操作系统英文版课后习题答案整理

11.1Whatarethethreemainpurposesofanoperatingsystem?(1)帮助执行用户程序(2)管理软硬件资源（3）为用户提供操作接口（4）组织用户更好地使用计算机1.2Listthefourstepsthatarenecessarytorunaprogramonacompletelydedicatedmachine.PreprocessingProcessingLinkingExecuting.答：（1）预约计算机时间（2)手动把程序加载到内存（3）加载起始地址并开始执行（4）在电脑的控制台监督和控制程序的执行1.6Definetheessentialpropertiesofthefollowingtypesofoperatingsystems:a.Batchb.Interactivec.Timesharingd.Realtimee.Networkf.Distributed答：A.批处理系统：成批处理作业，用户脱机工作，单、多道程序运行，适合处理需要很少交互的大型工件；B.交互式系统：交互性，及时性C.分时系统：同时性，交互性，及时性，独立性D.实时系统：对时间有严格要求，外部事件驱动方式，响应及时，容错-双机备份，可靠性高，通常为特殊用途提供专用系统E、网络操作系统：网络通信，可实现无差错的数据传输；共享软硬件；网络管理（比如安全控制);网络服务F、分布式系统：多台分散的计算机经互联网连接而成的系统，处理器不共享内存和一个时钟，每个处理器有自己的内存，它们通过总线互相交流。1.7Wehavestressedtheneedforanoperatingsystemtomakeefficientuseofthecomputinghardware.Whenisitappropriatefortheoperatingsystemtoforsakethisprincipleandto“waste”resources?Whyissuchasystemnotreallywasteful?答：单用户系统，它应该最大化地为用户使用，一个GUI（图形化用户接口）可能会浪费CPU周期，但是它优化了用户和系统的交互。2.2Howdoesthedistinctionbetweenmonitormodeandusermodefunctionasarudimentaryformofprotection(security)system?答：monitormode(管理状态，也是特权状态，可以执行全部指令，包括特权指令和非特权指令，访问所有资源并且具有改变处理器状态的能力）usermode（用户状态，也叫目态，只能执行非特权指令)注解：rudimentary(基本的，初步的)distinction(区别）特权指令(privilegedinstructions):只提供给操作系统的核心程序使用，不给用户提供。2.3Whatarethedifferencesbetweenatrapandaninterrupt?Whatistheuseofeachfunction?答：陷入（trap)是由处理器正在执行的指令导致的，一条指令执行期间允许响应陷入，通常陷入处理程序提供的服务是当前进程所需要的。一般发生在软件层。中断（interrupt)是由于与现行指令无关的中断信号发出的，通常在两条机器指令之间才可以响应中断，一般来说，中断处理程序提供的服务不是当前进程所需要的。一般发生在硬件里。陷入可以用来调用操作系统程序，寻找算术错误中断用于标记一个I/O设备的完成，用来消除设备轮询。2.5Whichofthefollowinginstructionsshouldbeprivileged?a.Setvalueoftimer.b.Readtheclock.c.Clearmemory.d.Turnoffinterrupts.e.Switchfromusertomonitormode.答案：a,c,d,e特权指令：（1）允许和禁止中断，控制中断禁止屏蔽位（2）在进程间切换处理（3）存取用于主存保护的寄存器（4）执行I/O操作(5)停止一个中央处理机的工作(6)清理内存(7)设置时钟（8）建立存储键（9）加载PSW2.8Protectingtheoperatingsystemiscrucialtoensuringthatthecomputersystemoperatescorrectly.Provisionofthisprotectionisthereasonbehinddual-modeoperation,memoryprotection,andthetimer.Toallowmaximumflexibility,however,wewouldalsoliketoplaceminimalconstraintsontheuser.2Thefollowingisalistofoperationsthatarenormallyprotected.Whatistheminimalsetofinstructionsthatmustbeprotected?a.Changetousermode.b.Changetomonitormode.c.Readfrommonitormemory.d.Writeintomonitormemory.e.Fetchaninstructionfrommonitormemory.f.Turnontimerinterrupt.g.Turnofftimerinterrupt.答案：b,c,d,g3.6Listfiveservicesprovidedbyanoperatingsystem.Explainhoweachprovidesconveniencetotheusers.Explainalsoinwhichcasesitwouldbeimpossibleforuser-levelprogramstoprovidetheseservices.答：（1)执行程序，操作系统加载文件的目录到内存中并开始执行。在用户程序不能合理分配CPU时间的情况下不能提供该项服务。（2）I/O操作，程序运行过程中需要I/O设备上的数据时，可以通过I/O命令或I/O指令，请求操作系统的服务。（3）文件系统操作，文件系统让用户按文件名创建，读写，修改，删除文件，使用方便，安全可靠。当设计多用户访问或共享文件时，操作系统还提供信息保护机制。（4）通信服务，在很多情况下，一个进程要与另外的进程交换信息，进程通信可以借助共享内存实现，也可使用消息消息传送技术实现。（5）错误检测，OS可以不做和处理各种硬件和软件造成的差错和异常，并让他们造成的影响缩小在最小范围内。3.7Whatisthepurposeofsystemcalls?答:系统调用（systemcalls)的目的：扩充机器功能，增强系统能力，方便用户使用3.10Whatisthepurposeofsystemprograms?答：系统程序通过系统调用可以访问系统资源，调用操作系统。它提供基本的服务给用户，这样用不需要自己编写程序便可以解决问题。4.1MS-DOSprovidednomeansofconcurrentprocessing.Discussthreemajorcomplicationsthatconcurrentprocessingaddstoanoperatingsystem.答：（1）采取共享时间的方法允许每个进程都可访问系统。这种方法包括剥夺不主动放弃CPU的进程和可重入的内核（2）进程和系统资源必须有保护，互相隔离开。每个进程可使用的内存有限，同时在设备上(比如磁盘)的操作也是有限的（3）关注内核，防止进程间出现死锁5.1Providetwoprogrammingexamplesofmultithreadinggivingimproveperformanceoverasingle-threadedsolution.5.3Whataretwodifferencesbetweenuser-levelthreadsandkernel-levelthreads?Underwhatcircumstancesisonetypebetterthantheother?答：（1）在KLT(内核级线程）：和传统的基于进程操作系统中，大多数系统调用将阻塞进程，因此当线程执行一个系统调用是，不仅该线程被阻塞，而且进程内所有线程都会被阻塞，但是ULT中，可以选择另一个线程运行（2)在纯ULT中，多线程应用不能利用多重处理的优点，内核在一段时间里，分配一个进程进占用CPU。6.3Considerthefollowingsetofprocesses,withthelengthoftheCPU-bursttimegiveninmilliseconds:ProcessBurstTimePriorityP1103P211P323P414P5523TheprocessesareassumedtohavearrivedintheorderP1,P2,P3,P4,P5,allattime0.a.DrawfourGanttchartsillustratingtheexecutionoftheseprocessesusingFCFS,SJF,anonpreemptivepriority(asmallerprioritynumberimpliesahigherpriority),andRR(quantum=1)scheduling.b.Whatistheturnaroundtimeofeachprocessforeachoftheschedulingalgorithmsinparta?c.Whatisthewaitingtimeofeachprocessforeachoftheschedulingalgorithmsinparta?d.Whichoftheschedulesinpartaresultsintheminimalaveragewaitingtime(overallprocesses)?6.4Supposethatthefollowingprocessesarriveforexecutionatthetimesindicated.Eachprocesswillrunthelistedamountoftime.Inansweringthequestions,usenonpreemptiveschedulingandbasealldecisionsontheinformationyouhaveatthetimethedecisionmustbemade.a.WhatistheaverageturnaroundtimefortheseprocesseswiththeFCFSschedulingalgorithm?b.WhatistheaverageturnaroundtimefortheseprocesseswiththeSJFschedulingalgorithm?c.TheSJFalgorithmissupposedtoimproveperformance,butnoticethatwechosetorunprocessP1attime0becausewedidnotknowthattwoshorterprocesseswouldarrivesoon.ComputewhattheaverageturnaroundtimewillbeiftheCPUisleftidleforthefirst1unitandthenSJFschedulingisused.RememberthatprocessesP1andP2arewaitingduringthisidletime,sotheirwaitingtimemayincrease.Thisalgorithmcouldbeknownasfuture-knowledges