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第1章教材习题解答1．基本概念和术语计算机系统、多道程序设计、操作系统、系统调用、分时一个完整的计算机系统是由硬件和软件两大部分组成的。通常硬件是指计算机物理装置本身；而软件是相对硬件而言的，简单地说，软件是计算机执行的程序。在多道程序设计技术下，内存中能同时存放多道程序，在管理程序的控制下交替地执行。这些作业共享CPU和系统中的其他资源。操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。系统调用是操作系统内核与用户程序、应用程序之间的接口。分时主要是指若干并发程序对CPU时间的共享。2．基本原理和技术（1）操作系统的基本特征是什么？操作系统的基本特征是：并发、共享和异步性。并发是指两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。共享是指计算机系统中的资源被多个任务所共用。异步性是指在多道程序环境下，各程序的执行过程有着“走走停停”的性质。（2）操作系统的主要功能是什么？操作系统的主要功能包括：存储管理，进程和处理机管理，文件管理，设备管理以及用户接口管理。（3）操作系统一般为用户提供了哪三种界面？各有什么特点？操作系统一般为用户提供的三种界面是：图形用户接口、命令行接口和程序接口。图形用户接口：用户利用鼠标、窗口、菜单、图标等图形界面工具，可以直观、方便、有效地使用系统服务和各种应用程序及实用工具。命令行接口：在提示符之后用户从键盘上输入命令，命令解释程序接收并解释这些命令，然后把它们传递给操作系统内部的程序，执行相应的功能。程序接口：也称系统调用接口。系统调用是操作系统内核与用户程序、应用程序之间的接口。在UNIX/Linux系统中，系统调用以C函数的形式出现。（4）操作系统主要有哪三种基本类型？各有什么特点？操作系统主要有以下三种基本类型：多道批处理系统、分时系统和实时系统。多道批处理系统的特点是多道和成批。分时系统的特点是同时性、交互性、独立性和及时性。实时系统一般为具有特殊用途的专用系统，其特点是交互能力较弱、响应时间更严格、对可靠性要求更高。（5）操作系统主要有哪些类型的体系结构？UNIX、Linux系统各采用哪种结构？一般说来，操作系统有如下四种结构：整体结构，层次结构，虚拟机结构和客户机-服务器结构。UNIX系统采用的是层次结构，Linux系统采用的是整体结构。（6）Linux系统有什么特点？Linux系统的主要特点有：①与UNIX兼容。②自由软件，源码公开。③性能高，安全性强。④便于定制和再开发。⑤互操作性高。⑥全面的多任务和真正的32位操作系统。3．思考题（1）在计算机系统中操作系统处于什么地位？操作系统是裸机之上的第一层软件，与硬件关系尤为密切。它不仅对硬件资源直接实施控制、管理，而且其很多功能的完成是与硬件动作配合实现的，如中断系统。操作系统的运行需要有良好的硬件环境。这种硬件配置环境往往称作硬件平台。操作系统是整个计算机系统的控制管理中心，其他所有软件都建立在操作系统之上。操作系统对它们既具有支配权力，又为其运行建造必备环境。因此，在裸机之上每加一层软件后，用户看到的就是一台功能更强的机器，通常把经过软件扩充功能后的机器称为“虚拟机”。在裸机上安装了操作系统后，就为其他软件的运行和用户使用提供了工作环境。往往把这种工作环境称作软件平台。（2）你熟悉哪些操作系统？想一想你在使用计算机过程中，操作系统如何提供服务？我们最熟悉的一般为Windows操作系统，它是由微软（Microsoft）公司推出的一个功能强大的图形界面操作系统。常用的操作系统还有Linux，UNIX操作系统。我们在使用计算机时，首先接触的是用户界面，我们可以通过键盘上输入命令，在桌面上点击鼠标完成操作，这时系统就知道执行相应的功能。然后，我们要在磁盘上建立新文件，打开已存储的文件，对文件进行读、写和修改等操作，这是由操作系统的文件管理来帮助实现的。我们要把程序装入内存，系统中只有一个内存，操作系统的存储管理功能需要为用户程序来分配内存空间，并进行数据的保护。我们从键盘上输入数据或命令，运行结果在屏幕上显示出来或者在打印机上打印出来。当我们需要用到外部设备的时候，操作系统的设备管理可以解决设备分配和驱动的问题。最后，我们来了解一下计算机的关键部件CPU，每个程序都要在上面运行。让谁的程序运行、什么时候开始运行、运行多长时间呢？程序在活动过程中如何与其他活动实体联系呢？等等，这是进程和处理机管理问题。（3）使用虚拟机，有什么优势和不足？采用虚拟机的优点主要有：①在一台机器上可同时运行多个操作系统，方便用户使用。②系统安全，有效地保护了系统资源。③为软件的研制、开发和调试提供了良好的环境。④组建虚拟网络，可以创造出多个理想的工作环境。缺点是：①对硬件的要求比较高，主要是CPU、硬盘和内存。②本身非常复杂，另外，执行任务时的速度会受到一些影响。第2章进程管理“练习与思考”解答1．基本概念和术语进程、进程互斥、进程同步、临界资源、临界区、死锁进程是程序在并发环境中的执行过程。进程互斥：各个进程彼此不知道对方的存在，逻辑上没有关系，由于竞争同一资源（如打印机、文件等）而发生相互制约。进程同步：各个进程不知对方的名字，但通过对某些对象（如I/O缓冲区）的共同存取来协同完成一项任务。临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源。临界区：在每个进程中访问临界资源的那段程序。死锁是指在一个进程集合中的每个进程都在等待仅由该集合中的另一个进程才能引发的事件而无限期地僵持下去的局面。2．基本原理和技术（1）在操作系统中为什么要引入进程概念？它与程序的区别和联系是什么？在操作系统中，由于多道程序并发执行时共享系统资源，共同决定这些资源的状态，因此系统中各程序在执行过程中就出现了相互制约的新关系，程序的执行出现“走走停停”的新状态。这些都是在程序的动态过程中发生的。用程序这个静态概念已不能如实反映程序并发执行过程中的这些特征。为此，人们引入“进程”这一概念来描述程序动态执行过程的性质。进程与程序的主要区别是：·进程是动态的；程序是静态的。·进程有独立性，能并发执行；程序不能并发执行。·二者无一一对应关系。·进程异步运行，会相互制约；程序不具备此特征。但进程与程序又有密切的联系：进程不能脱离具体程序而虚设，程序规定了相应进程所要完成的动作。（2）进程的基本状态有哪几种？通常在操作系统中，进程至少要有三种基本状态。这三种基本状态是：运行态、就绪态和阻塞态（或等待态）。（3）用如图3-23所示的进程状态转换图能够说明有关处理机管理的大量内容。试回答：①什么事件引起每次显著的状态变迁？②下述状态变迁因果关系能否发生？为什么？（A）2→1（B）3→2（C）4→1图3-23进程状态转换图①就绪→运行：CPU空闲，就绪态进程被调度程序选中。运行→就绪：正在运行的进程用完了本次分配给它的CPU时间片。运行→阻塞：运行态进程因某种条件未满足而放弃对CPU的占用，如等待读文件。阻塞→就绪：阻塞态进程所等待的事件发生了，例如读数据的操作完成。②下述状态变迁：（A）2→1：可以。运行进程用完了本次分配给它的时间片，让出CPU，从就绪队列中选一个进程投入运行。（B）3→2：不可以。任何时候一个进程只能处于一种状态，它既然由运行态变为阻塞态，就不能再变为就绪态。（C）4→1：可以。某一阻塞态进程等待的事件出现了，而且此时就绪队列为空，该进程进入就绪队列后马上又被调度运行。（4）PCB的作用是什么？它是怎样描述进程的动态性质的？进程控制块PCB是进程组成中最关键的部分。每个进程有唯一的进程控制块；操作系统根据PCB对进程实施控制和管理，进程的动态、并发等特征是利用PCB表现出来的；PCB是进程存在的唯一标志。PCB中有表明进程状态的信息：该进程的状态是运行态、就绪态还是阻塞态，利用状态信息来描述进程的动态性质。（5）PCB表的组织方式主要有哪几种？分别简要说明。PCB表的组织方式主要有：线性方式、链接方式和索引方式。线性方式是把所有进程的PCB都放在一个表中。链接方式按照进程的不同状态把它们分别放在不同的队列中。索引方式是利用索引表记载相应状态进程的PCB地址。（6）进程进入临界区的调度原则是什么？一个进程进入临界区的调度原则是：①如果有若干进程要求进入空闲的临界区，一次仅允许一个进程进入。②任何时候，处于临界区内的进程不可多于一个。如已有进程进入自己的临界区，则其它所有试图进入临界区的进程必须等待。③进入临界区的进程要在有限时间内退出，以便其它进程能及时进入自己的临界区。④如果进程不能进入自己的临界区，则应让出CPU，避免进程出现“忙等”现象。（7）简述信号量的定义和作用。P、V操作原语是如何定义的？信号量一般是由两个成员组成的数据结构，其中一个成员是整型变量，表示该信号量的值，它是与相应资源的使用情况有关的；另一个是指向PCB的指针。当多个进程都等待同一信号量时，它们就排成一个队列，由信号量的指针项指出该队列的头。信号量通常可以简单反映出相应资源的使用情况，它与P、V操作原语一起使用可实现进程的同步和互斥。P、V操作原语的定义：P(S)：顺序执行下述两个动作：①信号量的值减1，即S=S-1；②如果S≥0，则该进程继续执行；如果S＜0，则把该进程的状态置为阻塞态，把相应的PCB连入该信号量队列的末尾，并放弃处理机，进行等待（直至其它进程在S上执行V操作，把它释放出来为止）。V(S)：顺序执行下述两个动作：①S值加1，即S=S+1；②如果S＞0，则该进程继续运行；如果S≤0，则释放信号量队列上的第一个PCB（即信号量指针项所指向的PCB）所对应的进程（把阻塞态改为就绪态），执行V操作的进程继续运行。（8）计算机系统中产生死锁的根本原因是什么？计算机系统中产生死锁的根本原因是：资源有限且操作不当。此外，进程推进顺序不合适也可以引发的死锁。（9）发生死锁的四个必要条件是什么？发生死锁的四个必要条件是：互斥条件，不可抢占条件，占有且申请条件，循环等待条件。（10）一般解决死锁的方法有哪三种？一般解决死锁的方法有：死锁的预防、死锁的避免、死锁的检测与恢复。3．思考题（1）是否所有的共享资源都是临界资源？为什么？不是所有的共享资源都是临界资源。因为临界资源是一次仅允许一个进程使用的资源，而系统中有很多资源可以让多个进程同时使用，例如硬盘、正文段等。（2）系统中只有一台打印机，有三个用户的程序在执行过程中都要使用打印机输出计算结果。设每个用户程序对应一个进程。问：这三个进程间有什么样的制约关系？试用P、V操作写出这些进程使用打印机的算法。因为打印机是一种临界资源，所以这三个进程只能互斥使用这台打印机，即一个用户的计算结果打印完之后，另一个用户再打印。设三个进程分别为A、B和C。设一个互斥信号量mutex，其初值为1。进程A进程B进程CP(mutex)P(mutex)P(mutex)使用打印机使用打印机使用打印机V(mutex)V(mutex)V(mutex)（3）判断下列同步问题的算法是否正确？若有错，请指出错误原因并予以改正。①设A，B两个进程共用一个缓冲区Q，A向Q写入信息，B从Q读出信息，算法框图如图3-24所示。②设A，B为两个并发进程，它们共享一个临界资源。其运行临界区的算法框图如图3-25所示。图3-24进程A,B的算法框图图3-25两个并发进程临界区的算法框图①这个算法不对。因为A、B两个进程共用一个缓冲区Q，如果A先运行，且信息数量足够多，那么缓冲区Q中的信息就会发生后面的冲掉前面的，造成信息丢失，B就不能从Q中读出完整的信息。改正：A、B两进程要同步使用缓冲区Q。为此，设立两个信号量：empty表示缓冲区Q为空，初值为1；full表示缓冲区Q为满，初值为0。算法框图如图1所示。②这个算法不对。因为A、B两个进程是并发的，它们共享一个临界资源，所以二者应互斥地使用该临界资源，在进入临界区时不存在先A后B的时序关系，而是哪个进程先到一步就先进入自己的临界区。改正：A、B两个进程应互斥地进入临界区。为此，设立一个信