操作系统习题解答

/习题（以旧书修订版为准） 第一次：25页2、8、9、10、11、12、13 第二次：68页2、4、8、17、18、22、24、26、38 101页1、2、16、20 142页1、5、14、15、16、19、23习题解答：25页2、os的作用表现在哪几个方面？a.OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口；b.OS作为计算机系统资源的管理者；c.OS作为扩充机器.8、试从交互性、与时性、可靠性三个方面，比较分时系统与实时系统。a.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，但其交互能力不与前者.b.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；而实时控制系统的与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.c.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.9、OS具有哪几大特征?它的最基本特征是什么?a.并发(Concurrence),共享(Sharing),虚拟(Virtual),异步性(Asynchronism).b.其中最基本特征是并发和共享.10、处理机管理具有哪些功能?它们的主要任务是什么?a.进程控制，进程同步，进程通信和调度.b.进程控制的主要任务是为作业创建进程，撤销已结束的进程，以与控制进程在运行过程中的状态转换.进程同步的主要任务是对诸进程的运行进行调节.进程通信的任务是实现在相互合作进程之间的信息交换.调度分为作业调度和进程调度.作业调度的基本任务是从后备队列中按照一定的算法，选择出若干个作业，为它们分配必要的资源;而进程调度的任务是从进程的就绪队列中，按照一定的算法选出一新进程，把处理机分配给它，并为它设置运行现场，是进程投入运行.11、内存管理有哪些主要功能?它们的主要任务是什么?a.主要功能:内存分配，内存保护，地址映射和内存扩充等.b.内存分配的主要任务是为每道程序分配内存空间，提高存储器利用率，以减少不可用的内存空间，允许正在运行的程序申请附加的内存空间，以适应程序和数据动态增长的需要.内存保护的主要任务是确保每道用户程序都在自己的内存空间中运行，互不干扰.地址映射的主要任务是将地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中与之对应的物理地址.内存扩充的主要任务是借助虚拟存储技术，从逻辑上去扩充内存容量.12、设备管理有哪些主要功能?其主要任务是什么?a.主要功能:缓冲管理，设备分配和设备处理，以与虚拟设备等.b.主要任务:完成用户提出的I/O请求，为用户分配I/O设备；提高CPU和I/O设备的利用率；提高I/O速度；以与方便用户使用I/O设备.13、文件管理有哪些主要功能?其主要任务是什么?a.主要功能:对文件存储空间的管理，目录管理，文件的读，写管理以与文件的共享和保护.b.主要任务:对用户文件和系统文件进行管理，以方便用户使用，并保证文件的安全性.68页2、试画出下面4条语句的前趋图:S1S1S1S4S3S2S4S3S2S3:c:=a-b;S2S4:w:=c+1;4.程序并发执行时为什么会失去封闭性和可再现性？因为程序并发执行时，是多个程序共享系统中的各种资源，因而这些资源的状态是由多个程序来改变，致使程序的运行失去了封闭性。而程序一旦失去了封闭性也会导致其再失去可再现性。8.试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因.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。17.为什么进程在进入临界区之前应先执行“进入区”代码？而在退出前又要执行“退出区”代码？为了实现多个进程对临界资源的互斥访问，必须在临界区之前加一段用于检查临界资源是否正在被访问的代码，如未被访问，该进程可进入临界区对此临界资源进行访问；如正被访问，则该进程不能进入临界区访问临界资源。在退出临界区后，执行恢复访问标志的代码为“退出区”，而在退出前执行“退出区”代码主要是为了使其它进程能再访问此临界资源。18.同步机构应遵循哪些基本准则？为什么？a.空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待四条准则b.为实现进程能互斥地进入到自己的临界区22.试写出相应的程序来描述图2-17所示的前驱图。a.Vara,b,c,d,e,f,g,h;semaphore:=0,0,0,1,0,0,0,0;beginparbeginbeginS1;signal(a);signal(b);end;beginwait(a);S2;signal(c);signal(d);end;beginwait(b);S3;signal(e);end;beginwait(c);S4;signal(f);end;beginwait(d);S5;signal(g);end;beginwait(e);S6;signal(h);end;beginwait(f);wait(g);wait(h);S7;end;parendendb.略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)和signal(full)互换位置，结果会如何？在生产者—消费者问题中，如果将两个wait操作，即wait(full)和wait(mutex)互换位置后，可能引起死锁。考虑系统中缓冲区全满时，若一生产者进程先执行了wait(mutex)操作并获得成功，则当再执行wait(empty)操作时，它将因失败而进入阻塞状态，它期待消费者进程执行signal(empty)来唤醒自己，在此之前，它不可能执行signal(mutex)操作，从而使试图通过执行wait(mutex)操作而进入自己的临界区的其他生产者和所有消费者进程全部进入阻塞状态，这样容易引起系统死锁。若signal(mutex)和signal(full)互换位置后只是影响进程对临界资源的释放次序，而不会引起系统死锁，因此可以互换位置。26.试修改下面生产者——消费者问题解法中的错误：producer:beginrepeat……produceaniteminnextp;wait(mutex);wait(full);buffer(in):=nextp;……signal(mutex);untilfalse;endconsumer:beginrepeat……wait(mutex);wait(empty);nextc:=buffer(out);out:=out+1;signal(mutex);consumeiteminnextc;untilfalse;end38.试从调度性，并发性，拥有资源与系统开销方面对进程和线程进行比较.a.调度性。在传统的操作系统中，拥有资源的基本单位和独立调度、分派的基本单位都是进程，在引入线程的OS中，则把线程作为调度和分派的基本单位，而把进程作为资源拥有的基本单位；b.并发性。在引入线程的OS中，不仅进程之间可以并发执行，而且在一个进程中的多个线程之间，亦可并发执行，因而使OS具有更好的并发性；c.拥有资源。无论是传统的操作系统，还是引入了线程的操作系统，进程始终是拥有资源的一个基本单位，而线程除了拥有一点在运行时必不可少的资源外，本身基本不拥有系统资源，但它可以访问其隶属进程的资源；d.开销。由于创建或撤销进程时，系统都要为之分配和回收资源，如内存空间等，进程切换时所要保存和设置的现场信息也要明显地多于线程，因此，操作系统在创建、撤消和切换进程时所付出的开销将显著地大于线程。101页1.高级调度与低级调度的主要任务是什么？为什么要引入中级调度？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。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。引入中级调度的主要目的：是为了提高系统资源的利用率和系统吞吐量。2、在抢占调度方式中,抢占的原则是什么?a.时间片原则；b.优先权原则；c.短作业(进程)优先原则.20.何谓死锁？产生死锁的原因和必要条件是什么？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。在银行家算法中，若出现下述资源分配情：ProcessAllocationNeedAvailableP0003200121622P110001750P213542356P303320652P400140656试问：⑴该状态是否安全？⑵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？⑴该状态是安全的，因为存在一个安全序列<P0P3P4P1P2>。下表为该时刻的安全序列表。资源情况进程WorkNeedAllocationWork+AllocationFinishP0P3P4P1P2162216541987199112991100120652065617502356003203330014100013541654198719911299113121417truetruetruetruetrue⑵若进程P2提出请求Request(1，2，2，2)后，系统不能将资源分配给它，若分配给进程P2，系统还剩的资源情况为（0，4，0，0），此时系统中的资源将无法满足任何一个进程的资源请求，从而导致系统进入不安全状态，容易引起死锁的发生。142页1.可采用哪几种方式将程序装入内存？它们分别适用于何种场合？将程序装入内存可采用的方式有：绝对装入方式、重定位装入方式、动态运行时装入方式；绝对装入方式适用于单道程序环境中，重定位装入方式和动态运行时装入方式适用于多道程序环境中。5.为什么要引入动态重定位?如何实现?a.程序在运行过程中经常要在内存中移动位置，为了保证这些被移动了的程序还能正常执行，必须对程序和数据的地址加以修改，即重定位。引入重定位的目的就是为了满足程序的这种需要。b.要在不影响指令执行速度的同时实现地址变换，必须有硬件地址变换机构的支持，即须在系统中增设一个重定位寄存器，用它来存放程序在内存中的起始地址。程序在执行时，真正访问的内存地址是相对地址与重定位寄存器中的地址相加而形成的。14.分页和分段有何区别?a.分页和分段都采用离散分配的方式，且都要通过地址映射机构来实现地址变换，这是它们的共同点；b.对于它们的不同点有三，第一，从功能上看，页是信息的物理单位，分页是为实现离散分配方式，以消减内存的外零头，提高内存的利用率，即满足系统管理的需要，而不是用户的需要；而段是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息，目的是为了能更好地满足用户的需要；第二页的大小固定且由系统确定，而段的长度却不固定，决定于用户所编写的程序；第三分页的作业地址空间是一维的，而分段的作业地址空间是二维的。15.试全面比较连续分配和离散分配方式。a.连续分配是指为一个用户程序分配一个连续的地址空间，包括单一连续分配方式和分区式分配方式，前者将内存分为系统区和用户区，系统区供操作系统使用，用户区供用户使用，是最简单的一种存储方式，但只能用于单用户单任务的操作系统中；分区式分配方式分为固定分区和动态分区，固定分区是最简单的多道程序的存储管理方式，由于每个分区的大小固定，必然会造成存储空间的浪费；动态分区是根据进程的实际需要，动态地为之分配连续的内存空间，常用三种分配算法:首次适应算法，该法容易留下许多难以利用的小空闲分区，加大查找开销；循环首次适应算法，该算法能使内存中的空闲分区分布均匀，但会致使缺少大的空闲分区；最佳适应算法，该算法也易留下许多难以利用的小空闲区；b.离散分配方式基于将一个进程直接分散地分配到许多不相邻的分区中的思想，分为分页式存储管理，分段存储管理和段页式存储管理.分页式存储管理旨在提高内存利用率，满足系统管理的需要，分段式存储管理则旨在满足用户(程序员)的需要，在实现共享和保护方面优于分页式存储管理，而段页式存储管理则是将两者结合起来，取长补短，即具有分段系统便于实现，可共享，易于保护，可动态链接等优点，又能像分页系统那样很好的解决外部碎片的问题，以与为各个分段可离散分配内存等问题，显然是一种比较有效的存储管理方式；c.综上可见，连续分配方式和离散分配方式各有各自的特点，应根据实际情况加以改进和利用.16.虚拟存储器有哪些特征?其中最本质的特征是什么？特征：离散性、多次性、对换性、虚拟性；最本质的特征：离散性；最重要的特征：虚拟性。19.在请求分页系统中，其页表项中包含那些数据项?它们的作用是什么?a.在请求分页系统中，其页表项中包含的数据项有页号，物理块号，状态位P，访问字段A，修改位M和外存地址；b.其中状态