操作系統(tǒng)概念第七版翻譯版高等教育出版鄭扣根譯

1、-1.1在多道程序和分時環(huán)境中，多個用戶同時共享一個系統(tǒng)，這種情況 導致多種安全問題。a.列出此類的問題b在一個分時機器中，能否確保像 在專用機器上一樣的安全度？并解釋之。Answer:a.竊取或者復制某用戶的程序或數(shù)據(jù)；沒有合理的預算來使用資源 （CPU，內(nèi)存，磁盤空間，外圍設(shè)備）b.應(yīng)該不行，因為人類設(shè)計的任何 保護機制都會不可避免的被另外的人所破譯，而且很自信的認為程序本身的 實現(xiàn)是正確的是一件困難的事。1.2資源的利用問題在各種各樣的操作系統(tǒng)中出現(xiàn)。試例舉在下列的環(huán)境中 哪種資源必須被嚴格的管理。（a）大型電腦或迷你電腦系統(tǒng)（b）與服 務(wù)器相聯(lián)的工作站（c）手持電腦Answer: （a

2、）大型電腦或迷你電腦系統(tǒng)：內(nèi)存和CPU資源，外存，網(wǎng)絡(luò)帶寬（b）與服務(wù)器相聯(lián)的工作站：內(nèi)存和CPU資源（c）手持電腦：功率消耗， 內(nèi)存資源1.3在什么情況下一個用戶使用一個分時系統(tǒng)比使用一臺個人計算機或單 用戶工作站更好？Answer:當另外使用分時系統(tǒng)的用戶較少時，任務(wù)十分巨大，硬件速度很快， 分時系統(tǒng)有意義。充分利用該系統(tǒng)可以對用戶的問題產(chǎn)生影響。比起個人電腦， 問題可以被更快的解決。還有一種可能發(fā)生的情況是在同一時間有許多另外的用 戶在同一時間使用資源。當作業(yè)足夠小，且能在個人計算機上合理的運行時，以 及當個人計算機的性能能夠充分的運行程序來達到用戶的滿意時，個人計算機 是最好的，。1.

3、4在下面舉出的三個功能中，哪個功能在下列兩種環(huán)境下，（a）手持裝置 （b）實時系統(tǒng)需要操作系統(tǒng)的支持？（a）批處理程序（b）虛擬存儲器（c）分時 Answer:對于實時系統(tǒng)來說，操作系統(tǒng)需要以一種公平的方式支持虛擬存儲器 和分時系統(tǒng)。對于手持系統(tǒng)，操作系統(tǒng)需要提供虛擬存儲器，但是不需要提供分 時系統(tǒng)。批處理程序在兩種環(huán)境中都是非必需的。1.5描述對稱多處理（SMP ）和非對稱多處理之間的區(qū)別。多處理系統(tǒng)的 三個優(yōu)點和一個缺點？Answer: SMP意味著所以處理器都對等，而且I/O可以在任何處理器上運行。 非對稱多處理有一個主處理器控制系統(tǒng)，與剩下的處理器是隨從關(guān)系。主處理器 為從處理器安排工

4、作，而且I/O也只在主處理器上運行。多處理器系統(tǒng)能比單處 理器系統(tǒng)節(jié)省資金，這是因為他們能共享外設(shè)，大容量存儲和電源供給。它們可 以更快速的運行程序和增加可靠性。多處理器系統(tǒng)能比單處理器系統(tǒng)在軟、硬件 上也更復雜（增加計算量、規(guī)模經(jīng)濟、增加可靠性）1.6集群系統(tǒng)與多道程序系統(tǒng)的區(qū)別是什么？兩臺機器屬于一個集群來協(xié) 作提供一個高可靠性的服務(wù)器的要求是什么？Answer:集群系統(tǒng)是由多個計算機耦合成單一系統(tǒng)并分布于整個集群來完成計 算任務(wù)。另一方面，多道程序系統(tǒng)可以被看做是一個有多個CPU組成的單一的 物理實體。集群系統(tǒng)的耦合度比多道程序系統(tǒng)的要低。集群系統(tǒng)通過消息進行通 信，而多道程序系統(tǒng)是通過

5、共享的存儲空間。為了兩臺處理器提供較高的可靠性 服務(wù)，兩臺機器上的狀態(tài)必須被復制，并且要持續(xù)的更新。當一臺處理器出現(xiàn)故 障時，另一臺處理器能夠接管故障處理的功能。1.7試區(qū)分分布式系統(tǒng)（distribute system）的客戶機-服務(wù)器（clientserver） 模型與對等系統(tǒng)（peer-to-peer）模型Answer:客戶機-服務(wù)器(client-server)模型可以由客戶機和服務(wù)器的角色被 區(qū)分。在這種模型下，客戶機向服務(wù)器發(fā)出請求，然后服務(wù)器滿足這種請求。對等 系統(tǒng)(peer-to-peer)模型沒有這種嚴格的區(qū)分角色，。實際上，在系統(tǒng)中的所 有結(jié)點被看做是對等的，而且這些結(jié)點既

6、可以是客戶機也可以是服務(wù)器，或者兩 這都是。也許一個結(jié)點從另一個對等結(jié)點上請求一個服務(wù)，或者，這個結(jié)點滿足 在系統(tǒng)中的另一個結(jié)點的請求。比如，一個系統(tǒng)中的結(jié)點共享烹飪方法。在客戶 機-服務(wù)器(client-server)模型下，所有方法都被存儲在服務(wù)器上。如果一個 客戶機想要獲得烹飪方法，它必須向那臺服務(wù)器發(fā)出請求。在對等系統(tǒng) (peer-topeer)模型下，一個結(jié)點可以向另外的結(jié)點請求指定的烹飪方法。存儲了這種烹 飪方法的那個結(jié)點(或幾個結(jié)點)可以把烹飪的方法提供給發(fā)出請求的結(jié)點。注 意每個對等結(jié)點既可以扮演客戶機(發(fā)出請求)，也可以扮演服務(wù)器(提供請 求)。1.8如果一個由兩個結(jié)點組成的

7、集群系統(tǒng)正在運行一個數(shù)據(jù)庫，試描述集 群軟件可以用哪兩種方法管理存取磁盤的數(shù)據(jù)，并說明每種方法的優(yōu)點 和缺點。Answer:兩種方法:非對稱集群系統(tǒng)(asymmetric clustering)和并行集群系統(tǒng) (parallel clustering).對于非對稱集群系統(tǒng)，一個主機運行這個數(shù)據(jù)庫，而其 它主機只是監(jiān)測這個數(shù)據(jù)庫。如果服務(wù)器出現(xiàn)故障，進行監(jiān)測的主機就會轉(zhuǎn)變成運行 這個數(shù)據(jù)庫的主機。這是提供適當?shù)娜哂?。然而，它沒有利用具有潛在處理能力 的主機。對于并行集群系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫可以在兩個并行的主機上運行。在并行集群 系統(tǒng)上實現(xiàn)的困難是提供一些分布式鎖機制給共享磁盤上的文件。1.9網(wǎng)絡(luò)計算機是

8、怎樣不同與傳統(tǒng)的個人計算機的？試取出一些使用網(wǎng)絡(luò) 計算機的好處的方案。Answer:網(wǎng)絡(luò)計算機是基于一臺核心的計算機作為其服務(wù)器。同時，它也具有一 個最小化的操作系統(tǒng)來管理這些資源。另一方面，個人計算機必須在不依賴于核 心計算機的基礎(chǔ)上，能夠獨立提供所有被請求的功能。在行政花費太高以及共享 導致更高效的使用資源的情景下是精確的，在這些環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)計算機是理想的。 1.10中斷(interupt)的目的是什么？陷阱(trap)與中斷的區(qū)別是什么？ 陷阱可以被用戶程序(user program)有意地的產(chǎn)生嗎？如果可以，那目 的是什么？Answer:中斷是一種在系統(tǒng)內(nèi)硬件產(chǎn)生的流量變化。中斷操作裝置

9、是用來處理中 斷請求；然后返回控制中斷的上下文和指令。陷阱是軟件產(chǎn)生的中斷。中斷可以 被用來標志I/O的完成，從而排除設(shè)備投票站(device polling)的需要。陷阱 可以被用來調(diào)用操作系統(tǒng)的程序或者捕捉到算術(shù)錯誤。1.11內(nèi)存存儲是被用于高速的I/O設(shè)備，其目的是為了避免增加CPU的過 度運行。設(shè)備的CPU接口是怎樣與轉(zhuǎn)換器(transfer)協(xié)作的？當內(nèi)存操作完全時，CPU是怎么知道的？當DMA控制器正在轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)時，CPU是被允許運行其它程序的。這 種進程與用戶程序的運行沖突嗎？如果沖突的話，試描述可能引起哪種 沖突？Answer: CPU可以通過寫數(shù)據(jù)到可以被設(shè)備獨立存儲的寄存器中

10、來啟動 DMA操作。當設(shè)備接收到來自CPU的命令時，啟動響應(yīng)的操作。當設(shè)備完成此 操作時，就中斷CPU來說明操作已經(jīng)完成。設(shè)備和CPU都可以被內(nèi)存同時訪問。 內(nèi)存控制器對這兩個實體以公平的方式給內(nèi)存總線提供存取。CPU可能不能同 時以很快的速度配給給內(nèi)存操作，因為它必須去競爭設(shè)備而使得自己存取到內(nèi) 存總線中去。1.12一些計算機系統(tǒng)沒有在硬件中提供個人模式(privileged mode)。對于 這種計算機系統(tǒng)來說，可能構(gòu)成安全的操作系統(tǒng)嗎？對可能和不可能兩 種情況分別給出理由。Answer: 一種類型處理器的操作系統(tǒng)需要在任何時候都被控制(或監(jiān)測模式)。 有兩種方法可以完成這個操作：a.所有

11、用戶程序的軟件翻譯(像一些 BASIC，Java，LISP systems)。在軟件中，軟件解釋程序能夠提供硬件所不能 提供的。b.要求所有程序都用高級語言編寫，以便于所以目標代碼都被編譯出來 編譯器將會產(chǎn)生硬件忽略的防護性檢查(in-line或功能調(diào)用)。1.13給出緩存(caches)十分有用的兩個理由。他們解決了什么問題？他們 引起了什么問題？如果緩存可以被做成裝備想要緩存的容量(例如，緩存像磁盤那么大)， 為什么不把它做的那么大，其限制的原因是什么？Answer:當兩個或者更多的部件需要交換數(shù)據(jù)，以及組成部件以不同的速度完 成轉(zhuǎn)換時，緩存是十分有用的。緩存通過在個組成部件之間提供一個中

12、間速度的 緩沖區(qū)來解決轉(zhuǎn)換問題。如果速度較快的設(shè)備在緩存中發(fā)現(xiàn)它所要的數(shù)據(jù)，它就 不需要再等待速度較慢的設(shè)備了。緩存中的數(shù)據(jù)必須與組成部件中的要一致。如 果一個組成部件中的數(shù)據(jù)值改變了，緩存中的這個數(shù)據(jù)也必須更新。在多進程系 統(tǒng)中，當有不止一個進程可能進入同一個數(shù)據(jù)時，這就成了一個顯著的問題。一 個組成部件將會被一個同等大小的組成部件所消除，但是只有當;(a)緩存和組成 部件有相同狀態(tài)存儲能力(也就是，當斷電的時候，組成部件還能保存它的數(shù) 據(jù)，緩存也一樣能保存它的數(shù)據(jù))，(b)緩存是可以負擔的起的，因為速度更快 的存儲器意味著更高的價格。1.14試舉例說明在下列的進程環(huán)境中，快速緩沖貯存區(qū)的數(shù)

13、據(jù)保持連貫性 的問題是怎樣表明的？(a)單道程序系統(tǒng)(Single-processor systems)(b)多 道程序系統(tǒng)(Mulitiprocessor systems)(c)分布式系統(tǒng)(Distribute systems) Answer:在單道程序系統(tǒng)(Single-processor systems)中，當一個進程發(fā)布更 新給快速緩沖貯存區(qū)的數(shù)據(jù)時，內(nèi)存需要被更新。這些更新一種快速的或緩慢的方 式執(zhí)行。在多道程序系統(tǒng)(Mulitiprocessor systems)中，不同的進程或許在 它的本地存儲上存儲相同的內(nèi)存位置。當更新發(fā)生時，其它存儲的位置需要使其無效 或更新。在分布式系統(tǒng)(

14、Distribute systems)中，快速存儲區(qū)數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)不是 問題，然而，當客戶機存儲文件數(shù)據(jù)時，協(xié)調(diào)問題就會被提及。1.15試描述一個機器裝置為了阻止一個程序避免修改與其它程序有聯(lián)系的 內(nèi)存而執(zhí)行內(nèi)存保護。Answer:處理器可以追蹤哪個位置是與每個進程相聯(lián)系的以及限制進入一個程序 的范圍的外面位置。信息與一個程序的內(nèi)存范圍有關(guān)，它可以通過使用庫，限制 寄存器和對每個進入內(nèi)存的信息執(zhí)行檢查來維持其本身。1.16哪種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最適合下列環(huán)境：（a）一個寢室樓層（b）一個大學校 園（c）一個州（d）一個國家。Answer:（a）一個寢室樓層：A LAN（b）一 個大學校園：A LAN,pos

15、sibly a WAN for a very large campuses.（c）一個州:A WAN（d）一個國家：A WAN1.17列出下列操作系統(tǒng)的基本特點：批處理b.交互式分時d.實時e.網(wǎng)絡(luò)f.并行式g.分布式h.集群式i.手持式 Answer: a.批處理：具有相似需求的作業(yè)被成批的集合起來，并把它們作為一 個整體通過一個操作員或自動作業(yè)程序裝置運行通過計算機。通過緩沖區(qū)，線下 操作，后臺和多道程序，運用嘗試保持CPU和I/O一直繁忙，從而使得性能被 提高。批處理系統(tǒng)對于運行那些需要較少互動的大型作業(yè)十分適用。它們可以被 更遲地提交或獲得。交互式：這種系統(tǒng)由許多短期交易構(gòu)成，并且下一

16、個交易的結(jié)果是無法預知 的。從用戶提交到等待結(jié)果的響應(yīng)時間應(yīng)該是比較短的，通常為1秒左右。分時：這種系統(tǒng)使用CPU調(diào)度和多道程序來經(jīng)濟的提供一個系統(tǒng)的人機通信 功能。CPU從一個用戶快速切換到另一個用戶。以每個程序從終端機中讀取它的 下一個控制卡，并且把輸出的信息正確快速的輸出到顯示器上來替代用soopled card images定義的作業(yè)。實時：經(jīng)常用于專門的用途。這個系統(tǒng)從感應(yīng)器上讀取數(shù)據(jù)，而且必須在嚴格 的時間內(nèi)做出響應(yīng)以保證正確的性能。網(wǎng)絡(luò)：提供給操作系統(tǒng)一個特征，使得其進入網(wǎng)絡(luò)，比如;文件共 享。并行式：每一個處理器都運行同一個操作系統(tǒng)的拷貝。這些拷貝通過系統(tǒng)總線 進行通信。分布式

17、：這種系統(tǒng)在幾個物理處理器中分布式計算，處理器不共享內(nèi)存或時 鐘。每個處理器都有它各自的本地存儲器。它們通過各種通信線路在進行通信， 比如：一條高速的總線或一個本地的網(wǎng)絡(luò)。集群式：集群系統(tǒng)是由多個計算機耦合成單一系統(tǒng)并分布于整個集群來完成 計算任務(wù)。手持式：一種可以完成像記事本，email和網(wǎng)頁瀏覽等簡單任務(wù)的小型計算機 系統(tǒng)。手持系統(tǒng)與傳統(tǒng)的臺式機的區(qū)別是更小的內(nèi)存和屏幕以及更慢的處理能力 1.18手持計算機中固有的折中屬性有哪些？Answer :手提電腦比傳統(tǒng)的臺式PC機要小的多。這是由于手提電腦比臺式PC機 具有更小的內(nèi)存，更小的屏幕，更慢的處理能力的結(jié)果。因為這些限制，大多數(shù) 現(xiàn)在的手

18、提只能完成基本的任務(wù)，比如：記事本，email和簡單的文字處理。然 而，由于它們較小的外形，而十分便于攜帶，而且當它們具備無線上網(wǎng)時，就 可以提供遠程的emai l通信和上網(wǎng)功能。2.1操作系統(tǒng)提供的服務(wù)和功能可以分為兩個類別。簡單的描述一下這兩 個類別并討論他們的不同點。Answer:第一種操作系統(tǒng)提供的服務(wù)是用來保護在系統(tǒng)中同時運行的不同進 程。進程只被允許獲得與它們地址空間有聯(lián)系的內(nèi)存位置。同樣，進程不允 許破壞和其他用戶有關(guān)的文件。一個進程同樣不允許在沒有操作系統(tǒng)的干預 下直接進入設(shè)備。第二種服務(wù)由操作系統(tǒng)提供的服務(wù)是提供一種新的功能， 而這種功能并不直接被底層的硬件支持。虛擬存儲器和

19、文件系統(tǒng)就是由操作 系統(tǒng)提供的這種新服務(wù)的實例。2.2列出操作系統(tǒng)提供的五項服務(wù)。說明每項服務(wù)如何給用戶提供便利。說明在哪些情況下用戶級程序不能夠提夠這些服務(wù)。Answer: a.文件執(zhí)行.操作系統(tǒng)一個文件的目錄（或章節(jié)）裝入到內(nèi)存并 運行。一個用戶程序不能被信任，妥善分配CPU時間。I/O操作.磁盤，磁帶，串行線，和其他裝置必須在一個非常低的水平下進行通信。用戶只需要指定裝置和操作執(zhí)行要求，然后該系統(tǒng)的要求轉(zhuǎn)換成裝 置或控制器的具體命令.用戶級程序不能被信任只在他們應(yīng)該獲得時獲得裝置 和只使用那些未被使用的裝置。文件系統(tǒng)操作.在文件創(chuàng)建、刪除、分配和命名時有許多細節(jié)是用戶不能執(zhí) 行的。磁盤空

20、間塊被文件所使用并被跟蹤。刪除一個文件需要清除這個文件的 信息和釋放被分派給這個文件的空間。用戶程序不僅不能夠保證保護方法的有 效實施，也不能夠被信任只會分配空閑的空間和在刪除文件是清空空間。通信.信息在系統(tǒng)間交換要求信息轉(zhuǎn)換成信息包，送到網(wǎng)絡(luò)控制器中，通 過通信媒介進行傳播，并由目的地系統(tǒng)重新組裝。信息包調(diào)整和數(shù)據(jù)修改是一 定會發(fā)生的。此外，用戶程序也許不能夠協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)裝置的取得，或者接收完全 不同的其他進程的信息包。錯誤檢測.錯誤檢測在硬件和軟件水平下都會發(fā)生。在硬件水平下，所有數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)移都必須仔細檢查以確保數(shù)據(jù)在運送中不會被破壞。在媒介中的所有數(shù)據(jù) 都必須被檢查以確保他們在寫入媒介時沒有被

21、改變。在軟件水平下，為了數(shù)據(jù)， 媒介不需不間斷的被檢查。例如，確保信息存儲中被分配和還未被分配的空間 塊的數(shù)量和裝置中所有塊的數(shù)量的一致。進程獨立經(jīng)常有錯誤（例如，磁盤中 數(shù)據(jù)的破壞），所以必須有一個統(tǒng)籌的程序（操作系統(tǒng)）來處理各種錯誤。同 樣，錯誤經(jīng)過操作系統(tǒng)的處理，在一個系統(tǒng)中程序不再需要包含匹配和改正 所遇可能錯誤的代碼。2.3討論向操作系統(tǒng)傳遞參數(shù)的三個主要的方法。Answer:通過寄存器來傳遞參數(shù)寄存器傳遞參數(shù)塊的首地址參數(shù)通過程序存放或壓進堆棧中，并通過操作系統(tǒng)彈出堆棧。2.4描述你怎樣能夠統(tǒng)計到一個程序運行其不同部分代碼時，它的時間 花費數(shù)量的數(shù)據(jù)圖表，并說明它的重要性。Answer: 一個能夠發(fā)布定期計時器打斷和監(jiān)控正在運行的命令或代碼段當 中斷被進行時。一個滿意的配置文件，其中的代碼塊都應(yīng)積極覆著被程序在代 碼的不同的部分花費時間。一旦這個配置文件被獲得，程序員可以盡可能的優(yōu) 化那些消耗大量CPU資源的代碼段。2.5操作系統(tǒng)關(guān)于文件管理的五個主要活動是什么？Answer:創(chuàng)建和刪除文件創(chuàng)建和刪除目錄提供操作