操作系統(tǒng)概念(中文版)第七版課后習(xí)題答案word1-12章

word格式-可編輯-感謝下載支持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(dǎo)致多種安全問題。a.列出此類的問題b.在一個分時機(jī)器中，能否確保像在專用機(jī)器上一樣的安全度？并解釋之。Answer:a.竊取或者復(fù)制某用戶的程序或數(shù)據(jù)；沒有合理的預(yù)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(hù)機(jī)制都會不可避免的被另外的人所破譯，而且很自信的認(rèn)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?yán)e在下列的環(huán)境中哪種資源必須被嚴(yán)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）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(jī)或單用戶工作站更好？Answer:當(dāng)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(dāng)作業(yè)足夠小，且能在個人計算機(jī)上合理的運(yùn)行時，以及當(dāng)個人計算機(jī)的性能能夠充分的運(yùn)行程序來達(dá)到用戶的滿意時，個人計算機(jī)是最好的，。1.4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(yùn)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作，而且I/O也只在主處理器上運(yùn)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(yùn)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(fù)雜（增加計算量、規(guī)模經(jīng)濟(jì)、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(jī)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(jī)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(jìn)行通信，而多道程序系統(tǒng)是通過共享的存儲空間。為了兩臺處理器提供較高的可靠性服務(wù)，兩臺機(jī)器上的狀態(tài)必須被復(fù)制，并且要持續(xù)的更新。當(dāng)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)（distributesystem）的客戶機(jī)-服務(wù)器（client-server）模型與對等系統(tǒng)（peer-to-peer）模型Answer:客戶機(jī)-服務(wù)器（client-server）模型可以由客戶機(jī)和服務(wù)器的角色被區(qū)分。在這種模型下，客戶機(jī)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(yán)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)點既可以是客戶機(jī)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(jī)-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(jī)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-to-peer）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(jī)（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)點組成的集群系統(tǒng)正在運(yùn)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)(asymmetricclustering)和并行集群系統(tǒng)(parallelclustering).對于非對稱集群系統(tǒng)，一個主機(jī)運(yùn)行這個數(shù)據(jù)庫，而其它主機(jī)只是監(jiān)測這個數(shù)據(jù)庫。如果服務(wù)器出現(xiàn)故障，進(jìn)行監(jiān)測的主機(jī)就會轉(zhuǎn)變成運(yùn)行這個數(shù)據(jù)庫的主機(jī)。這是提供適當(dāng)?shù)娜哂?。然而，它沒有利用具有潛在處理能力的主機(jī)。對于并行集群系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫可以在兩個并行的主機(jī)上運(yùn)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(jī)制給共享磁盤上的文件。1.9網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)是怎樣不同與傳統(tǒng)的個人計算機(jī)的？試取出一些使用網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)的好處的方案。Answer:網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)是基于一臺核心的計算機(jī)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(jī)必須在不依賴于核心計算機(jī)的基礎(chǔ)上，能夠獨(dú)立提供所有被請求的功能。在行政花費(fèi)太高以及共享導(dǎo)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(jī)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（userprogram）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(biāo)志I/O的完成，從而排除設(shè)備投票站（devicepolling）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(yùn)行。(a)設(shè)備的CPU接口是怎樣與轉(zhuǎn)換器（transfer）協(xié)作的？(b)當(dāng)內(nèi)存操作完全時，CPU是怎么知道的？(c)當(dāng)DMA控制器正在轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)時，CPU是被允許運(yùn)行其它程序的。這種進(jìn)程與用戶程序的運(yùn)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(dú)立存儲的寄存器中來啟動DMA操作。當(dāng)設(shè)備接收到來自CPU的命令時，啟動響應(yīng)的操作。當(dāng)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(jī)系統(tǒng)沒有在硬件中提供個人模式（privilegedmode）。對于這種計算機(jī)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.所有用戶程序的軟件翻譯（像一些BASIC，Java，LISPsystems）。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(biāo)代碼都被編譯出來。編譯器將會產(chǎn)生硬件忽略的防護(hù)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(dāng)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(jìn)程系統(tǒng)中，當(dāng)有不止一個進(jìn)程可能進(jìn)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(dāng);(a)緩存和組成部件有相同狀態(tài)存儲能力（也就是，當(dāng)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(fù)擔(dān)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(jìn)程環(huán)境中，快速緩沖貯存區(qū)的數(shù)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-processorsystems）(b)多道程序系統(tǒng)（Mulitiprocessorsystems）(c)分布式系統(tǒng)（Distributesystems）Answer:在單道程序系統(tǒng)（Single-processorsystems）中，當(dāng)一個進(jìn)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)（Mulitiprocessorsystems）中，不同的進(jìn)程或許在它的本地存儲上存儲相同的內(nèi)存位置。當(dāng)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)（Distributesystems）中，快速存儲區(qū)數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)不是問題，然而，當(dāng)客戶機(jī)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(jī)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(hù)。Answer:處理器可以追蹤哪個位置是與每個進(jìn)程相聯(lián)系的以及限制進(jìn)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(jìn)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(xué)校園（c）一個州（d）一個國家。Answer:（a）一個寢室樓層：ALAN（b）一個大學(xué)校園:ALAN,possiblyaWANforaverylargecampuses.（c）一個州:AWAN（d）一個國家:AWAN1.17列出下列操作系統(tǒng)的基本特點：a.批處理b.交互式c.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(yùn)行通過計算機(jī)。通過緩沖區(qū)，線下操作，后臺和多道程序，運(yùn)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(yùn)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。b.交互式：這種系統(tǒng)由許多短期交易構(gòu)成，并且下一個交易的結(jié)果是無法預(yù)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。c.分時：這種系統(tǒng)使用CPU調(diào)度和多道程序來經(jīng)濟(jì)的提供一個系統(tǒng)的人機(jī)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(jī)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soopledcardimages定義的作業(yè)。d.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(yán)格的時間內(nèi)做出響應(yīng)以保證正確的性能。e.網(wǎng)絡(luò)：提供給操作系統(tǒng)一個特征，使得其進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，比如;文件共享。f.并行式：每一個處理器都運(yùn)行同一個操作系統(tǒng)的拷貝。這些拷貝通過系統(tǒng)總線進(jìn)行通信。g.分布式：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(jìn)行通信，比如：一條高速的總線或一個本地的網(wǎng)絡(luò)。h.集群式：集群系統(tǒng)是由多個計算機(jī)耦合成單一系統(tǒng)并分布于整個集群來完成計算任務(wù)。i.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(jī)系統(tǒng)。手持系統(tǒng)與傳統(tǒng)的臺式機(jī)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(jī)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(jī)要小的多。這是由于手提電腦比臺式PC機(jī)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(dāng)它們具備無線上網(wǎng)時，就可以提供遠(yuǎn)程的email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(hù)在系統(tǒng)中同時運(yùn)行的不同進(jìn)程。進(jìn)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(jìn)程不允許破壞和其他用戶有關(guān)的文件。一個進(jìn)程同樣不允許在沒有操作系統(tǒng)的干預(yù)下直接進(jìn)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(yùn)行。一個用戶程序不能被信任，妥善分配CPU時間。b.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(jìn)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。c.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(xì)節(jié)是用戶不能執(zhí)行的。磁盤空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(hù)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。d.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(jìn)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(jìn)程的信息包。e.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(xì)檢查以確保數(shù)據(jù)在運(yùn)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(jìn)程獨(dú)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:1.通過寄存器來傳遞參數(shù)2.寄存器傳遞參數(shù)塊的首地址3.參數(shù)通過程序存放或壓進(jìn)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(yùn)行其不同部分代碼時，它的時間花費(fèi)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(yùn)行的命令或代碼段當(dāng)中斷被進(jìn)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(fèi)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:1.創(chuàng)建和刪除文件2.創(chuàng)建和刪除目錄3.提供操作文件和目錄的原語的支持4.將文件映射到二級存儲器上5.在穩(wěn)定（非易失的）的存儲媒介上備份文件。2.6在設(shè)備和文件操作上用相同的系統(tǒng)調(diào)用接口的好處與不足是什么？Answer:每一個設(shè)備都可以被得到只要它是一個在文件系統(tǒng)的文件。因此大多數(shù)內(nèi)核通過文件接口處理設(shè)備，這樣相對容易，加一個新的設(shè)備通過執(zhí)行硬件確定代碼來支持這種抽象的文件接口。因此，這種方式不僅有利于用戶程序代碼的發(fā)展，用戶程序代碼可以被寫入設(shè)備和文件用相同的方式，還有利于設(shè)備驅(qū)動程序代碼，設(shè)備驅(qū)動程序代碼可以書面支持規(guī)范定義的API.使用相同接口的缺點是很難獲得某些設(shè)備檔案存取的API范圍內(nèi)的功能，因此，結(jié)果或者是丟失功能或者是丟失性能。但有些能夠被克服通過使用ioctl操作，這個操作為了進(jìn)程在設(shè)備上援引操作提供一個通用接口。2.7命令解釋器的用途是什么？為什么它經(jīng)常與內(nèi)核是分開的？用戶有可能通過使用由操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用接口發(fā)展一個新的命令解釋器？Answer:命令解釋器從用戶或文件中讀取命令并執(zhí)行，一般而言把他們轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)調(diào)用。它通常是不屬于內(nèi)核，因為命令解釋會有所變動。用戶能夠利用由操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用接口開發(fā)新的命令解釋器。這命令解釋器允許用戶創(chuàng)建、管理進(jìn)程和確定它們通信的方法（例如通過管道和文件）。所有的功能都被用戶程序通過系統(tǒng)調(diào)用來使用，這個也可能有用戶開發(fā)一個新的命令行解釋。2.8通信的兩種模式是什么？這兩種模式的優(yōu)點和缺點是什么？Answer:通信的兩種模式是1）共享內(nèi)存，2）消息傳遞。這兩種模式的最基本的不同是在它們的性能上。一個內(nèi)存共享塊是通過系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建的。然而，一旦內(nèi)存共享塊在兩個或更多的進(jìn)程間建立，這些進(jìn)程可以借助內(nèi)存共享塊來通信，不再需要內(nèi)核的協(xié)助。另一方面，當(dāng)send()和receive()操作被調(diào)用時,信息傳遞通常包含系統(tǒng)調(diào)用。因此，因為內(nèi)核是直接的包含在進(jìn)程間通信的，一般而言，它的影響比內(nèi)存共享小。然而，消息傳遞可以用作同步機(jī)制來處理通信進(jìn)程間的行動。也就是說，send()和receive()段可以用來協(xié)調(diào)兩個通信進(jìn)程的動作。另一方面，內(nèi)存共享沒有提供這種同步機(jī)制的進(jìn)程。2.9為什么要把機(jī)制和策略區(qū)分開來？Answer:機(jī)制和策略必須區(qū)分開來，來保證系統(tǒng)能夠被很容易的修改。沒有兩個系統(tǒng)的裝置是完全相同的，所以每一個裝置都想要把操作系統(tǒng)改為適合自己的。當(dāng)機(jī)制和政策分開時，政策可以隨意的改變但機(jī)制還是不能改變。這種安排提供了一個更靈活的制度2.10為什么Java提供了從Java程序調(diào)用由C或C++編寫的本地方法的能力？舉出一個本地方法有用的例子。Answer:Java程序的開發(fā)是用來作為I/O獨(dú)立的平臺。因此，這種語言沒有提供途徑給許多特殊的系統(tǒng)資源，例如從I/O設(shè)備讀取。為了運(yùn)行一個系統(tǒng)特定的I/O操作，你必須用一種支持這些特性的語言（例如C或C++）寫。記住一個Java程序調(diào)用由另外一種語言編寫的本地方法寫將不再結(jié)構(gòu)中立。2.11有時獲得一個分層方法是有困難的如果操作系統(tǒng)的兩個部件相互依存。識別一個方案，在這個方案中并不非常清楚如何為兩個作用緊密相連的系統(tǒng)部件分層。Answer:虛擬內(nèi)存子系統(tǒng)和存儲子系統(tǒng)通常是緊密耦合，并由于以下的相互作用需要精心設(shè)計的層次系統(tǒng)。許多系統(tǒng)允許文件被映射到一個執(zhí)行進(jìn)程的虛擬內(nèi)存空間。另一方面，虛擬內(nèi)存子系統(tǒng)通常使用存儲系統(tǒng)來提供當(dāng)前不在內(nèi)存中的頁。此外，在刷新磁盤之前，更新的文件有時會緩沖到物理內(nèi)存，從而需要認(rèn)真協(xié)調(diào)使用的內(nèi)存之間的虛擬內(nèi)存子系統(tǒng)和文件系統(tǒng)。2.12采用微內(nèi)核方法來設(shè)計系統(tǒng)的主要優(yōu)點是什么？在微內(nèi)核中如何使客戶程序和系統(tǒng)服務(wù)相互作用？微內(nèi)核方法的缺點是什么？Answer:優(yōu)點主要包括以下幾點：a）增加一個新的服務(wù)不需要修改內(nèi)核b)在用戶模式中比在內(nèi)核模式中更安全、更易操作c)一個簡單的內(nèi)核設(shè)計和功能一般導(dǎo)致一個更可靠的操作系統(tǒng)用戶程序和系統(tǒng)服務(wù)通過使用進(jìn)程件的通信機(jī)制在微內(nèi)核中相互作用，例如發(fā)送消息。這些消息由操作系統(tǒng)運(yùn)送。微內(nèi)核最主要的缺點是與進(jìn)程間通信的過度聯(lián)系和為了保證用戶程序和系統(tǒng)服務(wù)相互作用而頻繁使用操作系統(tǒng)的消息傳遞功能。2.13模塊化內(nèi)核方法的什么方式與分層方法相似？什么方式與分層方法不同？Answer:模塊化內(nèi)核方法要求子系統(tǒng)通過創(chuàng)建的一般而言狹隘（從功能方面來說是揭露外部模塊）的接口來相互作用。分層內(nèi)核方法在細(xì)節(jié)上與分層方法相似。但是，分層內(nèi)核必須要是有嚴(yán)格排序的子系統(tǒng)，這樣的子系統(tǒng)在較低層次中不允許援引業(yè)務(wù)相應(yīng)的上層子系統(tǒng)。在模塊化內(nèi)核方法中沒有太多的限制，模式在哪方面是隨意援引彼此的是沒有任何約束的。2.14操作系統(tǒng)設(shè)計員采用虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點是什么？對用戶來說主要有什么好處？Answer:系統(tǒng)是容易被調(diào)試的，此外，安全問題也是容易解決的。虛擬機(jī)同樣為運(yùn)作體系提供了一個很好的平臺，因為許多不同的操作系統(tǒng)只可以在一個物理系統(tǒng)中運(yùn)行。2.15為什么說一個JIT編譯器對執(zhí)行一個Java程序是有用的？Answer:Java是一種解釋語言。這就意味著Java虛擬機(jī)一次解釋一個字節(jié)代碼。一般來說，絕大多數(shù)解釋環(huán)境是比運(yùn)行本地二進(jìn)制慢，因為解釋進(jìn)程要求把每一個命令轉(zhuǎn)化為本地機(jī)器代碼。一個JIT編譯器把字節(jié)代碼轉(zhuǎn)換成本地機(jī)器代碼，第一次這種方法是偶然碰到的。這就意味著Java程序作為一個本地用途（當(dāng)然，JIT的這種轉(zhuǎn)換過程是要花費(fèi)時間的，但并沒有像字節(jié)代碼花費(fèi)的這么多）是非常重要的一種運(yùn)行方式。此外，JIT存儲器編譯代碼以便能夠在下一次需要時使用。一個是被JIT運(yùn)行的而不是傳統(tǒng)的一般的解釋運(yùn)行的Java程序是非?？斓?。2.16在一個系統(tǒng)（例如VWware）中，來賓作業(yè)系統(tǒng)和主機(jī)操作系統(tǒng)的關(guān)系是什么？在選擇主機(jī)操作系統(tǒng)時哪些因素需要考慮？Answer:一個來賓作業(yè)系統(tǒng)提供它的服務(wù)通過映射到有主機(jī)操作系統(tǒng)提供的功能上。一個主要的事情需要被考慮，為了能夠支持與來賓作業(yè)系統(tǒng)相聯(lián)系的功能，選擇的主機(jī)操作系統(tǒng)，從系統(tǒng)調(diào)用接口而言，是否足夠一般。2.17實驗性的綜合操作系統(tǒng)在內(nèi)核里有一個匯編器。為了優(yōu)化系統(tǒng)調(diào)用的性能，內(nèi)核通過在內(nèi)核空間內(nèi)匯編程序來縮短系統(tǒng)調(diào)用在內(nèi)核必須經(jīng)過的途徑。這是一種與分層設(shè)計相對立的方法，經(jīng)過內(nèi)核的途徑在這種設(shè)計中被延伸了，使操作系統(tǒng)的構(gòu)造更加容易。分別從支持和反對的角度來綜合設(shè)計方式對討論這種內(nèi)核設(shè)計和系統(tǒng)性能優(yōu)化的影響。Answer:綜合是令人欽佩的由于這種性能通過即時復(fù)雜化取得了成功。不幸的是，由于代碼的流動很難在內(nèi)核中調(diào)試問題。這種復(fù)雜化是系統(tǒng)的詳細(xì)的表現(xiàn)，讓綜合很難port（一個新的編譯器必須寫入每一種架構(gòu)）。3.1論述短期,中期和長期調(diào)度之間的區(qū)別.Answer:a.短期調(diào)度:在內(nèi)存作業(yè)中選擇就緒執(zhí)行的作業(yè),并為他們分配CPU。b.中期調(diào)度:作為一種中等程度的調(diào)度程序，尤其被用于分時系統(tǒng)，一個交換方案的實施，將部分運(yùn)行程序移出內(nèi)存，之后，從中斷處繼續(xù)執(zhí)行。c.長期調(diào)度（作業(yè)調(diào)度程序）:確定哪些作業(yè)調(diào)入內(nèi)存以執(zhí)行.它們主要的不同之處是它們的執(zhí)行的頻率。短期調(diào)度必須經(jīng)常調(diào)用一個新進(jìn)程，由于在系統(tǒng)中，長期調(diào)度處理移動的作業(yè)時，并不頻繁被調(diào)用，可能在進(jìn)程離開系統(tǒng)時才被喚起。3.2問:描述一下內(nèi)核在兩個進(jìn)程間進(jìn)行上下文功換的動作.Answer:總的來說，操作系統(tǒng)必須保存正在運(yùn)行的進(jìn)程的狀態(tài)，恢復(fù)進(jìn)程的狀態(tài)。保存進(jìn)程的狀態(tài)主要包括CPU寄存器的值以及內(nèi)存分配，上下文切換還必須執(zhí)行一些確切體系結(jié)構(gòu)的操作，包括刷新數(shù)據(jù)和指令緩存。（書中答案）進(jìn)程關(guān)聯(lián)是由進(jìn)程的PCB來表示的，它包括CPU寄存器的值和內(nèi)存管理信息等。當(dāng)發(fā)生上下文切換時，內(nèi)核會將舊進(jìn)程的關(guān)聯(lián)狀態(tài)保存在其PCB中，然后裝入經(jīng)調(diào)度要執(zhí)行的新進(jìn)程的已保存的關(guān)聯(lián)狀態(tài)。3.3考慮RPC機(jī)制。考慮的RPC機(jī)制。描述不可取的情況下可能出現(xiàn)或者不執(zhí)行的”最多一次”或”到底一旦“語義。說明在沒有這些保障的情況下,可能使用的一種機(jī)制。Answer:如果一個RPC機(jī)制無法支持無論是“最多一次”或“至少一次”的語義，那么RPC服務(wù)器不能保證遠(yuǎn)端程序不會引起多個事件的發(fā)生。試想，如果一個遠(yuǎn)端程序在一個不支持這些語義的系統(tǒng)上從銀行賬戶中撤回投資的資金。很可能一個單一調(diào)用的遠(yuǎn)程過程會導(dǎo)致多種服務(wù)器的撤回。

如果一個系統(tǒng)不能支持這兩種語義，那么這樣一個系統(tǒng)只能安全提供遠(yuǎn)程程序，這些遠(yuǎn)程程序沒有改變數(shù)據(jù)，沒有提供時間敏感的結(jié)果，用我們的銀行賬戶做例，我們當(dāng)然需要“最多一次”或“至少一次”的語義執(zhí)行撤銷（或存款）。然而，賬戶余額成其它賬戶信息的查詢，如姓名，地址等，不需要這些語義。3.4圖表3.24里顯示的程序，說明A行將會輸出什么？Answer:當(dāng)控制回到父進(jìn)程時，它的值會保持在5，而子進(jìn)程將更新并拷貝這個值。3.5問:下面設(shè)計的好處和壞處分別是什么?系統(tǒng)層次和用戶層次都要考慮到.A,對稱和非對稱通信B,自動和顯式緩沖C,復(fù)制發(fā)送和引用發(fā)送D,固定大小和可變大小消息Answer:A.對稱和非對稱通信：對稱通信的影響是它允許發(fā)送者和接收者之間有一個集合點。缺點是阻塞發(fā)送時，不需要集合點，而消息不能異步傳遞。因此，消息傳遞系統(tǒng)，往往提供兩種形式的同步。B.自動和顯式緩沖：自動緩沖提供了一個無限長度的隊列，從而保證了發(fā)送者在復(fù)制消息時不會遇到阻塞，如何提供自動緩存的規(guī)范，一個方案也許能保存足夠大的內(nèi)存，但許多內(nèi)存被浪費(fèi)緩存明確指定緩沖區(qū)的大小。在這種狀況下，發(fā)送者不能在等待可用空間隊列中被阻塞。然而，緩沖明確的內(nèi)存不太可能被浪費(fèi)。C.復(fù)制發(fā)送和引用發(fā)送：復(fù)制發(fā)送不允許接收者改變參數(shù)的狀態(tài)，引用發(fā)送是允許的。引用發(fā)送允許的優(yōu)點之一是它允許程序員寫一個分布式版本的一個集中的應(yīng)用程序。Java’sRMI公司提供兩種發(fā)送，但引用傳遞一個參數(shù)需要聲明這個參數(shù)是一個遠(yuǎn)程對象。D.固定大小和可變大小消息：涉及的太多是有關(guān)緩沖問題，帶有定長信息，一個擁有具體規(guī)模的緩沖課容納已知數(shù)量的信息緩沖能容納的可變信息數(shù)量是未知的?？紤]Windows2000如何處理這種情況。帶有定長信息（<256bytes）,信息從發(fā)送者的地址空間被復(fù)制至接受進(jìn)程的地址空間。更大的信息（如變長信息）使用共享內(nèi)存?zhèn)鬟f信息。第四章線程4.1舉兩個多線程程序設(shè)計的例子來說明多線程不比單線程方案提高性能答：1）任何形式的順序程序?qū)€程來說都不是一個好的形式。例如一個計算個人報酬的程序。 2）另外一個例子是一個“空殼”程序，如C-shell和kornshell。這種程序必須密切檢測其本身的工作空間。如打開的文件、環(huán)境變量和當(dāng)前工作目錄。4.2描述一下線程庫采取行動進(jìn)行用戶級線程上下文切換的過程答：用戶線程之間的上下文切換和內(nèi)核線程之間的相互轉(zhuǎn)換是非常相似的。但它依賴于線程庫和怎樣把用戶線程指給內(nèi)核程序。一般來說，用戶線程之間的上下文切換涉及到用一個用戶程序的輕量級進(jìn)程（LWP）和用另外一個線程來代替。這種行為通常涉及到寄存器的節(jié)約和釋放。4.3在哪些情況下使用多內(nèi)核線程的多線程方案比單處理器系統(tǒng)的單個線程方案提供更好的性能。答：當(dāng)一個內(nèi)核線程的頁面發(fā)生錯誤時，另外的內(nèi)核線程會用一種有效的方法被轉(zhuǎn)換成使用交錯時間。另一方面，當(dāng)頁面發(fā)生錯誤時，一個單一線程進(jìn)程將不能夠發(fā)揮有效性能。因此，在一個程序可能有頻繁的頁面錯誤或不得不等待其他系統(tǒng)的事件的情況下，多線程方案會有比單處理器系統(tǒng)更好的性能。4.4以下程序中的哪些組成部分在多線程程序中是被線程共享的？a.寄存值b.堆內(nèi)存c.全局變量d.棧內(nèi)存答：一個線程程序的線程共享堆內(nèi)存和全局變量，但每個線程都有屬于自己的一組寄存值和棧內(nèi)存。4．5一個采用多用戶線程的多線程方案在多進(jìn)程系統(tǒng)中能夠取得比在單處理器系統(tǒng)中更好的性能嗎？答：一個包括多用戶線程的多線程系統(tǒng)無法在多處理系統(tǒng)上同時使用不同的處理器。操作系統(tǒng)只能看到一個單一的進(jìn)程且不會調(diào)度在不同處理器上的不同進(jìn)程的線程。因此，多處理器系統(tǒng)執(zhí)行多個用戶線程是沒有性能優(yōu)勢的。4.6就如章節(jié)描述的那樣，Linux沒有區(qū)分進(jìn)程和線程的能力。且Linux線程都是用相同的方法：允許一個任務(wù)與一組傳遞給clone()系統(tǒng)調(diào)用的標(biāo)志的進(jìn)程或線程。但許多操作系統(tǒng)，例如windowsXP和Solaris，對進(jìn)程和線程都是一視同仁。基本上，這種使用notation的系統(tǒng)，一個進(jìn)程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括一個指向?qū)儆谶M(jìn)程的不同線程的指針。區(qū)別建模過程和在內(nèi)核中線程的兩種方法。答：一方面，進(jìn)程和線程被視為相似實體的系統(tǒng)中，有些系統(tǒng)代碼可以簡化。例如，一個調(diào)度器可以在平等的基礎(chǔ)上考慮不同的進(jìn)程和線程，且不需要特殊的代碼，在調(diào)度中審查有關(guān)線程的進(jìn)程。另一方面，這種統(tǒng)一會使進(jìn)程資源限制更加困難。相反，一些額外的復(fù)雜性被需要，用來確定哪個線程與哪個進(jìn)程一致和執(zhí)行重復(fù)的計數(shù)任務(wù)。4.7由4.11給出的程序使用了Pthread的應(yīng)用程序編程接口（API），在程序的第c行和第p行分別會輸出什么？答：c行會輸出5，p行會輸出0.4.8考慮一個多處理器系統(tǒng)和用多線程對多線程模式編寫的多線程程序。讓程序中的用戶線程數(shù)量多于系統(tǒng)中的處理器的數(shù)量，討論下列情況下的性能意義：a.由程序分配的內(nèi)核線程的數(shù)量比處理器少b.由程序分配的內(nèi)核線程的數(shù)量與處理器相同c.由程序分配的內(nèi)核線程的數(shù)量大于處理器數(shù)量但少于用戶線程的數(shù)量答：當(dāng)內(nèi)核線程的數(shù)量少于處理器時，一些處理器將仍然處于空閑狀態(tài)。因為，調(diào)度圖中只有內(nèi)核線程的處理器，而不是用戶線程的處理器。當(dāng)程序分配的內(nèi)核線程的數(shù)量與處理器相同時，那么有可能所有處理器將同時使用。然而，當(dāng)一個內(nèi)核塊內(nèi)的內(nèi)核（因頁面錯誤或同時援引系統(tǒng)調(diào)用）相應(yīng)的處理器將閑置。當(dāng)由程序分配的內(nèi)核線程的數(shù)量大于處理器數(shù)量時，封鎖一個內(nèi)核線程并調(diào)出，換入另一個準(zhǔn)備執(zhí)行的內(nèi)核線程。因此，增加多處理器系統(tǒng)的利用率。第五章CPU調(diào)度5.1為什么對調(diào)度來說，區(qū)分I/0限制的程序和CPU限制的程序是重要的？答：I/0限制的程序有在運(yùn)行I/O操作前只運(yùn)行很少數(shù)量的計算機(jī)操作的性質(zhì)。這種程序一般來說不會使用很多的CPU。另一方面，CPU限制的程序利用整個的時間片，且不做任何阻礙I/O操作的工作。因此，通過給I/O限制的程序優(yōu)先權(quán)和允許在CPU限制的程序之前運(yùn)行，可以很好的利用計算機(jī)資源。5.2討論以下各對調(diào)度標(biāo)準(zhǔn)在某種背景下會有的沖突a.CPU利用率和響應(yīng)時間b.平均周轉(zhuǎn)時間和最大等待時間c.I/O設(shè)備利用率和CPU利用率答：a.CPU利用率和響應(yīng)時間：當(dāng)經(jīng)常性的上下文切換減少到最低時，CPU利用率增加。通過減少使用上下文切換程序來降低經(jīng)常性的上下文切換。但這樣可能會導(dǎo)致進(jìn)程響應(yīng)時間的增加。b.平均周轉(zhuǎn)時間和最大等待時間：通過最先執(zhí)行最短任務(wù)可以使平均周轉(zhuǎn)時間最短。然而，這種調(diào)度策略可能會使長時間運(yùn)行的任務(wù)永遠(yuǎn)得不到調(diào)度且會增加他們的等待時間。c.I/O設(shè)備利用率和CPU利用率：CPU利用率的最大化可以通過長時間運(yùn)行CPU限制的任務(wù)和同時不實行上下文切換。I/O設(shè)備利用率的最大化可以通過盡可能調(diào)度已經(jīng)準(zhǔn)備好的I/O限制的任務(wù)。因此，導(dǎo)致上下文切換。5.3考慮指數(shù)平均公式來預(yù)測下一次CPU區(qū)間的長度，使用以下參數(shù)值會有什么影響？a.a=0和t=100毫秒b.a=0.99和t=10毫秒答：當(dāng)a=0和t=100毫秒時，公式總是會預(yù)測下一次的CPU區(qū)間為100毫秒。當(dāng)a=0.99和t=10毫秒時，進(jìn)程最近的行為是給予更高的重量和過去的就能成相比。因此，調(diào)度算法幾乎是無記憶的，且簡單預(yù)測未來區(qū)間的長度為下一次的CPU執(zhí)行的時間片。5.4考慮下列進(jìn)程集，進(jìn)程占用的CPU區(qū)間長度以毫秒來計算：進(jìn)程進(jìn)程區(qū)間時間優(yōu)先級P1103P211P323P414P552假設(shè)在時刻0以進(jìn)程P1，P2，P3，P4，P5的順序到達(dá)。 a.畫出4個Gantt圖分別演示用FCFS、SJF、非搶占優(yōu)先級（數(shù)字小代表優(yōu)先級高）和RR（時間片＝1）算法調(diào)度時進(jìn)程的執(zhí)行過程。b.在a里每個進(jìn)程在每種調(diào)度算法下的周轉(zhuǎn)時間是多少？ c.在a里每個進(jìn)程在每種調(diào)度算法下的等待時間是多少？ d.在a里哪一種調(diào)度算法的平均等待時間對所有進(jìn)程而言最?。看穑篴.甘特圖略b.周轉(zhuǎn)時間FCFSRRSJF非搶占優(yōu)先級P110191916P211211P3137418P4144219P5191496c.等待時間FCFSRRSJF非搶占優(yōu)先級P10996P210100P3115216P4133118P514942d.SJF5.5下面哪些算法會引起饑餓a.先來先服務(wù)b.最短工作優(yōu)先調(diào)度c.輪換法調(diào)度d.優(yōu)先級調(diào)度答：最短工作優(yōu)先調(diào)度和優(yōu)先級調(diào)度算法會引起饑餓5.6考慮RR調(diào)度算法的一個變種，在這個算法里，就緒隊列里的項是指向PCB的指針。 a.如果把兩個指針指向就緒隊列中的同一個進(jìn)程，會有什么效果？ b.這個方案的主要優(yōu)點和缺點是什么？ c.如何修改基本的RR調(diào)度算法，從而不用兩個指針達(dá)到同樣的效果？答.a.實際上，這個過程將會增加它的優(yōu)先權(quán)，因為通過經(jīng)常得到時間它能夠優(yōu)先得以運(yùn)行。b.優(yōu)點是越重要的工作可以得到更多的時間。也就是說，優(yōu)先級越高越先運(yùn)行。然而，結(jié)果將由短任務(wù)來承擔(dān)。c.分配一個更長的時間給優(yōu)先級越高的程序。換句話說，可能有兩個或多個時間片在RR調(diào)度中。5.7考慮一個運(yùn)行十個I/O限制任務(wù)和一個CPU限制任務(wù)的系統(tǒng)。假設(shè)，I/O限制任務(wù)一次分配給一個I/O操作1毫秒的CPU計算，但每個I/O操作的完成需要10毫秒。同時，假設(shè)間接的上下文切換要0.1毫秒，所有的進(jìn)程都是長進(jìn)程。對一個RR調(diào)度來說，以下情況時CPU的利用率是多少：a.時間片是1毫秒b.時間片是10毫秒答：a.時間片是1毫秒：不論是哪個進(jìn)程被調(diào)度，這個調(diào)度都會為每一次的上下文切換花費(fèi)一個0.1毫秒的上下文切換。CPU的利用率是1/1.1*100=92%。b.時間片是10毫秒：這I/O限制任務(wù)會在使用完1毫秒時間片后進(jìn)行一次上下文切換。這個時間片要求在所有的進(jìn)程間都走一遍，因此，10*1.1+10.1(因為每個I/O限定任務(wù)執(zhí)行為1毫秒，然后承擔(dān)上下文切換的任務(wù)，而CPU限制任務(wù)的執(zhí)行10毫秒在承擔(dān)一個上下文切換之前)。因此，CPU的利用率是20、21.1*100=94%。5.8考慮一個實施多層次的隊列調(diào)度系統(tǒng)。什么策略能夠使一個計算機(jī)用戶使用由用戶進(jìn)程分配的最大的CPU時間片。答：這個程序可以使分配給它的沒有被完全利用的CPU時間最大化。它可以使用分配給它的時間片中的絕大部分，但在時間片結(jié)束前放棄CPU，因此提高了與進(jìn)程有關(guān)的優(yōu)先級。5.9考慮下面的基于動態(tài)改變優(yōu)先級的可搶占式優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法。大的優(yōu)先權(quán)數(shù)代表高優(yōu)先權(quán)。當(dāng)一個進(jìn)程在等待CPU時（在就緒隊列中，但未執(zhí)行），優(yōu)先權(quán)以α速率改變；當(dāng)它運(yùn)行時，優(yōu)先權(quán)以速率β改變。所有的進(jìn)程在進(jìn)入就緒隊列時被給定優(yōu)先權(quán)為0。參數(shù)α和β可以設(shè)定給許多不同的調(diào)度算法。 a.β>α>0時所得的是什么算法？ b.α<β<0時所得的是什么算法？答：a.FCFSb.LIFO5.10解釋下面調(diào)度算法對短進(jìn)程編程度上的區(qū)別：a.FCFSb.RRc．多級反饋隊列答:a.FCFS區(qū)別短任務(wù)是因為任何在長任務(wù)后到達(dá)的短任務(wù)都將會有很長的等待時間。b.RR對所有的任務(wù)都是能夠相同的（給它們相同的CPU時間區(qū)間），所以，短任務(wù)可以很快的離開系統(tǒng)，只要它們可以先完成。c.多級反饋隊列和RR調(diào)度算法相似——它們不會先選擇短任務(wù)。5.11用WindowXP的調(diào)度算法，下列什么是數(shù)字優(yōu)先的線程。a.相對優(yōu)先級的值為REALTIME_PRIORITY_CLASS的屬于實體優(yōu)先類型的線程b.相對優(yōu)先級的值為NORMAL_PRIORITY_CLASS的屬于NORMAL類型的線程c.相對優(yōu)先級的值為HIGH_PRIORITY_CLASS的屬于ABOVE_NORMAL類型的線程答：a.26b.8c.145．12考慮在Solaris操作系統(tǒng)中的為分時線程的調(diào)度算法：a:一個優(yōu)先權(quán)是10的線程的時間片是多少？優(yōu)先權(quán)是55的呢？b:假設(shè)優(yōu)先權(quán)是35的一個線程用它所有的時間片在沒有任何阻止的情況下，這調(diào)度算法將會分配給這個線程什么樣新的優(yōu)先權(quán)？c:假設(shè)一個優(yōu)先權(quán)是35的線程在時間片結(jié)束前阻止I/O操作。這調(diào)度算法將會分配給這個線程什么樣新的優(yōu)先權(quán)？答：a:160和40b:35C：545.13傳統(tǒng)UNIX調(diào)度在優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先級間成反比關(guān)系：數(shù)字越高，優(yōu)先權(quán)越低。該調(diào)度進(jìn)程利用下面的方程重新計算進(jìn)程的優(yōu)先權(quán)一次一秒:優(yōu)先權(quán)=（最近CPU使用率/2）+基本數(shù)這里的基本數(shù)=60,最近的CPU使用率是指一個表明優(yōu)先權(quán)從上一次重新計算后開始進(jìn)程被CPU使用的情況。假設(shè)最近進(jìn)程p1的CPU使用率是40個，p2是18，p3是10。當(dāng)優(yōu)先權(quán)重新計算后這三個進(jìn)程的新的優(yōu)先權(quán)是什么？在此信息的基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)UNIX的調(diào)度會不會提高或降低CPU限制的進(jìn)程的相對優(yōu)先權(quán)？答：分配給這些進(jìn)程的優(yōu)先權(quán)分別是80，69和65.這調(diào)度降低了CPU限制的進(jìn)程的相對優(yōu)先權(quán)。第六章管程6.1第一個著名的正確解決了兩個進(jìn)程的臨界區(qū)問題的軟件方法是Dekker設(shè)計的。兩個進(jìn)程P0和P1共享以下變量：booleanflag[2];/*initiallyfalse*/intturn;進(jìn)程Pi(i==0或1)和另一個進(jìn)程Pj(j==0或1)的結(jié)構(gòu)見圖7.27。證明這個算法滿足臨界區(qū)問題的所有三個要求。flag[i]=ture;flag[i]=ture;while(flag[j]){if(turn==j){flag[i]=false;while(turn==j);flag[i]=true;}}臨界區(qū)turn=j;flag[i]=false;剩余區(qū)do{}while(1);圖7.27Dekker算法中的進(jìn)程Pi結(jié)構(gòu)答：該算法滿足三個相互排斥條件。（1）相互排斥是為了確保使用的變量和標(biāo)志是可變的。如果所有進(jìn)程都把他們的變量設(shè)置為真，只有一個會成功，那就是哪個進(jìn)程輪到的問題了。等待中的進(jìn)程只能夠進(jìn)入它的重要部分當(dāng)其他進(jìn)程在更新變量值時。6.1這兩個進(jìn)程的臨界區(qū)域問題的最初的正確的軟件解決方案是由Dekker提出的。P0、P1兩個進(jìn)程，具有以下共同的變量：booleanflag[2];/*initiallyfalse*/intturn;進(jìn)程Pi(i==0or1)的結(jié)構(gòu)在6.25中已經(jīng)出現(xiàn)過；其他進(jìn)程為Pj(j==1or0)。證明這個算法滿足關(guān)鍵問題的三個要求。答：這個算法滿足臨界區(qū)域的三個條件：（1）在標(biāo)記和返回變量的使用中，互斥條件是保證的。如果兩個進(jìn)程將它們的標(biāo)識設(shè)為真，那么只有一個進(jìn)程會成功進(jìn)行，即輪到的那個進(jìn)程。當(dāng)另一個進(jìn)程更新它的返回變量時，等待的那個進(jìn)程只能進(jìn)入它的臨界區(qū)域。（2）就緒的進(jìn)程，通過標(biāo)志，返回變量。這個算法沒有提供嚴(yán)格的交替。如果一個進(jìn)程想要進(jìn)入它們的臨界區(qū)域，它可以將它的標(biāo)識設(shè)為真，然后進(jìn)入它們的臨界區(qū)域。當(dāng)退出它的臨界區(qū)域，它可以設(shè)置轉(zhuǎn)向其他進(jìn)程的值。如果這個進(jìn)程想要在其他進(jìn)程之前再次進(jìn)入它的臨界區(qū)域，它會重復(fù)這樣的進(jìn)程：進(jìn)入它的臨界區(qū)域，在退出時轉(zhuǎn)向另一個進(jìn)程。（3）在雙T返回變量的使用過程中，界等待受阻。假設(shè)兩個進(jìn)程想要進(jìn)入它們的責(zé)任所在的臨界區(qū)域。它們都將它們的標(biāo)志的值設(shè)為真；而只有輪到的那個線程可以執(zhí)行；其他的線程處于等待狀態(tài)。如果界等待沒有受阻，當(dāng)?shù)谝粋€進(jìn)程重復(fù)“進(jìn)入-退出”它的臨界區(qū)域這一過程。Dekker算法在一個進(jìn)程中設(shè)置一個轉(zhuǎn)向另一個進(jìn)程的值，從而保證另一個進(jìn)程接下來進(jìn)入它的臨界區(qū)域。6.2針對有n個進(jìn)程在帶有較低時間限制的等待n-1個的輪次這樣一個臨界區(qū)域最早的解決該問題的正確方法是由艾森伯格和麥圭爾提出的。這些進(jìn)程有以下的共同的變量：枚舉pstate{idle,wantin,incs};pstateflag[n];intturn;所有的枚舉標(biāo)志被初始為空，輪次的最初值是無關(guān)緊要的（在0和n-1之間）。進(jìn)程p的結(jié)構(gòu)在6.26中有說明。證明這個算法滿足臨界區(qū)域問題的三項要求。答：a.互斥：注意到一個進(jìn)程只有在下列條件滿足時才能進(jìn)入臨界區(qū)域：沒有其他進(jìn)程在CS中有設(shè)置的標(biāo)識變量。這是由于進(jìn)程在CS中設(shè)置自身的標(biāo)識變量之前要先檢查其他進(jìn)程的狀態(tài)。我們保證沒有兩個進(jìn)程將同時進(jìn)入臨界區(qū)域。b.有空讓進(jìn):考慮以下情況，當(dāng)多進(jìn)程同時在CS中設(shè)置它們的標(biāo)識變量，然后檢查是否有其他進(jìn)程在cs中設(shè)置標(biāo)識變量。當(dāng)這種情況發(fā)生時，所有的進(jìn)程意識到這里存在進(jìn)程競爭，在外層while(1)的循環(huán)下進(jìn)入下一次迭代，重置它們的標(biāo)識變量到want中?，F(xiàn)在只有唯一的進(jìn)程將設(shè)置它的輪次變量到cs中，這個唯一的進(jìn)程就是其序號是最接近輪次的。從這個角度來說，對于哪些序號次接近輪次的新的進(jìn)程就能決定進(jìn)入臨界區(qū)域，而且能同時在CS中設(shè)置它們的標(biāo)識。隨后這些進(jìn)程意識到這里存在競爭的進(jìn)程，于是重新啟動進(jìn)入臨界區(qū)域的進(jìn)程。在每次迭代中，進(jìn)程在cs中設(shè)置的序號值將變得更加接近輪次，最后我們得出以下結(jié)論：只有進(jìn)程k在cs中設(shè)置它的標(biāo)識，而其他哪些序號在輪次和k之間不能在cs中設(shè)置它們的標(biāo)識。這個進(jìn)程僅能進(jìn)入臨界區(qū)域。c.有限等待：有限等待需要滿足以下事實：當(dāng)進(jìn)程k在打算進(jìn)入臨界區(qū)域時，它的標(biāo)識不再置為空閑。任何序號不在輪次和k之間的進(jìn)程不能進(jìn)入臨界區(qū)域。與此同時，所有序號落在輪次和k之間且又想要進(jìn)入臨界區(qū)域的進(jìn)程能夠進(jìn)入臨界區(qū)域（這是基于系統(tǒng)一直在進(jìn)步的事實），這個輪次值變得越來越接近k。最后，要么輪次變?yōu)閗，要么沒有哪些序號在輪次和k之間的進(jìn)程，這樣進(jìn)程k就進(jìn)入臨界區(qū)域了。6.3忙等待的含義是什么？在操作系統(tǒng)中還有哪些其他形式的等待？忙等待能完全避免嗎？給出你的答案。答：忙等待意味著一個進(jìn)程正在等待滿足一個沒有閑置處理器的嚴(yán)格循環(huán)的條件?；蛘撸粋€進(jìn)程通過放棄處理器來等待，在這種情況下的塊等待在將來某個適當(dāng)?shù)臅r間被喚醒。忙等待能夠避免，但是承擔(dān)這種開銷與讓一個進(jìn)程處于沉睡狀態(tài)，當(dāng)相應(yīng)程序的狀態(tài)達(dá)到的時候進(jìn)程又被喚醒有關(guān)。6.4解釋為什么自旋鎖不適合在單處理器系統(tǒng)，而經(jīng)常在多處理器系統(tǒng)下使用？答：自旋鎖不適合在單處理器系統(tǒng)是因為從自旋鎖中打破一個進(jìn)程的條件只有在執(zhí)行一個不同的進(jìn)程時才能獲得。如果這個進(jìn)程沒有閑置處理器，其他進(jìn)程不能夠得到這個機(jī)會去設(shè)定一個第一個進(jìn)程進(jìn)展需要的程序條件。在一個多處理器系統(tǒng)中，其他進(jìn)程在其他處理器上執(zhí)行，從而為了讓第一個進(jìn)程從自旋鎖中釋放修改程序狀態(tài)。6.5如果一個同步元是在一個用戶級程序中使用的，解釋在一個單處理器系統(tǒng)中為什么通過停止中斷去實現(xiàn)這個同步元是不適合的？答：如果一個用戶級程序具有停止中斷的能力，那么它能夠停止計時器中斷，防止上下文切換的發(fā)生，從而允許它使用處理器而不讓其他進(jìn)程執(zhí)行。6.6解釋為什么在一個多處理器系統(tǒng)中中斷不適合同步元？答：由于只有在防止其他進(jìn)程在一個中斷不能實現(xiàn)的處理器上執(zhí)行來停止中斷，中斷在多處理器系統(tǒng)中是不夠的。在對于進(jìn)程能在其他處理器上執(zhí)行是沒有心智的，所以進(jìn)程停止中斷不能保證互斥進(jìn)入程序狀態(tài)。6.76.8服務(wù)器能夠設(shè)計成限制打開連接的數(shù)量。比如，一臺服務(wù)器可以在任何時候有n個插座連接。這n個連接一形成，服務(wù)器就不能接收再有進(jìn)來的連接直到一個現(xiàn)有的連線釋放。解釋為什么信號量能夠通過服務(wù)器限制當(dāng)前連線的數(shù)量而被使用。答：信號量初始化為允許開放式的插座連接的數(shù)量。當(dāng)一個連接被接受，收購方法調(diào)用。當(dāng)連接釋放時，釋放方法調(diào)用。如果系統(tǒng)道道了允許開放式的插座連接的數(shù)量，相繼調(diào)用收購方法將受阻直到一個現(xiàn)有的連線終止，釋放方法調(diào)用。6.9證明如果獲得和釋放的信號量操作沒有動態(tài)地執(zhí)行，那么互斥會受干擾。答：收購操作自動遞減和信號量有關(guān)的值。如果兩個收購操作在信號量的值為1的信號量上執(zhí)行，而且這兩種操作不是自動執(zhí)行的，那么這兩個操作在進(jìn)展中會遞減信號量的值，從而干擾互斥。6.10(程序，不用翻)（6.13）6.12證明管程和信號量是相當(dāng)于它們能在執(zhí)行相同類型的同步問題時使用答：在用下列方法使用信號量時，管程可以實施。每個條件變量是由一個隊列中的線程等待條件組成的。每個線程有一個和它的隊列進(jìn)入有關(guān)的信號量。當(dāng)線程表現(xiàn)出等待操作時，它創(chuàng)造一個心得信號量（初始化為0），附加信號量到和條件變量有關(guān)的隊列中，在新創(chuàng)造的信號量上執(zhí)行阻塞信號遞減操作。6.15討論在讀者-作者問題中的公平和吞吐量的權(quán)衡問題。提出一種解決讀者-作者問題而不引起饑餓的方法答：在讀者-作者問題中吞吐量是由利益多的讀者增加的，而不是讓一個作家獨(dú)占式地獲得共同的價值觀。另一個方面，有利于讀者可能會導(dǎo)致饑餓的作者。在讀者-作者問題中的借能夠通過保持和等待進(jìn)程有關(guān)的時間戳來避免。當(dāng)作者完成他的任務(wù)，那么喚醒那些已經(jīng)等了最長期限的進(jìn)程。當(dāng)讀者到達(dá)和注意到另一個讀者正在訪問數(shù)據(jù)庫，那么它只有在沒有等待的作者時才能進(jìn)入臨界區(qū)域。這些限制保證公平。6.16管程的signal操作和信號量的signal操作有什么不同？管程的signal操作在以下情況下是不能繼續(xù)進(jìn)行的：當(dāng)執(zhí)行signal操作并且無等待線程時，那么系統(tǒng)會忽略signal操作，認(rèn)為signal操作沒有發(fā)生過。如果隨后執(zhí)行wait操作，那么相關(guān)的線程就會被阻塞。然后在信號量中，即使沒有等待線程，每個signal操作都會是相應(yīng)的信號量值增加。接下來的等待操作因為之前的信號量值的增加而馬上成功進(jìn)行。6.17假設(shè)signal語句只能作為一個管程中的最后一條語句出現(xiàn)，可以怎樣簡化6.7節(jié)所描述的實現(xiàn)？如果signal語句作為最后一條語句出現(xiàn)，那么鎖會使發(fā)出信號的進(jìn)程轉(zhuǎn)化成接受信號的進(jìn)程。否則，發(fā)出信號的進(jìn)程將解鎖，并且接受信號的進(jìn)程則需要和其他進(jìn)程共同操作獲得鎖從而使操作繼續(xù)下去。6.21假設(shè)將管程中的wait和signal操作替換成一個單一的構(gòu)件await（B），這里B是一個普通的布爾表達(dá)式，進(jìn)程執(zhí)行直到B變成真用這種方法寫一個管程實現(xiàn)讀者—作者問題。解釋為什么一般來說這種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的效率不高。要使這種實現(xiàn)達(dá)到高效率需要對await語句加上哪些限制？（提示，限制B的一般性，參見Kessels[1977].）讀者—作者問題可以進(jìn)行以下修改，修改中產(chǎn)生了await聲明：讀者可以執(zhí)行“await(activewriters==0&&waitingwriters==0)”來確保在進(jìn)入臨界區(qū)域時沒有就緒的作者和等待的作者。作者可以執(zhí)行“await(activewriters==0&&activereaders==0)”來確?；コ?。在signal操作后，系統(tǒng)檢查滿足等待條件滿足的等待線程，檢查其中被喚醒的等待線程。這個要求相當(dāng)復(fù)雜，并且可能需要用到交互的編譯器來評估在不同時間點下的條件?？梢酝ㄟ^限制布爾條件，使布爾變量和其他部分分開作為獨(dú)立的程序變量（僅僅用來檢查是否相等的一個靜態(tài)值）。在這種情況下，布爾條件可以傳達(dá)給運(yùn)行時系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以執(zhí)行檢查每一個它所需要的時間，以確定哪些線程被喚醒。6.23為什么Solaris、Linux和Windows2000都使用自旋鎖作為多處理器系統(tǒng)的同步機(jī)制而不作為單處理器系統(tǒng)的同步機(jī)制？Solaris，Linux和Windows2000中只有在多處理器系統(tǒng)才能使用自旋鎖作為一個同步機(jī)制。自旋鎖不適合單處理器的系統(tǒng)，因為打破了這一進(jìn)程的自旋鎖只有通過執(zhí)行不同的進(jìn)程才可以得到。如果這一進(jìn)程不會放棄此處理器，其他進(jìn)程就無法設(shè)置第一個進(jìn)程所要求的程序條件，從而不能繼續(xù)操作。在一個多處理器系統(tǒng)，其他進(jìn)程執(zhí)行其他處理器，從而修改程序狀態(tài)從自旋鎖中釋放第一個進(jìn)程。6.24在基于日志的系統(tǒng)中可以給事務(wù)提供支持，在相應(yīng)日志記錄寫到穩(wěn)定存儲之前不能允許真正地更新數(shù)據(jù)項。為什么這個限制是必需的？如果事務(wù)需要放棄，那么更新的數(shù)據(jù)項的值應(yīng)該要恢復(fù)到原來的值。這就需要原來值的數(shù)據(jù)在進(jìn)行操作之前完成更新。6.25證明兩段鎖協(xié)議能確保沖突的串行執(zhí)行。調(diào)度是指一個或多個事務(wù)的執(zhí)行順序。一個串行調(diào)度是指每個事務(wù)執(zhí)行的原子調(diào)度。如果一個調(diào)度由兩個不同的事務(wù)組成，通過連續(xù)的操作從這兩個事務(wù)中獲得相同的數(shù)據(jù)，并至少有一個write操作，然后有所謂的沖突。如果一個調(diào)度可以通過一系列非沖突操作的交換而轉(zhuǎn)化成串行調(diào)度，那么這個調(diào)度為是沖突可串行化。這兩階段加鎖協(xié)議確保沖突串行化，因為獨(dú)占鎖（這是用于寫操作）必須連續(xù)收購，不釋放任何鎖在獲?。ㄔ鲩L）的階段。其他事務(wù)希望獲得同樣的鎖必須等待第一個事務(wù)開始釋放鎖。通過要求任何鎖必須首先釋放所有鎖，從來避免潛在的沖突。6.26分配一個新時間戳給已經(jīng)恢復(fù)到原值的事務(wù)有什么影響？對于新進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)程的事務(wù)，其所賦予的時間戳是如何大于原先事務(wù)的時間戳的？在原先事務(wù)的訪問變量改變后執(zhí)行事務(wù)，那么相應(yīng)的事務(wù)也恢復(fù)到原先的值。如果他們沒有執(zhí)行此項操作（也就是說沒有重復(fù)的原先事務(wù)的訪問變量值），那么這些操作在適當(dāng)?shù)臅r候就不會受到約束。6.27假設(shè)數(shù)目有限的資源中的一個單一的資源型必須加以管理。進(jìn)程需要一定數(shù)量的這種資源，一旦用完將釋放它們。例如，許多商業(yè)軟件包提供了一定數(shù)量的許可證，這表明一些應(yīng)用程序可以同時運(yùn)行.當(dāng)應(yīng)用程序啟動時，許可證的計數(shù)遞減。當(dāng)申請終止，許可證計數(shù)遞增。如果所有的許可證都在使用，那么要求啟動該應(yīng)用程序的申請被剝奪了。只有當(dāng)現(xiàn)有的許可證持有人終止申請并切許可證已經(jīng)返還，那么這種申請將被授予.下列程序段是用來管理一個數(shù)目有限的情況下的可用資源。最多的資源數(shù)量和一些可用的資源數(shù)量如下所示：#defineMAXRESOURCES5intavailableresources=MAXRESOURCES;Whenaprocesswishestoobtainanumberofresources,itinvokesthedecreasecount()function:/*decreaseavailableresourcesbycountresources*//*return0ifsufficientresourcesavailable,*//*otherwisereturn-1*/intdecreasecount(intcount){if(availableresources<count)return-1;else{availableresources-=count;return0;}}Whenaprocesswantstoreturnanumberofresources,itcallsthede-creasecount()function:/*increaseavailableresourcesbycount*/intincreasecount(intcount){availableresources+=count;return0;}前面的程序段將會產(chǎn)生一個競爭的條件。如下：確定數(shù)據(jù)參與競爭當(dāng)競爭的條件發(fā)生時，確定代碼段的位置（或是區(qū)域）利用Java同步，確定競爭的條件，同時修改decreaseCount（）以使一個線程在沒有足夠的現(xiàn)有的資源下阻塞。確定數(shù)據(jù)參與競爭：可以利用的變量資源當(dāng)競爭的條件發(fā)生時，確定代碼段的位置（或是區(qū)域）：代碼使現(xiàn)有的資源遞減和代碼現(xiàn)有資源遞增的聲明可以放在競爭的條件。使用信號量，確定競爭條件:使用信號量表示當(dāng)前可用資源變量，并且用信號量遞增和信號量遞減的操作代替遞增和遞減的操作。

7.1假設(shè)有如圖7.1所示的交通死鎖。證明這個例子中實際上包括了死鎖的四個必要條件。給出一個簡單的規(guī)則用來在這個系統(tǒng)中避免死鎖。死鎖的四個必要條件:(1)互斥；（2）占有并等待；（3）非搶占；（4）循環(huán)等待?；コ獾臈l件是只有一輛車占據(jù)道路上的一個空間位置。占有并等待表示一輛車占據(jù)道路上的位置并且等待前進(jìn)。一輛車不能從道路上當(dāng)前的位置移動開（就是非搶占）。最后就是循環(huán)等待，因為每個車正等待著隨后的汽車向前發(fā)展。循環(huán)等待的條件也很容易從圖形中觀察到。一個簡單的避免這種的交通死鎖的規(guī)則是，汽車不得進(jìn)入一個十字路口如果明確地規(guī)定，這樣就不會產(chǎn)生相交。7.2考慮如下的死鎖可能發(fā)生在哲學(xué)家進(jìn)餐中，哲學(xué)家在同個時間獲得筷子。討論此種情況下死鎖的四個必要條件的設(shè)置。討論如何在消除其中任一條件來避免死鎖的發(fā)生。死鎖是可能的，因為哲學(xué)家進(jìn)餐問題是以以下的方式滿足四個必要條件：1）相斥所需的筷子，2）哲學(xué)家守住的筷子在手，而他們等待其他筷子，3）沒有非搶占的筷子，一個筷子分配給一個哲學(xué)家不能被強(qiáng)行拿走，4）有可能循環(huán)等待。死鎖可避免克服的條件方式如下：1）允許同時分享筷子，2）有哲學(xué)家放棄第一雙筷子如果他們無法獲得其他筷子，3）允許筷子被強(qiáng)行拿走如果筷子已經(jīng)被一位哲學(xué)家了占有了很長一段時間4）實施編號筷子，總是獲得較低編號的筷子，之后才能獲得較高的編號的筷子。7.3一種可能以防止死鎖的解決辦法是要有一個單一的，優(yōu)先于任何其他資源的資源。例如，如果多個線程試圖訪問同步對象A?…E，那么就可能發(fā)生死鎖。（這種同步對象可能包括互斥體，信號量，條件變量等），我們可以通過增加第六個對象來防止死鎖。每當(dāng)一個線程希望獲得同步鎖定給對象A???E，它必須首先獲得對象F的鎖.該解決方案被稱為遏制：對象A???E的鎖內(nèi)載對象F的鎖。對比此方案的循環(huán)等待和的循環(huán)等待。這很可能不是一個好的解決辦法，因為它產(chǎn)生過大的范圍。盡可能在狹隘的范圍內(nèi)定義死鎖政策會更好。7.4對下列問題對比循環(huán)等待方法和死鎖避免方法(例如銀行家算法)：a.運(yùn)行費(fèi)用b.系統(tǒng)的吞吐量死鎖避免方法往往會因為追蹤當(dāng)前資源分配的成本從來增加了運(yùn)行費(fèi)用。然而死鎖避免方法比靜態(tài)地防止死鎖的形成方法允許更多地并發(fā)使用資源。從這個意義上說，死鎖避免方案可以增加系統(tǒng)的吞吐量。7.5在一個真實的計算機(jī)系統(tǒng)中，可用的資源和進(jìn)程命令對資源的要求都不會持續(xù)很久是一致的長期（幾個月）。資源會損壞或被替換，新的進(jìn)程會進(jìn)入和離開系統(tǒng)，新的資源會被購買和添加到系統(tǒng)中。如果用銀行家算法控制死鎖，下面哪些變化是安全的（不會導(dǎo)致可能的死鎖），并且在什么情況下發(fā)生？增加可用資源（新的資源被添加到系統(tǒng)）減少可用資源（資源被從系統(tǒng)中永久性地移出）增加一個進(jìn)程的Max（進(jìn)程需要更多的資源，超過所允許給予的資源）減少一個進(jìn)程的Max（進(jìn)程不再需要那么多資源）增加進(jìn)程的數(shù)量減少進(jìn)程的數(shù)量增加可用資源（新的資源被添加到系統(tǒng)）：這個可以在沒有任何問題的情況下安全地改變減少可用資源（資源被從系統(tǒng)中永久性地移出）：這可能會影響到系統(tǒng)，并導(dǎo)致可能性死鎖因為系統(tǒng)的安全性假定其擁有一定數(shù)量的可用資源增加一個進(jìn)程的Max（進(jìn)程需要更多的資源，超過所允許給予的資源）：這可能會影響到系統(tǒng)，并可能導(dǎo)致死鎖減少一個進(jìn)程的Max（進(jìn)程不再需要那么多資源）：這個可以在沒有任何問題的情況下安全地改變增加進(jìn)程的數(shù)量：如果允許分配資源給新進(jìn)程，那么該系統(tǒng)并沒有進(jìn)入一個不安全的狀態(tài)。減少進(jìn)程的數(shù)量：這個可以在沒有任何問題的情況下安全地改變7.6假設(shè)系統(tǒng)中有四個相同類型的資源被三個進(jìn)程共享。每個進(jìn)程最多需要兩個資源。證明這個系統(tǒng)不會死鎖。假設(shè)該系統(tǒng)陷入死鎖。這意味著，每一個進(jìn)程持有一個資源，并且正等待另一個資源。因為有三個進(jìn)程和四個資源，一個進(jìn)程就必須獲取兩個資源。這一進(jìn)程并不需要更多的資源，因此當(dāng)其完成時會返回其資源。7.7假設(shè)一個系統(tǒng)有m個資源被n個進(jìn)程共享，進(jìn)程每次只請求和釋放一個資源。證明只要系統(tǒng)符合下面兩個條件，就不會發(fā)生死鎖：a.每個進(jìn)程需要資源的最大值在1到m之間b.所有進(jìn)程需要資源的最大值的和小于m+nAnswer:使用的術(shù)語,可以有：a._ni=1Maxi<m+nb.Maxi≥1foralliProof:Needi=Maxi?AllocationiIfthereexistsadeadlockstatethen:c._ni=1Allocationi=mUsea.toget:_Needi+_Allocationi=_Maxi<m+nUsec.toget:_Needi+m<m+nRewritetoget:_ni=1Needi<n//符號打不出來，大家自己看答案這意味著存在一個Pi的進(jìn)程，其Needi=0.如果Maxi>=1，那么Pi進(jìn)程至少有一個資源可以釋放。從而系統(tǒng)就不會進(jìn)入死鎖狀態(tài)。7.8假設(shè)哲學(xué)家進(jìn)餐問題中，筷子被擺放在桌子的中央，它們中的任何一雙都可以被哲學(xué)家使用。假如每次只能請求一根筷子，試描述一種在沒有引起死鎖的情況下，一個特殊的請求請求能否被滿足的簡單的規(guī)則，將筷子分配給哲學(xué)家。Answer:以下規(guī)則避免了死鎖：當(dāng)一個哲學(xué)家發(fā)出一個需要第一根筷子的請求時，如果沒有別的哲學(xué)家有兩根筷子或者只留有一根筷子時，這個請求就不被允許。7.9與上一題目中所給的環(huán)境相同。假如現(xiàn)在每個哲學(xué)家請求三根筷子來吃飯，而且這種資源請求仍舊是分開發(fā)生的。試描述一種類似的在沒有引起死鎖的情況下，一個特殊的請求請求能否被滿足的簡單的規(guī)則，將筷子分配給哲學(xué)家。Answer:當(dāng)一個哲學(xué)家發(fā)出一個需要第一根筷子的請求時，滿足其情況，如果1）那個哲學(xué)家已經(jīng)有2根筷子，并且還有2根筷子剩余，2)那個哲學(xué)家已經(jīng)有1根筷子，并且還有2根筷子剩余，3）最少有1根筷子剩余，并且最少有一個哲學(xué)家擁有3根筷子，4）那個哲學(xué)家沒有筷子，但有2根筷子剩余，并且最少存在另外一個擁有2根筷子的哲學(xué)家放下他的筷子。7.10我們可以通過把數(shù)組的維度減少到1，而從一般的銀行家算法中得到一個單一資源類型的銀行家算法。試通過一個例子說明對于每個資源類型，多資源類型的銀行家方案不能通過單一資源類型方案的單獨(dú)運(yùn)用來實現(xiàn)。Answer:假設(shè)一個系統(tǒng)有資源A,B,C和進(jìn)程P0,P1,P2,P3,P4，并按照下圖來分配ALLOCATIONABCP0,010P1,302P2302P3211P4002還需要下列資源的數(shù)量NeedABCP0743P1020P2600P3011P4431如果可利用的資源是（230），我們可以看到，進(jìn)程P0請求（0，2，0）是不能被滿足的，因為它比Availiable少（210），從而導(dǎo)致沒有一個進(jìn)程可以被完成。然而，如果我們把三種資源看做是三個獨(dú)立資源類型的銀行家算法，可以得到以下各表：對于資源AAllocatedNeedP0,07P130P236P320P404在次序P1,P3,P4，P2,P0下，各進(jìn)程可以被滿足。對于資源BAllocatedNeedP0,32P102P200P311P403在次序P2,P3,P1,P0，P4下，各進(jìn)程可以被滿足。對于資源CAllocatedNeedP0,03P120P220P311P421在次序P1,P2,P0,P3,P4下，各進(jìn)程可以被滿足。我們可以看出，如果我們使用多重資源類型的銀行家算法，對于進(jìn)程P0的請求（020）是無法滿足的，因為它使系統(tǒng)處于一個不安全的狀態(tài)，然而，如果我們使用單一資源類型的銀行家算法，把它們看做是三個分開的資源，這個請求是允許的。同時，如果我們有多重資源類型，我們則必須使用多重資源類型的銀行家算法。7.11考慮下面的一個系統(tǒng)在某一時刻的狀態(tài)：AllocationMaxAvailableABCDABCDABCDP0001200121520P110001750P213542356P306320652P400140656使用銀行家算法回答下面問題：a.Need矩陣的內(nèi)容是怎樣的？b.系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)？c.如果從進(jìn)程P1發(fā)出一個請求（0420），這個請求能否被滿足？Answer：a.Need矩陣的內(nèi)容是P0（0000）P1（0750）P2（1002）P3（0020）P4（0640）。b..系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，因為Available矩陣等于（1520），進(jìn)程P0和P3都可以運(yùn)行，當(dāng)進(jìn)程P3運(yùn)行完時，它釋放它的資源，而允許其它進(jìn)程運(yùn)行。c.可以被滿足，滿足以后，Available矩陣等于（1100），當(dāng)以次序P0，P2,P3,P1,P4運(yùn)行時候，可以完成運(yùn)行。7.12在死鎖檢測算法中，樂觀假設(shè)是什么？這種假設(shè)怎樣可以被違反？Answer：樂觀假設(shè)是在資源分配方面和進(jìn)程請求資源的過程中，不存在任何形式的循環(huán)等待。如果在實際過程中，一個循環(huán)等待確實發(fā)生，這種假設(shè)可以被違反。8.1解釋內(nèi)部碎片和外部碎片的區(qū)別？Answer：內(nèi)部碎片是某一區(qū)域或某一頁中，未被占據(jù)其位置的作業(yè)所使用的區(qū)域。直到作業(yè)完成，釋放頁或區(qū)域，這個空間才能被系統(tǒng)所利用。8.2考慮下面產(chǎn)生二進(jìn)制的過程。編譯器是用來為每個獨(dú)立單元產(chǎn)生目標(biāo)代碼，連接編輯器是用來聯(lián)合各個部分的目標(biāo)單元組成一個單一的程序二進(jìn)制。連接編輯器是怎樣對內(nèi)存地址改變指令和數(shù)據(jù)的捆綁？從編譯器到連接編輯器，什么信息需要被通過，而使內(nèi)存綁定連接編輯器作業(yè)比較容易？Answer：連接編輯器不得不將分解的符號地址替換為在最終的程序二進(jìn)制中，與變量相聯(lián)系的實際地址。為了完成這個，單元必須追蹤那些查閱到的未分解的符號指令。在連接期間，全部程序二進(jìn)制中的每個單元會被分配到一序列的地址空間，當(dāng)它完成時，對于未分解的符號關(guān)系，可以通過這個二進(jìn)制輸出，當(dāng)每個另外單元包含一系列需要修復(fù)的指令時，這個二進(jìn)制可以在另外單元被修復(fù)。8.3按順序給出5個部分的內(nèi)存，分別是100KB,500KB,200KB,300KB和600KB，用first-fit,best-fit和worst-fit算法，能夠怎樣按順序分配進(jìn)程212KB,417KB,112KB,426KB和426KB？哪個算法充分利用了內(nèi)存空間？Answer：a.First-fit:b.212Kisputin500Kpartitionc.417Kisputin600Kpartitiond.112Kisputin288Kpartition(newpartition288K=500K?212K)e.426Kmustwaitf.Best-fit:g.212Kisputin300Kpartitionh.417Kisputin500Kpartitioni.112Kisputin200Kpartitionj.426Kisputin600Kpartitionk.Worst-fit:l.212Kisputin600Kpartitionm.417Kisputin500Kpartitionn.112Kisputin388Kpartitiono.426KmustwaitBest-fit:算法充分利用了內(nèi)存空間。8.4在運(yùn)行過程中，許多系統(tǒng)允許程序分配更多的內(nèi)存給它的地址空間。在程序堆中的數(shù)據(jù)分配是這種分配方式的一個實例。在下面的方案中，為了支持動態(tài)內(nèi)存分配的要求是什么？a.連續(xù)內(nèi)存分配b.純段式分配c.純頁式分配Answer：a.連續(xù)內(nèi)存分配:當(dāng)沒有足夠的空間給程序去擴(kuò)大它已分配的內(nèi)存空間時，將要求重新分配整個程序。b.純段式分配：當(dāng)沒有足夠的空間給段去擴(kuò)大它的已分配內(nèi)存空間時，將要求重新分配整個段。c.純頁式分配：在沒有要求程序地址空間再分配的方案下，新頁增加的分配是可能的。8.5比較在主存組織方案中，連續(xù)內(nèi)存分配，純段式分配和純頁式分配在下面問題中的關(guān)系。a.外部碎片b.內(nèi)部碎片c.通過進(jìn)程分享代碼的能力Answer：連續(xù)內(nèi)存分配會產(chǎn)生外部碎片，因為地址空間是被連續(xù)分配的，當(dāng)舊進(jìn)程結(jié)束，新進(jìn)程初始化的時候