2013年华南理工操作系统作业一答案

第一章：操作系统引论1.什么是操作系统？可以从哪些角度阐述操作系统的作用？答：操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是能有效地组织和管理计算机系统中的硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程，控制程序的执行，并向用户提供各种服务功能，使得用户能够灵活、方便、有效地使用计算机，并使整个计算机系统能高效地运行的一组程序模块的集合。作用：控制管理计算机的全部硬软件资源，合理组织计算机内部各部件协调工作，为用户提供操作和编辑界面的程序集合。2.简要叙述批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统的概念及特点。3.从交互性、及时性和和可靠性方面将分时系统和实时系统比较。答：（1）分时系统是一种通用系统，主要用于运行终端用户程序，因而它具有较强的交互能力；而实时系统虽然也有交互能力，但其交互能力不及前者。（2）实时信息系统对实用性的要求与分时系统类似，都是以人所能接收的等待时间来确定；而实时控制系统的及时性则是以控制对象所要求的开始截止时间和完成截止时间来确定的。（3）实时系统对系统的可靠性要求要比分时系统对系统的可靠性要求高。4.当代操作系统的四大基本特征是什么？其最基本的特征是什么？答：操作系统的特征有：并发性，共享性，虚拟性，异步性。其中并发性和共享性是其主要特征。5.操作系统需要管理哪些资源？它的基本功能是什么？答：硬件资源：CPU，打印机等，软件资源：数据，程序等6.操作系统对外提供了哪些接口？答：（1）操作系统的命令接口通过在用户和操作系统之间提供高级通信来控制程序运行，用户通过输入设备发出一系列命令告诉操作系统执行所需功能，它包括了键盘操作命令和作业控制命令，称为作业一级的用户接口。命令接口的两种最普遍和主要的方式是直接命令方式（命令行）和间接命令方式（命令文件）。（2）操作系统的程序接口它是用户程序和操作系统之间的接口，用户程序通过它们使用系统资源及系统服务，这种接口方式通常采用若干系统调用组成。系统调用是操作系统对外提供的一批系统子功能，是一类特殊的过程调用，由机器指令完成。（3）操作系统的交互界面它直接支持界面和程序界面，提供一个易用性的操作平台，使用户非常方便地寻找和使用各种命令、执行各类程序，完成各种操作。例：菜单驱动、视窗操作环境等交互界面要求是友好的，设计时应考虑简化命令、用户响应（提示、求助）和系统后援（命令重呼、确认）等问题第二章：进程管理1．试画出下面四条语句的前趋图：S1：a=x+yS2:b=Z+1S3:c=a-bS4:w=c+12．进程有什么特征？答：进程的主要特征是：动态性：它由“创建”而产生，由”调用“而执行，因得不到执行而暂停执行，最后”撤销“而消亡。具有一定的生命周期并发性：进程的多个实体同存于内存中，能在一段时间内同时运行独立性：进程实体是能独立运行的单位，是系统独立获得资源，独立调度的基本单位异步性：进程间是以各自独立的，不可与之的速度向前颓景的结构性特征：进程实体有结构，它由程序段，数据观和进程控制块三部分组成。3．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:操作系统管理的进程是多种多样的，要对这些进程实施有效的管理，必须对进程进行抽象。为了便于系统控制和描述进程的活动，在操作系统核心为进程定义了一个进程控制块PCB。PCB用于描述进程的基本情况以及进程运行和变化的过程，它与进程一一对应。当系统创建进程时，为进程分配一个PCB；在进程运行过程中，系统通过PCB对进程实施管理和控制；进程结束时，系统将收回PCB。PCB中的内容主要包括调度信息和现场信息两大部分。调度信息包括进程名、进程号、优先级、当前状态、资源信息、程序和数据的位置信息、隶属关系和各种队列指针信息等。现场信息主要包括程序状态字、时钟寄存器和界限寄存器等描述进程运行情况的信息。在进程的整个生命周期中，系统总是通过其PCB对进程进行控制，系统是根据进程的PCB而不是任何别的什么而感知到该进程的存在的，所以说，PCB是进程存在的唯一标志.4．请画出完整的进程状态转换图并说出在什么情况下进程会出生何种状态转换。答：进程状态转换图如下：5．进程的三种基本状态是什么？请说明进程在三种基本状态之间转换的典型原因。答：三种基本状态是：就绪、执行和阻塞状态。进程三种状态的转换：a.处于就绪状态的进程，当进程调度程序为之分配了处理机后，该进程便由就绪状态变为执行状态.b.当前进程因发生某事件而无法执行，如访问已被占用的临界资源，就会使进程由执行状态转变为阻塞状态.c.当前进程因时间片用完而被暂停执行，该进程便由执行状态转变为就绪状态.6．进程在运行时存在那两种制约关系？并举例说明。答：1、间接相互制约；2、直接制约关系；7．进程同步应遵守哪些基本准则？常用的同步机制有哪些？答：a.空闲让进.当无进程处于临界区时，表明临界资源处于空闲状态，允许一个请求进入临界区的进程立即进入临界区，以有效利用临界资源b.忙则等待.当已有进程处于临界区时，表面临界资源正在被访问，因而其他试图进入临界区的进程必须等待，以保证对临界资源的互斥访问c.有限等待.对要求访问临界资源的进程，应保证在有限时间内能进入自己的临界区，以免陷入“死等”状态d.让权等待.当进程不能进入自己的临界区时，应立即释放处理机，以免进程陷入“忙等”状态8．用信号量(signal和wait操作)实现下图所示前趋关系：9．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：高级调度：又称为作业调度、长程调度，用于决定把外存上处于后备队列中的哪些作业调入内存，并为它们创建进程、分配必要的资源，排在就绪队列上。中级调度：平衡负载调度，中程调度。低级调度：进程调度、短程调度。高级调度的主要任务：用于决定把外存上处于后备队列中的哪些作业调入内存，并为它们创建进程，分配必要的资源，然后，再将新创建的进程插入就绪队列上，准备执行。中级调度的主要任务：根据存储资源量和进程的当前状态来决定辅存和主存中进程的对换。低级调度的主要任务：用于决定就绪队列中的哪个进程应获得处理机，然后再由分派程序执行将处理机分配给该进程的具体操作。2．非抢占式调度中可能引起调度的原因有那些？抢占调度方式中，抢占的原则是什么？答：非抢占方式占有CPU,一直运行，采用这种方式，可能引起进程调度的几个因素：①进程执行完毕或因某事件不能继续；②提出I/O请求而暂停；③在进程通信或同步过程中执行了P(wait)、Block、Wakeup等某种原语操作。抢占调度方式中，抢占的原则：1）优先权原则2）短作业（进程）优先原则3）时间片原则3．比较FCFS和SPF两种进程调度算法。4．答：先来先服务调度算法(FCFS)—可用于作业和进程调度利于长作业(CPU繁忙型)，不利于短作业(I/O繁忙型)SPF是从后备(就绪)队列中选择一个或若干个估计运行时间最短的作业，将它们调入内存运行(将处理机分配给它)。适合短的作业。5．何谓静态和动态优先级？确定静态优先级的依据是什么？答：静态优先级：在创建进程时确定的，且在进程的整个运行期间保持不变。动态优先级：创建进程时赋予的优先权，可以随进程的推进或等待时间的增加而改变的，以便获得更好的调度性能。确定静态优先级的依据是：①进程类型：系统进程高于一般进程；②进程对资源的需求：资源要求少的赋予高优先级；③用户要求：用户进程紧迫程度和所付费用多少来决定。6．什么是死锁？产生死锁的原因和必要条件是什么？答：死锁：多个进程在运行过程中因争夺资源而陷入僵局。产生死锁的原因：1）竞争资源，2）进程间推进顺序非法。产生死锁的必要条件：1）互斥条件（资源独占）；2）请求和保持条件（占资源A，要资源B）；3）不剥夺条件（未使用完的资源不能被剥夺）；4）环路等待条件（资源占用形成环链）。7．处理死锁的四种方法是什么？解除死锁的两种方法是什么？答：处理死锁的四种方法：(1)预防死锁---事先预防法，破坏一个或几个产生死锁的必要条件,实现简单、常用，资源利用率和系统吞吐量低；(2)避免死锁---事先预防法，利用算法动态分配资源，防止系统进入不安全状态,实现较难,资源利用率和系统吞吐量较高；(3)检测死锁---允许运行中发生死锁，及时检测到死锁及其有关进程和资源；(4)解除死锁---与检测死锁配套使用，挂起或撤销相关进程，回收资源并重新分配，检测和解除实现很难,资源利用率和系统吞吐量高；8．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调度先后顺序。答：平均周转时间=（1+1+100+2+1+3+100）/4=52调度先后顺序为：ACBD进程名到达时间服务时间A01B1100C21D31009．银行家算法中，若出现下述资源分配情况：ProcessAllocationNeedAvilableP0003200121622P110001750P213542356iiiTnT11P303320652P400140656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？答：不安全，不会分配。10．资源分配图法判断下图中是否存在死锁。答：产生死锁第四章：存储器管理1．简述存储器层次结构分几层，每层存放什么数据，作用是什么？答：分五层层0：CPU内寄存器组：由编译器完成分配，传送速度按处理机速度层1：高速缓存（cache）：可几个层次，MMU控制层2：主存储器：基本存储器，MMU与操作系统管理，存取策略层3：外存储器（硬盘）：联机存储器（I/O处理）层4：后援存储器（光盘、磁带机）：海量，联机存储器（I/O处理）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：1、固定分区存储管理其基本思想是将内存划分成若干固定大小的分区，每个分区中最多只能装入一个作业。当作业申请内存时，系统按一定的算法为其选择一个适当的分区，并装入内存运行。由于分区大小是事先固定的，因而可容纳作业的大小受到限制，而且当用户作业的地址空间小于分区的存储空间时，造成存储空间浪费。2、可变分区存储管理可变分区存储管理不是预先将内存划分分区，而是在作业装入内存时建立分区，使分区的大小正好与作业要求的存储空间相等。这种处理方式使内存分配有较大的灵活性，也提高了内存利用率。但是随着对内存不断地分配、释放操作会引起存储碎片的产生。3.分页和分段存储管理有何区别？实现时需要什么硬件支持？页表项和段表项中各含有什么信息项？答：页是信息的物理单位，分页是为离散实现分配方式，以消减内存的外零头，提高内存的利用率。或者说，分页仅仅是由于系统管理的需要而不是用户的需要。段由是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息。分段的目的是为了能更好地满足用户的需要。页的大小固定全由系统决定，由系统把逻辑地址划分产号和怘内的地址两部分，是由机器硬件实现的，因而在只能有一种大小的页面原则是段的长度却不固定，决定于用户所编写的程序，通常由编译程序在对源程序进行编㡽时，根据信息的性质来划分。分页的作业地址空间是一维的，即单一的线性地址空间，程序员只需利用一个记忆符，即可表示一个地址；分段的作业地址空间则是二维的，程序员在标识一个地址时，即需给出段名，又需给出段内地址。3．具有快表的段页式存储管理方式中，如何实现地址变换？答：首先设置一段表寄存器，在其中存放段表始址和段长SL，进行地址变换时，利用段号S与段长SL进行比较，若SSL，表示未越界，于是利用段表始址和段号来求出该段所对应的段表项在段表中的位置，从中得出该段的页表始址，并利用逻辑地址中的段内页号P来获得对应页的页表项位置，从中读出该页所在的物理块号b，再利用块号b和页内地址来构成物理地址。在具有