1-3章习题讲解第四版课件

第1～3、7章习题讲解操作系统

OperatingSystem1.OS的主要目标是什么？(P31)解答：1）方便性：方便用户、程序员；

2）有效性：提高软硬件资源利用率；

3）可扩充性：便于扩充功能和性能；

4）开放性：增加系统兼容性和互操作性。Chap1操作系统引论2.OS的作用可表现在哪几个方面？(P31)解答：1）从一般用户的观点，可把OS看作是用户与计算机硬件系统之间的接口；

2）从资源管理角度看，可把OS视为计算机系统资源的管理者；

3）OS作为系统软件覆盖在裸机之上后，便可获得一台功能显著增强的虚拟机器，因此，OS还有扩充机器的作用。Chap1操作系统引论11.OS有那几大特征？最基本的特征是什么？（P31）

解答：基本特征是：并发、共享、虚拟、异步。最基本的特征是:并发性和共享性Chap1操作系统引论14.什么原因使OS具有异步性？(P31)解答：1）程序执行结果是不确定的，即程序运行结果是不可再现的。

2）每个程序在何时执行，多个程序间的执行次序以及完成每个程序的时间都是不确定的，即不可预知性。Chap1操作系统引论24.基于微内核的OS中，应用了哪些新技术？(P31)解答：微内核技术、客户/服务器技术、面向对象技术。Chap1操作系统引论补充1、什么是多道程序设计?实现多道程序设计的计算机需要哪些必不可少的硬件支持?采用多道程序设计会带来什么好处?解答：在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，它们在管理程序的控制下相互穿插地运行，共享CPU和外设等资源。硬件支持：中断技术、通道技术优点：资源的利用率、系统吞吐量大。Chap1操作系统引论补充2、操作系统是如何从单道批处理，发展到多道批处理，再到分时系统的，随之出现了哪些技术。解答：1）单道

多道批处理：提高资源利用率，产生了多道程序设计技术、通道、中断、作业管理、处理机管理、存储管理、设备管理、文件系统。

2）批处理分时系统：提高系统的交互能力，产生了时钟技术。Chap1操作系统引论补充3、分时系统的出现让用户感受到了什么好处？典型的分时系统是什么？解答：1）同时性或多路性：多用户同时操作、使用计算机

2）独占性：各终端用户感觉到自己独占了计算机；

3）及时性：用户请求在较短时间内相应；

4）交互性：用户能计算机进行人机对话。典型的分时系统：UNIXChap1操作系统引论6.从动态性、并发性和独立性上比较进程和程序。（P84）答案见P367.说明PCB作用，为什么PCB是进程存在唯一标志。（P84）解答：1）PCB是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。PCB中记录了操作系统所需的用于描述进程情况及控制进程运行所需的全部信息。

2）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。Chap2进程管理13.进程切换时保存CPU状态信息包含哪些？（P84）解答：1）通用寄存器

2）指令计数器

3）程序状态字

4）用户栈指针

注意：处理机状态是PCB的一部分，它描述了进程在处理机上执行时的各种信息；当进行进程切换时，处理机中的这些信息通通要被其它进程覆盖，所以必须保存。作业中有提到进程状态的部分，不在此列。Chap2进程管理Chap2进程管理16.创建一个进程时所要完成的工作？解答：分配一个唯一的进程标识符,索取一个空白PCB为新进程的程序和数据分配内存空间初始化进程控制块，包括初始化标识符信息、处理机的状态信息和控制信息设置相应的链接18.同步应该遵循的基本原则？（P84）答案见P51空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待

19.记录型信号量的wait和signal的物理含义作业问题：

1）只答出wait、signal操作的原子性。

2）只答出wait表示申请一个资源，signal表示释放一个资源。Chap2进程管理解答：

1）wait操作意味着请求一个单位的资源；若减1后S.value<0时，表示资源已分配完毕，故进程调用block原语进行自我阻塞，并被插入到等待队列中。

2）signal操作意味着释放一个单位的资源；若加1后S.value<=0,表示等待队列中仍有进程等待该资源，故进程调用wakeup原语唤醒一个等待进程。Chap2进程管理21：如何使用信号量机制实现多个进程对临界资源的互斥访问？解答：

1）设置记录型信号量mutex，初值为1。

2）将访问临界资源的代码放置于wait(mutex)和signal(mutex)之间。Chap2进程管理23：在生产者—消费者问题中，如果缺少了signal(full)和signal(empty)，对执行结果有何影响？Chap2进程管理Producer：repeatwait(empty)wait(mutex)…signal(mutex)

signal(full)untilfalseConsumer：repeatwait(full)wait(mutex)…signal(mutex)

signal(empty)untilfalse(2)Wait(empty)成功，继续（当缓冲区放满后，生产者进程也阻塞）(1)Wait(full)不成功，消费者进程阻塞Chap2进程管理24：在生产者—消费者问题中，如果将两个wait操作即wait(full)和wait(mutex)互换位置，或者将signal(mutex)与signal(full)互换位置，结果会如何？Chap2进程管理Producer：repeatwait(empty)wait(mutex)…signal(mutex)signal(full)untilfalseConsumer：repeatwait(mutex)wait(full)…signal(mutex)signal(empty)untilfalse(1)Wait(empty)成功，继续(3)Wait(mutex)失败，生产者进程阻塞(2)Wait(mutex)成功，继续(4)Wait(full)失败，消费者进程阻塞Chap2进程管理Consumer：repeatwait(full)wait(mutex)…signal(mutex)signal(empty)untilfalseProducer：repeatwait(empty)wait(mutex)…signal(full)signal(mutex)untilfalse（1）Signal(full)成功(2)Wait(full)成功,继续（3）wait(mutex)失败，消费者阻塞互换signal会不会死锁？Chap2进程管理Chap2进程管理26、Producer：

begin repeat produceaniteminnextp; wait(mutex); wait(full); buffer(in):=nextp; signal(mutex); untilfalse; endConsumer：

begin repeat wait(mutex); wait(empty); nextc:=buffer(out); out:=out+1;

signal(mutex); consumeiteminnextc; untilfalse endChap2进程管理27、试利用记录型信号量写出不会死锁的哲学家进餐问题的算法。答：varc:array[0..4]ofsemaphore:=(1,1,1,1,1);processiRepeat

思考；

Swait(c[i],c[(i+1)mod5])；进食；

Ssignal(c[i],c[(i+1)mod5])；Untilfalse;Chap2进程管理31、什么是AND型信号量？试利用AND型信号量写出生产者-消费者问题的算法。ProcessPi(1··m);//生产者

……Repeat

生产一个产品；

Swait(S,buf)；送产品到Buffer[in]

；

in:=(in+1)modn;

Ssignal(S,prod)；

UntilFalse；……ProcessCj(1··n);//消费者

……RepeatSwait(S,prod)；

从Buffer[out]取产品；

out:=(out+1)modN；

Ssignal(S,buf)；消费产品;UntilFalse；……VarS,buf,prod:semaphore:=1,N,0;{信号量}Buffer:array[0..N-1]ofitem;{临界资源}in,out:integer:=0,0;{是临界资源不是信号量}21：从调度性、并发性、拥有资源及系统开销方面比较进程与线程？（P84）解答见P7623：何谓用户级线程和内核支持线程？（P84）解答见P79Chap2进程管理补充1：有没有这样的状态转换，为什么？等待

运行；就绪

等待解答：没有。都要经过中间状态：

1.等待状态的进程获得所需的资源后，必须转入就绪状态，直到获得CPU后才能运行。

2.进程在运行过程中才会请求资源，才有可能因请求不到资源而转入等待状态。Chap2进程管理补充2：一个状态转换的发生，是否一定导致另一个转换发生，列出所有的可能。解答：不一定。可能的情况如下：

1）执行阻塞导致就绪执行（就绪队列不空）

2）执行就绪导致就绪执行

3）阻塞就绪可能导致就绪执行（在抢占方式下，该进程优先级高于当前进程和就绪队列中的所有进程）Chap2进程管理补充3：用wait-signal操作解决下图之同步问题:Chap2进程管理getcopyputfstgVarSfull,Sempty,Tfull,Tempty:semphore:=0,1,0,1;Get进程：BeginRepeatWait(Sempty);Get(f,s);Signal(Sfull);Untilfalse;endCopy进程：BeginRepeatWait(Sfull);Wait(Tempty);Copy(s,t);Signal(Sempty);Signal(Tfull);Untilfalse;endPut进程：BeginRepeatWait(Tfull);Put(t,g);Signal(Tempty);Untilfalse;endChap2进程管理Chap3处理机调度与死锁6.为什么要引入高响应比优先调度算法？优点？答：FCFS只考虑了等待时间，没有考虑作业的运行时间，而SJF恰恰相反，只考虑了作业的运行时间，没有考虑等待时间。而引入高响应比优先调度算法既考虑了等待时间，又考虑作业的运行时间，可以改善处理机的调度性能。优点：既有利于短作业，又兼顾长作业，还考虑到了进程等待时间长短问题，改善了改善处理机的调度性能。Chap3处理机调度与死锁9.在选择调度方式和调度算法时,应遵循的准则是什么？答：a.面向用户的准则有周转时间短,响应时间快,截止时间的保证,以及优先权准则。

b.面向系统的准则有系统吞吐量高,处理机利用率好,各类资源的平衡利用。Chap3处理机调度与死锁11.何谓静态和动态优先级？确定静态优先级的依据是什么？答：静态优先级是在创建进程时确定的，且在进程的整个运行期间保持不变。动态优先级是指，在创建进程时所赋予的优先权，是可以随进程的推进或随其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有： 进程类型； 进程对资源的需求； 用户要求。Chap3处理机调度与死锁27.何谓死锁?产生死锁的原因和必要条件是什么?答：a.死锁是指多个进程因竞争资源而造成的一种僵局,若无外力作用,这些进程都将永远不能再向前推进;

b.产生死锁的原因有二,一是竞争资源,二是进程推进顺序非法;

c.必要条件是:互斥条件,请求和保持条件,不剥夺条件和环路等待条件。ProcessAllocationNeedAvailabeP0003200121622P110001750P213542356P303320652P400140656（1）该状态是否安全？（2）若P2提出资源请求Request(1,2,2,2)后，系统能否将资源分配给它？31.银行家算法Chap3处理机调度与死锁安全性算法设置工作向量Work=Available，Finish[i]=False；挑选一个进程i，满足条件： Finish[i]=False；Need[i,j]<=Work[j]如果找到这样的进程，则执行3，否则跳转到4Pi执行完后释放资源，Work[j]+=Allocation[i,j],Finish[i]=True;

跳转到2；如果所有Finish[i]==True；则安全，否则不安全安全状态判断过程ProcessAllocationNeedWorkWork+AllocationFinishP0003200121622P110001750FalseP213542356FalseP303320652P40014065616541686169ATrueTrueTrue无路可走了……，不安全呀P2请求（1，2，2，2），尝试分配并判断是否为安全状态ProcessAllocationNeedWorkWork+AllocationFinishP0003200121622(0400)FalseP110001750FalseP21354(2576)2356(1134)FalseP303320652FalseP400140656False寸步难行呀……，不安全*红色的数字代表P2进行预分配后的资源状况补1.3个进程共享4个资源，每个进程至多需要两个资源，问：会不会死锁？

解答：不会。因为3个进程中必然会有1个进程能够获得2个资源，该进程得以顺利执行完，并释放资源供其余2个进程使用。Chap3处理机调度与死锁补2、设三个进程P1,P2,P3,各按如下顺序执行：进程P1进程P2进程P3

在执行时能否产生死锁？如果可能，请说明在什么情况下会产生死锁？并给出一个防止死锁产生的修改办法。P（S1）P（S2）

:V（S1）V（S2）P（S3）P（S1）

:V（S3）V（S1）P（S2）P（S3）

:V（S2）V（S3）Chap3处理机调度与死锁Chap7操作系统接口1.操作系统用户接口中包括哪几种接口？它们分别适用于哪种情况?答：联机命令接口，直接提供给用户在终端使用； 系统调用接口（程序接口），提供给用户在编程时使用； 图形用户接口（图形操作）和网络用户接口（网络操作）Chap7操作系统接口16.试比较一般的过程调用