操作系统复习题集及答案

操作系统复习题集三、简答题1.分页存储管理存在的局限性是什么?逻辑地址空间：页是物理单位，共享困难、不便对代码进行分类管理，不能进行动态连接。2.多道程序系统为什么能提高CPU的利用率？利用了原来CPU空闲等待时间3.文件的逻辑结构有哪些？一种是无结构的流式文件，是指对文件内信息不再划分单位，它是依次的一串字符流构成的文件；一种是有结构的记录式文件,是用户把文件内的信息按逻辑上独立的含义划分信息单位，每个单位称为一个逻辑记录（简称记录）。所有记录通常都是描述一个实体集的，有着相同或不同数目的数据项，记录的长度可分为定长和不定长记录两类。4.什么是设备独立性？应用程序独立于具体使用的物理设备。设备独立性又称为数据无关性。它指的是应用程序在使用设备进行I/O时，使用的是逻辑设备，而系统在实际执行时使用的是物理设备，由操作系统负责逻辑设备与物理设备的映射。5.为什么要引入线程，解释一下线程与进程之间的相互关系。因为虽然进程可以提高CPU的利用率，但是进程之间的切换是非常耗费资源和时间的,为了能更进一步的提高操作系统的并发进,引进了线程.这样,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.一个进程内部的线程可以共享该进程的所分配到的资源.线程的创建与撤消,线程之间的切换所占用的资源比进程要少很多.总的来说就是为了更进一步提高系统的并发性,提高CPU的利用率.线程是进程的基础，进程包含多个线程，是线程的载体。6.死锁的必要条件是什么？死锁：当某进程提出资源申请后，使得系统中一些进程处于无休止的阻塞状态，在无外力作用下，永远不能再继续前进。产生死锁的必要条件：互斥条件：某段时间内某资源只能由一个进程使用。不剥夺条件：资源在未使用完前，不能被剥夺，由使用进程释放。部分分配（请求和保持）：进程因请求资源而阻塞时，对已分配给它的资源保持不放。环路条件：发生死锁时，有向图必构成一环路。7.什么是虚拟内存？虚拟内存是计算机系统内存管理的一种技术。它使得应用程序认为它拥有连续的可用的内存（一个连续完整的地址空间），而实际上，它通常是被分隔成多个物理内存碎片，还有部分暂时存储在外部磁盘存储器上，在需要时进行数据交换。8.假脱机技术是什么？通过共享设备来模拟独享设备所采用的操作是假脱机操作，即在联机情况下外部设备设备同时操作。所使用的假脱机技术称之为假脱机技术。9.为银行取款机系统配备的操作系统应归类于什么类型的操作系统？10.多道程序设计的主要优点是什么？解：多道程序设计是指在主存中同时存放多道用户作业，使它们都处于执行的开始点和结束点之间，这些程序共享计算机系统资源。多道程序设计的主要优点有：(1)提高CPU的利用率。在多道程序环境下，多个程序共享计算机资源，当某个程序等待I/O操作时，CPU可以执行其他程序，大大提高了CPU的利用率。(2)提高设备的利用率。在多道程序环境下，多个程序共享系统的设备，大大提高系统设备的利用率。(3)提高系统的吞吐量。在多道程序环境下，减少了程序的等待时间，提高了系统的吞吐量。11.请为的下面应用环境的计算机选择适合的操作系统。(1）飞机的导航（2）办公室自动化系统（3）航空订票系统（4）复杂的科学计算（5）图书检索系统12.什么是并发、并行？并发和并行是即相似又有区别的两个概念，并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生；而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理机系统中，每一时刻却仅能有一道程序执行，故微观上这些程序只能是分时地交替执行。倘若在计算机系统中有多个处理机，则这些可以并发执行的程序便可被分配到多个处理机上，实现并行执行，即利用每个处理机来处理一个可并发执行的程序，这样，多个程序便可以同时执行13．什么是临界区？一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源，在进程中对于临界资源访问的程序段称为临界区。14.引入缓冲的目的是什么？答：（1）缓和外部设备和CPU的速度差异；（2）减少CPU被中断的次数；（3）实现CPU和设备、设备和设备之间的并行操作。15.设备驱动程序的主要任务是什么？设备驱动程序是请求I/O的进程与设备控制器之间的一个通信程序，主要功能有：①将用户的要求转换为具体要求。②检查用户的合法性，了解设备状态，根据要求传递参数，设置设备的工作方式。③向设备控制器发I/O命令启动设备，完成具体的I/O操作。④及时响应外设的中断请求，根据中断类型调用相应的中断处理程序。⑤具有通道的控制系统，还要构造通道程序。四、综合题1.信号量的PV操作解决进程的同步问题。2.银行家算法判断系统状态是否安全。3.分页系统中逻辑地址和物理地址的转换。4.页面置换算法，主要掌握先进先出、LRU、最佳置换。5.磁盘调度算法，包括FCFS、短寻道优先、电梯算法、LOOK算法等。6.进程调度算法，包括FCFS、短任务优先、最短剩余时间优先、时间片轮转等。综合题案例：1.考虑下列进程集，进程占用的CPU区间长度以毫秒来计算：假设在时刻0以进程P1，P2，P3，P4，P5的顺序到达。a.画出4个Gantt图分别演示用FCFS、SJF、非抢占优先级（数字小代表优先级高）和RR（时间片＝1）算法调度时进程的执行过程。b.在a里每个进程在每种调度算法下的周转时间是多少？c.在a里每个进程在每种调度算法下的等待时间是多少？d.在a里哪一种调度算法的平均等待时间对所有进程而言最小？答：a.甘特图（看教材138页）FCFS:P1P2P3P4P501011131419SJF:P2P4P3P4P50124919进程区间时间优先级P1103P211P323P414P552非抢占优先级:P2P5P1P3P4016161719RR:P1P2P3P4P5P1P3P5P1P5P1P5P1P5P1P1P1P1P1019b.周转时间FCFSRRSJF非抢占优先级P110191916P211211P3137418P4144219P5191496c.等待时间FCFSRRSJF非抢占优先级P10996P210100P3115216P4133118P514942d.SJF2.考虑一个运行十个I/O限制任务和一个CPU限制任务的系统。假设，I/O限制任务一次分配给一个I/O操作1毫秒的CPU计算，但每个I/O操作的完成需要10毫秒。同时，假设间接的上下文切换要0.1毫秒，所有的进程都是长进程。对一个RR调度来说，以下情况时CPU的利用率是多少：a.时间片是1毫秒b.时间片是10毫秒答：a.时间片是1毫秒：不论是哪个进程被调度，这个调度都会为每一次的上下文切换花费一个0.1毫秒的上下文切换。CPU的利用率是1/1.1*100=92%。b.时间片是10毫秒：这I/O限制任务会在使用完1毫秒时间片后进行一次上下文切换。这个时间片要求在所有的进程间都走一遍，因此，10*1.1+10.1(因为每个I/O限定任务执行为1毫秒，然后承担上下文切换的任务，而CPU限制任务的执行10毫秒在承担一个上下文切换之前)。因此，CPU的利用率是20/21.1*100=94%。3.考虑下面的一个系统在某一时刻的状态：AllocationMaxAvailableABCDABCDABCDP0001200121520P110001750P213542356P306320652P400140656使用银行家算法回答下面问题：a.Need矩阵的内容是怎样的？b.系统是否处于安全状态？c.如果从进程P1发出一个请求（0420），这个请求能否被满足？答：a.Need矩阵的内容是P0（0000）P1（0750）P2（1002）P3（0020）P4（0640）。b..系统处于安全状态，因为Available矩阵等于（1520），进程P0和P3都可以运行，当进程P3运行完时，它释放它的资源，而允许其它进程运行。c.可以被满足，满足以后，Available矩阵等于（1100），当以次序P0，P2,P3,P1,P4运行时候，可以完成运行。4.按顺序给出5个部分的内存，分别是100KB,500KB,200KB,300KB和600KB，用first-fit,best-fit和worst-fit算法，能够怎样按顺序分配进程212KB,417KB,112KB,426KB和426KB？哪个算法充分利用了内存空间？答：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:算法充分利用了内存空间。5.考虑一个分页系统在内存中存储着一张页表。a.如果内存的查询需要200毫秒，那么一个分页内存的查询需要多长时间？b.如果我们加上相关联的寄存器，75%的页表查询可以在相关联的寄存器中找到，那么有效的查询时间是多少？（假设如果入口存在的话，在相关的寄存器中找到页表入口不花费时间）答：a.400毫秒：200毫秒进入页表，200毫秒进入内存中的字b.有效进入时间=0.75*200毫秒+0.25*400毫秒=250毫秒6.假设有一个请求调页存储器，页表放在寄存器中：处理一个页错误，当有空的帧或被置换的页设有被修改过时要用8ms，当被置换的页被修改过明用20ms，存储器访问时间为100ns。假设被置换的页中有70％被修改过，有效访问时间不超过200ns时最大可接受的页错误率是多少？答：0.2sec=(1−P)×0.1sec+(0.3P)×8millisec+(0.7P)×20millisec0.1=−0.1P+2400P+14000P0.1=16,400PP=0.0000067.假设一个请求调页系统具有一个平均访问和传输时间为20ms的分页磁盘。地址转换是通过在主存中的页表来进行的，每次内存访问时间为1µs。这样，每个通过页表进行的内存引用都要访问内存两次。为了提高性能，加入一个相关内存，当页表项在相关内存中时，可以减少内存引用的访问次数。假设80%的访问发生在相关内存中，而且剩下中的10%（总量的2%）会导致页错误。内存的有效访问时间是多少？答:有效访问时间=(0.8)×(1µsec)+(0.1)×(2µsec)+(0.1)×(5002µsec)=501.2µsec≈0.5millisec8.某虚拟存储器的用户空间共有32个页面，每页1KB，主存16KB。试问：（1）逻辑地址的有效位是多少？（2）物理地址需要多少位？（3）假定某时刻系统用户的第0，1，2，3页分别分配的物理块号为5，10，4，7，试将虚地址0A5C和093C变换为物理地址。解（1）程序空间的大小为32KB，因此逻辑地址的有效位数是15位。（2）内存空间的大小是16KB，因此物理地址至少需要14位。（3）当页面为1KB时，虚地址0A5C表示页号为00010，页内地址是1001011100。该页在内存的第4块，即块号为0100，因此0A5C的物理地址是01001001011100，即125CH。（4）用同样的方法可以求得，093C的物理地址是113CH。9.若在一分页存储管理系统中，某作业的页表如下所示。已知页面大小为1024字节，试将逻辑地址1011，2148，3000，5012转化为相应的物理地址（注：此处块号即为页面号）。页号块号01223136解本题中，为了描述方便，设页号为P，页内位移为W，逻辑地址为A，内存地址为M，页面