操作系統(tǒng)自考復(fù)習(xí)重點(diǎn)

1、一、操作系統(tǒng)概述習(xí)題及解答 ：1. 硬件將處理機(jī)劃分為兩種狀態(tài)，即管態(tài)和目態(tài)，這樣做給操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來什么好處？答：便于設(shè)計(jì)安全可靠的操作系統(tǒng)。管態(tài)和目態(tài)是計(jì)算機(jī)硬件為保護(hù)操作系統(tǒng)免受用戶程序的干擾和破壞而引入的兩種狀態(tài)。通常操作系統(tǒng)在管態(tài)下運(yùn)行，可以執(zhí)行所有機(jī)器指令；而用戶程序在目態(tài)下運(yùn)行，只能執(zhí)行非特權(quán)指令。如果用戶程序企圖在目態(tài)下執(zhí)行特權(quán)指令， 將會引起保護(hù)性中斷，由操作系統(tǒng)終止該程序的執(zhí)行，從而保護(hù)了操作系統(tǒng)。2. 何謂特權(quán)指令？舉例說明之。如果允許用戶進(jìn)程執(zhí)行特權(quán)指令會帶來什么后果？答：在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中，一般都提供一些專門供操作系統(tǒng)使用的特殊指令，這些指令只能在管態(tài)執(zhí)行，稱為特權(quán)指令。

2、這些指令包括：停機(jī)指令、置PSW旨令、中斷操作指令（開中斷、關(guān)中斷、屏蔽中斷）、輸入輸出指令等。用戶程序不能執(zhí)行這些特權(quán)指令。如果允許用戶程 序執(zhí)行特權(quán)指令，有可能干擾操作系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至有可能使整個系統(tǒng)崩潰。3 中斷向量在機(jī)器中的存儲位置是由硬件確定的，還是由軟件確定的？答：中斷向量在機(jī)器中的存放位置是由硬件確定的。例如，在INTEL 80x86 CPU中，內(nèi)存空間0x00000 0x003ff為中斷向量空間。4 中斷向量的內(nèi)容是由操作系統(tǒng)程序確定的，還是由用戶程序確定的？答：由操作系統(tǒng)程序確定的。向量的內(nèi)容包括中斷處理程序的入口地址和程序狀態(tài)字（中斷處理程序運(yùn)行環(huán)境），中斷處理程序是由

3、操作系統(tǒng)裝入內(nèi)存的，操作系統(tǒng)將根據(jù)裝入的實(shí)際地址和該中斷處理程序的運(yùn)行環(huán)境來填寫中斷向量。5 .中斷向量內(nèi)的處理機(jī)狀態(tài)位應(yīng)當(dāng)標(biāo)明是管態(tài)還是目態(tài)？為什么？答：應(yīng)當(dāng)標(biāo)明是管態(tài)。這樣才能保證中斷發(fā)生后進(jìn)入操作系統(tǒng)規(guī)定的中斷處理程序。6 .中斷與程序并發(fā)之間的關(guān)系是什么？答：中斷是程序并發(fā)的前提條件。如果沒有中斷，操作系統(tǒng)不能獲得系統(tǒng)控制權(quán)，無法按調(diào)度算法對處機(jī)進(jìn)行重新分配，一個程序?qū)⒁恢边\(yùn)行到結(jié)束而不會被打斷。7 .說明“?！焙汀岸选钡牟顒e.答：棧是一塊按后進(jìn)先出規(guī)則訪問的存儲區(qū)域，用來實(shí)現(xiàn)中斷嵌套和子程序調(diào)用的參數(shù)和返回?cái)帱c(diǎn)。堆雖然是一塊存儲區(qū)域，但是對堆的訪問是任意的，沒有后進(jìn)先出的要求，堆主要

4、用來為動態(tài)變量分配存儲空間。&何謂系統(tǒng)棧？何謂用戶棧？系統(tǒng)棧有何用途？用戶棧有何用途？答：系統(tǒng)棧是內(nèi)存中屬于操作系統(tǒng)空間的一塊固定區(qū)域，其主要用途為：（1）保存中斷現(xiàn)場，對于嵌套中斷，被中斷程序的現(xiàn)場信息依次壓入系統(tǒng)棧，中斷返回時逆序彈出；（2）保存操作系統(tǒng)子程序間相互調(diào)用的參數(shù)、返回值、返回點(diǎn)、以及子程序的局部變量。 用戶棧是用戶進(jìn)程空間中的一塊區(qū)域，用于保存用戶進(jìn)程的子程序間相互調(diào)用的參數(shù)、返回值、返回點(diǎn)、 以及子程序的局部變量。9 用戶堆棧段的長度為何無法確定？答：用戶堆棧段的長度主要取決于兩個因素：(1)用戶進(jìn)程(線程)中子程序(函數(shù))之間的嵌套調(diào)用深度；(2)子程序參數(shù)和局部

5、變量的數(shù)量及類型。這些在進(jìn)程(線程)運(yùn)行 前無法確定，由此導(dǎo)致用戶堆棧段的長度無法確定。10 堆棧段的動態(tài)擴(kuò)充為何可能導(dǎo)致進(jìn)程空間的搬遷?答：堆棧段的擴(kuò)充需要在原來進(jìn)程空間大小的基礎(chǔ)上增添新的存儲區(qū)域，而且通常要求與原來存儲區(qū)域連續(xù)。由于原存放位置處可擴(kuò)展的區(qū)域可能已經(jīng)被其它進(jìn)程占用，故可能需要將整個進(jìn)程空間搬遷到另外一個區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)地址空間擴(kuò)展要求。11 何謂并行？何謂并發(fā)？在單處理機(jī)系統(tǒng)中， 下述并行和并發(fā)現(xiàn)象哪些可能發(fā)生，哪些不會發(fā)生？(1) 進(jìn)程與進(jìn)程之間的并行；(2) 進(jìn)程與進(jìn)程之間的并發(fā)；(3) 處理機(jī)與設(shè)備之間的并行；(4) 處理機(jī)與通道之間的并行；(5) 通道與通道之間的并行；

6、(6) 設(shè)備與設(shè)備之間的并行。答：所謂并行是指同一時刻同時進(jìn)行，進(jìn)程并行需要多處理器的支持；所謂并發(fā)，是指在一段時間內(nèi)，多個進(jìn)程都在向前推進(jìn)，而在同一時刻，可能只有一個進(jìn)程在執(zhí)行，多個進(jìn)程輪流使用處理器。在單處理器系統(tǒng)中，可能發(fā)生的并行和并發(fā)現(xiàn)象如下：(2) 進(jìn)程與進(jìn)程之間的并發(fā)。例如，在Windows操作系統(tǒng)中，mp3播放進(jìn)程和 Word字處理進(jìn)程可以并發(fā)執(zhí)行，這樣用戶就可以邊聽音樂邊寫文章了。(3) 處理機(jī)與設(shè)備之間的并行。例如，當(dāng)處理機(jī)進(jìn)行科學(xué)運(yùn)算時，打印機(jī)可以打印文檔。(4) 處理機(jī)與通道之間的并行。通道程序的執(zhí)行可與處理機(jī)的操作并行。(5) 通道與通道之間的并行。通常一個系統(tǒng)中有多個

7、通道，這些通道可以并行地執(zhí)行相應(yīng)的 通道程序。(6) 設(shè)備與設(shè)備之間的并行。例如打印機(jī)打印文檔時，磁帶機(jī)在輸入數(shù)據(jù)。12 .何謂作業(yè)？它包括哪幾個部分？各部分用途是什么？答：所謂作業(yè)是指用戶要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為其完成的計(jì)算任務(wù)的集合，一個作業(yè)通常包括程序、程序所處理的數(shù)據(jù)以及作業(yè)說明書。程序用來完成特定的功能，數(shù)據(jù)是程序處理的對象， 作業(yè)說明書用來說明作業(yè)處理的步驟。13 從透明性和資源共享兩方面，說明網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與分布式操作系統(tǒng)之間的差別。答：從透明性上看，分布式操作系統(tǒng)優(yōu)于網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)用戶能夠感覺到所訪問的資源是在本地還是在遠(yuǎn)地； 而在分布式系統(tǒng)中，用戶感覺不到所訪問的資源是否在本地。分

8、布式操作系統(tǒng)掩蓋了資源在地理位置上的差異。從資源共享上看，分布式操作系統(tǒng)比網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)能共享更多的資源。在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中，一個計(jì)算任務(wù)不能由一臺主機(jī)任意遷移到另外一 臺主機(jī)上運(yùn)行；而在分布式操作系統(tǒng)中， 所有作業(yè)可以由一臺主機(jī)任意遷移到另外一臺主機(jī) 上處理，即可實(shí)現(xiàn)處理機(jī)和存儲資源的共享，從而達(dá)到整個系統(tǒng)的負(fù)載平衡。14 為什么構(gòu)成分布式系統(tǒng)的主機(jī)一般都是相同的或兼容的？答：這樣更有利于進(jìn)程的動態(tài)遷移。 如果主機(jī)不兼容，則在一臺主機(jī)上能運(yùn)行的進(jìn)程，因所用指令系統(tǒng)不同，在另一臺主機(jī)上可能無法運(yùn)行， 導(dǎo)致進(jìn)程難于在不同主機(jī)間遷移， 使得分 布式系統(tǒng)難于實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡。15 為什么嵌入式操作系統(tǒng)通常采

9、用微內(nèi)核結(jié)構(gòu)？答：嵌入式操作系統(tǒng)與一般操作系統(tǒng)相比具有比較明顯的差別：（1）嵌入式操作系統(tǒng)規(guī)模一般較小，因?yàn)橐话阌布渲幂^低，而且對操作系統(tǒng)提供的功能要求也不高。（2）應(yīng)用領(lǐng)域差別大，對于不同的應(yīng)用領(lǐng)域其硬件環(huán)境和設(shè)備配置情況有明顯差別。所以，嵌入式操作系統(tǒng)一般采用微內(nèi)核（micro kernel）結(jié)構(gòu)。微內(nèi)核包括如下基本成分：（1）處理機(jī)調(diào)度；（2）基本內(nèi)存管理；（3）通訊機(jī)制；（4）電源管理。二、進(jìn)程管理習(xí)題及解答：1. 為何引入多道程序設(shè)計(jì) ？在多道程序系統(tǒng)中，內(nèi)存中作業(yè)的道數(shù)是否越多越好？請說明原因。答：引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)是為了提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的利用率。在多道程序系統(tǒng)中，內(nèi)存中作業(yè)

10、的道數(shù)并非越多越好。一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的內(nèi)存、外設(shè)等資源是有限的，只能容納適 當(dāng)數(shù)量的作業(yè)，當(dāng)作業(yè)道數(shù)增加時， 將導(dǎo)致對資源的競爭激烈，系統(tǒng)開銷增大，從而導(dǎo)致作 業(yè)的執(zhí)行緩慢，系統(tǒng)效率下降。2. 什么是進(jìn)程？進(jìn)程具有哪些主要特性 ？比較進(jìn)程與程序之間相同點(diǎn)與不同點(diǎn).答：進(jìn)程是具有一定獨(dú)立功能的程序關(guān)于一個數(shù)據(jù)集合的一次運(yùn)行活動。進(jìn)程具有以下主要特性：（1）并發(fā)性：可以與其它進(jìn)程一道在宏觀上同時向前推進(jìn)。（2）動態(tài)性：進(jìn)程是執(zhí)行中的程序。此外進(jìn)程的動態(tài)性還體現(xiàn)在如下兩個方面：首先，進(jìn)程是動態(tài)產(chǎn)生、 動態(tài)消亡的；其次，在進(jìn)程的生存期內(nèi)，其狀態(tài)處于經(jīng)常性的動態(tài)變化之中。（3）獨(dú)立性：進(jìn)程是調(diào)度的基本單

11、位，它可以獲得處理機(jī)并參與并發(fā)執(zhí)行。（4 ）交往性：進(jìn)程在運(yùn)行過程中可能會與其它進(jìn)程發(fā)生直接或間接的相互作用。（5）異步性：每個進(jìn)程都以其相對獨(dú)立、不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。（6）結(jié)構(gòu)性：每個進(jìn)程有一個控制塊PCB進(jìn)程和程序的相同點(diǎn)：程序是構(gòu)成進(jìn)程的組成部分之一，一個進(jìn)程存在的目的就是執(zhí)行其所對應(yīng)的程序，如果沒有程序，進(jìn)程就失去了其存在的意義。進(jìn)程與程序的差別：（1）程序是靜態(tài)的，而進(jìn)程是動態(tài)的；（2）程序可以寫在紙上或在某一存儲介質(zhì)上長期保存，而進(jìn)程具有生存期，創(chuàng)建后存在，撤銷后消亡；（3） 個程序可以對應(yīng)多個進(jìn)程，但一個進(jìn)程只能對應(yīng)一個程序；例如，一組學(xué)生在一個分時系統(tǒng)中做C語言實(shí)習(xí)，他們都

12、需要使用 C語言的編譯程序?qū)ζ湓闯绦蜻M(jìn)行編譯，為此每個學(xué)生都需要有一個進(jìn)程，這些進(jìn)程都運(yùn)行 C語言的編譯程序。另外，一個程序的多次執(zhí)行也分別對應(yīng)不同的進(jìn) 程。3. 有人說，用戶進(jìn)程所執(zhí)行的程序一定是用戶自己編寫的。這種說法對嗎？如不對舉例說明之。答：這種說法不對。例如，C編譯程序以用戶進(jìn)程身份運(yùn)行，但C編譯程序一般并不是用戶自己編寫的。此外還有調(diào)試程序、字處理程序等工具軟件。4. 什么是進(jìn)程上下文？進(jìn)程上下文包括哪些成分？哪些成分對目態(tài)程序是可見的？答：進(jìn)程是在操作系統(tǒng)支持下運(yùn)行的，進(jìn)程運(yùn)行時操作系統(tǒng)需要為其設(shè)置相應(yīng)的運(yùn)行環(huán)境，如系統(tǒng)堆棧、地址映射寄存器、打開文件表、PSW與 PC通用寄存器等

13、。在UNIX System V中，將進(jìn)程的物理實(shí)體與支持進(jìn)程運(yùn)行的物理環(huán)境合稱為進(jìn)程上下文（process con text）,進(jìn)程上下文包括三個組成部分：用戶級上下文。是由用戶進(jìn)程的程序塊、用戶數(shù)據(jù)塊（含共享數(shù)據(jù)塊）和用戶堆棧組成的 進(jìn)程地址空間。系統(tǒng)級上下文。包括進(jìn)程控制塊、內(nèi)存管理信息、進(jìn)程環(huán)境塊，以及系統(tǒng)堆棧等組成的進(jìn) 程地址空間寄存器上下文。由程序狀態(tài)字寄存器、各類控制寄存器、地址寄存器、通用寄存器、用戶 堆棧指針等組成。其中用戶級上下文和部分寄存器上下文對目態(tài)程序是可見的。5. 進(jìn)程一般具有哪三個主要狀態(tài)？舉例說明狀態(tài)轉(zhuǎn)換的原因。答：進(jìn)程在其生存期內(nèi)可能處于如下三種基本狀態(tài)之一：（

14、1）運(yùn)行態(tài)（Run）:進(jìn)程占有處理機(jī)資源，正在運(yùn)行。 顯然，在單處理機(jī)系統(tǒng)中任一時刻只能有一個進(jìn)程處于此種狀態(tài) ；（2）就緒態(tài)（Ready）:進(jìn)程本身具備運(yùn)行條件，但由于處理機(jī)的個數(shù)少于可運(yùn)行進(jìn)程的個數(shù)，暫未投入運(yùn)行。即相當(dāng)于等待處理機(jī)資源(3) 等待態(tài)(Wait): 也稱掛起態(tài)(Suspended)、封鎖態(tài)(Blocked)、睡眠態(tài)(Sleep)。 進(jìn)程本 身不具備運(yùn)行條件，即使分給它處理機(jī)也不能運(yùn)行。進(jìn)程正等待某一個事件的發(fā)生，如等待某一資源被釋放，等待與該進(jìn)程相關(guān)的I/O傳輸?shù)耐瓿尚盘柕?。進(jìn)程的三個基本狀態(tài)之間是可以相互轉(zhuǎn)換的。 具體地說，當(dāng)一個就緒進(jìn)程獲得處理機(jī)時， 其 狀態(tài)由就緒變?yōu)?/p>

15、運(yùn)行； 當(dāng)一個運(yùn)行進(jìn)程被剝奪處理機(jī)時， 如用完系統(tǒng)分給它的時間片、 出現(xiàn) 更高優(yōu)先級別的其它進(jìn)程， 其狀態(tài)由運(yùn)行變?yōu)榫途w； 當(dāng)一個運(yùn)行進(jìn)程因某事件受阻時， 如所 申請資源被占用、啟動I/O傳輸未完成，其狀態(tài)由運(yùn)行變?yōu)榈却?；?dāng)所等待事件發(fā)生時，如得到申請資源、I/O傳輸完成，其狀態(tài)由等待變?yōu)榫途w。6. 有幾種類型進(jìn)程隊(duì)列？每類各應(yīng)設(shè)置幾個隊(duì)列？答：通常，系統(tǒng)中的進(jìn)程隊(duì)列分為如下三類：(1) 就緒隊(duì)列：整個系統(tǒng)一個。所有處于就緒狀態(tài)的進(jìn)程按照某種組織方式排在這一隊(duì)列中， 進(jìn)程入隊(duì)列和出隊(duì)列的次序與處理機(jī)調(diào)度算法有關(guān)。在某些系統(tǒng)中，就緒隊(duì)列可能有多個， 用以對就緒進(jìn)程分類，以方便某種調(diào)度策略的實(shí)施。

16、(2) 等待隊(duì)列：每個等待事件一個，當(dāng)進(jìn)程等待某一事件時，進(jìn)入與該事件相關(guān)的等待隊(duì)列中；當(dāng)某事件發(fā)生時，與該事件相關(guān)的一個或多個進(jìn)程離開相應(yīng)的等待隊(duì)列，進(jìn)入就緒隊(duì)列。 運(yùn)行隊(duì)列：在單CPU系統(tǒng)中只有一個，在多CPU系統(tǒng)中每個CPU各有一個，每個隊(duì)列中 只有一個進(jìn)程，指向運(yùn)行隊(duì)列頭部的指針被稱作運(yùn)行指示字。7. 線程控制塊TCB中一般應(yīng)包含那些內(nèi)容？答：一般TCB中的內(nèi)容較少，因?yàn)橛嘘P(guān)資源分配等多數(shù)信息已經(jīng)記錄于所屬進(jìn)程的PCE中. TCB中的主要信息包括線程標(biāo)識、線程狀態(tài)、調(diào)度參數(shù)、現(xiàn)場、鏈接指針，其中現(xiàn)場信息主要包 括通用寄存器、指令計(jì)數(shù)器PC以及用戶棧指針對于操作系統(tǒng)支持的線程，TCE中還

17、應(yīng)包含系統(tǒng)棧指針。8. 同一進(jìn)程中的多個線程有哪些成分是共用的，哪些成分是私用的？答：同一進(jìn)程中的多個線程共享進(jìn)程獲得的主存空間和資源，包括代碼區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)、動態(tài)堆空間。線程的私有成分包括：線程控制塊；一個執(zhí)行棧；運(yùn)行時動態(tài)分給線程的寄存器。9. 比較用戶級線程與系統(tǒng)級線程間在以下方面的差別和各自的優(yōu)缺點(diǎn)。(1)創(chuàng)建速度；(2)切換速度；(3)并行性；(4)TCB的存儲位置答:用戶級線程由系統(tǒng)庫支持。線程的創(chuàng)建和撤銷，以及線程狀態(tài)的變化都由庫函數(shù)控制并 在目態(tài)完成，與線程相關(guān)的控制結(jié)構(gòu) TCE保存在目態(tài)空間并由運(yùn)行系統(tǒng)維護(hù)。由于線程對操作系統(tǒng)不可見，系統(tǒng)調(diào)度仍以進(jìn)程為單位，核心棧的個數(shù)與進(jìn)程個數(shù)

18、相對應(yīng)。用戶級別線程的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)線程不依賴于操作系統(tǒng)，可以采用與問題相關(guān)的調(diào)度策略， 靈活性好；(2)同一進(jìn)程中的線程切換不需進(jìn)入操作系統(tǒng)，因而實(shí)現(xiàn)效率較高。缺點(diǎn)在于：(1)同一進(jìn)程中的多個線程不能真正并行，即使在多處理機(jī)環(huán)境中；(2)由于線程對操作系統(tǒng)不可見，調(diào)度在進(jìn)程級別，某進(jìn)程中的一個線程通過系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)入操作系統(tǒng)受阻，該進(jìn)程的其它線程也不能運(yùn)行。核心級別線程通過系統(tǒng)調(diào)用由操作系統(tǒng)創(chuàng)建，線程的控制結(jié)構(gòu)TCB保存于操作系統(tǒng)空間， 線程狀態(tài)轉(zhuǎn)換由操作系統(tǒng)完成， 線程是CPU調(diào)度的基本單位。另外由于系統(tǒng)調(diào)度以線程為單位， 操作系統(tǒng)還需要為每個線程保持一個核心棧。核心級線程的優(yōu)點(diǎn)是并發(fā)性好，

19、在多CPU環(huán)境中同一進(jìn)程中的多個線程可以真正并行執(zhí)行。核心級別線程的缺點(diǎn)是線程控制和狀態(tài)轉(zhuǎn)換需要進(jìn)入操作系統(tǒng)完成，系統(tǒng)開銷比較大。10. 何謂作業(yè)？何謂作業(yè)步？作業(yè)何時轉(zhuǎn)為進(jìn)程 ？答：作業(yè)是早期批處理系統(tǒng)引入的一個概念。用戶要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為其完成的計(jì)算任務(wù)的集合稱為作業(yè)，分時用戶在一次登錄后所進(jìn)行的交互過程也常被看作一個作業(yè)。一般來說，作業(yè)是比進(jìn)程大的一個概念，一個作業(yè)通常包含多個計(jì)算步驟， 作業(yè)中一個相對獨(dú)立的處理步驟稱為一個作業(yè)步。當(dāng)作業(yè)被作業(yè)調(diào)度程序選中并調(diào)入內(nèi)存時，將按作業(yè)步創(chuàng)建相應(yīng)進(jìn)程。作業(yè)步驟之間具有順序或并發(fā)關(guān)系。一個作業(yè)步通常可以由一個進(jìn)程來完成， 這樣一個作業(yè)在內(nèi)存處理時通常

20、與多個進(jìn)程相對應(yīng)，即作業(yè)與進(jìn)程具有一對多的關(guān)系。11. 分析作業(yè)、進(jìn)程、線程三者之間的關(guān)系。答：一個作業(yè)被調(diào)入內(nèi)存執(zhí)行時可能要為其創(chuàng)建多個進(jìn)程，進(jìn)程是資源分配的基本單位，一個進(jìn)程可能對應(yīng)若干個線程，線程是處理器調(diào)度的基本單位。12. 何謂系統(tǒng)開銷？試舉三個例子說明之。答：運(yùn)行操作系統(tǒng)程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理所花費(fèi)的時間和空間稱為系統(tǒng)開銷。例如，操作系統(tǒng)的內(nèi)核要占用內(nèi)存空間， 頁面調(diào)度時需占用設(shè)備資源并消耗處理機(jī)時間，進(jìn)程切換時也要占用處理器時間。三、處理機(jī)調(diào)度習(xí)題及解答：1. 試說明下述概念之間的聯(lián)系與差別：(1) 系統(tǒng)調(diào)用命令(2)訪管指令(3)廣義指令答：訪管指令由指令碼和訪管中斷號兩部分組成。

21、即：SVC n其中SVC(SuperVisor Call) 為指令碼，表明為訪管指令；n為訪管中斷號，其值是一整數(shù)， 具體表示何種訪問要求。中斷發(fā)生時，硬件中斷裝置將訪管中斷號n送入舊的程序狀態(tài)字內(nèi)的中斷碼字段，訪管中斷總控程序由系統(tǒng)堆棧中將其取出，并據(jù)此轉(zhuǎn)入對應(yīng)的服務(wù)程序。在實(shí)際使用時，用戶程序與操作系統(tǒng)之間還需要相互傳遞參數(shù)和返回值。如此，用戶使用訪管指令的一般形式為：準(zhǔn)備參數(shù)SVC n取返回值根據(jù)具體訪管要求約定，參數(shù)及返回值可以通過寄存器傳遞，也可以通過內(nèi)存?zhèn)鬟f。對于后者，操作系統(tǒng)必須能夠訪問進(jìn)程空間。通常將稱為系統(tǒng)調(diào)用命令，它除訪管指令外，還有準(zhǔn)備參數(shù)和取返回值。為了使用方便，在高級

22、語言中一般將其寫為與過程調(diào)用相類似的形 式，即:返回值=系統(tǒng)調(diào)用名稱（參數(shù)1,參數(shù)2,參數(shù)m）; 當(dāng)然，編譯程序會將翻譯成形如的形式。其中系統(tǒng)調(diào)用名稱對應(yīng)，不同的系統(tǒng)調(diào)用名稱對應(yīng)不同的整數(shù) n。在有的書中，也將稱為代表的宏指令或廣義指令。2. 為什么說中斷是進(jìn)程切換的必要條件，但不是充分條件？答：假如在時刻T1與時刻T2之間發(fā)生了進(jìn)程切換， 則在時刻T1與時刻T2之間一定執(zhí)行了 處理機(jī)調(diào)度程序，而處理機(jī)調(diào)度程序是操作系統(tǒng)低層中的一個模塊，運(yùn)行于管態(tài)，說明在T1與T2時刻之間處理機(jī)狀態(tài)曾由目態(tài)轉(zhuǎn)換到管態(tài)。由于中斷是系統(tǒng)由目態(tài)轉(zhuǎn)換為管態(tài)的必要條件，所以在時刻T1與時刻T2之間一定發(fā)生過中斷， 也就

23、是說，中斷是進(jìn)程切換的必要 條件，然而中斷不是進(jìn)程切換的充分條件。例如：一個進(jìn)程執(zhí)行一個系統(tǒng)調(diào)用命令將一個消息發(fā)給另外一個進(jìn)程，該命令的執(zhí)行將通過中斷進(jìn)入操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)處理完消息的發(fā)送工作后可能返回原調(diào)用進(jìn)程，此時中斷未導(dǎo)致進(jìn)程切換；也可能選擇一個新的進(jìn)程，此時中斷導(dǎo)致了進(jìn)程切換。3試分析中斷與進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換之間的關(guān)系。答：進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換是由內(nèi)核控制的，如果一個進(jìn)程的狀態(tài)發(fā)生了改變，則在新舊狀態(tài)之間一定發(fā)生了處理機(jī)狀態(tài)由目態(tài)到管態(tài)的轉(zhuǎn)換，而中斷是處理機(jī)狀態(tài)由目態(tài)轉(zhuǎn)換到管態(tài)的必要條件，所以中斷也是進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的必要條件。4.中斷發(fā)生時，舊的 PSW和PC為何需要壓入系統(tǒng)棧？答：因?yàn)橥ǔＶ袛嗵幚沓?/p>

24、序的最后一條指令是中斷返回指令，該指令從系統(tǒng)棧頂彈出斷點(diǎn)信息，如果未將PSW和PC壓入系統(tǒng)棧，則中斷返回指令彈出的不是中斷前的斷點(diǎn)信息，而是 不確定的信息，這將導(dǎo)致系統(tǒng)處于不確定的狀態(tài)，嚴(yán)重的情況會使系統(tǒng)崩潰。采用棧結(jié)構(gòu)的原因是中斷可能發(fā)生嵌套，此時能保證以與中斷相反的次序返回上層中斷處理程序或返回目態(tài)。在某些硬件系統(tǒng)中， 沒有采用棧結(jié)構(gòu)，中斷發(fā)生時現(xiàn)場信息被送到系統(tǒng)空間指定單元，對每種中斷硬件規(guī)定一個現(xiàn)場保存單元，這樣處理的缺點(diǎn)是中斷類型不能增加，相同類型中斷不能嵌套發(fā)生。5何謂中斷向量？用戶能否修改中斷向量的值 ？答：當(dāng)中斷事件發(fā)生時，中斷裝置根據(jù)中斷類別自動地將中斷處理程序所對應(yīng)的PSW

25、 PC送入程序狀態(tài)字和指令計(jì)數(shù)器中，如此便轉(zhuǎn)移到對應(yīng)的中斷處理程序。這個轉(zhuǎn)移類似于向量轉(zhuǎn)移，因而PSW和PC被稱為中斷向量。用戶不能修改中斷向量的值，因?yàn)樾薷闹袛嘞蛄渴?特權(quán)指令，普通用戶程序不能執(zhí)行特權(quán)指令。另外，如果允許用戶修改中斷向量的值，那么用戶就可以破壞中斷向量與處理程序之間的聯(lián)系，并可能攻擊系統(tǒng)。例如將中斷向量與一段病毒程序聯(lián)系起來，使中斷發(fā)生時便執(zhí)行病毒程序，從而破壞計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。6. 中斷向量的存儲位置是否可由程序改變？為什么？中斷向量的值是如何確定的 ？答：中斷向量的存儲位置是由硬件確定的，不能由程序改變。中斷發(fā)生后，中斷裝置按照中斷類型到內(nèi)存指定位置取出中斷向量。例如，在IB

26、M PC系統(tǒng)中，地址00003FF是中斷向量空間。操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者根據(jù)各中斷事件處理程序的存儲位置及運(yùn)行環(huán)境確定對應(yīng)中斷向量 的值，系統(tǒng)啟動時由初始化程序?qū)⒃撝堤钊胫付ㄎ恢谩?. 有人說，中斷發(fā)生后硬件中斷裝置保證處理機(jī)進(jìn)入管態(tài)，這種說法準(zhǔn)確嗎？說明理由。答：這種說法不準(zhǔn)確。中斷發(fā)生后， 硬件中斷裝置負(fù)責(zé)引出中斷處理程序， 中斷處理程序是 否運(yùn)行于管態(tài)取決于 PSW中的處理機(jī)狀態(tài)位，該位的值是操作系統(tǒng)初始化時設(shè)置的， 只有在 初試化程序正確設(shè)置該狀態(tài)位的前提下，才能保證中斷后系統(tǒng)進(jìn)入管態(tài)。8. 為什么在中斷處理過程中通常允許高優(yōu)先級別的中斷事件中途插入，而不響應(yīng)低優(yōu)先級別的中斷事件？答：根據(jù)引

27、起中斷事件的重要性和其緊迫程度，硬件將中斷源分為若干個級別， 稱作中斷優(yōu)先級。如果有多個中斷同時發(fā)生， 硬件將首先響應(yīng)優(yōu)先級別最高的中斷請求。對于相同優(yōu)先級別的中斷，硬件將按照事先規(guī)定好的次序依次響應(yīng)。在中斷事件的處理過程中可能會發(fā)生新的中斷，這就是中斷嵌套。中斷嵌套是必要的。但是，如果不加以控制，低優(yōu)先級別的中斷源可能打擾高優(yōu)先級別中斷事件的處理過程，甚至可能會使中斷嵌套層數(shù)無限增長，直至系統(tǒng)棧溢出。為此， 硬件提供了中斷屏蔽指令，利用中斷屏蔽指令可以暫時禁止任意一個或多個中斷源向處理機(jī)發(fā)中斷請求。當(dāng)然，在需要的時候還可以利用硬件指令解除對中斷源的屏蔽。通常，在一個中斷事件的處理過程中，程序

28、屏蔽包括該級在內(nèi)的所有低優(yōu)先級別的中斷，但允許更高優(yōu)先級別的中斷中途插入。這樣， 發(fā)生中斷嵌套時，嵌套中斷事件的優(yōu)先級別是按照響應(yīng)的順序依次遞增的。這樣做處理主要有兩個原因：（1）從邏輯上來說，高優(yōu)先級別中斷源所對應(yīng)的事件比低優(yōu)先級別中斷源所對 應(yīng)的中斷事件急迫；（2）由于硬件中斷類型是有限的，這樣做實(shí)際上也就限制了中斷嵌套的 深度。9. 為什么說“關(guān)中斷”會影響系統(tǒng)的并發(fā)性答：考慮單處理機(jī)系統(tǒng)。 在單處理機(jī)系統(tǒng)中， 并發(fā)是通過將處理機(jī)輪流分配給多個進(jìn)程而實(shí) 現(xiàn)的，這個分配是由操作系統(tǒng)中處理機(jī)調(diào)度程序完成的。中斷是進(jìn)程切換的必要條件，如果關(guān)了中斷，則操作系統(tǒng)無法獲得處理機(jī)的控制權(quán)，也就無法使多

29、個進(jìn)程分時共享處理機(jī)。在關(guān)中斷期間，一個進(jìn)程獨(dú)占處理機(jī)。所以說“關(guān)中斷”會影響系統(tǒng)的并發(fā)性10. 假如關(guān)中斷后操作系統(tǒng)進(jìn)入了死循環(huán)，會產(chǎn)生什么后果？答：系統(tǒng)不響應(yīng)任何外部干預(yù)事件，系統(tǒng)表現(xiàn)為“死機(jī)”。11. 為什么不允許目態(tài)程序執(zhí)行關(guān)中斷指令及中斷屏蔽指令？答：開關(guān)中斷指令和中斷屏蔽指令屬于特權(quán)指令，一般用戶無權(quán)訪問。如果允許用戶使用， 用戶關(guān)中斷后可能影響系統(tǒng)對內(nèi)部或外部事件的響應(yīng)，也會使操作系統(tǒng)無法獲得系統(tǒng)控制 權(quán)。12. 如果沒有中斷，是否能夠?qū)崿F(xiàn)多道程序設(shè)計(jì)？為什么？答：不能。因?yàn)橐粋€程序一旦被調(diào)度執(zhí)行，將一直執(zhí)行下去，中間不可能被打斷，不可能達(dá) 到多個進(jìn)程交替執(zhí)行的并發(fā)目的。13.

30、下列中斷源哪些通常是可以屏蔽的，哪些通常是不可屏蔽的？（1） I/O 中斷；（2）訪管中斷；（3）時鐘中斷；（4）掉電中斷。答：（1） I/O中斷可以屏蔽；（2）訪管中斷不可以屏蔽；（3）時鐘中斷可以屏蔽；（4）掉電 中斷不可以屏蔽。對于訪管中斷來說，若在管態(tài)屏蔽沒有意義（不會發(fā)生訪管中斷）；若在目態(tài)屏蔽，則應(yīng)用程序無法訪問操作系統(tǒng)，不能正常運(yùn)行。14. 下列中斷事件哪些可由用戶自行處理？哪些只能由操作系統(tǒng)中斷服務(wù)程序統(tǒng)一處理？為什么？（1）溢出；（2）地址越界；（3）除零；（4）非法指令；（5）掉電答：一般來說，只影響應(yīng)用程序自身的中斷，可以由用戶自行處理，包括：（1）溢出；（3）除 零。可

31、能影響其它用戶或操作系統(tǒng)的中斷只能由操作系統(tǒng)中斷服務(wù)程序統(tǒng)一處理，包括：（2）地址越界；（4）非法指令；（5）掉電。15. 如果中斷由用戶程序自行處理，為何需要將被中斷程序的斷點(diǎn)由系統(tǒng)堆棧彈出并壓入用戶堆棧？答：中斷發(fā)生時，被中斷程序的現(xiàn)場信息已被壓入系統(tǒng)棧中。而中斷續(xù)元運(yùn)行于目態(tài)，它執(zhí)行完畢后將由用戶棧區(qū)中恢復(fù)現(xiàn)場。為此，操作系統(tǒng)在轉(zhuǎn)到中斷續(xù)元之前應(yīng)當(dāng)將系統(tǒng)棧中的現(xiàn)場信息彈出并壓入用戶棧中，否則用戶中斷續(xù)元執(zhí)行完畢后將無法恢復(fù)現(xiàn)場返回?cái)帱c(diǎn)。16. 對于下面中斷與進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換之間的關(guān)系各舉兩個例子說明之：（1）定會引起進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的中斷事件；（2）可能引起進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的中斷事件。答：定會引起進(jìn)

32、程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的中斷事件：當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程終止、應(yīng)用程序啟動I/O傳輸并等待I/O數(shù)據(jù)、運(yùn)行程序申請當(dāng)前被占用的某一資源。可能引起進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的中斷事件：時鐘 中斷事件可能引起進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換，例如對于時間片輪轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度算法，若時鐘中斷發(fā)生后， 當(dāng)前進(jìn)程的時間片已用完，則將發(fā)生進(jìn)程切換；否則不發(fā)生進(jìn)程切換。17. 若在T1時刻進(jìn)程P1運(yùn)行，T2時刻進(jìn)程P2運(yùn)行，且P1M P2,則在時刻T1和時刻T2期間之內(nèi)一定發(fā)生過中斷。這種說法對嗎？為什么？答：這種說法對。如果在時刻T1進(jìn)程P1在運(yùn)行，在時刻 T2進(jìn)程P2在運(yùn)行，且P1M P2,則說在時刻 T1和時 刻T2之間發(fā)生了進(jìn)程切換。這說明在時刻T1和時刻T2

33、之間執(zhí)行了處理機(jī)調(diào)度程序，而處理機(jī)調(diào)度程序是操作系統(tǒng)低層中的一個模塊，在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中， 除非顯式地調(diào)用到該模塊，否則系統(tǒng)不會由運(yùn)行一個進(jìn)程轉(zhuǎn)去運(yùn)行另外一個進(jìn)程，就是說不會發(fā)生進(jìn)程切換。只有進(jìn)入操作系統(tǒng)，即處于系統(tǒng)態(tài)，才有可能調(diào)用到處理機(jī)調(diào)度，因?yàn)樘幱谟脩魬B(tài)運(yùn)行的用戶程序不可能直接調(diào)用操作系統(tǒng)中的任何模塊。中斷是系統(tǒng)由用戶態(tài)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)態(tài)的必要條件。據(jù)此，假如在時刻T1與時刻T2之間發(fā)生了進(jìn)程切換， 則在時刻T1與時刻T2之間一定 發(fā)生過中斷。18. 進(jìn)程切換時，上升進(jìn)程的PSW PC為何必須由一條指令同時恢復(fù)答：中斷向量中程序狀態(tài)字 PSW與指令計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容必須由一條指令同時恢復(fù)，這樣才

34、 能保證系統(tǒng)狀態(tài)由管態(tài)轉(zhuǎn)到目態(tài)的同時，控制轉(zhuǎn)到上升進(jìn)程的斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行。如果不同時恢復(fù)，則只能（1）先恢復(fù)PSW再恢復(fù)PC在恢復(fù)PSW后已經(jīng)轉(zhuǎn)到目態(tài)，操作系統(tǒng)恢復(fù) PC 的使命無法完成；（2）先恢復(fù)pc再恢復(fù)PSvy pc改變后轉(zhuǎn)到操作系統(tǒng)另外區(qū)域（因?yàn)閜sw仍為系統(tǒng)狀態(tài)），PSV無法恢復(fù)。19. 某系統(tǒng)采用可搶占處理機(jī)的靜態(tài)優(yōu)先數(shù)調(diào)度算法，請問何時會發(fā)生搶占處理機(jī)的現(xiàn) 象？答：當(dāng)一個新創(chuàng)建的進(jìn)程或一個被喚醒進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)比正在運(yùn)行進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)高時，可能發(fā) 生搶占處理機(jī)現(xiàn)象。20. 在實(shí)時系統(tǒng)中，采用不可搶占處理機(jī)的優(yōu)先數(shù)調(diào)度算法是否適宜？為什么？?為什么？答：不適宜。一旦一個低優(yōu)先數(shù)、需要大量

35、 CPU寸間的進(jìn)程占用處理機(jī)，就會一直運(yùn)行，直 到運(yùn)行結(jié)束，或者直到因某事件而阻塞。 在此之前，即使高優(yōu)先數(shù)的緊急任務(wù)到達(dá)，也得不 到處理，因而可能延誤對重要事件的響應(yīng)和處理。21. 在分時系統(tǒng)中，進(jìn)程調(diào)度是否只能采用時間片輪轉(zhuǎn)算法答：分時系統(tǒng)的特點(diǎn)是要求響應(yīng)速度及時，除RR算法之外，還可以采用可剝奪CPU的動態(tài)優(yōu)先數(shù)調(diào)度算法。如經(jīng)典 UNIX的處理機(jī)調(diào)度算法，由于負(fù)反饋性質(zhì)，算法也可以保證響應(yīng) 速度。22. 有人說，在采用等長時間片輪轉(zhuǎn)處理機(jī)調(diào)度算法的分時操作系統(tǒng)中，各終端用戶所占有處理機(jī)的時間總量是相同的。這種說法對嗎？為什么？答：這種說法不對。因?yàn)樘幚頇C(jī)是分配給進(jìn)程(線程)的，而不同終端

36、用戶可能有不同數(shù)量 的進(jìn)程，一個擁有較多數(shù)量進(jìn)程的終端顯然比擁有較少數(shù)量進(jìn)程的終端獲得CPU的時間要多。23. 對于下述處理機(jī)調(diào)度算法分別畫出進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。(1) 時間片輪轉(zhuǎn)算法；(2) 可搶占處理機(jī)的優(yōu)先數(shù)調(diào)度算法(3) 不可搶占處理機(jī)的優(yōu)先數(shù)調(diào)度算法。答:(1)時間片輪轉(zhuǎn)算法(2)可搶占處理機(jī)的優(yōu)先數(shù)調(diào)度 算法調(diào)度選甲.一_.廣_、調(diào)度選中._r>咅行)<Lil TTil*C就緒L運(yùn)行丿r時間片到、等鈿牛爭件發(fā)生一_等特爭件5導(dǎo)待)(3)不可搶占處理機(jī)的優(yōu)先數(shù)調(diào)度算法圍廈逆畔fxy啊靜(24.舉出兩個例子說明操作系統(tǒng)訪問進(jìn)程空間的必要性。答: 例(1)：進(jìn)程執(zhí)行輸出操作時，通

37、過系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)入系統(tǒng)，由操作系統(tǒng)將待輸出的數(shù)據(jù)由進(jìn) 程空間取出送給指定的外部設(shè)備，為此操作系統(tǒng)必須訪問用戶進(jìn)程空間。例(2)：當(dāng)發(fā)生可由用戶自己處理的中斷事件時，操作系統(tǒng)在轉(zhuǎn)到中斷續(xù)元之前應(yīng)當(dāng)將系 統(tǒng)堆棧中的現(xiàn)場信息彈出并壓入用戶堆棧中，為此操作系統(tǒng)也必須訪問進(jìn)程空間。25 根據(jù)進(jìn)程和線程的組成說明進(jìn)程調(diào)度和線程調(diào)度各需要完成哪些工作。答：進(jìn)程調(diào)度： 地址映射寄存器；（2）用戶棧指針；（3）通用寄存器；PSW與PC線程 調(diào)度：（1）用戶棧指針；（2）通用寄存器；（3）PC。26. 系統(tǒng)資源利用率與系統(tǒng)效率是否一定成正比？如不是，舉例說明之。答：系統(tǒng)效率高則資源利用率高，而反之卻不盡然。例如，在虛

38、擬頁式存儲管理系統(tǒng)中，當(dāng)頁面置換算法不合理或分給進(jìn)程的頁架數(shù)過少時，可能發(fā)生抖動（thrashing），此時I/O設(shè)備很忙碌，但系統(tǒng)效率可能很低。27. 設(shè)有周期性實(shí)時任務(wù)集如下表所示，用EDF算法和RMS算法是否可以調(diào)度？畫出相應(yīng)的Gantt圖。由于； 1因而采用EDF算法一定可以調(diào)度，其Gan ttC1A1B1A2B2C25101510155圖為:0305401555A1B1C1A2B2C2A3B3A4C3101551015510151050 102530|40 1 556070809510511012060由于1J40-11 = 0.780，因而采用RMS算法不可調(diào)度。28.分析Linu

39、x進(jìn)程調(diào)度算法的調(diào)度效果。答：Lin ux在調(diào)度級別上考慮三種特征進(jìn)程：Real-time FIFO, Real-time Rou nd Rob in,Timesharing.調(diào)度基于 Goodness度量指標(biāo)，涉及如下一些參量：Priority: 140（ 缺省值20），可通過nice系統(tǒng)調(diào)用調(diào)整，nice（value） 中value的取值范 圍為（-20,20）之間，以與經(jīng)典UNIX保持兼容，但在內(nèi)部對value值進(jìn)行反向，取priority=20-value 。Quantum:進(jìn)程尚可運(yùn)行的剩余時間.對于運(yùn)行進(jìn)程來說，每個時鐘間任務(wù)發(fā)生周期Ti處理時間CiA3010B4015C505隔（

40、10ms,稱為一個jiffy）,將quantum減1,當(dāng)所有就緒進(jìn)程的 quantum配額下降到0時,重新計(jì)算所有進(jìn)程（包括等待進(jìn)程）的quantum值。Goodness值的計(jì)算方法如下：lf（Real-time）Good ness=1000 + priority;lf（Timeshari ng && qua ntum=0）Good ness=0;lf（Timeshari ng && qua ntum>0）Good ness=qua ntum + priority.調(diào)度發(fā)生在如下時刻：（1）運(yùn)行進(jìn)程的quantum減至0; 運(yùn)行進(jìn)程執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用exit ；

41、運(yùn)行進(jìn)程因等待I/O、信號燈而被封鎖；（4）原來具有高goodness的進(jìn)程被解除封鎖。容易 看出調(diào)度效果：實(shí)時優(yōu)先于分時，交互和 I/O進(jìn)程優(yōu)先于CPU進(jìn)程。四、同步與互斥習(xí)題及解答：1.何謂與時間有關(guān)的錯誤 ？舉例說明之。答：并發(fā)進(jìn)程的執(zhí)行實(shí)際上是進(jìn)程活動的某種交叉，某些交叉次序可能得到錯誤結(jié)果。由于具體交叉的形成與進(jìn)程的推進(jìn)速度有關(guān)，而速度是時間的函數(shù)， 因而將這種錯誤稱為與時間有關(guān)的錯誤。例如，兩個并發(fā)進(jìn)程的程序如下：int n=0; mai n( ) 創(chuàng)建進(jìn)程A; 創(chuàng)建進(jìn)程B; ；B( )while(1)睡眠一段時間；printf( “ %d ,n);n=0; ;A( ) while

42、(1) n+;假設(shè)進(jìn)程A被部署在公園入口的終端上， 用來記錄一段時間內(nèi)進(jìn)入公園的人數(shù)， 進(jìn)程B被部 署在公園的控制中心， 用來輸出一段時間內(nèi)進(jìn)入公園的總?cè)藬?shù)。 進(jìn)程A和進(jìn)程B共享全局變 量n, n表示記錄下的人數(shù)。如果在進(jìn)程 B執(zhí)行完打印語句后被進(jìn)程 A打斷，進(jìn)程A執(zhí)行了 若干次變量自增語句， 之后進(jìn)程B接著執(zhí)行清0語句，那么進(jìn)程A對n的累加丟失了，相當(dāng) 于進(jìn)程B被打斷的這段時間內(nèi)進(jìn)入公園的人沒有被記錄下來。發(fā)生與時間有關(guān)的錯誤。2.有人說，假設(shè)兩個進(jìn)程之間沒有共享內(nèi)存，則二者之間沒有公共變量，這種說法準(zhǔn)確嗎？說明原因。答：如果只從用戶空間考慮，這種說法是正確的。但從操作系統(tǒng)的角度來說并不準(zhǔn)確

43、。兩個沒有公共內(nèi)存的用戶進(jìn)程可能同時（宏觀）進(jìn)入操作系統(tǒng)，并訪問操作系統(tǒng)空間中的公共變量。3何謂忙式等待？是否還有其它方式的等待 ？比較它們之間的聯(lián)系和差別。答：不進(jìn)入等待狀態(tài)的等待稱為忙式等待。另一種等待方式是阻塞式等待，進(jìn)程得不到共享資源時將進(jìn)入阻塞狀態(tài)，讓出CPU合其他進(jìn)程使用。忙等待和阻塞式等待的相同之處在于進(jìn) 程都不具備繼續(xù)向前推進(jìn)的條件，不同之處在于處于忙等待的進(jìn)程不主動放棄CPU盡管CPU可能被剝奪，因而是低效的；而處于阻塞狀態(tài)的進(jìn)程主動放棄CPU因而是高效的。4 下列進(jìn)程互斥方法哪些存在忙式等待問題？（1）軟件：面包店算法（2）硬件：TS指令（3）關(guān)中斷指令答：（1）、（ 2）

44、存在忙等待問題。5 .為何開關(guān)中斷進(jìn)程互斥方法僅在單CPU系統(tǒng)中是有效的？答:關(guān)中斷方法不適用于多 CPU系統(tǒng)，因?yàn)殛P(guān)中斷只能保證 CPU不由一個進(jìn)程切換到另外一 個進(jìn)程，從而防止多個進(jìn)程并發(fā)地進(jìn)入公共臨界區(qū)域。但即使關(guān)中斷后，不同進(jìn)程仍可以在不同CPU上并行執(zhí)行關(guān)于同一組共享變量的臨界區(qū)代碼6 .在多處理機(jī)系統(tǒng)中，軟件互斥方法是否有效？為什么？答：依然有效。多處理機(jī)并行與單處理并發(fā)之間的差別在于程序交叉的粒度，單處理機(jī)機(jī)環(huán)境中進(jìn)程交叉發(fā)生在指令之間，多處理機(jī)環(huán)境中進(jìn)程交叉發(fā)生在指令周期之間。由于純軟件互斥算法并不依賴特殊的硬件指令（如test_and_set），指令之間的交叉與指令周期之間的

45、交叉結(jié)果相同。7 .試分析臨界區(qū)域的大小與系統(tǒng)并發(fā)性之間的關(guān)系。答：關(guān)于同一組變量的臨界區(qū)域是不能并發(fā)執(zhí)行的代碼，臨界區(qū)越大，并發(fā)性越差，因而編寫并發(fā)程序應(yīng)盡量縮小臨界區(qū)域范圍。&設(shè)CR1是關(guān)于一組共享變量 SV1的臨界區(qū)域，CR2是關(guān)于另外一組共享變量 SV2的臨 界區(qū)域，當(dāng)進(jìn)程 P1進(jìn)入CR1時，進(jìn)程P2是否可以進(jìn)入 CR2?為什么？答:可以。因?yàn)榛コ馐窃谧兞考墑e上的，多個進(jìn)程同時進(jìn)入關(guān)于不同變量的臨界區(qū)不會引起與時間有關(guān)的錯誤。9. Lamport面包店互斥算法是否會出現(xiàn)餓死情況？不會，該算法是公平的。假定系統(tǒng)中共有n個進(jìn)程，每個想要進(jìn)入臨界區(qū)域的進(jìn)程（線程）在最壞的情況下需要等

46、待其它n-1個進(jìn)程進(jìn)入并離開臨界區(qū)域之后即可獲得進(jìn)入臨界區(qū)域的機(jī)會，因而存在（忙式）等待的上界。10 .試用信號燈和PV操作實(shí)現(xiàn)臨界區(qū)語句:region < 共享變量 > do < 語句>變量類型 共享變量答：semaphore s=1;P（s）；語句V（s）;11. 由V操作喚醒的進(jìn)程是否一定能夠直接進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)？舉例說明之。答：否。一般來說，喚醒是將進(jìn)程狀態(tài)由等待狀態(tài)變成就緒狀態(tài)，而就緒進(jìn)程何時獲得處理機(jī)則是由系統(tǒng)的處理機(jī)調(diào)度策略確定的。如果采用搶占式優(yōu)先級調(diào)度算法，并且被喚醒的進(jìn)程是當(dāng)前系統(tǒng)中優(yōu)先級最高的進(jìn)程，那么該進(jìn)程將被調(diào)度執(zhí)行，其狀態(tài)變成運(yùn)行態(tài)。如果該進(jìn)程不

47、是系統(tǒng)中優(yōu)先級最高的進(jìn)程或系統(tǒng)采用其它調(diào)度算法，那么該進(jìn)程不會被調(diào)度執(zhí)行， 其狀態(tài)將維持在就緒態(tài)。12. 設(shè)S1和S2為兩個信號燈變量，下列八組P、V操作哪些可以同時進(jìn)行 ？哪些不能同時進(jìn)行？為什么？(1)P(S1) ，P(S2) (2)P(S1)，V(S2)(3)V(S1) ，P(S2) (4)V(S1)，V(S2)(5)P(S1) ，P(S1) (6)P(S2)，V(S2)(7)V(S1) ，P(S1) (8)V(S2)，V(S2)答：能同時進(jìn)行的包括：（1）、（2）、（3）、（4）。這些操作涉及不同信號燈變量，屬于關(guān)于不 同組共享變量的臨界區(qū)。不能同時進(jìn)行的包括：（5）、（6）、（7）、

48、（8）。這些操作涉及相同的信號燈變量，屬于關(guān)于同一組共享變量的臨界區(qū)。13. 對于生產(chǎn)者一消費(fèi)者問題，假設(shè)緩沖區(qū)是無界的，試用信號燈與PV操作給出解法。答：由于是無界緩沖區(qū)，所以生產(chǎn)者不會因得不到緩沖區(qū)而被阻塞，不需要對空緩沖區(qū)進(jìn)行管理，可以去掉在有界緩沖區(qū)中用來管理空緩沖區(qū)的信號量及其PV操作。semaphore mutex_ in=1; semaphore mutex_out=1; semaphore empty=0;int in=0 ，out=0;生產(chǎn)者活動：while(1) produce n ext product; P(mutex_i n);add the product to b

49、ufferi n; in+;v(mutex_i n);V(empty);消費(fèi)者活動：while(1)P(empty);P(mutex_out);take the product from bufferout; out+;V(mutex_out);14. 設(shè)有一個可以裝 A、B兩種物品的倉庫， 其容量無限大，但要求倉庫中 A B兩種物品 的數(shù)量滿足下述不等式：-Me A物品數(shù)量一B物品數(shù)量w N其中M和N為正整數(shù)。 試用信號燈和PV操作描述 A B兩種物品的入庫過程。答：已知條件-MA物品數(shù)量一B物品數(shù)量w N可以拆成兩個不等式，即A物品數(shù)量一B物品數(shù)量w N,B物品數(shù)量一A物品數(shù)量w M這兩個

50、不等式的含義是：倉庫中A物品可以比B物品多，但不能超過 N個；E物品可以比 A物品多，但不能超過 M個。semaphore a=n;semaphore b=m; void mai n()createprocess(A,);createprocess(B,);A物品入庫：B物品入庫:void A() while(1) P(a);A物品入庫;V(b); void B() while(1) P(b);B物品入庫;V(a);15.試用信號燈與PV操作實(shí)現(xiàn)司機(jī)與售票員之間的同步問題。設(shè)公共汽車上有一個司機(jī)和一個售票員，其活動如下圖所示。司機(jī)的活動：Pl：dD7：啟動車輛； 正常疔車； 到站停車；礙h，詹

51、票員的活動：P2:(b:關(guān)車門；口 mFY開車門：Mile ；為了安全起見，顯然要求：(1)關(guān)車門后方能啟動車輛；(2)到站停車后方能開車門。 亦即“啟 動車輛”這一活動應(yīng)當(dāng)在“關(guān)車門”這一活動之后，“開車門”這一活動應(yīng)當(dāng)在“到站停車” 這一活動之后。解：如果進(jìn)程P2尚未推進(jìn)到處時，進(jìn)程P1已經(jīng)推進(jìn)到處，則P1應(yīng)等待直到P2推進(jìn)到處為止；同樣，如果進(jìn)程P1尚未推進(jìn)到處時，進(jìn)程P2已經(jīng)推進(jìn)到處，則 P2應(yīng)等待直到P1推進(jìn)到處為止。如果進(jìn)程P1在處發(fā)生了等待，則當(dāng)進(jìn)程P2執(zhí)行到處時應(yīng)將P1喚醒；同樣，如果進(jìn)程 P2在處發(fā)生了等待，則當(dāng)進(jìn)程P2執(zhí)行到處時應(yīng)將 P1喚醒。用信號量和P、V操作解決這一問

52、題，需要定義兩個信號量，一個信號量start表示是否允許司機(jī)啟動車輛，另一個信號量open表示是否允許售票員開車門。初始狀態(tài)是車停在始發(fā)站，車門開著，等待乘客上車。因此，兩個信號量的初值都是0。semaphore start=0;semaphore ope n=0;司機(jī)的活動P1: do P(start);啟動車輛； 正常行車；售票員的活動P2: do關(guān)車門；V(start);隹西-口,到站停車V(ope n);while (1);P(ope n);開車門；while (1);16.設(shè)有A、B、C三組進(jìn)程，它們互斥地使用某一獨(dú)占型資源R,使用前申請，使用后釋放。資源分配原則如下(1) 當(dāng)只有一

53、組申請進(jìn)程時，該組申請進(jìn)程依次獲得(2) 當(dāng)有兩組申請進(jìn)程時，各組申請進(jìn)程交替獲得(3) 當(dāng)有三組申請進(jìn)程時，各組申請進(jìn)程輪流獲得R；R,組內(nèi)申請進(jìn)程依次獲得R；R,組內(nèi)申請進(jìn)程依次獲得Ro試用信號燈和PV操作分別給出各組進(jìn)程的申請活動程序段和釋放活動程序段。解:int free=1; 設(shè)備狀態(tài)標(biāo)志semaphore mutex=1; semaphore qa=qb=qc=0; / int coun ta=co un tb=co un tc=O;A組申請:P(mutex); if(free=1) free=0; V(mutex); else coun ta+; V(mutex); P(qa);A組進(jìn)程活動可以給出各組等待隊(duì)列 等待隊(duì)列長度 A組釋放：P(mutex); if(cou ntb>0) coun tb-;V(qb);else if(cou ntc>0) coun tc-;V(qc);else if(cou nta>0) coun ta-V(qa);else free=1;B組和C組進(jìn)程活動。17.設(shè)自行車生產(chǎn)線上有一只箱子，其中有N個位置(N > 3)，每個位置可存放一個車架或一個車輪；又設(shè)有三個工人，其活動分別為：工人1活動：工人2活動：工人3活動：do do do 加工一個車架；加工一個車輪；箱中