OS复习题

1.什么是操作系统？从资源管理的角度去分析操作系统，它的主要功能是什么？答：操作系统是一个大型的程序系统，它负责计算机的全部软、硬件资源的分配与回收，控制与协调等并发活动，实现信息的存取和保护。它提供用户接口，使用户获得良好的工作环境，为用户扩展新的系统功能提供软件平台，操作系统使整个计算机系统实现了高效率和高度自动化。操作系统的主要功能是管理系统的软、硬件资源，它们可归为四类：处理机管理、存储管理、设备管理和文件管理等。2.操作系统的主要特征是什么？为什么会具有这样的特征？答：操作系统的特征有：并发性，共享性，不确定性，虚拟性。其中并发性和共享性是其主要特征。由于操作系统建立并控制着多个并发执行的进程，完成着同时进行的几项任务，进程之间相互制约，并且共享着系统的某些资源，进程的这些活动便形成了操作系统的主要特征。并且许多事件的产生是随机的，而且事件产生的先后顺序又有许多可能组合，但操作系统必须能处理任何一种可能的事件序列。所以，操作系统又具有不确定性。另外，操作系统中还广泛使用了虚拟技术，使得配备了操作系统之后的系统在资源的使用上更加自由和灵活，不受物理设备数量的限制。3.什么是多道程序设计技术？试述多道程序运行的特征。答：多道程序设计技术是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，使它们在管理程序控制下，相互穿插地运行。多道程序运行的特征如下：(1)多道：计算机内存中同时存放几道相互独立的程序。(2)宏观上并行：同时进入系统的几道程序都处于运行过程中，即它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕。微观上串行：从微观上看，内存中的多道程序轮流地或分时地占有处理机，交替执行(单处理机情况)。4.批处理系统和分时系统各具有什么特点？答：批处理系统是在解决人—机矛盾以及高速度的中央处理机和低速度的I/O设备这两对矛盾的过程中发展起来的。它的出现改善了CPU和外设的使用情况，其特点是实现了作业的自动定序、自动过渡，从而使整个计算机系统的处理能力得以提高。在多道系统中，若采用了分时技术，就是分时操作系统，它是操作系统的另一种类型。它一般采用时间片轮转的办法，使一台计算机同时为多个任务服务。对用户都能保证足够快的响应时间，并提供交互会话功能。它与批处理系统之间的主要差别在于，分时系统是人机交互式系统，响应时间快；而批处理系统是作业自动定序和过渡，无人机交互，周转时间长。5.现代操作系统中为什么要引入“进程”概念?它与程序有什么区别?答：之所以要引入进程的概念，是因为在一些可以并发的程序段之间，存在着某种相互制约的关系，每个程序段的执行不仅要受到其它程序执行的制约，而且还要动态地依赖系统资源的分配情况，因此每个可以并发执行的程序段就会因外界条件的限制而不能运行，被迫处于阻塞状态。仅用程序的概念无法表示程序的走走停停以及程序运行过程中对资源的竞争现象，因此需要采用一种动态的概念描述并发程序这种走走停停的现象，这就产生了进程的概念。进程和程序的区别：（1）进程是程序的执行过程，是动态的过程，属于一种动态概念。程序是一组有序静态指令和数据的集合，用来指示处理机的操作，是一种静态概念。（2）从结构上看，每个进程实体是由程序段和相应的数据段两部分构成，并且进程结构中还要包含PCB,即进程控制块。（3）一个进程可以涉及到一个或几个程序的执行；反之，同一程序可以对应多个进程，即同一个程序段可以在不同数据集合上运行，可以构成不同的进程。（4）进程能真实地描述并发执行的过程，而程序仅仅是静态指令堆积的序列。（5）进程有可创建其他进程的功能，而一般的程序不具有创建其它程序的功能。每一个程序都是在一个进程现场中运行的。6.何谓名字空间？何谓地址空间？何谓存储空间？答：名字空间：程序中符号名的集合。地址空间：在目标模块中的地址的集合。存储空间：实际内存地址的集合。汇编编译地址重定位连接名字空间地址空间存储空间7.为什么要引入动态重定位？如何实现？答：动态重定位便于程序浮动。由于在目标模块装入内存时无需对其进行任何修改，因而装入之后再搬迁也不会影响其正确执行。实现时，需要采用动态重定位硬件机构：重定位寄存器和加法器。如图所示。8.为什么说分段系统较之分页系统更易于实现地址变换？答：因为分段是按照逻辑功能分段，这样在地址变换时，针对的是一个完整的逻辑功能段，所以可以在实际需要时进行动态连接。而分页则是按照物理页的大小划分所以一定要事先将所有的页面联接成一个整体后才能实现地址变换。9.分页存储管理中有哪几种常用的页面置换算法？试比较它们的优缺点。答：(1)先进先出（FIFO）(2)最近最久未使用淘汰算法（LRU）(3)最优算法（OPT）FIFO算法最简单，但效率不高。LRU是较为实用的算法，效果较好，实现也不难。OPT算法是最佳算法，但并不实用，因为要跟踪各页面方可预测未来，而这种预测往往是困难的。10.有5个批处理作业A到E均已到达计算中心，其运行时间分别为：10、6、2、4、和8分钟；各自的优先级分别被规定为3、5、2、1和4，这里5为最高级。若不考虑系统切换开销，计算出平均作业周转时间。(1)FCFS(按A、B、C、D、E)；符号源程序相对目标程序(装配模块)绝对目标程序动态重定位示意图1000110013001400LOAD1,3005678内存LOAD1,30056780100300400某程序的地址空间1000+(2)优先级调度算法；(3)时间片轮转算法。解答：FCFS作业执行时间等待时间周转时间带权周转时间A100101B610162.66C216189D418225.5E822303.75T=19.2W=4.38时间片轮转，时长为q=2作业执行时间等待时间周转时间带权周转时间A1020303B616223.66C2463D412164E820283.5T=20.4W=3.43优先权调度次序执行时间等待时间周转时间带权周转时间B6061E86141.75A1014242.4C2242613D426307.5T=20W=5.1311.若两个程序，A程序按顺序使用：(CPU)10s，(设备甲)5s，(CPU)5s，(设备乙)10s，(CPU)10s。B程序按顺序使用：(设备甲)10s，(CPU)10s，(设备乙)5s，(CPU)5s，(设备乙)10s。在顺序环境下先执行A，在执行B，求出总的CPU利用率为多少？答：程序A的执行了40秒，其中CPU使用了25秒，B程序执行40秒，其中CPU使用了15秒，而程序共使用了80秒，CPU花40秒，CPU的利用率是40/80=50%。12.在某计算机系统中，时钟中断处理程序每次执行时间为2ms(包括进程切换开销)。若中断频率为60Hz，试问CPU用于时钟中断处理的时间比率为多少？答：因为时钟中断频率是60HZ，时钟周期是1000ms/60＝50/3(ms)在每一个时钟周期里，CPU花2ms处理执行任务，所以CPU用于时钟中断的时间比例是2/(50/3)=6/50=12%。13.设有一个逻辑地址空间有8页，每页1024字节，映射到32块的物理地址上，试问：逻辑地址空间需要多少位表示？物理地址空间需要多少位表示？答：1)逻辑地址空间需要13位表示，其中页号需要3位，因为23=8，页内地址需要10位表示，因为210=1024；2物理地址空间需要15位表示，其中块号需要5位，因为25=32，快内地址需要10位表示，因为210=1024。14.一台计算机为每个进程提供65536字节的地址空间，划分为4k字节的页。一个特定的程序有32768字节的正文，16386字节的数据和15870字节的堆栈。这个程序能装入地址空间吗？如果页长是512字节，能放下吗？答：每个进程只提供65536字节的地址空间，4K字节的页，即计算机为每个进程只提供16个页面。当程序有32768字节正文，16386字节数据和15870字节堆栈时，总共需要17个页面，无法装入。如果页面长度为512字节，每个进程在内存最多占128个页面，32768字节需要64个页面，16386字节需要33个页面，15870字节需要31个页面，改程序总共需要128个页面，刚好可以装入地址空间。15.一个32位地址的计算机使用两级页表，虚地址分为9位的顶级页表域，11位的二级页表域和偏移，页面的长度是多少？在地址空间一共有多少页？答：9位作顶级域，11位作二级页表域，剩余32-(9+11)=12位作偏移，所以页表长度是212=4K，在此地址空间共有220个页面。16.某系统采用请求分页存储管理方案，其逻辑地址有20位，页内地址占11位，页号占9位，有一个4页的作业，其逻辑页号0,12,3分别装入了存储空间的4,7,5,8块，如图,页号块号04172538试问：作业的虚地址空间有多大？系统的页面大小是多少？逻辑地址5000对应的物理地址是多少？答：由于逻辑地址结构为20位，页内地址占11位，页号占9位，所以虚地址空间有220=1M，系统页面为211=2K。在请求分页管理中，通过页面变换表进行地址转换，将逻辑地址分解为页号和页内地址两部分。这里页面大小为2K，逻辑地址5000分解为页号p=2，页内地址w=904，2x2048=40965000DIV2048=25000MOD2048=904查页面变换表，页号为2对应的物理块是5，对应的物理地址是物理地址=块号x页面大小+页内地址=5x2KB+904=1114417.假设在一个分页系统中，页表存放在内存中，试问：如果一次内存访问需要花费1.2μs，那么存取一个数至少需要花多少时间？如果系统采用联想存储器，其中命中率为75%，那么有效内存访问时间是多少？答：在分页存储系统中，每存取一个数据至少访问内存2次，所以存取一个数据至少花费的时间为2x1.2μs=2.4μs如果系统使用联想存储器，其命中率为75%，那么有效内存访问时间为75%x1.2μs+(1-75%)x2.4μs=1.5μs18.一个实时系统有4个周期性事件，周期分别为50、100、300和250ms，若假设其处理分别需要35、20、10和δms，则该系统可调度允许的δ最大值为多少ms。答：35/50+20/100+300/10+x/2501X16.6719.设有某多道程序设计系统，可供用户使用的主存空间为100KB。若系统采用不可移动的可变分区管理方案管理主存中的用户空间，且主存空间分配采用最先适应分配算法，作业调度采用响应比高者优先算法，进程调度采用先来先服务算法。若有五个作业J1，J2，J3，J4，J5进入输入井的时间、计算时间和内存要求如下表所示，请写出各作业执行的顺序、计算响应比、计算作业的周转时间和平均周转时间。（要求写出分析计算过程）作业名进入“输入井”时间(小时)计算时间（分钟）主存要求J1J2J3J4J510:0610:1810:3010:3610:42423024241218K62K55K12K20K解：(1)开始的时候,J1先到,所以J1最先执行,它的开始时间是10:06分,结束时间是10:48,它的周转时间是42分钟.(2)当J1执行结束之后,J2,J3,J4,J5的相应比分别是:J2:0.2303013018:1048:101pRJ3:75.1241812430:1048:101pRJ4:5.1241212436:1048:101pRJ5:5.112611242:1048:101pR所以应该选择J2,所以J2开始时间是10:48,结束时间是11:18,周转时间是60分钟.(3)当J2执行结束之后,J3,J4,J5的相应比分别是:J3:0.3244812430:1018:111pRJ4:75.2244212436:1018:111pRJ5:0.4123611242:1018:111pR所以应该选择J5,所以J5开始时间是11:18,结束时间是11:30,周转时间是48分钟.(4)当J5执行结束之后,J3,J4的相应比分别是:J3:5.3246012430