现代操作系统作业题整理.docx
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现代操作系统作业题整理
注：
标有“操作系统第二版中文版答案”的答案是从操作系统第二版中文答案的电子书上摘抄的，剩下的是非标准答案（可以忽略~~）。
有几道题没有写。
以下的相关文档仅供参考！
祝各位同学考试愉快！
第一章：
引论（P44）
1、什么是多道程序设计？
答：
多道程序就是CPU在内存中多个进程之间迅速切换。
它一般被用来使CPU保持忙碌，当有一个或多个进程进行I/O时。
（操作系统第二版中文答案）
2、什么是SPOOLing？
读者是否认为将来的高级个人计算机会把SPOOLing作为标准功能？
答：
SPOOLing是SimultaneousPeripheralOperationOn-Line（即外部设备联机并行操作）的缩写，它是关于慢速字符设备如何与计算机主机交换信息的一种技术，通常称为“假脱机技术”。
（回答：
什么是SPOOLing？
XX的~~~）输入SPOOLing是作业中的读入技术，例如：
从卡片在磁盘，这样当当前执行的进程完成时，将等候CPU。
输出SPOOLing在打印之前首先复制打印文件，而非直接打印。
在个人计算机上的输入SPOOLing很少，但输出SPOOLing非常普通。
（操作系统第二版中文答案）
3、在早期的计算机中，每个字节的读写直接由CPU处理（既没有DMA）。
对于多道程序而言这种组织方式有什么含义？
答：
多道程序的主要原因是当等候I/O完成时CPU有事可做。
如果没有DMA，I/O操作时CPU被完全占有，因此，多道程序无利可图（至少在CPU利用方面）。
无论程序操作多少I/O操作，CPU都是100%的忙碌。
当然，这里是假定主要的延迟是数据复制时的等待。
如果I/O很慢的话，CPU可以做其他工作。
（操作系统第二版中文答案）
4、系列计算机的思想在20世纪60年代由IBM引入System/360大型机。
现在这种思想已经消亡了还是继续活跃着？
答：
它依然存在。
例如：
Interl以各种各样的不同的属性包括速度和能力消耗来产生PentiumI，II，III和4。
所有这些机器的体系结构都是兼容的，仅仅是价格上的不同，这些都是家族思想的本质。
（操作系统第二版中文答案）
5、缓慢采用GUI的一个原因是支持它的硬件的成本（高昂）。
为了支持25行80列字符的单色文本屏幕应该需要多少视频RAM？
对于1024*768像素24位色彩位图需要多少视频RAM？
在1980年（$5/KB）这些RAM的成本是多少？
现在它的成本是多少？
答：
25*80字符的单色文本屏幕需要2000字节的缓冲器。
1024*768像素24位颜色的位图需要2359296字节。
1980年代这两种选择将分别地耗费$10和$11520。
而对于当前的价格。
将少于$1/MB。
（操作系统第二版中文答案）
8、考虑一个有两个CPU的系统，并且每个CPU有两个线程（超线程）。
假设有三个线程P0，P1，P2，分别以运行时间5ms，10ms，20ms开始。
运行这些程序需要多少时间？
假设这三个程序都是100%限于CPU，在运行时无阻塞，并且一旦设定就不改变CPU。
答：
这些程序的运行时间因程序的组合的不同而不同，一共有以下4种情况：
1）（P0,P1）andP2=>（5ms+10ms）and20ms=>20ms
2）（P0,P2）andP1=>（5ms+20ms）and10ms=>25ms
3）（P1,P2）andP0=>（10ms+20ms）and50ms=>30ms
4）（P0,P1,P2）=>（5ms+10ms+20ms）=>35ms
9、一台计算机有一个四级流水线，每一级都花费相同的时间执行其工作，即1ns。
这台机器每秒可执行多少条指令？
答：
从管道中每纳秒出现一条指令。
意味着该机器每秒执行十亿条指令。
它对于管道有多少个阶段不予理睬，即使是10-阶段管道，每阶段1nsec，也将执行对每秒十亿条指令。
因为无论哪种情况，管道末端输出的指令数都是一样的。
（操作系统第二版中文答案）
10、假设一个计算机系统有高速缓存、内存（RAM）以及磁盘，操作系统用虚拟内存。
读取缓存中的一个词需要2ns，RAM需要10ns，硬盘需要10ms。
如果缓存的命中率是95%，内存的是（缓存失效时）99%，读取一个词的平均时间是多少？
答：
平均访问时间=2ns*0.95+10ns*0.99*（1-0.95）+10ms*（1-0.99）*（1-0.95）=5002.395ns.
14、陷阱和中断的主要差别是什么？
答：
陷阱是由程序造成的，并且与它同步。
如果程序一而再地被运行，陷阱将总在指令流中相同的位置的精确发生。
而中断则是由外部事件和其他时钟造成的，不具有重复性。
（操作系统第二版中文答案）
20、有一个文件，其文件描述符是fd，内含下列字节序列：
3，1，4，1，5，9，2，6，5，3，5。
有如下系统调用：
lseek（fd,3,SEEK_SET）;
read（fd,&buffer,4）;
其中lseek调用寻找文件中的字节3。
在读取操作完成之后，buffer中的内容是什么？
答：
包含字节：
1，5，9，2.（操作系统第二版中文答案）
22、块特殊文件和字符特殊文件的基本差别是什么？
答：
块特殊文件包含被编号的块，每一块都可以独立地读写或者写入。
而且可以定位于任何块，并且开始读入或写入。
这些对于字符特殊文件是不可能的。
（操作系统第二版中文答案）
25、对程序员而言，系统调用就像对其他库过程的调用一样。
有无必要让程序员了解哪一个库过程导致了系统调用？
在什么情形下，为什么？
答：
就程序逻辑而言，库例程调用哪个系统调用是没有关系的。
但是，如果需要考虑性能问题，无需系统调用就可以完成的任务将使进程运行更快。
所有的系统调用都会导致用户环境和内核环境的切换开销。
更进一步，在多用户系统中，在系统调用完成之前，操作系统可能调度到其他的进程，这将使得调用过程的处理更加迟缓。
（操作系统第二版中文答案）
1、于操作系统，下列叙述不正确的是（ ）。
A、管理系统资源 B、控制程序执行
C、改善人机界面 D、提高用户软件运行速度
2、以下哪个系统不是基本的操作系统（ ）.
A、分时操作系统 B、实时操作系统
C、分布式操作系统 D、多道批处理系统
3、计算机系统由__________和__________组成。
4、分时操作系统具有的四个主要特点是同时性、_________、__________和_________。
5、多道程序设计的根本目标是（）。
6、多项选择：
操作系统设计目标是（ ）。
A、管理系统资源 B、提高安全性
C、方便用户使用系统 D、使系统能高效工作
7、在（ ）的控制下，计算机系统能及时处理由过程控制反馈的数据，并作出响应。
A、批处理操作系统 B、实时操作系统
C、分时操作系统 D、多处理机操作系统
8、多项选择:
引入多道程序设计的主要目的在于（ ）。
A、提高实时响应速度 B、充分利用处理机，减少机空闲时间
C、有利于代码共享 D、充分利用外围设备
E、减少存储器碎片
9、计算机发展到第三代，操作系统已成为软件的一个重要分支，最早的操作系统是（）。
10、设计实时操作时（ ）不是主要的追求目标。
A、安全可靠 B、资源利用率 C、及时响应 D、快速处理
答案：
1、D 2、C 3、硬件子系统 软件子系统 4、独立性 及时性 交互性
5、提高计算机系统的工作效率
6、C D
7、B
8、BD
9、批处理操作系统
10、B
第二章：
进程与线程（P95）
2、假设要设计一种先进的计算机体系结构，它使用硬件而不是中断来完成进程切换。
CPU需要哪些信息？
请描述用硬件完成进程切换的过程。
答：
应该有一个寄存器包含当前进程表项的指针。
当I/O结束时，CPU讲当前的机器状态存入当前进程表项中，然后，将转到中断设备的中断向量，读取另一个过程表项的指针（服务例程）。
然后，就可以启动这个进程了。
（操作系统第二版中文答案）
3、在所有当代计算机中，至少有部分中断处理程序是用汇编语言编写的。
为什么？
答：
通常高级语言不允许CPU硬件，而这种访问是必须的。
例如：
中断处理程序可能需要禁用和启动某个特定的设备服务，或者处理进程堆栈区的数据。
另外，中断服务例程需要尽快地执行。
（操作系统第二版中文答案）
4、当中断或系统调用把控制转给操作系统时，通常将内核堆栈和被中断进程的运行堆栈分离。
为什么？
答：
内核使用单独的堆栈有若干的原因。
其中两个原因如下：
首先，不希望操作系统崩溃，由于某些用户进程不允许足够的堆栈空间。
第二，如果内核将数据保留在用户空间，然后从操作系统调用返回，那么恶意的用户可能使用这些数据找出某些关于它进程的信息。
（操作系统第二版中文答案）
5、多个作业能够并行运行，比它们顺序执行完成的要快。
假设有两个作业同时开始执行，每个需要10分钟的CPU时间。
如果顺序执行，那么最后一个作业需要多少时间可以完成？
如果并行执行又需要多少时间？
假设I/O等待占50%。
答：
CPU利用率计算公式：
CPU利用率=1-p^n.设运行作业所需要的时间为T
顺序执行：
T=（10+10）/0.5=40（分钟）；
并行执行：
p=0.5,n=2,CPU利用率=1-0.5^2=0.75,则T=（10+10）/0.75=26.7（分钟）.
7、如果创建一个多线程进程，若子进程得到全部父进程线程的副本，会出现问题。
假如原有线程之一正在等待键盘输入，现在则成为两个线程在等待键盘输入，每个进程有一个。
在单线程进程中也会发生这种问题吗？
答：
不会。
如果单线程进程在键盘上阻塞，就不能创建子进程。
（操作系统第二版中文答案）
9、在本章中，我们介绍了多线程的web服务器，说明它比单线程服务器和有限状态机服务器更好的原因。
存在单线程服务器更好一些的情形吗？
请给出一个例子。
答：
是的。
如果服务器是完全CPU绑定的，则不需要多线程。
这只会增加不必要的复杂性。
假设某个百万人口区域的电话查号系统（类似于114），如果每个（姓名，电话号码）记录为64个字符，整个的数据库则为64MB，这就是很容易全部读入服务器内存中以提高快速的查询。
（操作系统第二版中文答案）
11、为什么线程要通过调用thread_yield自愿放弃CPU？
毕竟，由于没有周期性的时钟中断，线程可以不交回CPU。
答：
进程中线程是相互协作的，而不是相互独立的。
如果放弃了是为了应用程序，那么线程将放弃CPU。
毕竟，通常是同一个程序员写的代码。
（操作系统第二版中文答案）
12、线程可以被时钟中断抢占吗？
如果可以，在什么情形下可以？
如果不可以，为什么不可以？
答：
用户级线程不能被时中断抢占，除非整个进程的时间片用完。
内核级线程可以单独地被剥夺。
在后一种情况下，如果线程运行过久，时钟将的中断当前的进程，因而当前线程也被中断。
内核可以自由地从同一个进程中选取其他线程运行。
（操作系统第二版中文答案）
20、在2.3.4节中，描述了一种有高级优先级进程H和低级优先级进程L的情况，导致了H陷入死循环。
若采用轮换调度算法而不是优先级调度算法，会发生同样的问题吗？
请给予讨论。
答：
对于时间片轮转调度，该方法不会出现问题。
L迟早会运行，而且最终将离开其临界区。
对于优先级调度，L永远得不到运行；而对于时间片轮转，它将周期性地得到一时间片，因此就有机会离开其临界区。
（操作系统第二版中文答案）
23、两个进程在一个共享存储器多处理器（即两个CPU）当它们要共享一个公共内存时，图2-23所示的采用变量turn的忙等待解决方案有效吗？
答：
是的，它还是会有用的。
当然，它依然是忙等待。
（操作系统第二版中文答案）
27、如果一个系统只有两个进程，可以使用一个屏障来同步这两个进程吗？
为什么？
答：
如果程序是操作按阶段进行，直到两个进程都完成当前阶段才能进入下一个阶段，这时就应该使用屏障。
（操作系统第二版中文答案）
28、如果线程在内核中实现，可以使用内核信号量对同一个进程中的两个线程进行同步吗？
如果线程在用户空间安实现呢？
假设在其他进程中没有线程必须访问该信号量。
请讨论你的答案。
答：
对于内核线程，线程可以在信号量上阻塞，而内核可以运行该进程中的其他线程。
因而，使用信号量没有问题。
而对于用户级线程，当某个线程在信号量上阻塞时，内核将认为整个进程都被阻塞。
而且不再执行它。
因此，进程失败。
（操作系统第二版中文答案）
30、一个快餐店有四类雇员：
（1）领班，接收顾客点的菜单；
（2）厨师，准备饭菜；（3）打包工，将饭菜装在袋子里；（4）收银员，将食品袋交给顾客并收钱。
每个雇员可被看作一个进行通讯的顺序进程。
它们采用的进程间通信方式是什么？
请将这个模型与UNIX中进程联系起来。
答：
雇员之间通过消息传递进行通信：
在该例中，消息为订单、食物和袋子。
在UNIX中，该4个进程通过管道连接。
（操作系统第二版中文答案）
1、为了使A、B两个进程互斥地访问单个缓冲区，应为之设置一个互斥信号量S，初值为1，相应在的P（S），V（S）操作必须分别安排在（ ）的两端。
A、该单缓冲区 B、两进程的临界区
C、两进程的程序段 D、两进程的控制块
2、一个进程可以包含多个线程，各线程（ ）
A、必须串行工作 B、共享分配给进程的主存地址空间
C、共享进程的PCB D、是独立的资源分配单位
3、PV操作所处理的变量是（ ）
A、锁变量 B、整型信号量 C、记录型信号量 D、控制变量
4、为了使两个进程能同步运行，最少需要（ ）个信号量。
A、1 B、2 C、3 D、4
5、共享变量是指（ ）访问的变量。
A、只能被系统进程 B、只能被多个进程互斥访问的变量
C、只能被用户进程 D、可被多个进程
6、临界区是指并发进程中访问共享变量的（ ）。
A、管理信息 B、数据 C、信息存储 D、程序
7、多项选择：
线程是操作系统的概念，已具有线程管理的操作系统有（ ）。
A、WINDOWS32 B、OS/2 C、WindowsNT
D、DOS6.22 E、Mach
8、多项选择：
一个进程向其他进程发送消息时，应组织好一封信件，内容包括（ ）。
A、接收者名 B、发送者名 C、具体信息
D、等不等回信标志 E、回信存放地址
9、在具有n个进程的系统中，允许m个进程（n≥m≥1）同时进入它们的临界区，其信号量S的值的变化范围是_________，处于等待状态的进程数最多________个。
10、线程与进程的根本区别是把进程作为______单位，而线程是_________单位。
答案：
1、B 2、B 3、B 4、B 5、B 6、D 7、BCE 8、BCDE
9、n-m≤S≤m n-m
10、资源分配 调度和执行
第三章：
存储管理（P139）
2、交换系统通过紧缩来消除空闲区。
假设有很多空闲区和数据段随机分布，并且读或写32位长的字需要10ns的时间，紧缩128MB大概需要多少长时间？
为了简单起见，假设空闲区中含有字0，内存中最高地址处含有有效数据。
答：
几乎整个内存都必须复制，也就是要求读出每一个内存字，然后重写到不同的位置。
读4个字节需要10nsec，因此读1个字节需2.5nsec，而还要话费2.5nsec用于重写，因此，对于每个字节的压缩需要5nsec。
其速率为200,000,000字节/sec。
为了复制128MB（2^27字节，也就是大约1.34*10^8字节），该计算机需要2^27/200,000,000sec，也就是大约671msec。
该数字是稍微悲观的因为如果内存地步的最初的空间为k字节，那么该k字节无需复制。
不过，如果有许多空间和许多数据碎片，因此空洞将非常小，k也就非常小，而误差也非常小。
（操作系统第二版中文答案）
3、请比较用位图和链表两种方法来记录空闲内存所需的存储空间。
128MB的内存以n字节为单元分配。
对于链表，假设内存中数据段和空闲区交替排列，长度均为64KB。
并假设链表中的每个结点需要32位的内存地址、16位长度和16位下一个结点域。
这两种方法分别需要多少字节的存储空间？
哪种方法更好？
答：
位图：
128MB（2^27字节）的内存以n字节为单元分配，则可以分成（128*2^20）/n=2^27/n个单元，8个单元需要1字节的位图，即总需要2^27/8n字节的位图。
所以记录内存需要的存储空间大小为：
2^27+2^27/8n=2^27（1+1/8n）字节；
链表：
128MB的内存可有（128MB/64KB=2^11）个区域，一个节点需要（32+16+16）/8=8字节，所以记录内存需要的存储空间大小为：
2^11*8+2^27=2^27（1+1/2^13）=2^27（1+1/（8*2^10））;
当n<2^10字节（即1KB）时，位图>链表，则使用链表；当n>1KB时，位图<链表，则使用位图。
4、在一个交换系统中，按内存地址排列的空闲区大小是：
10KB、4KB、20KB、18KB、7KB、9KB、12KB和15KB。
对于连续的段请求：
a）12KB,b）10KB,c）9KB。
使用首次适配算法，将找出哪个空闲区？
使用最佳适配、最差适配、下次适配算法呢？
答：
首次适配：
20KB，10KB，18KB；
最佳适配：
12KB，10KB，9KB；
最差适配：
20KB，18KB，15KB；
下次适配：
20KB，18KB，9KB。
（操作系统第二版中文答案）
7、考虑下面的C程序：
intX[N];
intstep=M;//M是某个预定义的常量
for（inti=0;ia）如果这个程序运行在一个页面大小为4KB且有64个TLB表项的机器上时，M和N取什么值会使得内层循环的每次执行都会引起TLB失效？
b）如果循环重复很多遍，结果会和a）的答案相同吗？
请解释。
答：
a）M的最小值是4096，才能使内层循环的每次执行时都引起TLB失效，N的值只会影响到X的循环次数，与TLB失效无关。
b）M的值应该大于4096才能在内层循环每次执行时引起TLB失效，但现在N的值要大于64K，所以X会超过256KB。
10、假设一个机器有48位的虚拟地址和32位的物理地址。
a）假设页面大小是4KB，如果只有一级页表，那么在页表里有多少页表项？
请解释。
b）假设同一系统有32个TLB表项，并且假设一个程序的指令正好能放入一个页，并且该程序顺序地从数千个页的数组中读取长整型元素。
在这种情况下TLB的效果如何？
答：
a）
b）TLB访问的命中率达100%。
在指令访问下一个页面之前读取数据的命中率是100%，一个4KB大小的页面包含1024个长整型数据，每访问1024个数据就会有一次TLB失效。
12、一个32位地址的计算机使用两级页表。
虚拟地址被分成9位的顶级页表域、11位的二级页表域和一个偏移量，页面大小是多少？
在地址空间中一共有多少个页面？
答：
偏移量=32-9-11=12（位），所以页面大小为：
2^12=4KB，页面数为：
2^20。
13、假设一个32位虚拟地址被分成a、b、c、d四个域。
前三个域用于一个三级页表系统，第四个域d是偏移量。
页面数与这四个域的大小都有关系吗？
如果不是，与哪些因素有关及与哪些因素无关？
答：
页面数只依赖于a，b和c的和，至于它们之间是如何划分是无关的。
（操作系统第二版中文答案）
19、一个计算机的页面大小为8KB，内存大小为256KB虚拟地址空间为64GB，使用倒排页表实现虚拟内存。
为了保证平均散列链的长度小于1，散列表应该多大？
假设散列表的大小为2的幂。
答：
内存有2^28（256KB）/2^13（8KB）=（2^15）32768页。
32K的哈希表的平均链长为1。
为了使之小于1，必须使用下一个尺寸（2^16）65536项。
将32768项放入65536格中使其平均链长为0.5，以保证快速的查询。
（操作系统第二版中文答案）
21、假设虚拟页码索引流中有一些长的页码索引序列的重复，序列之后有时会是一个随机的页码索引。
例如，序列0，1，…，511，431，0，1，…，511，332，0，1，…中包含了0，1，…，511的重复，以及跟随在它们之后的随机页码索引431和332.
a）在工作负载比该序列短的情况下，标准的页面置换算法（LRU、Clock、FIFO）在处理换页时为什么效果不好？
b）如果一个程序分配了500个页框，请描述一个效果优于LRU、Clock或FIFO算法的页面置换方法。
答：
a）标准的页面置换算法是针对已经在内存中的页面研究的。
当工作负载比序列短时，会出现内存容量不够而长生颠簸，这种情况下LRU、Clock、FIFO算法达不到预期的效果。
b）如果分配了500个页框，那么0~498号页框是固定的，只有一个页框进行页面置换。
22、如果将FIFO页面置换算法4个页框和8个页面上，若初始时页框为空，访问字符串为0172327103，请问会发生多少次缺页中断？
如果使用LRU算法呢？
FIFO的页框如下：
x0172333300
xx017222233
xxx01777722
xxxx0111177
LRU的页框如下：
x0172327103
xx017232710
xxx01773271
xxxx0111327
FIFO发生6次缺页中断，LRU发生7次缺页中断。
（操作系统第二版中文答案）
28、一个计算机有4个页框，装入时间、上次访问时间和每个页面的R位和M位如下所示（时间以时间滴答为单位）：
页面
装入时间
上次访问时间
R
M
0
126
280
1
0
1
230
265
0
1
2
140
270
0
0
3
110
285
1
1
a）NRU算法置换哪个页面？
（页面2）
b）FIFO算法置换哪个页面？
（页面3）
c）LRU算法置换哪个页面？
（页面1）
d）第二次机会算法置换哪个页面？
（页面2）
29、有二维数组：
intX[64][64];假设系统中有4个页框，每个页框的大小为128个字（一个整数占用一个字）。
处理数组X的程序正好可以放在一个页中，而且总是占用0号页。
数据会在其他3个页框中被换入或换出。
数组X为按行存储（即在内存中X[0][0]之后是X[0][1]）。
下面两段代码中，哪一个会有最小的缺页中断？
请解释原因，并计算缺页中断的总数。
A段：
for（intj=0;j<64;j++）
for（inti=0;i<64;i++）X[i][j]=0;
B段：
for（inti=0;i<64;i++）
for（intj=0;j<64;j++）X[i][j]=0;
答：
依题，A段按列访问，B段按行访问；X数组按行存储，即每一页可存储2行（128字节）；每访问一次页框就发生一次缺页中断。
A段：
每访问2个数就发生一次缺页中断，则会有64*64/2=2048次缺页中断；
B段：
每访问2行就有一次缺页中断，因此只需要64/2=32次缺页中断。
32、一个页面同一时刻可能在两个工作集中吗？
请解释原因。
答：
如果页面是可以共享的，就可以出现在两个工作集中。
例如，如果某分时系统的2个用户运行同样的编辑程序，程序的正文是共享的，而不是
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