《現(xiàn)代操作系統(tǒng)（中文第四版）》課后習(xí)題答案第一章引論

《現(xiàn)代操作系統(tǒng)（中?第四版）》課后習(xí)題答案第?章引論如有錯誤答案，請各位評論指出，多謝多謝1、操作系統(tǒng)的兩?主要作?是什么？；2.管理各種軟硬件資源。2、在1.4節(jié)中描述了9中不同類型的操作系統(tǒng)，列舉每種操作系統(tǒng)的應(yīng)?（每種系統(tǒng)?種應(yīng)?）1.?型操作系統(tǒng)（Mainframeoperatingsystem）：?型保險公司的索賠流程處理系統(tǒng)2.服務(wù)器操作系統(tǒng)（Serveroperatingsystem）：?如蘋果?機的Siri所提供的語?到?本的轉(zhuǎn)換服務(wù)3.多處理器操作系統(tǒng)（Multiprocessoroperatingsystem）：視頻編輯與渲染4.個?計算機操作系統(tǒng)（Personalcomputeroperatingsystem）：?字處理應(yīng)?5.掌上計算機操作系統(tǒng)（Handheldcomputeroperatingsystem）：上下?感知推薦系統(tǒng)6.嵌?式操作系統(tǒng)（Embeddedoperatingsystem）：為DVD錄像機設(shè)計的錄像程序。7.傳感器節(jié)點操作系統(tǒng)（Sensor-nodeoperatingsystem）：野外溫度監(jiān)測8.實時操作系統(tǒng)（Real-timeoperatingsystem）：航空管制系統(tǒng)9.智能卡操作系統(tǒng)（Smart-cardoperatingsystem）：電??付3.分時系統(tǒng)和多道程序系統(tǒng)的區(qū)別是什么？答：在分時系統(tǒng)中，多個?戶可以使?他們??的終端同時訪問和執(zhí)?計算系統(tǒng)上的計算。多道程序設(shè)計系統(tǒng)允許?戶同時運?多個程序。所有分時系統(tǒng)都是多道程序設(shè)計系統(tǒng)，但并?所有多道程序設(shè)計系統(tǒng)都是分時系統(tǒng)，因為多道程序設(shè)計系統(tǒng)可以在只有?個?戶的PC上運?。4.為了使??速緩存，主存被劃分為若?cache?，同城每?長32或64字節(jié)。每次緩存?整個cache?，每次緩存?整??不是?個字節(jié)或?個字，這樣的優(yōu)點是什么？存位置。因此，通過緩存整個緩存?，接下來緩存命中的概率會增加。此外，現(xiàn)代的硬件可以將32或64字節(jié)塊整個傳輸?shù)?速緩存?，?單個字節(jié)讀取，總共讀32或64字節(jié)的速度要快得多。CPU處理（即沒有DMA）。對于多到程序??這種組織?式有什么含義？答：DMA（DirecMemoryAccess）:直接存儲器訪問。多道程序設(shè)計的主要原因是在某個程序等待I/O完成時，可以讓CPU做?些其他操作。如果沒有DMA，則CPU完全占?I/O，因此通過多道程序設(shè)計沒有任何收益增加獲得（?少在CPU利?率??）。?論程序執(zhí)?多少I/O，CPU都將100％處于忙碌。這當(dāng)然假設(shè)主要的延遲是數(shù)據(jù)被復(fù)制時的等待。如果由于其他原因（例如，到達串?線路）I/O很慢，CPU可以執(zhí)?其他?作。6.與訪問I/O設(shè)備相關(guān)的指令通常是特權(quán)指令，也就是說，他們能在內(nèi)核態(tài)執(zhí)??在?戶態(tài)則不?，說明為什么這些指令是特權(quán)指令。答：典型的例?，?如對于I/O設(shè)備（例如，打印機）的訪問，通常對不同?戶限制也不同。某些?戶可以允許打印任意數(shù)量的頁?，某些?戶可能根本不允許打印，??些?戶可能僅限于打印?定數(shù)量的頁?。這些限制由系統(tǒng)管理員根據(jù)某些策略設(shè)置。需要強制執(zhí)?此類策略，以便?戶級別的程序不會?擾它們。7.系列計算機的思想在20世界60年代由IBM引?System/360?型機?，F(xiàn)在這種思想是消亡還是存活？答：依然活著。例如，英特爾使Corei3，i5和i7CPU具有各種不同的屬性，包括速度和功耗。所有這些計算機都在架構(gòu)上兼容。只是它們的價格和性能不同。8.緩慢采?GUI的?個原因是?持他的硬件的成本?昂，為了?持25?80列的單??本屏幕，需要多少視頻RAM？對于1024x768像素24位?彩圖需要多少RAM？在1980年每Kb5美元，這些RAM成本是多少？現(xiàn)在成本多少？1.25x80x1=2000字節(jié)2.1024x768x3=2359296字節(jié)（?字節(jié)8位，24位就是三個字節(jié)）3.成本??計算9.在建??個操作系統(tǒng)時有?個設(shè)計?的，例如資源利?、及時性、健壯性等，請列舉兩個可能相互?盾的設(shè)計?的?？紤]公平性和實時性。公平性要求每個進程都以公平的?式分配其資源，沒有任何進程獲得超過公平份額。另???，實時性需要根據(jù)不同進程必須完成執(zhí)?的時間來分配資源。實時進程可能會獲得不成?例的資源份額。他們就是互相?盾的。10.內(nèi)核態(tài)和?戶態(tài)有哪些區(qū)別？解釋在設(shè)計操作系統(tǒng)時存在兩種不同的模式有什么幫助。?多數(shù)現(xiàn)代CPU提供兩種執(zhí)?模式：內(nèi)核態(tài)和?戶態(tài)。CPU可以執(zhí)?其指令集中的每條指令，并在內(nèi)核態(tài)下執(zhí)?時使?硬件的各種功能。但是?戶態(tài)只能執(zhí)?部分指令，執(zhí)?時僅使?部分功能。擁有兩種模式允許設(shè)計?員以?戶態(tài)運??戶程序，從?拒絕他們訪問關(guān)鍵指令。255個扇區(qū)。每個扇區(qū)512字節(jié)。這個磁盤有多少盤?和磁頭？假設(shè)平均尋道時間為11ms,平均旋轉(zhuǎn)延遲為7ms,讀取速度100MB/s,計算從?個扇區(qū)讀取400kb需要的平均時間。磁頭數(shù)=255GB/（65536*255*512）=16盤?數(shù)量=16/2=8讀取操作完成的時間是尋道時間+旋轉(zhuǎn)延遲+傳輸時間。尋道時間為11ms，旋轉(zhuǎn)延遲為7ms，傳輸時間為4ms，因ft平均傳輸時間為22ms。12、下?哪?條指令只能在內(nèi)核態(tài)使?？a禁?所有的中斷b讀?期-時間時鐘c設(shè)置?期-時間時鐘d改變存儲器映像選擇a、c、d13、考慮?個有兩個CPU的系統(tǒng)，且每?個CPU有兩個線程（超線程）。假設(shè)有三個程序P0、P1\P2，分別以運?時間5ms,10ms,20ms開始，運?這些程序需要多少時間？假設(shè)這三個程序都是100%限于CPU，在運?時?阻賽，并且?旦設(shè)定就不改變CPU。答：完成這些程序的執(zhí)?可能需要20,25或30毫秒，具體取決于操作系統(tǒng)如何安排它們。如果P0和P1在同?個CPU上進?調(diào)度，?P2在另?個CPU上進?調(diào)度，則需要20毫秒。如果P0和P2安排在同?個CPU上并且P1安排在另?個CPU上，則需要25毫秒。如果P1和P2安排在同?個CPU上并且P0安排在另?個CPU上，則需要30毫秒。如果所有三個都在同?個CPU上，則需要35毫秒。14、?臺計算機有?個四級流?線，每?級都花費相同的時間執(zhí)?其?作，即1ns,這臺機器每秒可執(zhí)?多少條指令？答：每?納秒的指令都從管道中出現(xiàn)。這意味著機器每秒執(zhí)?10億條指令。根本沒關(guān)系管道有多少個階段。每級1nsec的10級流?線每秒也會執(zhí)?10億條指令。重要的是完成的指令彈出管道末端的頻率。15.假設(shè)?個計算機系統(tǒng)有?速緩存、內(nèi)存以及磁盤，操作系統(tǒng)?呼你內(nèi)存。讀取緩存中的?個詞需要1ns,內(nèi)存需要10ns,磁盤需要10ms。如果緩存命中率是95%，內(nèi)存的是99%（緩存失效時），讀取?個詞的平均時間是多少？答：平均訪問時間答：平均訪問時間=0.95×1nsec（詞在緩存中）+0.05×0.99×10nsec（詞在RAM中，但不在緩存中）+0.05×0.01×10,000,000nsec（僅限磁盤上的詞）=5001.445納秒=5.001445μsec16.在?戶程序進??個系統(tǒng)調(diào)?，以讀寫磁盤?件時，該程序提供指?說明了所需要的?件，?個指向數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的指針以及計數(shù)。然17.什么是陷阱指令？在操作系統(tǒng)中他的?途。陷阱指令將?個處理器的執(zhí)?模式從?戶模式切換到內(nèi)核模式。該指令允許?戶程序調(diào)?操作系統(tǒng)內(nèi)核中的函數(shù)。18.分時系統(tǒng)中為什么需要進程表？在只有?個進程存在的計算機中，需要進程表嗎、進程表是為了存儲當(dāng)前被掛起、甚或是被延遲和阻塞的進程狀態(tài)。在單?進程的系統(tǒng)中是不需要，因為單?進程從不掛起。19、說明有沒有理由在?個?空的?錄中安裝?個?件系統(tǒng)。如果這樣做，如何做？裝配點通常都是空的。然?，系統(tǒng)管理?員可能需要將某些位于被裝配?錄中的?常重要的?件復(fù)制到裝配點，使得他們在進?設(shè)備檢查或修理時，可以在緊急事件中的普通路徑上找到這些?件。20、對于下列系統(tǒng)調(diào)?，給出引起失敗的條件：fork,exec以及unlink.如果進程表中沒有空閑的槽（或者沒有內(nèi)存和交換空間），fork將失敗。如果所給的?件名不存在，或者不是?個有效的可執(zhí)??件，exec將失敗。如果將要解除鏈接的?件不存在，或者調(diào)?unlink的進程沒有權(quán)限，則unlink將失敗。21.下列資源能使?哪種多路復(fù)?（時間、空間或者兩者皆可）：CPU、內(nèi)存、磁盤、?卡、打印機、鍵盤以及顯?器？時間復(fù)?：時間復(fù)?：CPU，?卡，打印機，鍵盤?？臻g復(fù)?：內(nèi)存，磁盤。兩者：顯?。22.在count=write(fd,buffer,nbytes);調(diào)?中，是否能將函數(shù)返回值傳遞給count變量?不是nbtes變量？如果能，為什么？如果fd不正確，調(diào)?失敗，將返回1。同樣，如果磁盤滿，調(diào)?也失敗，要求寫?的字節(jié)數(shù)和實際寫?的字節(jié)數(shù)可能不等。在正確終?時，總是返回nbytes。23.有?個?件，其?件描述符是fd，內(nèi)含下列字節(jié)序列：3，1，4，1，5，9，2，6，5，3，5。有如下系統(tǒng)調(diào)?：lseek(fd,3,SEEK_SET);read(fd,&buffer,4);其中l(wèi)seek調(diào)?尋找?件中的字節(jié)3。在讀操作完成之后，buffer中的內(nèi)容是什么？答：1,5,9,224.假設(shè)?個10MB的?件在磁盤連續(xù)扇區(qū)的同?個軌道上（軌道號：50）。磁盤的磁頭臂ft時位于第100號軌道。要想從磁盤上找回這個?件，需要多長時間？假設(shè)磁頭臂從?個柱?移動到下?個柱?需要1ms，當(dāng)?件的開始部分存儲在的扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下需要5ms，并且讀的速率是100MB/s。答：找到?件需要的時間=1*50ms505ms10/100*1000ms(讀取10MB的時間)=155ms25.塊特殊?件和字符特殊?件的基本差別是什么？26.在圖1-7的例?中庫調(diào)?稱為read，?系統(tǒng)調(diào)???稱為read，這兩者都有相問的名字是正常的嗎？如果不是，哪?個更重要？read陷?內(nèi)核時，它將系統(tǒng)調(diào)?號碼放?寄存器或者堆棧中。該號碼通常?于?張表的索引。這?確實沒有使?任何名稱。?另???，庫例程的名稱是?分重要的，因為它將?于程序中。27、現(xiàn)代操作系統(tǒng)將進程的地址空間從機器物理內(nèi)存中分離出來，列舉這種設(shè)計的兩個好處。這允許可執(zhí)?程序在不同的運?中加載到機器內(nèi)存的不同部分。ft外，它還使程序??可以超過機器內(nèi)存的??（虛擬內(nèi)存）。28、對程序員??，系統(tǒng)調(diào)?就像對其他庫過程的調(diào)??樣。有?必要讓程序員了解哪?個庫過程導(dǎo)致了系統(tǒng)調(diào)?？在什么情形下，為什么？答：就程序邏輯??，庫例程調(diào)?哪個系統(tǒng)調(diào)?是沒有關(guān)系的。但是，如果需要考慮性能問題，?需系統(tǒng)調(diào)?就可以完成的任務(wù)將使程序運29、圖1-23說明有?批UNIX的系統(tǒng)調(diào)?沒有與之相等價的Win32API，對于所列出的每?個沒有Win32等價的調(diào)?，若程序員要把?個UNIX程序轉(zhuǎn)換到Windows下運?，會有什么后果？答：某些UNIX調(diào)?沒有相應(yīng)的Win32API:Link:Win32程序不能給?件另外?個名稱，或者使某個?件出現(xiàn)在多個?錄中。同時，試圖創(chuàng)建鏈接可以便于測試，并且在?件上加鎖。Mount和umount:Wmdows程序不能創(chuàng)建關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)的路徑的假定命名，因為具有多個磁盤驅(qū)動器的系統(tǒng)上路徑名，其驅(qū)動器部分是不同的。Chmod:Windows程序員不得不假定所有的?戶都能訪問每個?件。Kill:Windows程序員不能kill?為失常的程序。30、可移植的操作系統(tǒng)是能從?個系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)到另?個體系結(jié)構(gòu)的移動不需要任何修改的操作系統(tǒng)。請解釋為什么建??個完全可移植性的操作系統(tǒng)是不可?的。描述?下在設(shè)計?個髙度可移植的操作系統(tǒng)時你設(shè)計的?級的兩層是什么樣的。以及CPU的字長（通常是32或64位）。由于硬件上的這些差異，31、請解釋在建?基于微內(nèi)核的操作系統(tǒng)時策略與機制的分離帶來的好處。a)?微年是多少秒？。那么gigamicron是多長？1TB存儲器中有多少字節(jié)？地球的質(zhì)量是6000yottagram,換算成kilogram是多少？答：這些都可以直接轉(zhuǎn)換:(a)?微年=10-6×365×24×3600=31.536s。(b)1000m或lkm。?有2^50字節(jié)，也就是1,099,511,627,776字節(jié)。(d)它是6×10^24kg34、寫?個和圖1-19類似的shell，但是包含?夠的實際可?作的代碼，這樣讀者可測試