(tài)。正在執(zhí)行的進(jìn)程因某種時(shí)間（如I/O請求）的發(fā)生而暫時(shí)無法繼續(xù)執(zhí)行，只有相應(yīng)事件完成后，才能去競爭CPU。2. 進(jìn)程的掛起狀態(tài)“掛起”的實(shí)質(zhì)是使進(jìn)程不能繼續(xù)執(zhí)行，即使掛起后的進(jìn)程處于就緒狀態(tài)，它也不能參與CPU 的競爭。因此，稱被掛起的進(jìn)程處于靜止?fàn)顟B(tài)；沒被掛起的進(jìn)程則處于活動(dòng)狀態(tài)。處于靜止?fàn)顟B(tài)的進(jìn)程，只有通過“激活”動(dòng)作，才能轉(zhuǎn)換成活動(dòng)狀態(tài)P34 例 1 在操作系統(tǒng)中為什么要引入進(jìn)程的概念？它會產(chǎn)生什么樣的影響？在操作系統(tǒng)中引

14、入進(jìn)程的概念， 是為了實(shí)現(xiàn)多個(gè)程序的并發(fā)執(zhí)行。 傳統(tǒng)的程序不能與其他程序并發(fā)執(zhí)行， 只有在為其創(chuàng)建進(jìn)程后， 才能與其他程序（進(jìn)程）并發(fā)執(zhí)行。這是因?yàn)椴l(fā)執(zhí)行的程序（即進(jìn)程）是“停停走走”地執(zhí)行，只有在為它創(chuàng)建進(jìn)程后，在它 停下時(shí)，方能將其現(xiàn)場信息保存在它的 PCB 中，待下次被調(diào)度執(zhí)行時(shí)，再從 PCB 中恢復(fù) CPU 現(xiàn)場并繼續(xù)執(zhí)行，而傳統(tǒng)的程序 卻無法滿足上述要求。建立進(jìn)程所帶來的好處是使多個(gè)進(jìn)程能并發(fā)執(zhí)行，這極大地提高了資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。但管理進(jìn)程也需付出一定的代價(jià)， 包括進(jìn)程控制塊及協(xié)調(diào)各個(gè)運(yùn)行機(jī)構(gòu)所占用的內(nèi)存空間開銷，以及為進(jìn)行進(jìn)程間的切換、同步及通信所付出的時(shí)間開銷。P36 例

15、 4PCB 的作用是什么？ 進(jìn)程控制塊的作用，是使一個(gè)在多道程序環(huán)境下不能獨(dú)立運(yùn)行的程序，成為一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，即一個(gè)能與其他進(jìn)程并 發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程。P58 處理機(jī)調(diào)度的三個(gè)級別1. 高級調(diào)度2. 低級調(diào)度分兩種方式： 非搶占方式 搶占方式 搶占的原則有：優(yōu)先權(quán)原則、短作業(yè)優(yōu)先原則、時(shí)間片原則3. 中級調(diào)度P59 調(diào)度算法1. 先來先服務(wù)算法（ FCFS）2. 短作業(yè)（進(jìn)程）有限（ SJF/SPF ）3. 高優(yōu)先權(quán)有限（ HPF ）進(jìn)程優(yōu)先權(quán)的設(shè)置通常分成靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種： 靜態(tài)優(yōu)先權(quán) 動(dòng)態(tài)優(yōu)先權(quán)4. 高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法（ HRRN ）5. 時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法（ RR）6. 多級反饋隊(duì)列調(diào)度算

16、法（ FB）P66 例 2 試說明低級調(diào)度的主要功能 低級調(diào)度用于決定就緒隊(duì)列中的哪個(gè)進(jìn)程應(yīng)獲得處理機(jī)，并由分派程序把處理機(jī)分配給該進(jìn)程。其主要功能有： 保存當(dāng)前進(jìn)程的處理機(jī)現(xiàn)場信息 按某種算法選擇投入執(zhí)行的新進(jìn)程 恢復(fù)新進(jìn)程的現(xiàn)場，從而將處理機(jī)分配給新進(jìn)程P69 例 5為什么說多級反饋隊(duì)列調(diào)度算法能較好地滿足各方面用戶的需要？對終端型作業(yè)用戶而言，他們提交的作業(yè)大多屬于交換型作業(yè)，作業(yè)通常較小，系統(tǒng)只要能使這些作業(yè)在第一個(gè)隊(duì)列所規(guī)定的時(shí) 間片內(nèi)完成，便可使他們都感到滿意。對于短批作業(yè)作業(yè)用戶而言，開始時(shí)他們的作業(yè)像終端型作業(yè)一樣，如果僅在第一個(gè)隊(duì)列 中執(zhí)行一個(gè)時(shí)間片即可完成，便可獲得與終端型

17、作業(yè)一樣的響應(yīng)時(shí)間；對于稍長的作業(yè)，通常也只需在第二隊(duì)列和第三隊(duì)列各執(zhí)行一個(gè)時(shí)間片即可完成，其周轉(zhuǎn)時(shí)間仍然很短。對于長批處理作業(yè)用戶而言，他們的作業(yè)將依次在第1，2，n個(gè)隊(duì)列中運(yùn)行，然后再按輪轉(zhuǎn)方式運(yùn)行，用戶不必?fù)?dān)心其作業(yè)長期得不到處理，而且每往下降一個(gè)隊(duì)列，其得到的時(shí)間片將隨著增加，故可 進(jìn)一步縮短長作業(yè)的等待時(shí)間。P70 例 7對下面五個(gè)非周期性實(shí)時(shí)任務(wù)，按最早開始截止時(shí)間優(yōu)先調(diào)度算法應(yīng)如何進(jìn)行CPU調(diào)度?進(jìn)程到達(dá)時(shí)間執(zhí)行時(shí)間開始截止時(shí)間A1020110B202020C402050D502090E602070P70 例 8若有三個(gè)周期性任務(wù)，任務(wù) A要求每20ms執(zhí)行一次，執(zhí)行時(shí)間為 10

18、ms ;任務(wù)B要求每50ms執(zhí)行一次，執(zhí)行時(shí)間為 10ms ;任務(wù)C要求每50ms執(zhí)行一次，執(zhí)行時(shí)間為15ms，應(yīng)如何按最低松弛度優(yōu)先算法對它們進(jìn)行CPU調(diào)度？P72 例 12在銀行家算法中，若岀現(xiàn)下面的資源分配情況:ProcessAllocationNeedAvailableP0003200121622P110001650P213542356P300320652P400140656試問：1該狀態(tài)是否安全？2. 當(dāng)進(jìn)程P2提出請求Request(1,2,2,2)后，系統(tǒng)能否將資源分配給它?3. 如果系統(tǒng)立即滿足 P2的上述請求，則系統(tǒng)是否立即進(jìn)入死鎖狀態(tài)？三、編程題P39 例 11試寫岀相應(yīng)的

19、程序來描述圖所示的前趨關(guān)系。前趨圖中存在著如下的前趨關(guān)系：S1 T S2、S1 T S3、S2 T S4、S2 S5、S3 S6、S4 S7、S5 S7、S6 S7因此可分別為它們設(shè)置初始值為0的信號量a、b、c、d、e、f、g、h，具體的程序可描述如下:var a,b,c,d,e,f,g,h:semaphore:=0,0,0,0,0,0,0,0;beginparbeginbeginS1;signal(a);signal(b);end;beginwait(a);S2;signal(c);signal(d);end;beginwait(b);S3;signal(e);end;beginwait(c);S4;signal(f);end;beginwait(d);S5;signal(g);end;beginwait(e):S6;signal(h);end;beginwait(f);wait(g);wait(h);S7;end;parendendP42 例 13用信號量實(shí)現(xiàn)共享