操作系统

课后习题第一章P312．OS的作用可表现在哪几个方面？答：（1）OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口（2）OS作为计算机系统资源的管理者（3）OS实现了对计算机资源的抽象4．试说明推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是什么？答：主要动力来源于四个方面的社会需求与技术发展：（1）不断提高计算机资源的利用率；（2）方便用户；（3）器件的不断更新换代；（4）计算机体系结构的不断发展。7．实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？答：关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及时接收并及时处理该命令，在用户能接受的时延内将结果返回给用户。解决方法：针对及时接收问题，可以在系统中设置多路卡，使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据；为每个终端配置缓冲区，暂存用户键入的命令或数据。针对及时处理问题，应使所有的用户作业都直接进入内存，并且为每个作业分配一个时间片，允许作业只在自己的时间片内运行，这样在不长的时间内，能使每个作业都运行一次。11．OS有哪几大特征？其最基本的特征是什么？答：并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征；最基本的特征是并发性。14．是什么原因使操作系统具有异步性特征？答：操作系统的异步性体现在三个方面：一是进程的异步性，进程以人们不可预知的速度向前推进，二是程序的不可再现性，即程序执行的结果有时是不确定的，三是程序执行时间的不可预知性，即每个程序何时执行，执行顺序以及完成时间是不确定的。21．微内核操作系统具有哪些优点？它为何能有这些优点？答：（1）提高了系统的可扩展性（2）增强了系统的可靠性（3）可移植性（4）提供了对分布式系统的支持（5）融入了面向对象技术第二章P842.画出下面四条语句的前趋图:S1：a=x+y;S2：b=z+1;S3：c=a–b；S4：w=c+1;答：其前趋图为：5．在操作系统中为什么要引入进程概念？它会产生什么样的影响?答：为了使程序在多道程序环境下能并发执行，并对并发执行的程序加以控制和描述，在操作系统中引入了进程概念。影响:使程序的并发执行得以实行。11．试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因。答：（1）就绪状态→执行状态：进程分配到CPU资源（2）执行状态→就绪状态：时间片用完（3）执行状态→阻塞状态：I/O请求（4）阻塞状态→就绪状态：I/O完成13．在进行进程切换时，所要保存的处理机状态信息有哪些？答：进行进程切换时，所要保存的处理机状态信息有：（1）进程当前暂存信息；（2）下一指令地址信息；（3）进程状态信息；（4）过程和系统调用参数及调用地址信息。16．在创建一个进程时所要完成的主要工作是什么？答：（1）OS发现请求创建新进程事件后，调用进程创建原语Creat()；（2）申请空白PCB；（3）为新进程分配资源；（4）初始化进程控制块；（5）将新进程插入就绪队列.17．在撤销一个进程时所要完成的主要工作是什么？答：（1）根据被终止进程标识符，从PCB集中检索出进程PCB，读出该进程状态。（2）若被终止进程处于执行状态，立即终止该进程的执行，置调度标志真，指示该进程被终止后重新调度。（3）若该进程还有子进程，应将所有子孙进程终止，以防它们成为不可控进程。（4）将被终止进程拥有的全部资源，归还给父进程，或归还给系统。（5）将被终止进程PCB从所在队列或列表中移出，等待其它程序搜集信息。19．为什么要在OS中引入线程？答：在操作系统中引入线程，则是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销，使OS具有更好的并发性，提高CPU的利用率。进程是分配资源的基本单位,而线程则是系统调度的基本单位。23．何谓用户级线程和内核支持线程？答：（1）用户级线程：仅存在于用户空间中的线程，无须内核支持。这种线程的创建、撤销、线程间的同步与通信等功能，都无需利用系统调用实现。用户级线程的切换通常发生在一个应用进程的诸多线程之间，同样无需内核支持。（2）内核支持线程：在内核支持下运行的线程。无论是用户进程中的线程，还是系统线程中的线程，其创建、撤销和切换等都是依靠内核，在内核空间中实现的。在内核空间里还为每个内核支持线程设置了线程控制块，内核根据该控制块感知某线程的存在并实施控制。第三章P1181．高级调度与低级调度的主要任务是什么？为什么要引入中级调度？答：高级调度的主要任务是根据某种算法，把外存上处于后备队列中的那些作业调入内存。低级调度是保存处理机的现场信息，按某种算法选取进程，再把处理器分配给进程。引入中级调度的主要目的是为了提高内存利用率和系统吞吐量。使那些暂时不能运行的进程不再占用内存资源，将它们调至外存等待，把进程状态改为就绪驻外存状态或挂起状态。5．在作业调度中应如何确定接纳多少个作业和接纳哪些作业？答:作业调度每次接纳进入内存的作业数，取决于多道程序度。应将哪些作业从外存调入内存，取决于采用的调度算法。最简单的是先来服务调度算法，较常用的是短作业优先调度算法和基于作业优先级的调度算法。8．在抢占调度方式中，抢占的原则是什么？答：抢占的原则有：时间片原则、优先权原则、短作业优先权原则等。9．在选择调度方式和调度算法时，应遵循的准则是什么？答：（1）面向用户的准则：周转时间短、响应时间快、截止时间的保证、优先权准则。（2）面向系统的准则：系统吞吐量高、处理机利用率好、各类资源的平衡利用。13．在时间片轮转法中，应如何确定时间片的大小？答：时间片应略大于一次典型的交互需要的时间。一般应考虑三个因素：系统对相应时间的要求、就绪队列中进程的数目和系统的处理能力。27．何谓死锁？产生死锁的原因和必要条件是什么？答：死锁是指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当进程处于这种僵持状态时，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。产生死锁的原因为竞争资源和进程间推进顺序非法。其必要条件是：互斥条件、请求和保持条件、不剥夺条件、环路等待条件。29．请详细说明可通过哪些途径预防死锁。答：（1）摈弃“请求和保持”条件，就是如果系统有足够资源，便一次性把进程需要的所有资源分配给它；（2）摈弃“不剥夺”条件，就是已经拥有资源的进程，当它提出新资源请求而不能立即满足时，必须释放它已保持的所有资源，待以后需要时再重新申请；（3）摈弃“环路等待”条件，就是将所有资源按类型排序标号，所有进程对资源的请求必须严格按序号递增的次序提出。31．银行家算法中出现以下资源分配，试问：（1）该状态是否安全？（2）若进程P2提出请求Request（1,2,2,2）后，系统能否将资源分配给它？(参考答案有错)答：（1）安全，因为存在安全序列{P0,P3,P4,P1,P2}（2）系统能分配资源，分析如下。①Request(1,2,2,2)=Need2(2,3,5,6);②Request(1,2,2,2)=Available2(1,3,5,4)改成Available2(1,6,2,2)；③系统先假定可为P2分配资源，并修改Available2，Allocation2和Need2向量，由此形成的资源变化情况如下图所示：④再利用安全性算法检查此时系统是否安全。如下图由此进行的安全性检查得知，可以找到一个安全序列{P2,P0,P1,P3,P4}。第四章P1522．可采用哪几种方式将程序装入内存？它们分别适用于何种场合？答：（1）绝对装入方式，只适用于单道程序环境。（2）可重定位装入方式，适用于多道程序环境。（3）动态运行时装入方式，用于多道程序环境；不允许程序运行时在内存中移位置。5.何谓运行时动态链接？运行时动态链接方式有何优点？答：这种连接方式是，将对某些模块的连接推迟到程序执行时才进行，在执行过程中，当发现一个被调用模块尚未装入内存时，立即由OS去找到模块，并将之装入内存，将其链接到调用者模块上。优点：凡在执行过程中未被用到目标模块，都不会被调入内存和被链接到装入模块上，这样不仅能加快程序的装入过程，而且可节省大量的内存空间。12．分区存储管理中常用那些分配策略？比较它们的优缺点。答：分区存储管理中的常用分配策略：首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适应算法、最坏适应算法。（1）首次适应算法优缺点：保留了高址部分的大空闲区，有利于后来的大型作业分配；低址部分不断被划分，留下许多难以利用的小空闲区，每次查找都从低址开始增加了系统开销。（2）循环首次适应算法优缺点：内存空闲分区分布均匀，减少了查找系统开销；缺乏大空闲分区，导致不能装入大型作业。（3）最佳适应算法优缺点：每次分配给文件的都是最适合该文件大小的分区，内存中留下许多难以利用的小空闲区。（4）最坏适应算法优缺点：剩下空闲区不太小，产生碎片几率小，对中小型文件分配分区操作有利；存储器中缺乏大空闲区，对大型文件分区分配不利。19.什么是页表？页表的作用是什么？答：页表指出逻辑地址中的页号与所占主存块号的对应关系。作用：页式存储管理在用动态重定位方式装入作业时，要利用页表做地址转换工作。21.在分页系统中是如何实现地址变换的？答：利用地址变换机构实现从逻辑地址到物理地址的转变换，通过页表来实现从页号到物理块号的变换，将逻辑地址中的页号转换为内存中的物理块号。23．较详细的说明引入分段存储管理是为了满足用户哪几方面的需要。答：（1)方便编程。用户通常把自己的作业按照逻辑关系划分为若干段，每段都从0编址，并有自己名字和长度。因此，希望要访问的逻辑地址是由段名和段内偏移量决定。（2)信息共享。在实现对程序和数据的共享时，是以信息逻辑单位为基础。分页系统中的页是存放信息的物理单位，无完整意义，不便于共享；段是信息的逻辑单位。为了实现段的共享，希望存储管理能与用户程序分段的组织方式相适应。（3)信息保护。对信息的逻辑单位进行保护，分段能更有效方便地实现信息保护功能。（4)动态增长。在实际应用中，有些段特别是数据段，在使用过程中会不断增长，事先又无法确切知道增长多少。分段存储管理方式能较好解决这个问题。（5)动态链接。运行时先将主程序对应的目标程序装入内存并启动运行，运行过程中又需要调用某段时，才将该段调入内存链接。所以动态链接也要求以段作为管理单位。第五章P1772.什么是程序运行时的时间局限性和空间局限性？答：时间局限性：如果程序中的某条指令被执行，则不久以后该指令可能再次执行，如果数据被访问过，则不久后该数据可能再次被访问；空间局限性：一旦程序访问了某个存储单元，在不久之后，其附近的存储单元也将被访问，即程序在一段时间内所访问的地址可能集中在一定的范围之内。3．虚拟存储器有哪些特征？其中最本质的特征是什么？答：虚拟存储器有多次性、对换性、虚拟性三大特征。最本质的特征是虚拟性。7.试比较缺页中断机构与一般的中断，它们之间有何明显的区别？答：（1）一般中断只需要保护现场然后就直接跳到需及时处理的地方。（2）缺页中断除了保护现场之外，还要判断内存中是否有足够的空间存储所需的页或段，然后再把所需页调进来再使用。12．在请求分页系统中，常采用哪几种页面置换算法？答：采用的页面置换算法有：最佳置换算法和先进先出置换算法，最近最久未使用（LRU）置换算法，Clock置换算法，最少使用置换算法，页面缓冲算法等。13．在一个请求分页系统中，采用FIFO(不是LRU）页面置换算法时，假如一个作业的页面走向为4,3,2,1,4,3,5,4,3,2,1,5，当分配给该作业的物理块数M分别为3和4时，试计算在访问过程中所发生的缺页次数和缺页率，并比较所得结果。(参考答案有错)答：当分配给该作业的物理块数M为3时，缺页10次，缺页率:10/12=5/6；当分配给该作业的物理块数M为4时，缺页8次，缺页率:8/12=2/3.----以上解答出错(若采用LRU算法则是正确的)。正确解法见下面：答：当分配给该作业的物理块数M为3时，缺页9次，缺页率:9/12=3/4；当分配给该作业的物理块数M为4时，缺页10次，缺页率:10/12=5/6.注：当M=3时，最初转入的3个页面也算缺页中断。第七章P2491．何谓数据项、记录和文件？答：①数据项分为基本数据项和组合数据项。基本数据项描述一个对