操作系统课后作业(已交)

第一章：操作系统引论1.什么是操作系统？从用户的观点和资源管理的观点来看操作系统各有什么作用？答：操作系统(operatingsystem)是用户和计算机之间的界面.一方面操作系统管理着所有计算机系统资源,另一方面操作系统为用户提供了一个抽象概念上的计算机.在操作系统的帮助下,用户使用计算机时,避免了对计算机系统硬件的直接操作。1）处理机管理的功能。2）存储器管理的功能。3）文件管理的功能。4）设备管理的功能。5）用户接口。2.试从交互性、及时性以及可靠性方面，将分时系统与实时系统进行比较。答：（1）及时性：实时信息处理系统对实时性的要求与分时系统类似，都是以人所能接受的等待时间来确定；而实时控制系统的及时性，是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的，一般为秒级到毫秒级，甚至有的要低于100微妙。（2）交互性：实时信息处理系统具有交互性，但人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。不像分时系统那样能向终端用户提供数据和资源共享等服务。（3）可靠性：分时系统也要求系统可靠，但相比之下，实时系统则要求系统具有高度的可靠性。因为任何差错都可能带来巨大的经济损失，甚至是灾难性后果，所以在实时系统中，往往都采取了多级容错措施保障系统的安全性及数据的安全性。3.操作系统需要管理哪些资源？它的基本功能是什么？答:操作系统（OperatingSystem，简称OS），是电子计算机系统中负责支撑应用程序运行环境以及用户操作环境的系统软件，同时也是计算机系统的核心与基石。它的职责常包括对硬件的直接监管、对各种计算资源（如内存、处理器时间等）的管理、以及提供诸如作业管理之类的面向应用程序的服务等等。4.操作系统有哪几大特征？其最基本的特征是什么？答:(1)并发性(concurrence)是指两个或两个以上的事件或活动在同一时间间隔内发生.操作系统是一个并发系统,操作系统的并发性指它应该具有处理和调度多个程序同时执行的能力.(2)共享性(sharing)是指OS中的资源(硬件/信息资源)可被多个并发执行的进程共同使用.有互斥访问共享,同时访问共享.(3)异步性(asynchronism),或称随机性,指进程按各自独立的，不可预知的速度向前推进，或说进程实体按异步方式运行.(4)虚拟性(virtual)是指OS中的一个管理技术,它是把物理上的实体变成逻辑上的多个对应物,或把物理上的多个实体变成逻辑上的一个对应物的技术.第二章：进程管理1．PCB有什么作用？PCB中主要包括什么信息？为什么说PCB是进程存在的唯一标志？答:进程控制块(ProcessContro1B1ock，简称PCB)是用来记录进程状态及其他相关信息的数据结构,PCB是进程存在的唯一标志，PCB存在则进程存在。系统创建进程时会产生一个PCB，撤销进程时，PCB也自动消失.2．请画出进程在三种基本状态之间转换的转换图并指出发生转换的原因。答：进程的状态反映进程执行进程的变化。这些状态随着进程的执行和外界条件发生变化和转换.3．进程在运行时存在那两种制约关系？并举例说明之。答:多进程并发执行时存在着间接制约和直接制约两种关系。间接制约关系是多个进程间彼此无任何逻辑上的关系，仅由于它们同处于一个系统共享系统资源而发生了制约关系。如分时系统中有两个用户进程分别编译他们的PASCAL源程序，在单CPU系统中这两个进程只能分时占用处理机编译各自的源程序，它们间存在着间接制约关系。直接制约关系是多个协作进程之间存在的逻辑上制约关系，即一个进程的执行依赖于另一个进程的消息，当一个进程没有得到另一个进程的消息时应等待，直到消息到达被唤醒为止。如共享一缓冲器的读进程和打印进程，它们间存在着直接制约关系，因为两个进程必须同步才能完成共同的任务。4．设S1-S8为8个进程，用信号量(signal和wait操作)实现下图所示进程之间的前趋关系：wait(S):whileS≤0dono-opS∶=S-1;signal(S):S∶=S+1;5．试比较进程间低级和高级通信工具。当前有哪几种进程间高级通信工具？答：用户用低级通信工具实现进程通信很不方便,因为其效率低,通信对用户不透明,所有的操作都必须由程序员来实现.而高级通信工具则可弥补这些缺陷,用户可直接利用操作系统所提供的一组通信命令,高效地传送大量的数据。第三章：处理机调度与死锁1．什么是处理机高级、中级和低级调度？各级调度的主要任务是什么？答：（1）高级调度：又称作业调度。其主要功能是根据一定的算法，从输人的一批作业中选出若干个作业，分配必要的资源，如内存、外设等，为它建立相应的用户作业进程和为其服务的系统进程（如输人、输出进程），最后把它们的程序和数据调人内存，等待进程调度程序对其执行调度，并在作业完成后作善后处理工作。（2）中级调度：又称交换调度。为了使内存中同时存放的进程数目不至于太多，有时就需要把某些进程从内存中移到外存上，以减少多道程序的数目，为此设立了中级调度。特别在采用虚拟存储技术的系统或分时系统中，往往增加中级调度这一级。所以中级调度的功能是在内存使用情况紧张时，将一些暂时不能运行的讲程从内存对换到外存上等待。当以后内存有足够的空闲空间时，再将合适的进程重新换人内存，等待进程调度。引人中级调度的主要目的是为了提高内存的利用率和系统吞吐量。它实际上就是存储器管理中的对换功能。（3）低级调度：又称进程调度。其主要功能是根据一定的算法将CPU分派给就绪队列中的一个进程。执行低级调度功能的程序称做进程调度程序，由它实现CPU在进程间的切换。进程调度的运行频率很高，在分时系统中往往几十毫秒就要运行一次。进程调度是操作系统中最基本的一种调度。在一般类型的操作系统中都必须有进程调度，而且它的策略的优劣直接影响整个系统的计能。2．什么是死锁？产生死锁的原因和必要条件是什么？答：（1）一组进程中,每个进程都无限等待被该组进程中另一进程所占有的资源,因而永远无法得到的资源,这种现象称为进程死锁,这一组进程就称为死锁进程。（2）根本原因是:资源有限且操作不当；（3）必要条件:互斥条件，不可抢占条件，占有且申请条件，循环等待条件。3．计算下列A、B、C、D四个进程在FCFS和SJF调度方式下的平均周转时间和每个进程的带权周转时间。进程名到达时间服务时间A01B1100C21D3100答：平均周转时间T＝＝（1+1+100+2+1+3+100）/4＝52高度先后顺序为：ABCD.4．银行家算法中，若出现下述资源分配情况：ProcessAllocationNeedAvilableP0003200121622P110001750P213542356P303320652P400140656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？第四章：存储器管理1．为什么采用存储器的层次结构？画出存储器层次结构示意图并指出每层存放什么数据？每层的作用是什么？2．分区存储管理中常用哪些分配策略？比较它们的优缺点。答：分区存储管理中常采用的分配策略有：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。a.首次适应算法的优缺点：保留了高址部分的大空闲区，有利于后到来的大型作业的分配；低址部分不断被划分，留下许多难以利用的、小的空闲区，且每次分区分配查找时都是从低址部分开始，会增加查找时的系统开销。b.循环首次适应算法的优缺点：使内存中的空闲分区分布得更为均匀，减少了查找时的系统开销；缺乏大的空闲分区，从而导致不能装入大型作业。c.最佳适应算法的优缺点：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的空闲区。d.最坏适应算法的优缺点：给文件分配分区后剩下的的空闲区不至于太小，产生碎片的几率最小，对中小型文件分配分区操作有利；使存储器中缺乏大的空闲区，对大型文件的分区分配不利。3．虚拟存储器有那些特征？其中最本质的特征是什么？答：a.虚拟存储器具有离散性，多次性，对换性和虚拟性的特征；b.其中最本质的特征是离散性。4．在请求分页系统中，常采用哪几种页面置换算法？指出每种算法的基本思想。5．在一个请求分页系统中，采用FIFO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。答：M=3时444111555555333444442222223333311调入调入调入替换替换替换替换命中命中替换替换命中缺页率=9/12=75%M=4时444444555511333333444452222223333111111222调入调入调入调入命中命中替换替换替换替换替换替换缺页率=10/12=83.3%第五章：设备管理1．计算机系统中I/O设备有哪些分类方式？答：有程序I/O（轮询）、中断、DMA、通道。前三种在微机中很常见2．简要叙述四种I/O控制方式的工作过程。并指出每种方式适用于何种场合。答：（1）程序I/O方式：处理机对I/O设备的控制，采取程序I/O（ProgrammedI/O）方式或称为忙一等待方式。即：①在处理机相控制器出一条I/O指令启动输入设备输入数据时，要同时把状态寄存器的忙/闲标志busy置为1，然后不断地循环测试busy：②再去启动读下一个数据，并置busy=1。（2）中断驱动I/O控制方式对I/O设备的控制，当某进程要启动某个I/O设备工作时，便由CPU向相应的设备控制器发出一条I/O命令，然后立即返回继续执行原来的任务。设备控制器便按照该命令的要求去控制I/O设备。（3）直接存储器访问DMA控制方式①CPU从磁盘读入一个数据块时，向磁盘控制器发送一条读命令。该命令被送到其中的命令寄存器CR中；将发送数据的内存始址放到MAR中；要读的数据的字节数送入DC中，将磁盘中的源地址送到I/O控制逻辑上。②启动DMA控制器进行数据传送，此时CPU可去处理其他任务。（整个数据传送过程由DMA控制器进行控制）。（4）I/O通道控制方式通道是通3．什么是设备独立性？如何实现设备独立性？答：设备独立性，即应用程序独立于具体使用的物理设备。为了实现设备独立性而引入了逻辑设备和物理设备这两个概念。在应用程序中，使用逻辑设备名称来请求使用某类设备；而系统在实际执行时，还必须使用物理设备名称。因此，系统须具有将逻辑设备名称转换为某物理设备名称的功能，这非常类似于存储器管理中所介绍的逻辑地址和物理地址的概念。设备独立性又称设备无关性,体现在:(一)从程序设计的角度看各种设备所体现的接口都是一致的.即,在程序中可以用同样的命令去读不同设备上的数据等.(二)操作系统对所有的设备及设备操作都采取统一方式管理.设备独立性是指拥护程序独立于所使用的具体物理设备.即,用户只使用逻辑设备名来访问设备,而不直接和具体设备打交道.为此,系统应为每个用户进程配置一张用于联系逻辑设备名和物理设备名的映射表.4．磁盘访问时间由哪几部分组成？每部分时间应如何计算？答：磁盘访问时间包括以下三个部分：1）寻道时间Ts,指把磁臂从当前位置移动到指定磁道上所经历的时间，该时间是启动磁盘的是间s也磁头移动n条磁道所花费的时间之和，即Ts=m*n+s.其中m是一常数，与磁盘驱动器的速度有关。2）旋转延迟是间Tr，是指定扇区旋转到磁头下面所经历的时间。3）传输时间Tt,是把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间，其与每次所读/写的字节数bytes及旋转速度r有关，具体为Tt=bytes/(rxbytesPerTrack),其中bytesPerTrack为一条磁道上的字节数。当一次读/写的字节数相当于半条磁道上的字节数时，Tt与Tr相同，也即Tr=1/2r。因此可将访问地间Ta表示为；Ta=Ts+1/2r+bytes/(rXbytesPerTrack)。5．目前常用的磁盘调度算法有哪些？每种算法优先考虑的问题是什么？答：目前常用的磁盘高度算法有3种，包括FCFS、SSTF和S