计算机操作系统典型例题解析之二.docx
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计算机操作系统典型例题解析之二
计算机操作系统典型例题解析之二
一、例题解析
【例1】操作系统向用户提供了哪几类接口？
答：
操作系统向用户提供了两类接口：
一类是命令接口，另一类是程序接口。
用户利用命令接口提供的操作命令来组织和控制作业的执行，按命令接口对作业控制方式不同，又可以将命令接口分为联机命令接口和脱机命令接口；用户还可以利用程序接口提供的一组系统调用来请求并获得操作系统服务，程序接口在用户编制程序的时候使用。
今年来，为了方便用户的使用，又出现了图形接口。
【例2】试说明作业和进程的状态，并说明引起状态转换的典型原因。
答：
作业的状态有提交状态、后备状态、运行状态和完成状态。
当一个作业还未进入算机系统内之前，用户正在向系统提交作业时所处的状态叫做提交状态。
送入计算机并由操作系统将其存放在磁盘上以后，系统为这个作业建立一个作业控制块，并把它插入到后备队列中等待调度运行。
此时，这个作业所处的状态称为后备状态。
当这个作业被作业调度程序选中，并为它分配了必要的资源，建立了一组相应的进程之后，这个作业就由后备状态变为运行状态。
进程有三种状态：
就绪状态、执行状态和阻塞状态。
刚建立的进程处于就绪状态；就绪状态的进程被进程调度程序选中，获得处理机运行，此时的状态称为执行状态；对于执行状态的进程，当它使用完分配给它的时间或被更高优先权的进程剥夺处理机后，又回到就绪状态，等待下次调度；进程在执行中若发生了某些事件而暂时无法执行下去，如有输入输出请求并等待输入输出完成，则进入阻塞状态；当引起进程阻塞的事件消失时，如输入输出完成，进程由阻塞状态变为就绪状态，重新获得被调度的资格。
当作业正常运行结束或因发生错误而异常结束时，作业进入完成状态。
此时，由操作系统将作业控制块从当前作业队列中删除，并收回其所占用的资源。
【例3】作业和进程有什么区别和联系？
答：
作业通常是指用户在一次计算过程中或者一次事物处理过程中要求计算机系统所作的工作的集合，包括用户程序、所需的数据及命令等。
进程是具有独立功能的可并发执行的程序在一个数据集合上的运行过程，是系统进行资源分配和调度的独立单位。
作业和进程之间的区别和联系如下：
1、作业是用户向计算机提交的任务实体，而进程则是完成用户任务的执行实体，是向系统申请分配资源的基本单位。
2、一个作业可以由多个进程组成，且一个作业至少由一个进程组成。
3、作业的概念主要用在批处理系统中，而进程的概念则用在所有的多道程序系统中。
【例4】若在后备作业队列中等待运行的同时有三个作业1、2、3，已知它们各自的运行时间为a、b、c，且满足a＜b＜c,试证明采用短作业优先调度算法能获得最小平均周转时间。
答：
由于短作业优先调度算法总是在后备作业队列中选择运行时间最短的作业作为调度对象，因此对短作业优先调度算法而言，这三个作业的总周转时间为
T1=a+（a+b）+（a+b+c）=3a+ab+c①
若不按短作业优先调度算法来调度这三个作业，不失一般性，假定调度顺序为2、1、3，其总周转时间为：
T2=b+（b+a）+（b+a+c）=3b+2a+c②
②-①式得：
T2-T1=b-a
由此可见，短作业优先调度算法能获得最小平均周转时间。
【例5】有5个待运行作业为A、B、C、D、E，它们几乎同时到达，各自的估计运行时间分别为9、6、3、5、x。
试问采用哪种运行次序使得平均周转时间最短？
（答案依赖与x）
答：
由于短作业优先调度算法会使一组作业的平均周转时间最短，所以：
当0＜x＜3时，应该采用的运行顺序为：
E，C，D，B，A
当3≤x≤5时，应该采用的运行顺序为：
C，E，D，B，A
当5＜x＜6时，应该采用的运行顺序为：
C，D，E，B，A
当6≤x≤9时，应该采用的运行顺序为：
C，D，B，E，A
当9＜x时，应该采用的运行顺序为：
C，D，B，A，E
【例6】有5个批处理作业（A、B、C、D、E）几乎同时到达，估计的运行时间分别为2、4、6、8、10分钟，它们的优先数分别为1、2、3、4、5（1为最低优先数）。
对下面的每种调度算法，分别计算作业的平均周转时间。
（1）最高优先级优先。
（2）时间片轮转（时间片为2分钟）。
（3）FIFO（作业的到达顺序为C、D、B、E、A）
（4）短作业优先。
答：
为了计算方便，假设这批作业的到达时间为0。
（1）使用最高优先级优先算法时，作业的调度顺序为E、D、C、B、A，各作业的周转时间如下表所示。
作业
执行时间
优先数
开始运行时间
完成时间
周转时间
A
2
1
28
30
30
B
4
2
24
28
28
C
6
3
18
24
24
D
8
4
10
18
18
E
10
5
0
10
10
平均周转时间为（30+28+24+18+10）/5=22分钟
（2）使用时间片轮转算法时，作业的调度顺序为：
0分钟作业A、B、C、D、E到达，作业A开始运行，作业B、C、D、E等待
2分钟作业A运行结束，作业B开始运行，作业C、D、E等待
4分钟作业C开始运行，作业D、E、B等待
6分钟作业D开始运行，作业E、B、C等待
8分钟作业E开始运行，作业B、C、D等待
10分钟作业B开始运行，作业C、D、E等待
12分钟作业B运行结束，作业C开始运行，作业D、E等待
14分钟作业D开始运行，作业E、C等待
16分钟作业E开始运行，作业C、D等待
18分钟作业C开始运行，作业D、E等待
20分钟作业C运行结束，作业D开始运行，作业E等待
22分钟作业E开始运行，作业D等待
24分钟作业D开始运行，作业E等待
26分钟作业D运行结束，作业E开始运行
30分钟作业E运行结束
各作业的周转时间如下表所以。
作业
执行时间
优先数
开始运行时间
完成时间
周转时间
A
2
1
0
2
2
B
4
2
2
12
12
C
6
3
4
20
20
D
8
4
6
26
26
E
10
5
8
30
30
平均周转时间为（2+12+20+26+30）/5=18分钟
（3）使用FIFO（作业到达顺序为C、D、B、E、A）算法时，作业调度顺序为C、D、B、E、A，各作业的周转时间如下表所示。
作业
执行时间
优先数
开始运行时间
完成时间
周转时间
A
2
1
28
30
30
B
4
2
14
18
18
C
6
3
0
6
6
D
8
4
6
14
14
E
10
5
18
28
28
平均周转时间为（30+18+6+14+28）/5=19.2分钟
（4）使用短作业优先算法时，作业的调度顺序为A、B、C、D、E，各作业的周转时间如下表所示。
作业
执行时间
优先数
开始运行时间
完成时间
周转时间
A
2
1
0
2
2
B
4
2
2
6
6
C
6
3
6
12
12
D
8
4
12
20
20
E
10
5
20
30
30
平均周转时间为（2+6+12+20+30）/5=14分钟
二、单项选择题
1．用户作业可以通过（）方式由用户自己按照作业步进行操作。
A、脱机B、自动控制
C、在线处理D、联机处理
2．（）是操作系统提供的一种专门语言，它由操作系统的专门机制解释处理。
A、c语言B、JCL语言
C、Ada语言D、Pascal语言
3．作业调度算法中（）调度算法最有利于提高资源利用率。
A、先来先服务B、优先数
C、响应比最高优先D、均衡
4．终端用户在终端上控制作业的执行要经历四个阶段，.最初阶段是（）。
A、用户注册B、终端连接
C、作业控制D、用户退出
5．（）是作业存在的唯一标志
A、作业名B、进程控制块
C、作业控制块D、程序名
6．在下面作业调度算法中（）调度算法最有利于小作业，从而提高系统吞吐能力。
A、先来先服务B、计算时间短的作业优先
C、优先数D、响应比最高者优先
7．当中央处理器处于目态时，它可以执行的指令是（）。
A、计算机系统中的全部指令B、仅限于非特权指令
C、仅限于访管指令D、仅限于特权指令
8．当中央处理器处于管态时，它可以执行的指令是（）。
A、计算机系统中的全部指令B、仅限于非特权指令
C、仅限于访管指令D、仅限于特权指令
9．作业调度算法常考虑因素之一是使系统有最高的吞吐率，为此应（）
A、不让处理机空闲B、能够处理尽可能多的作业
C、使各类用户满意D、不使系统过于复杂
10．分时系统操作系统环境下运行的作业通常称为（）
A、后台作业B、长作业
C、批量型作业D、终端型作业
11．当作业进入完成状态（）。
A、将删除该作业并收回其所占资源，同时输出结果
B、将该作业的控制块从当前作业队列中删除，收回其所占资源，并输出结果
C、将收回该作业所占资源并输出结果
D、将输出结果并删除内存中的作业
12．在作业调度算法中，若所有作业同时到达，则平均等待时间最短的算法是（）。
A、先来先服务B、优先数
C、响应比最高优先D、计算时间短的作业优先
13．作业调度程序从处于（）状态的作业队列中选取适当的作业投入运行
A、执行B、提交
C、完成D、后备
14．既考虑作业等待时间，又考虑作业执行时间的调度算法是（）。
A、先来先服务B、优先数
C、响应比最高优先D、均衡
15、（）是指从作业提交给系统到作业完成的时间间隔。
A、周转时间B、响应时间
C、等待时间D、执行时间
16．作业从进入后备队列到被调度程序选中的时间间隔称为（）。
A、周转时间B、响应时间
C、等待时间D、触发时间
三、多项选择题
1．响应比最高者优先调度算法是（）调度算法的折衷。
A、先来先服务B、优先数
C、电梯调度D、单向扫描
E、计算时间短的作业优先
2．（）调度算法在作业调度中需要作业计算时间。
A、先来先服务B、计算时间短的作业优先
C、响应比最高者优先D、优先数
E、均衡
3．批处理作业进入计算机系统时必须提交（）。
A、可执行文件B、作业控制说明书
C、源程序D、作业所需资源
E、运行时的数据
4．交互作业的特点是（）。
A、成批处理B、采用人机对话方式
C、多道处理D、自动控制
E、交互性
四、填空题
1．把用户要求计算机系统处理的一个问题称为。
作业
2．是用户用于描述批处理作业处理过程控制意图的一种特殊程序。
用书写作业控制说明书，规定操作系统如何控制作业的执行。
作业控制说明书主要包括三方面内容，即、和。
作业控制说明书、作业控制语言、作业的基本描述、作业控制描述和资源要求描述
3．操作系统为用户提供了相应的两类接口，一类应用于程序一级，称为，另一类应用于用户作业控制一级，称为。
程序接口、命令接口
4．用户使用操作系统提供的“”对作业执行的意图写好一份“”，连同该作业的一同提交给计算机系统，操作系统按照用户说明的控制意图来控制作业的执行，作业执行过程中，用户不进行干预。
在这种控制方式下执行的作业就是。
操作系统提供给用户控制批处理作业的用户接口就是。
作业控制语言、作业控制说明书、源程序和初始数据、批处理作业、作业控制语言
5．批处理作业的输入包括将作业的、和由输入设备（例如键盘）输入外存并形成初始信息。
常用的输入方式有三种：
、和。
程序、数据和作业控制说明书、脱机输入方式；SPOOLING系统输入方式；直接耦合方式
6．一个批处理作业从进入计算机系统到运行结束，处于不同的状态，一般可以将作业的状态分成、、和四个状态。
提交、收容、执行、完成
7．交互式控制方式就是用户使用操作系统提供的来表达作业执行的控制意图，用户逐条输入命令，操作系统每接到一条命令，就根据命令的要求控制作业的执行。
联机命令接口
8．交互式作业的控制方式是联机控制方式，联机作业控制现在一般有、
和三种控制方式。
操作控制命令、菜单方式、视窗方式
9．当中央处理器处于时可以执行包括特权指令在内的一切机器指令，当中央处理器处于
时不允许执行特权指令。
因此，操作系统程序占用中央处理器时，应让中央处理器
在下工作，而用户程序占用中央处理器时，应让中央处理器在下工作。
如果中央处理器在
工作，却取到了一条特权指令，此时中央处理器将拒绝执行该指令，并形成一个“非法操作”事件。
中断装置识别到该事件后，转交给操作系统处理，由操作系统通知用户“程序中有非法指令”，必须修改。
管态、目态、管态、目态、目态
10．操作系统编制了许多不同功能的子程序，这些子程序通常包含特权指令，用户程序可以调用这些子程序从而得到特权指令提供的功能，并且没有使用特权指令。
由操作系统提供的这些子程序称为“”程序，或简称“”。
系统功能调用、系统调用
五、问答题
1、有一个多道程序设计系统，采用不允许移动的可变分区方式管理主存中的用户空间，设用户空间为100K，主存空间的分配算法为最先适应分配算法，进程调度算法采用先来先服务算法，今有如表所示作业序列：
假定所有作业都是计算型作业且忽略系统调度时间，请分别写出采用“先来先服务调度算法”、“计算时间短的作业优先算法”时作业的装入主存时间、开始执行时间、完成时间、周转时间以及它们的平均周转时间。
表
作业名
进入“输入井”时间
需计算时间
主存需求量
A
10：
06
42分钟
15K
B
10：
18
30分钟
60K
C
10：
30
24分钟
50K
D
10：
36
20分钟
10K
E
10：
42
12分钟
20K
2、在一个批处理单道系统中，采用响应比高者优先的作业调度算法。
当一个作业进入系统后就可以开始调度，假定作业都是仅计算，忽略调度花费的时间。
现有三个作业，进入系统的时间和需要计算的时间如表所示：
表
作业
进入系统时间
需要计算时间
开始时间
完成时间
周转时间
1
9:
00
60分钟
2
9:
10
45分钟
3
9:
15
25分钟
（1）求出每个作业的开始时间、完成时间及周转时间并填入表中。
（2）计算三个作业的平均周转时间应为多少？
3、某系统采用不能移动已在主存储器中作业的可变分区方式管理主存储器，现有供用户使用的主存空间100K，系统配有4台磁带机，有一批作业见表。
表
作业序号
进输入井时间
要求计算时间
需要主存量
申请磁带机数
1
l0:
00
25分钟
15K
2台
2
10:
20
30分钟
60K
1台
3
10:
30
10分钟
50K
3台
4
10:
35
20分钟
10K
2台
5
10:
40
15分钟
30K
2台
该系统采用多道程序设计技术，对磁带机采用静态分配，忽略设备工作时间和系统进行调度所花的时间，请分别写出采用响应比高者优先算法、短作业优先算法、先来先服务算法选中作业执行的次序。
四、问答题
1、
先来先服务调度算法：
作业名
进入“输入井”时间
装入主存时间
开始执行时间
完成时间
周转时间
A
10：
06
10：
06
10：
06
10：
48
42分钟
B
10：
18
10：
18
10：
48
11：
18
60分钟
C
10：
30
11：
18
11：
38
12：
02
92分钟
D
10：
36
10：
36
11：
18
11：
38
62分钟
E
10：
42
11：
18
12：
02
12：
14
92分钟
平均周转时间：
（42+60+92+62+92）/5=69.6分钟
计算时间短的作业优先算法：
作业名
进入“输入井”时间
装入主存时间
开始执行时间
完成时间
周转时间
A
10：
06
10：
06
10：
06
10：
48
42分钟
B
10：
18
10：
18
10：
48
11：
18
60分钟
C
10：
30
11：
18
11：
50
12：
14
104分钟
D
10：
36
10：
36
11：
18
11：
38
62分钟
E
10：
42
11：
18
11：
38
11：
50
68分钟
平均周转时间：
（42+60+104+62+68）/5=67.2分钟
2、
作业
进入系统时间
需要计算时间
开始时间
完成时间
周转时间
1
9:
00
60分钟
9:
00
10:
00
60分钟
2
9:
10
45分钟
10:
25
11:
10
120分钟
3
9:
25
25分钟
10:
00
10:
25
60分钟
平均周转时间：
60分钟+120分钟+60分钟=80分钟
3、
采用响应比高者优先算法、短作业优先算法、先来先服务算法时，选中作业执行的次序均为1，2，4，5，3。
系统调用在本质上是应用程序请求操作系统核心完成某一特定功能的一种过程调用，是一种特殊的过程调用，它与一般的过程调用有以下几方面的区别：
⑴通道软中断进入
一般的过程调用可直接由调用过程转向被调用过程；而执行系统调用时，由于调用和被调用过程是处于不同的系统状态，因而不允许由调用过程直接转向被调用过程，而通常都是通过软中断机制转向相应的命令处理程序。
⑵运行在不同的处理器状态
一般的过程调用，其调用程序和被调用程序都运行在相同的处理器状态，而系统调用与一般调用的最大区别就在于：
调用程序运行在目态，而被调用程序则运行在管态。
⑶处理器状态的转换
一般的过程调用不涉及系统状态的转换，可直接由调用过程转向被调用过程。
但在运行系统调用时，由于调用和被调用过程工作在不同的系统状态，因而不允许由调用过程直接转向被调用过程，通常都是通过软中断机制先由目态转换为管态，在操作系统核心分析之后，转向相应的系统调用处理于程序。
⑷返回问题
一般的过程调用在被调用过程执行完后，将返回到调用过程继续执行。
但是，在采用抢占式调度方式的系统中，系统调用中被调用过程执行完后，系统将对所有要求运行的进程进行优先级分析。
如果调用进程仍然具有最高优先级，则返回到调用进程继续执行，否则，将引起重新调度，以便让优先级最高的进程优先执行。
此时，系统将把调用进程放入就绪队列。
⑸嵌套调用
像一般过程一样，系统调用也允许嵌套调用，即在一个被调用过程的执行期间，还可以再利用系统调用命令去调用另一个系统调用。
一般情况下，每个系统对嵌套调用的深度都有一定的限制，例如最大深度为6。
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