計算機操作系統課后習題答案張堯學

1、第一章 緒論1什么是操作系統的基本功能?答：操作系統的職能是管理和控制汁算機系統中的所有硬、軟件資源，合理地組織計算機工作流程，并為用戶提供一個良好的工作環(huán)境和友好的接口。操作系統的基本功能包括：處理機管理、存儲管理、設備管理、信息管理（文件系統管理）和用戶接口等。2什么是批處理、分時和實時系統?各有什么特征?答：批處理系統（batchprocessingsystem）：操作員把用戶提交的作業(yè)分類，把一批作業(yè)編成一個作業(yè)執(zhí)行序列，由專門編制的監(jiān)督程序（monitor）自動依次處理。其主要特征是：用戶脫機使用計算機、成批處理、多道程序運行。分時系統（timesharingoperationsys

2、tem）：把處理機的運行時間分成很短的時間片，按時間片輪轉的方式，把處理機分配給各進程使用。其主要特征是：交互性、多用戶同時性、獨立性。實時系統（realtimesystem）：在被控對象允許時間范圍內作出響應。其主要特征是：對實時信息分析處理速度要比進入系統快、要求安全可靠、資源利用率低。3多道程序（multiprogramming）和多重處理（multiprocessing）有何區(qū)別?答；多道程序（multiprogramming）是作業(yè)之間自動調度執(zhí)行、共享系統資源，并不是真正地同時值行多個作業(yè)；而多重處理 （multiprocessing）系統配置多個CPU，能真正同時執(zhí)行多道程序。要

3、有效使用多重處理，必須采用多道程序設計技術，而多道程序設計原則上 不一定要求多重處理系統的支持。6.設計計算機操作系統時與那些硬件器件有關運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備第二章 作業(yè)管理和用戶接口2 作業(yè)由哪幾部分組成?各有什么功能?答：作業(yè)由三部分組成：程序、數據和作業(yè)說明書。程序和數據完成用戶所要求的業(yè)務處理工作，作業(yè)說明書則體現用戶的控制意圖。3作業(yè)的輸入方式有哪幾種?各有何特點答：作業(yè)的輸入方式有5種：聯機輸入方式、脫機輸入方式、直接耦合方式、SPOOLING（Simultaneous Peripheral OperationsOnline）系統和網絡輸入方式，各有如下特點：

4、（1）聯機輸入方式：用戶和系統通過交互式會話來輸入作業(yè)。（2）脫機輸入方式：又稱預輸入方式，利用低檔個人計算機作為外圍處理機進行輸入處理，存儲在后備存儲器上，然后將此后援存儲器連接到高速外圍設備上和主機相連，從而在較短的時間內完成作業(yè)的輸入工作。（3）直接耦合方式：把主機和外圍低檔機通過一個公用的大容量外存直接耦合起來，從而省去了在脫機輸入中那種依靠人工干預宋傳遞后援存儲器的過程。（4）SPOOLING系統：可譯為外圍設備同時聯機操作。在SPOOLING系統中，多臺外圍設備通過通道或DMA器件和主機與外存連接起來，作業(yè)的輸入輸出過程由主機中的操作系統控制。（5） 網絡輸入方式：網絡輸入方式以上

5、述幾種輸入方式為基礎，當用戶需要把在計算機網絡中某一臺主機上輸入的信息傳送到同一網中另一臺主機上進行操作或執(zhí)行時，就構成了網絡輸入方式。4.試述spooling系統的工作原理6操作系統為用戶提供哪些接口?它們的區(qū)別是什么?答：操作系統為用戶提供兩個接口，一個是系統為用戶提供的各種命令接口，用戶利用這些操作命令來組織和控制作業(yè)的執(zhí)行或管理計算機系統。另一個接口是系統調用，編程人員使用系統調用來請求操作系統提供服務，例如申請和釋放外設等類資源、控制程序的執(zhí)行速度等。8什么是系統調用?系統調用與一般用戶程序有什么區(qū)別?與庫函數和實用程序又有什么區(qū)別?答：系統調用是操作系統提供給編程人員的唯一接口。編

6、程人員利用系統調用，在源程序一級動態(tài)請求和釋放系統資源，調用系統中已有的系統功能 來完成那些與機器硬件部分相關的工作以及控制程序的執(zhí)行速度等。因此，系統調用像一個黑箱子那樣，對用戶屏蔽了操作系統的具體動作而只提供有關的功能。它 與一般用戶程序、庫函數和實用程序的區(qū)別是：系統調用程序是在核心態(tài)執(zhí)行，調用它們需要一個類似于硬件中斷處理的中斷處理機制來提供系統服務。9簡述系統調用的實現過程。答；用戶在程序中使用系統調用，給出系統凋用名和函數后，即產生一條相應的陷入指令，通過陷入處理機制調用服務，引起處理機中斷，然后保護處理機現場，取系統調用功能號并尋找子程序入口，通過入口地址表來調用系統子程序，然后

7、返回用戶程序繼續(xù)執(zhí)行。第三章 用戶管理和配置管理2試比較進程和程序的區(qū)別。答：（1）進程是一個動態(tài)概念，而程序是一個靜態(tài)概念，程序是指令的有序集合，無執(zhí)行含義，進程則強調執(zhí)行的過程。（2）進程具有并行特征（獨立性，異步性），程序則沒有。（3）不同的進程可以包含同一個程序，同一程序在執(zhí)行中也可以產生多個進程。4試比較作業(yè)和進程的區(qū)別。答：一個進程是一個程序對某個數據集的執(zhí)行過程，是分配資源的基本單位。作業(yè)是用于需要計算機完成某項任務，而要求計算機所做工作的集合。 一個作業(yè)的完成要經過作業(yè)提交，作業(yè)收容、作業(yè)執(zhí)行和作業(yè)完成4個階段。而進程是已提交完畢的程序所執(zhí)行過程的描述，足資源分配的基本單位。其

8、主要區(qū)別關 系如下：（1）作業(yè)是用戶向計算機提交任務的任務實體。在用戶向計算機提交作業(yè)之后，系統將存儲在外存中的作業(yè)等待隊列中等待執(zhí)行。而進程則是完成用戶任務的執(zhí)行實體，是向系統申請分配資源的基本單位。任一進程，只要它被創(chuàng)建，總有相應的部分存在于內存中。（2）一個作業(yè)可由多個進程組成。且必須至少由一個進程組成，但反過來不成立。（3）作業(yè)的概念主要用在批處理系統中。像Unix這樣的分時系統中，則沒有作業(yè)概念。而進程的概念則用在幾乎所有的多道程序系統中。6什么是臨界區(qū)?試舉一臨界區(qū)的例子。答：臨界區(qū)是指不允許多個并發(fā)進程交叉執(zhí)行的一段程序。它是由于不同并發(fā)進程的程序段共享公用數據或公用數據變量而引

9、起的。所以它又被稱為訪問公用數據的那段程序。例如：getspace：Begin local gtoptop1Endrelease（ad）：Begintoptop十1stacktopadEnd8什么是進程間的互斥?什么是進程間同步?答：進程間的互斥是指：一組并發(fā)進程中的一個或多個程序段，因共享某一公有資源而導致它們必須以一個不許交叉執(zhí)行的單位執(zhí)行，即不允許兩個以上的共享該資源的并發(fā)進程同時進入臨界區(qū)。進程間的同步是指：異步環(huán)境下的一組并發(fā)進程因直接制約互相發(fā)送消息而進行互相合作、互相等待，各進程按一定的速度執(zhí)行的過程。15什么是線程?試述線程與進程的區(qū)別，答；線程是在進程內用于調度和占有處理機的

10、基本單位，它由線程控制表、存儲線程上下文的用戶棧以及核心棧組成。線程可分為用戶級線程、核心級線程以及用戶核心混合型線程等類型。其中用戶級線程在用戶態(tài)下執(zhí)行，CPU調度算法和各線程優(yōu)先級都由用戶設置，與操作系統內核無關。核心級線程的調度算法及線程優(yōu)先級的控制權在操作系統內核?；旌闲途€程的控制權則在用戶和操作系統內核二者。線程與進程的主要區(qū)別有：(1)進程是資源管理的基本單位，它擁有自己的地址空間和各種資源，例如內存空間、外部設備等；線程只是處理機調度的基本單位，它只和其他線程一起共享進程資源，但自己沒有任何資源。(2)以進程為單位進行處理機切換和調度時，由于涉及到資源轉移以及現場保護等問題，將導

11、致處理機切換時間變長，資源利用率降低。以線程為單位進行處理機切換和調度時，由于不發(fā)生資源變化，特別是地址空間的變化，處理機切換的時間較短，從而處理機效率也較高。(3)對用戶來說，多線程可減少用戶的等待時間。提高系統的響應速度。例如，當一個進程需要對兩個不同的服務器進行遠程過程凋用時，對于無線程系統的操作系統來說需要順序等待兩個不同調用返回結果后才能繼續(xù)執(zhí)行，且在等待中容易發(fā)生進程調度。對于多線程系統而言，則可以在同一進程中使用不同的線程同時進行遠程過程調用，從而縮短進程的等待時間。(4)線程和進程一樣，都有自己的狀態(tài)也有相應的同步機制，不過，由于線程沒有單獨的數據和程序空間，因此，線程不能像進

12、程的數據與程序那樣，交換到外存存儲空間。從而線程沒有掛起狀態(tài)。(5)進程的調度、同步等控制大多由操作系統內核完成，而線程的控制既可以由操作系統內核進行，也可以由用戶控制進行。第四章 進程管理2試述作業(yè)調度的主要功能。答: 作業(yè)調度的主要功能是：按一定的原則對外存輸入井上的大量后備作業(yè)進行選擇，給選出的作業(yè)分配內存、輸入輸出設備等必要的資源，并建立相應進程，使該作業(yè)的相關進程獲得競爭處理機的權利。另外，當作業(yè)執(zhí)行完畢時，還負責回收系統資源。3作業(yè)調度的性能評價標準有哪些?這些性能評價標準在任何情況下都能反映調度策略的優(yōu)劣嗎?答：對于批處理系統，由于主要用于計算，因而對于作業(yè)的周轉時間要求較高。從

13、而作業(yè)的平均周轉時間或平均帶權周轉時間被用來衡量調度程序的優(yōu)劣。但對于分時系統來說，平均響應時間又被用來衡量調度策略的優(yōu)劣。對于分時系統， 除了要保證系統吞吐量大、資源利用率高之外，還應保證用戶能夠容忍的響應時間。因此，在分時系統中，僅僅用周轉時間或帶權周轉時間來衡量調度性能是不夠的。對于實時系統， 衡量調度算法優(yōu)劣的主要標志則是滿足用戶要求的時限時間。4進程調度的功能有哪些?答：進程調度的功能有：（1）記錄和保存系統中所有進程的執(zhí)行情況；（2）選擇占有處理機的進程；（3）進行進程上下文切換。5進程調度的時機有哪幾種?答：進程調度的時機有：（1）正在執(zhí)行的進程執(zhí)行完畢。這時如果不選擇新的就緒進

14、程執(zhí)行，將浪費處理機資源。（2）執(zhí)行中進程自己調用阻塞原語將自己阻塞起來進入睡眠等待狀態(tài)。（3）執(zhí)行中進程調用了P原語操作，從而因資源不足而被阻塞：或調用了V原語操作激活了等待資源的進程隊列。（4）執(zhí)行中進程提出I/O請求后被阻塞。（5）在分時系統中時間片已經用完。（6）在執(zhí)行完系統調用等系統程序后返回用戶程序時，可看做系統進程執(zhí)行完畢，從而調度選擇一新的用戶進程執(zhí)行。（7）在CPU執(zhí)行方式是可剝奪時，還有：就緒隊列中的某進程的優(yōu)先級變得高于當前執(zhí)行進程的優(yōu)先級，從而也將引發(fā)進 程調度。6進程上下文切換由哪幾部分組成?描述進程上下文切換過程。答：進程上下文切換由以下4個步驟組成；(1)決定是否

15、作上下文切換以及是否允許作上下文切換。包括對進程調度原因的檢查分析，以及當前執(zhí)行進程的資格和CPU執(zhí)行方式的檢查等。在操作系統中，上下文切換程序并不是每時每刻都在檢查和分析是否可作上下文切換，它們設置有適當的時機。(2)保存當前執(zhí)行進程的上下文。這里所說的當前執(zhí)行進程，實際上是指調用上下文切換程序之前的執(zhí)行進程。如果上下文切換不是被那個當前執(zhí)行進程所調用，且不屬于該進程，則所保存的上下文應是先前執(zhí)行進程的上下文，或稱為“老”進程上下文。顯然，上下文切換程序不能破壞“老”進程的上下文結構。(3)使用進程調度算法，選擇一處于就緒狀態(tài)的進程。(4)恢復或裝配所選進程的上下文，將CPU控制權交到所選進

16、程手中。第五章 處理器管理2什么是虛擬存儲器?其特點是什么?答：由進程中的目標代碼、數據等的虛擬地址組成的虛擬空間稱為虛擬存儲器。虛擬存儲器不考慮物理存儲器的大小和信息存放的實際位置，只規(guī)定每個進程中相互關聯信息的相對位置。每個進程都擁有自己的虛擬存儲器，且虛擬存儲器的容量是由計算機的地址結構和尋址方式來確定。實現虛擬存儲器要求有相應的地址轉換機構，以便把指令的虛擬地址變換為實際物理地址；另外，由于內存空間較小，進程只有部分內容存放于內存中，待執(zhí)行時根據需要再調指令入內存。3實現地址重定位的方法有哪幾類?答：實現地址重定位的方法有兩種：靜態(tài)地址重定位和動態(tài)地址重定位。（1）靜態(tài)地址重定位是在虛

17、空間程序執(zhí)行之前由裝配程序完成地址映射工作。靜態(tài)重定位的優(yōu)點是不需要硬件支持，但是用靜態(tài)地址重定位方法進行地址變換無法實現虛擬存儲器。靜態(tài)重定位的另一個缺點是必須占用連續(xù)的內存空間和難以做到程序和數據的共享。（2）動態(tài)地址重定位是在程序執(zhí)行過程中，在CPU訪問內存之前由硬件地址變換機構將要訪問的程序或數據地址轉換成內存地址。動態(tài)地址重定位的主要優(yōu)點有：可以對內存進行非連續(xù)分配。動態(tài)重定位提供了實現虛擬存儲器的基礎。動態(tài)重定位有利于程序段的共享。形式化描述：略。6動態(tài)分區(qū)式管理的常用內存分配算法有哪幾種?比較它們各自的優(yōu)缺點。答：動態(tài)分區(qū)式管理的常用內存分配算法有最先適應法（FF）、最佳適應法（

18、BF）和最壞適應法（WF）。優(yōu)缺點比較：從搜索速度上看最先適應法最佳，最佳適應法和最壞適應法都要求把不同大小的空閑區(qū)按大小進行排隊。從回收過程來看，最先適應法也是最佳，因為最佳適應法和最壞適應法都必須重新調整空閑區(qū)的位置。最佳適應法找到的空閑區(qū)是最佳的，但是會造成內存碎片較多，影響了內存利用率，而最壞適應法的內存碎片最少，但是對內存的請求較多的進程有可能分配失敗?？傊?，三種算法各有所長，針對不同的請求隊列，它們的效率和功能是不一樣的75.3節(jié)討論的分區(qū)式管理可以實現虛存嗎?如果不能，需要怎樣修改?試設計一個分區(qū)式管理實現虛存的程序流程圖。如果能，試說明理由。答：5.3節(jié)討論的分區(qū)式管理不能實現

19、虛存。如果要實現虛存，可以在分區(qū)的基礎之上對每個分區(qū)內部進行請求調頁式管理。8簡述什么是覆蓋?什么是交換?覆蓋和交換的區(qū)別是什么?答：將程序劃分為若干個功能上相對獨立的程序段，按照程序的邏輯結構讓那些不會同時執(zhí)行的程序段共享同一塊內存區(qū)的內存擴充技術就是覆蓋。 交換是指先將內存某部分的程序或數據寫入外存交換區(qū)，再從外存交換區(qū)中調入指定的程序或數據到內存中來，并讓其執(zhí)行的一種內存擴充技術。與覆蓋技術相比， 交換不要求程序員給出程序段之間的覆蓋結構，而且，交換主要是在進程或作業(yè)之間進行，而覆蓋則主要在同一個作業(yè)或同一個進程內進行。另外，覆蓋只能覆蓋那 些與覆蓋程序段無關的程序段。9什么是頁式管理?

20、靜態(tài)頁式管理可以實現虛存嗎? 答：頁式管理就是把各進程的虛擬空間劃分為若干長度相等的頁面，把指令按頁面大小劃分后存放在內存中執(zhí)行或只在內存中存放那些經常被執(zhí)行或即將被執(zhí)行的頁面，而那些不被經常執(zhí)行以及在近期內不可能被執(zhí)行的頁面則存放于外存中，按一定規(guī)則調入的一種內存管理方式。靜態(tài)頁式管理不能實現虛存，這是因為靜態(tài)頁式管理要求進程或作業(yè)在執(zhí)行前全部被裝入內存，作業(yè)或進程的大小仍受內存可用頁面數的限制。11請求頁式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：比較常用的頁面置換算法有：（1）隨機淘汰算法（randomglongram）。即隨機地選擇某個用戶頁面并將其換出。（2）輪轉法R

21、R（roundrobin）。輪轉法循回換出內存可用區(qū)內一個可以被換出的頁，無論該頁是剛被換進或已經換進內存很長時間。（3）先進先出法FIFO（firstinfirstout）。FIFO算法選擇在內存駐留時間最長的一頁將其淘汰。（4）最近最久未使用頁面置換算法IRU（1east recently unused）。該算法的基本思想是：當需要淘汰某一頁時，選擇離當前時間最近的一段時間內最久沒有使用過的頁面先淘汰。（5）理想型淘汰算法OPT（optimalreplacementalgorithm）。該算法淘汰在訪問串中將來再也不出現的或是在離當前最遠的位置上出現的頁面。15.段式管理可以實現虛存嗎?如

22、果可以，簡述實現方法。答：段式管理可以實現虛存。段式管理把程序按照內容或過程(函數)關系分成段，每段擁有自己的名字。一個用戶作業(yè)或進程所包含的段對應于個二維線性虛擬空間(段號s與段內相對地址w)，也就是一個二維虛擬存儲器。段式管理以段為單位分配內存，然后通過地址映射機構把段式虛擬地址轉換成實際的內存物理地址。只把那些經常訪問的段駐留內存，而把那些在將來一段時間內不被訪問的段放入外存，待需要時產生缺段中斷，自動調入。18.段頁式管理的主要缺點是什么?有什么改進辦法?答：段頁式管理的主要缺點是對內存中指令或數據進行存取時，至少需要對內存進行三次以上的訪問。第一次是由段表地址寄存器取段表始址后訪問段

23、表，由此取出對應段的頁表在內存中的地址。第二次則是訪問頁表得到所要訪問的指令或數據的物理地址。只有在訪問了段表和頁表之后，第三次才能訪問真正需要訪問的物理單元。顯然。這將大大降低CPU執(zhí)行指令的速度。改進辦法是設置快速聯想寄存器。在快速聯想寄存器中存放當前最常用的段號s，頁號p和對應的內存頁面地址與其他控制項。當需要訪問內存空間某一單元時，可在通過段表、頁表進行內存地址查找的同時，根據快速聯想寄存器查找其段號和頁號。如果所要訪問的段或頁的地址在快速聯想寄存器中，則系統不再訪問內存中的段表、頁表而直接把快速聯想寄存器中的值與頁內相對地址d拼接起來得到內存地址。19.什么是局部性原理?什么是抖動?

24、你有什么辦法減少系統的抖動現象?答：局部性原理是指在幾乎所有程序的執(zhí)行過程中，在一段時間內，CPU總是集中地訪問程序中的某個部分而不是對程序的所有部分具有平均的訪問概率。抖動是指當給進程分配的內存小于所要求的工作區(qū)時，由于內存外存之間交換頻繁，訪問外存的時間和輸入輸出處理時間大大增加，反而造成CPU因等待數據而空轉，使得整個系統性能大大下降。在物理系統中，為防止抖動的產生，在進行淘汰或替換時，般總是把缺頁進程鎖住，不讓其換出，從而防止抖動發(fā)生。防止抖動發(fā)生的另一個辦法是設置較大的內存工作區(qū)。第8章 文件系統1.什么是文件、文件系統？文件系統有哪些功能？答：在計算機系統中，文件被解釋為一組賦名的

25、相關字符流的集合，或者是相關記錄的集合。文件系統是操作系統中與管理文件有關的軟件和數據。文件系統的功能是用戶建立文件，撤銷、讀寫修改和復制文件，以及完成對文件的按名存取和進行存取控制。2.文件系統一般按什么分類？可以分為哪幾類？答：文件系統一般按性質、用途、組織形式、文件中的信息流向或文件的保護級別等分類。按文件的性質與用途可以分為系統文件、庫文件和用戶文件。按文件的組織形式可以分為普通文件、目錄文件和特殊文件。按文件中的信息流向可以分為輸入文件、輸出文件和輸入/輸出文件。按文件的保護級別可以分為只讀文件、讀寫文件、可執(zhí)行文件和不保護文件。3.什么是文件的邏輯結構?什么是記錄？答：文件的邏輯結

26、構就是用戶可見的結構，可分為字符流式的無結構文件和記錄式的有結構文件兩大類。記錄是一個具有特定意義的信息單位，它由該記錄在文件中的邏輯地址（相對地址）與記錄名所對應的一組關鍵字、屬性及其屬性值所組成。7.文件的物理結構有哪幾種?為什么說串聯文件結構不適于隨機存?。看穑何募奈锢斫Y構是指文件在存儲設備上的存放方法。常用的文件物理結構有連續(xù)文件、串聯文件和索引文件3種。串聯文件結構用非連續(xù)的物理塊來存放文件信息，這些非連續(xù)的物理塊之間沒有順序關系，鏈接成一個串聯隊列，搜索時只能按隊列中的串聯指針順序搜索，存取方法應該是順序存取的。否則，為了讀取某個信息塊而造成的磁頭大幅度移動將花去較多的時間。因此，串聯文件結構不適于隨機存取11.什么是文件目錄？文件目錄中包含哪些信息？答:一個文件的文件名和對該文件實施控制管理的說明信息稱為該文件的說明信息，又稱為該文件的目錄。 文件目錄中包含文件名、與文件名相對應的文件內部標識以及文件信息在文件存儲設備上第一個物理塊的地址等信息。另外還可能包含關于文件邏輯結構、物理結構、存取控制和管理等信息。第9章 外部設備管理1. 設備管理的目標和功能是什么?答：設備管理的目標是：選擇和分配輸入輸出設備以便進行數據傳輸操作；控制輸入輸出設備和CPU(或內存)之間