操作系統(tǒng)課后作業(yè)(已交)

1、第一章：操作系統(tǒng)引論1. 什么是操作系統(tǒng)？從用戶的觀點(diǎn)和資源管理的觀點(diǎn)來看操作系統(tǒng)各有什么作用？答：操作系統(tǒng)(operating system)是用戶和計(jì)算機(jī)之間的界面. 一方面操作系統(tǒng)管理著所有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源, 另一方面操作系統(tǒng)為用戶提供了一個(gè)抽象概念上的計(jì)算機(jī). 在操作系統(tǒng)的幫助下, 用戶使用計(jì)算機(jī)時(shí), 避免了對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件的直接操作。1）處理機(jī)管理的功能。2）存儲(chǔ)器管理的功能。3）文件管理的功能。4）設(shè)備管理的功能。5）用戶接口。2. 試從交互性、及時(shí)性以及可靠性方面，將分時(shí)系統(tǒng)與實(shí)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行比較。答：（1）及時(shí)性：實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求與分時(shí)系統(tǒng)類似，都是以人所能接受的等待時(shí)

2、間來確定；而實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的及時(shí)性，是以控制對(duì)象所要求的開始截止時(shí)間或完成截止時(shí)間來確定的，一般為秒級(jí)到毫秒級(jí)，甚至有的要低于100微妙。（2）交互性：實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)具有交互性，但人與系統(tǒng)的交互僅限于訪問系統(tǒng)中某些特定的專用服務(wù)程序。不像分時(shí)系統(tǒng)那樣能向終端用戶提供數(shù)據(jù)和資源共享等服務(wù)。（3）可靠性：分時(shí)系統(tǒng)也要求系統(tǒng)可靠，但相比之下，實(shí)時(shí)系統(tǒng)則要求系統(tǒng)具有高度的可靠性。因?yàn)槿魏尾铄e(cuò)都可能帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至是災(zāi)難性后果，所以在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，往往都采取了多級(jí)容錯(cuò)措施保障系統(tǒng)的安全性及數(shù)據(jù)的安全性。3. 操作系統(tǒng)需要管理哪些資源？它的基本功能是什么？答: 操作系統(tǒng)（Operating Syst

3、em，簡稱OS），是電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中負(fù)責(zé)支撐應(yīng)用程序運(yùn)行環(huán)境以及用戶操作環(huán)境的系統(tǒng)軟件，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心與基石。它的職責(zé)常包括對(duì)硬件的直接監(jiān)管、對(duì)各種計(jì)算資源（如內(nèi)存、處理器時(shí)間等）的管理、以及提供諸如作業(yè)管理之類的面向應(yīng)用程序的服務(wù)等等。4. 操作系統(tǒng)有哪幾大特征？其最基本的特征是什么？答:(1)并發(fā)性(concurrence)是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的事件或活動(dòng)在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生. 操作系統(tǒng)是一個(gè)并發(fā)系統(tǒng), 操作系統(tǒng)的并發(fā)性指它應(yīng)該具有處理和調(diào)度多個(gè)程序同時(shí)執(zhí)行的能力.(2)共享性(sharing)是指OS中的資源(硬件/信息資源)可被多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程共同使用. 有互斥訪問共享, 同

4、時(shí)訪問共享.(3)異步性(asynchronism), 或稱隨機(jī)性, 指進(jìn)程按各自獨(dú)立的，不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)，或說進(jìn)程實(shí)體按異步方式運(yùn)行.(4)虛擬性(virtual)是指OS中的一個(gè)管理技術(shù), 它是把物理上的實(shí)體變成邏輯上的多個(gè)對(duì)應(yīng)物, 或把物理上的多個(gè)實(shí)體變成邏輯上的一個(gè)對(duì)應(yīng)物的技術(shù).第二章：進(jìn)程管理1 PCB有什么作用？PCB中主要包括什么信息？為什么說PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志？答: 進(jìn)程控制塊(Process Contro1 B1ock，簡稱PCB)是用來記錄進(jìn)程狀態(tài)及其他相關(guān)信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志，PCB存在則進(jìn)程存在。系統(tǒng)創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)PCB，撤銷進(jìn)

5、程時(shí)，PCB也自動(dòng)消失.2 請畫出進(jìn)程在三種基本狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換圖并指出發(fā)生轉(zhuǎn)換的原因。答：進(jìn)程的狀態(tài)反映進(jìn)程執(zhí)行進(jìn)程的變化。這些狀態(tài)隨著進(jìn)程的執(zhí)行和外界條件發(fā)生變化和轉(zhuǎn)換.3 進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)存在那兩種制約關(guān)系？并舉例說明之。答: 多進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行時(shí)存在著間接制約和直接制約兩種關(guān)系。間接制約關(guān)系是多個(gè)進(jìn)程間彼此無任何邏輯上的關(guān)系，僅由于它們同處于一個(gè)系統(tǒng)共享系統(tǒng)資源而發(fā)生了制約關(guān)系。如分時(shí)系統(tǒng)中有兩個(gè)用戶進(jìn)程分別編譯他們的PASCAL源程序，在單CPU系統(tǒng)中這兩個(gè)進(jìn)程只能分時(shí)占用處理機(jī)編譯各自的源程序，它們間存在著間接制約關(guān)系。直接制約關(guān)系是多個(gè)協(xié)作進(jìn)程之間存在的邏輯上制約關(guān)系，即一個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行

6、依賴于另一個(gè)進(jìn)程的消息，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程沒有得到另一個(gè)進(jìn)程的消息時(shí)應(yīng)等待，直到消息到達(dá)被喚醒為止。如共享一緩沖器的讀進(jìn)程和打印進(jìn)程，它們間存在著直接制約關(guān)系，因?yàn)閮蓚€(gè)進(jìn)程必須同步才能完成共同的任務(wù)。4設(shè)S1-S8為8個(gè)進(jìn)程，用信號(hào)量(signal和wait操作)實(shí)現(xiàn)下圖所示進(jìn)程之間的前趨關(guān)系：wait(S): while S0 do no-opS =S-1;signal(S): S =S+1;5試比較進(jìn)程間低級(jí)和高級(jí)通信工具。當(dāng)前有哪幾種進(jìn)程間高級(jí)通信工具？答：用戶用低級(jí)通信工具實(shí)現(xiàn)進(jìn)程通信很不方便,因?yàn)槠湫实?通信對(duì)用戶不透明,所有的操作都必須由程序員來實(shí)現(xiàn). 而高級(jí)通信工具則可彌補(bǔ)這些缺陷,用

7、戶可直接利用操作系統(tǒng)所提供的一組通信命令,高效地傳送大量的數(shù)據(jù)。第三章：處理機(jī)調(diào)度與死鎖1 什么是處理機(jī)高級(jí)、中級(jí)和低級(jí)調(diào)度？各級(jí)調(diào)度的主要任務(wù)是什么？答：（1）高級(jí)調(diào)度：又稱作業(yè)調(diào)度。其主要功能是根據(jù)一定的算法，從輸人的一批作業(yè)中選出若干個(gè)作業(yè)，分配必要的資源，如內(nèi)存、外設(shè)等，為它建立相應(yīng)的用戶作業(yè)進(jìn)程和為其服務(wù)的系統(tǒng)進(jìn)程（如輸人、輸出進(jìn)程），最后把它們的程序和數(shù)據(jù)調(diào)人內(nèi)存，等待進(jìn)程調(diào)度程序?qū)ζ鋱?zhí)行調(diào)度，并在作業(yè)完成后作善后處理工作。（2）中級(jí)調(diào)度：又稱交換調(diào)度。為了使內(nèi)存中同時(shí)存放的進(jìn)程數(shù)目不至于太多，有時(shí)就需要把某些進(jìn)程從內(nèi)存中移到外存上，以減少多道程序的數(shù)目，為此設(shè)立了中級(jí)調(diào)度。特別在

8、采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的系統(tǒng)或分時(shí)系統(tǒng)中，往往增加中級(jí)調(diào)度這一級(jí)。所以中級(jí)調(diào)度的功能是在內(nèi)存使用情況緊張時(shí)，將一些暫時(shí)不能運(yùn)行的講程從內(nèi)存對(duì)換到外存上等待。當(dāng)以后內(nèi)存有足夠的空閑空間時(shí)，再將合適的進(jìn)程重新?lián)Q人內(nèi)存，等待進(jìn)程調(diào)度。引人中級(jí)調(diào)度的主要目的是為了提高內(nèi)存的利用率和系統(tǒng)吞吐量。它實(shí)際上就是存儲(chǔ)器管理中的對(duì)換功能。（3）低級(jí)調(diào)度：又稱進(jìn)程調(diào)度。其主要功能是根據(jù)一定的算法將CPU分派給就緒隊(duì)列中的一個(gè)進(jìn)程。執(zhí)行低級(jí)調(diào)度功能的程序稱做進(jìn)程調(diào)度程序，由它實(shí)現(xiàn) CPU在進(jìn)程間的切換。進(jìn)程調(diào)度的運(yùn)行頻率很高，在分時(shí)系統(tǒng)中往往幾十毫秒就要運(yùn)行一次。進(jìn)程調(diào)度是操作系統(tǒng)中最基本的一種調(diào)度。在一般類型的操作系統(tǒng)

9、中都必須有進(jìn)程調(diào)度，而且它的策略的優(yōu)劣直接影響整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)能。2 什么是死鎖？產(chǎn)生死鎖的原因和必要條件是什么？答：（1）一組進(jìn)程中,每個(gè)進(jìn)程都無限等待被該組進(jìn)程中另一進(jìn)程所占有的資源,因而永遠(yuǎn)無法得到的資源,這種現(xiàn)象稱為進(jìn)程死鎖,這一組進(jìn)程就稱為死鎖進(jìn)程。（2）根本原因是: 資源有限且操作不當(dāng)；（3）必要條件: 互斥條件，不可搶占條件，占有且申請條件，循環(huán)等待條件。3 計(jì)算下列A、B、C、D四個(gè)進(jìn)程在FCFS和SJF調(diào)度方式下的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間和每個(gè)進(jìn)程的帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間。進(jìn)程名到達(dá)時(shí)間服務(wù)時(shí)間A01B1100C21D3100答：平均周轉(zhuǎn)時(shí)間T （1+1+100+2+1+3+100）/452高度先后順

10、序?yàn)椋篈BCD.4 銀行家算法中，若出現(xiàn)下述資源分配情況：ProcessAllocationNeedAvilableP0003200121622P110001750P213542356P303320652P400140656試問：（1）該狀態(tài)是否安全？（2）若進(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？第四章：存儲(chǔ)器管理1 為什么采用存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)？畫出存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)示意圖并指出每層存放什么數(shù)據(jù)？每層的作用是什么？2 分區(qū)存儲(chǔ)管理中常用哪些分配策略？比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。答：分區(qū)存儲(chǔ)管理中常采用的分配策略有：首次適應(yīng)算法、循環(huán)首次適應(yīng)算法、最佳適應(yīng)算法、最壞適應(yīng)算

11、法。a.首次適應(yīng)算法的優(yōu)缺點(diǎn)：保留了高址部分的大空閑區(qū)，有利于后到來的大型作業(yè)的分配；低址部分不斷被劃分，留下許多難以利用的、小的空閑區(qū)，且每次分區(qū)分配查找時(shí)都是從低址部分開始，會(huì)增加查找時(shí)的系統(tǒng)開銷。b.循環(huán)首次適應(yīng)算法的優(yōu)缺點(diǎn)：使內(nèi)存中的空閑分區(qū)分布得更為均勻，減少了查找時(shí)的系統(tǒng)開銷；缺乏大的空閑分區(qū)，從而導(dǎo)致不能裝入大型作業(yè)。c.最佳適應(yīng)算法的優(yōu)缺點(diǎn)：每次分配給文件的都是最適合該文件大小的分區(qū)；內(nèi)存中留下許多難以利用的小的空閑區(qū)。d.最壞適應(yīng)算法的優(yōu)缺點(diǎn)：給文件分配分區(qū)后剩下的的空閑區(qū)不至于太小，產(chǎn)生碎片的幾率最小，對(duì)中小型文件分配分區(qū)操作有利；使存儲(chǔ)器中缺乏大的空閑區(qū)，對(duì)大型文件的分區(qū)

12、分配不利。3 虛擬存儲(chǔ)器有那些特征？其中最本質(zhì)的特征是什么？答：a. 虛擬存儲(chǔ)器具有離散性，多次性，對(duì)換性和虛擬性的特征； b. 其中最本質(zhì)的特征是離散性。4 在請求分頁系統(tǒng)中，常采用哪幾種頁面置換算法？指出每種算法的基本思想。5 在一個(gè)請求分頁系統(tǒng)中，采用FIFO頁面置換算法時(shí)，假如一個(gè)作業(yè)的頁面走向?yàn)?、3、2、1、4、3、5、4、3、2、1、5，當(dāng)分配給該作業(yè)的物理塊數(shù)M分別為3和4時(shí)，試計(jì)算在訪問過程中所發(fā)生的缺頁次數(shù)和缺頁率，并比較所得結(jié)果。答：M=3時(shí)4 4 4 1 1 1 5 5 5 5 5 5 3 3 3 4 4 4 4 4 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 1

13、調(diào)入 調(diào)入 調(diào)入 替換 替換 替換 替換 命中 命中 替換 替換 命中 缺頁率= 9/12=75%M=4時(shí)4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 1 1 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 5 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 1 1 1 1 1 1 2 2 2 調(diào)入 調(diào)入 調(diào)入 調(diào)入 命中 命中 替換 替換 替換 替換 替換 替換 缺頁率=10/12=83.3%第五章：設(shè)備管理1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中I/O設(shè)備有哪些分類方式？答：有程序I/O（輪詢）、中斷、DMA、通道。前三種在微機(jī)中很常見2 簡要敘述四種I/O控制方式的工作過程。并指出每種方式適用于何種場合。答：（1）程序I/O方式：處

14、理機(jī)對(duì)I/O設(shè)備的控制，采取程序I/O（Programmed I/O）方式或稱為忙一等待方式。即： 在處理機(jī)相控制器出一條I/O指令啟動(dòng)輸入設(shè)備輸入數(shù)據(jù)時(shí)，要同時(shí)把狀態(tài)寄存器的忙/閑標(biāo)志busy置為1，然后不斷地循環(huán)測試busy： 再去啟動(dòng)讀下一個(gè)數(shù)據(jù)，并置busy=1。（2）中斷驅(qū)動(dòng)I/O控制方式 對(duì)I/O設(shè)備的控制，當(dāng)某進(jìn)程要啟動(dòng)某個(gè)I/O設(shè)備工作時(shí)，便由CPU向相應(yīng)的設(shè)備控制器發(fā)出一條I/O命令，然后立即返回繼續(xù)執(zhí)行原來的任務(wù)。設(shè)備控制 器便按照該命令的要求去控制I/O設(shè)備。（3）直接存儲(chǔ)器訪問DMA控制方式 CPU從磁盤讀入一個(gè)數(shù)據(jù)塊時(shí)，向磁盤控制器發(fā)送一條讀命令。該命令被送到其中的命

15、令寄存器CR中；將發(fā)送數(shù)據(jù)的內(nèi)存始址放到MAR中；要讀的數(shù)據(jù)的字 節(jié)數(shù)送入DC中，將磁盤中的源地址送到I/O控制邏輯上。 啟動(dòng)DMA控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，此時(shí)CPU可去處理其他任務(wù)。（整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過程由DMA控制器進(jìn)行控制）。（4）I/O通道控制方式 通道是通3 什么是設(shè)備獨(dú)立性？如何實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性？答：設(shè)備獨(dú)立性，即應(yīng)用程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性而引入了邏輯設(shè)備和物理設(shè)備這兩個(gè)概念。在應(yīng)用程序中， 使用邏輯設(shè)備名稱來請求使用某類設(shè)備；而系統(tǒng)在實(shí)際執(zhí)行時(shí)， 還必須使用物理設(shè)備名稱。因此，系統(tǒng)須具有將邏輯設(shè)備名稱轉(zhuǎn)換為某物理設(shè)備名稱的功能，這非常類似于存儲(chǔ)器管理中所介紹的邏輯

16、地址和物理地址的概念。設(shè)備獨(dú)立性又稱設(shè)備無關(guān)性,體現(xiàn)在:(一)從程序設(shè)計(jì)的角度看各種設(shè)備所體現(xiàn)的接口都是一致的.即,在程序中可以用同樣的命令去讀不同設(shè)備上的數(shù)據(jù)等.(二)操作系統(tǒng)對(duì)所有的設(shè)備及設(shè)備操作都采取統(tǒng)一方式管理.設(shè)備獨(dú)立性是指擁護(hù)程序獨(dú)立于所使用的具體物理設(shè)備.即,用戶只使用邏輯設(shè)備名來訪問設(shè)備,而不直接和具體設(shè)備打交道.為此,系統(tǒng)應(yīng)為每個(gè)用戶進(jìn)程配置一張用于聯(lián)系邏輯設(shè)備名和物理設(shè)備名的映射表.4 磁盤訪問時(shí)間由哪幾部分組成？每部分時(shí)間應(yīng)如何計(jì)算？答：磁盤訪問時(shí)間包括以下三個(gè)部分：1）尋道時(shí)間Ts,指把磁臂從當(dāng)前位置移動(dòng)到指定磁道上所經(jīng)歷的時(shí)間，該時(shí)間是啟動(dòng)磁盤的是間s也磁頭移動(dòng)n條磁

17、道所花費(fèi)的時(shí)間之和，即Ts=m*n+s.其中m是一常數(shù)，與磁盤驅(qū)動(dòng)器的速度有關(guān)。2）旋轉(zhuǎn)延遲是間Tr，是指定扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下面所經(jīng)歷的時(shí)間。3）傳輸時(shí)間Tt,是把數(shù)據(jù)從磁盤讀出或向磁盤寫入數(shù)據(jù)所經(jīng)歷的時(shí)間，其與每次所讀/寫的字節(jié)數(shù)bytes及旋轉(zhuǎn)速度r有關(guān)，具體為Tt=bytes/(rxbytesPerTrack),其中bytesPerTrack為一條磁道上的字節(jié)數(shù)。當(dāng)一次讀/寫的字節(jié)數(shù)相當(dāng)于半條磁道上的字節(jié)數(shù)時(shí)，Tt與Tr相同，也即Tr=1/2r。因此可將訪問地間Ta表示為；Ta=Ts+1/2r+bytes/(rXbytesPerTrack)。5 目前常用的磁盤調(diào)度算法有哪些？每種算法優(yōu)先考

18、慮的問題是什么？答：目前常用的磁盤高度算法有3種，包括FCFS、SSTF和SCAN。它們優(yōu)先考慮的問題分別如下：FCFS，即先來先服務(wù)，優(yōu)先考慮請求的先后次序。SSTF,即最短尋道優(yōu)先，優(yōu)先考慮尋道時(shí)間短的請求。SCAN，即掃描算法，主要從尋道較短且無“饑餓”現(xiàn)象兩方面考慮。目前該算法又發(fā)展了多個(gè)修正版本，電梯調(diào)試算法就是其中之一。第六章：文件管理1 什么是文件的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)？按照這兩種結(jié)構(gòu)文件可以分為哪些類別？各有什么特點(diǎn)？答：文件的邏輯結(jié)構(gòu)：從用戶觀點(diǎn)出發(fā)所觀察到的文件組成形式，是用戶可以直接處理的數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu)，獨(dú)立于文件的物理特性，又稱文件組織。文件的物理結(jié)構(gòu)：又稱為文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，是指文件在外存上的存儲(chǔ)組織形式。文件的邏輯結(jié)構(gòu)可分為有結(jié)構(gòu)文件和無結(jié)構(gòu)文件。有結(jié)構(gòu)文件是指由一個(gè)以上的記錄構(gòu)成的文件，又稱為記錄式文件。根據(jù)記錄的長度又可分為定長和不定長兩類。定長記錄：指文件中所有記錄的長度都是相同的。變長記錄：指文件中各記錄的長度不相同。根據(jù)組織方式不同為順序文件、索引文件、索引順序文