华南理工大学 操作系统课后作业一.docx

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华南理工大学操作系统课后作业一

第一章：

操作系统引论

1.什么是操作系统？

可以从哪些角度阐述操作系统的作用？

答：

（1）操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是能有效地组织和管理计算机系统中的硬件和软件资源、合理地组织计算机工作流程、控制程序的执行并向用户提供各种服务功能，使得用户能够灵活、方便、有效地使用并使整个计算机系统能高效地运行的一组程序模块的集合。

（2）操作系统的作用在于控制管理计算机的全部硬软件资源，合理组织计算机内部各部件协调工作，为用户提供操作和编辑界面的程序集合。

2.简要叙述批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统的概念及特点。

答：

采用批处理作业方式的操作系统叫批量操作系统；

实时操作系统是指外界事件或数据产生时，能够接收并以足够快的速动予以处理，其处理的结果又能在规定的时间来控制生产过程或对处理系统做出快速响应。

并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统；

允许多个联机用户同时使用一台计算机系统进行计算的操作的系统统称为分时操作系统。

3.从交互性、及时性和和可靠性方面将分时系统和实时系统比较。

答：

（1）从交互性分析，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及前者。

（2）从及时性分析，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，而实时控制系统的及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。

（3）从可靠性分析，实时系统对系统的可靠性要求比分时系统对系统的可靠性要求高。

4.当代操作系统的四大基本特征是什么？

其最基本的特征是什么？

答：

当代操作系统的四大基本特征有并发性、共享性、虚拟性和异步性；

其中，并发性和共享性是最基本的特征。

5.操作系统需要管理哪些资源？

它的基本功能是什么？

答：

操作系统需要管理设备资源和信息资源两大类。

设备资源指的是组成计算机的硬件设备，如中央处理器，主存储器，磁盘存储器，打印机，磁带存储器，显示器，键盘输入设备和鼠标等；信息资源指的是存放于计算机内的各种数据，如文件，程序库，知识库，系统软件和应用软件等。

大体上可以叫软硬件资源，所以操作系统管理包括进程管理、处理器管理、内存管理、设备管理、文件管理

6.操作系统对外提供了哪些接口？

答：

操作系统对外提供了命令接口、程序接口及交互界面。

第二章：

进程管理

1．试画出下面四条语句的前趋图：

S1：

a=x+y

S2:

b=Z+1

S3:

c=a-b

S4:

w=c+1

答：

2．进程有什么特征？

答：

进程的主要特征是动态性、并发性、独立性、异步性及结构性。

3．PCB有什么作用？

PCB中主要包括什么信息？

为什么说PCB是进程存在的唯一标志？

答：

PCB用于描述进程的基本情况以及进程运行和变化的过程，它与进程一一对应。

当系统创建进程时，系统为进程分配一个PCB；在进程运行过程中，系统通过PCB对进程实施管理和控制；进程结束时，系统将收回PCB.

PCB中的内容主要包括调度信息和现场信息两大部分。

调度信息包括进程名、进程号、优先级、当前状态、资源信息、程序和数据的位置信息、隶属关系和各种队列指针信息等。

现场信息主要包括程序状态字、时钟寄存器和界限寄存器等描述进程运行情况的信息。

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，所以说PCB是进程存在的唯一标志。

4．请画出完整的进程状态转换图并说出在什么情况下进程会出生何种状态转换。

答：

进程状态转换图如下所示

5．进程的三种基本状态是什么？

请说明进程在三种基本状态之间转换的典型原因。

答：

进程的三种基本状态是就绪、执行及阻塞状态。

进程三种状态的转换：

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、当进程因某些原因而无法执行（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。

6．进程在运行时存在那两种制约关系？

并举例说明。

答：

进程在运行时存在间接相互制约、直接制约两种制约关系。

间接制约关系是多个进程间彼此无任何逻辑上的关系，仅由于他们同处于一个系统共享系统资源而发发生了制约关系。

如分时系统中有两个用户进程分别编译他们的PASCAL源程序在单CPU系统中，这两个进程只能分时占用处理机编译各自的源程序，他们间存在着间接制约关系。

直接制约关系是多个协作进程之间存在的逻辑上制约关系，即一个进程的执行依赖于另一个进程的消息，当一个进程没有得到另一个进程的消息时，应等待直到消息到达被唤醒为止。

如共享一缓冲器的读进程和打印进程，他们间存在着直接制约关系，因为两个进程必须同步才能完成共同的任务。

7．进程同步应遵守哪些基本准则？

常用的同步机制有哪些？

答：

基本准则为空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待。

a.空闲让进.当无进程处于临界区时，表明临界资源处于空闲状态，允许一个请求进入临界区的进程立即进入临界区，以有效利用临界资源

b.忙则等待.当已有进程处于临界区时，表面临界资源正在被访问，因而其他试图进入临界区的进程必须等待，以保证对临界资源的互斥访问

c.有限等待.对要求访问临界资源的进程，应保证在有限时间内能进入自己的临界区，以免陷入“死等”状态

d.让权等待.当进程不能进入自己的临界区时，应立即释放处理机，以免进程陷入“忙等”状态

8．用信号量（signal和wait操作）实现下图所示前趋关系：

答：

wait（s）:

whileS≤0dono-op

S:

=S-1;

Single（S）:

S:

=S+1;

9．试比较进程间低级和高级通信工具。

当前有哪几种进程间高级通信工具？

答：

用户用低级通信工具实现进程通信很不方便，因为其效率低、通信对用户不透明、所有的操作都必须由程序员来实现；而高级通信工具则可以弥补这些缺陷，用户可直接利用操作系统所提供的一组通信命令高效地传送大量的数据。

第三章：

处理机调度与死锁

1．什么是处理机高级、中级和低级调度？

各级调度的主要任务是什么？

答：

高级调度又称为作业调度、长程调度，用于决定把外存上后备队列中的哪些作业调入内存，并为他们创建进程、分配必要的资源排在就绪队列上。

中级调度为平衡负载调度、中程调度；

低级调度为进程调度、短程调度。

高级调度的主要任务是用于决定把外存上处于后备队列中的作业调入内存，并为他们创建进程、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。

中级调度的主要任务根据存储资源量和进程的当前状态来决定辅存和主存中进程的对换。

低级调度的主要任务用于绝对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，将处理机分配给该程序的具体操作。

2．非抢占式调度中可能引起调度的原因有那些？

抢占调度方式中，抢占的原则是什么？

答：

非抢占方式占有CPU一直运行，采用这种方式可能引起进程调度的几个因素

（1）进程执行完毕或因某事件不能继续。

（2）提出I/O请求而暂停。

（3）在进程通信或同步过程中执行了Pwait、Block、Wakeup等某种原语操作。

抢占调度方式中抢占的原则：

（1）优先原则；

（2）短作业进程优先原则；（3）时间片原则。

3．比较FCFS和SPF两种进程调度算法。

答：

FCFS先来先服务调度算法-可用于作业和进程调度，利于长作业CPU繁忙型，不利于短作业I/O繁忙型。

SPF是从后备就绪队列中选择一个或若干个估计运行时间最短的作业，将他们调入内存运行，将处理机分配给他。

适合短的作业。

4．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：

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：

创建进程时赋予的优先权，可以随进程的推进或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是：

（1）类型：

通常，系统进程（如接收进程、对换进程、磁盘I/O进程）的优先权高于一般用户进程的优先权；

（2）资源的要求：

如进程的估计执行时间及内存需要量的多少，对这些要求少的进程应赋予较高的优先权；（3）求：

这是用户进程的紧迫程度及用户所付费用的多少来确定优先权的

5．什么是死锁？

产生死锁的原因和必要条件是什么？

答：

死锁是指多个进程在运行过程中因争夺资源而陷入僵局。

产生死锁的原因是：

（1）因为系统资源不足。

（2）进程运行推进的顺序不合适。

（3）资源分配不当等。

如果系统资源充足，进程的资源请求都能够得到满足，死锁出现的可能性就很低，否则就会因争夺有限的资源而陷入死锁。

其次，进程运行推进顺序与速度不同，也可能产生死锁。

产生死锁的四个必要条件：

（1）互斥条件：

一个资源每次只能被一个进程使用。

（2）请求与保持条件：

一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。

（3）不剥夺条件:

进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。

（4）循环等待条件:

若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系

6．处理死锁的四种方法是什么？

解除死锁的两种方法是什么？

答：

（1）处理死锁的四种方法

A.预防死锁—事先预防法：

破坏一个或几个产生死锁的必要条件实现简单、常用资源利用率和系统吞吐量较高；

B.避免死锁—事先预防法：

利用算法动态分配资源防止系统进入不安全状态，事先较难资源和系统吞吐量较高。

C.检测死锁—允许运行中发生死锁，及时检测到死锁及其有关进程和资源；

D.解除死锁—与检测死锁配套使用，挂起或撤销想关进程回收资源，并重新分配检测和解除，实现资源利用率和系统吞吐量提高。

（2）解除死锁的两种方法：

资源剥夺法、撤销进程法。

7．下列A、B、C、D四个进程在FCFS和SJF调度方式下的平均周转时间和调度先后顺序。

进程名

到达时间

服务时间

A

0

1

B

1

100

C

2

1

D

3

100

答：

平均周转时间T=（1+1+100+2+1+3+100）/4=52

调度先后顺序为：

ABCD

8．银行家算法中，若出现下述资源分配情况：

Process

Allocation

Need

Avilable

P0

0032

0012

1622

P1

1000

1750

P2

1354

2356

P3

0332

0652

P4

0014

0656

试问：

（1）该状态是否安全？

（2）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？

答：

（1）不安全；

（2）不会分配给它。

9．资源分配图法判断下图中是否存在死锁。

答：

产生死锁

第四章：

存储器管理

1．简述存储器层次结构分几层，每层存放什么数据，作用是什么？

答：

分五层

层0：

CPU内寄存器组由编译器完成分配，传送速度按处理机速度；

层1：

高速缓存cache可几个层次MMU控制；

层2：

主存储器、基本存储器MMU与操作系统管理存取策略；

层3：

外存储器硬件联机存储器I/O处理；

层4：

后缓存储器光盘、磁带机海量联机存储器I/O处理；

2．分区存储管理中常用哪些分配策略？

比较它们的优缺点。

答：

（1）固定分区存储管理

其基本思想是将内存划分成若干固定大小的分区，每个分区中最多只能装入一个作业。

当作业申请内存时，系统按一定的算法为其选择一个适当的分区并装入内存运行。

由于分区大小是事先固定的，因而可容纳作业的大小受到限制，而且当用户作业的地址空间小于分区的存储空间时造成存储空间浪费。

（2）可变分区存储管理

可变分区存储管理不是预先将内存分区，而是在作业装入内存时建立分区，使分区的大小正好与作业要求的存储空间相等。

这种处理方式使内存分配有较大的灵活性，也提高了内存利用率。

但是随着对内存不断地分配、释放操作会引起存储碎片的产生。

3．分页和分段存储管理有何区别？

实现时需要什么硬件支持？

页表项和段表项中各含有什么信息项？

答：

页是信息的物理单位，分页是为了实现离散分配方式，以消减内存的外零头，提高内存的利用率。

或者说，分页仅仅是由于系统管理的需要而不是用户的需要。

段是信息的逻辑单位，它含有一组意义相对完整的信息。

分段的目的是为了能更好地满足用户的需要。

页的大小固定且由系统确定，把逻辑地址划分为页号和页内地址两部分，是由机器硬件实现的，因而一个系统只能有一种大小的页面。

段的长度却不固定，决定于用户所编写的程序，通常由编辑程序在对源程序进行编辑时，根据信息的性质来划分。

分页的作业地址空间是维一的，即单一的线性空间，程序员只须利用一个记忆符，即可表示一地址。

分段的作业地址空间是二维的，程序员在标识一个地址时，既需给出段名，又需给出段内地址。

4．具有快表的段页式存储管理方式中，如何实现地址变换？

答：

首先，必须配置一段表寄存器，在其中存放段表始址和段长TL.进行地址变换时，先利用段号S，与段长TL进行比较，若S＜TL，表示越界，（若S＞TL，表示段号太大，访问越界，产生越界中断信号），于是利用段表始址和段号来求出该段对应的段表项在段表中的位置，从中求出该段的页表始址，并利用逻辑地址中的段内号P来获得对应页的页表项位置，从中读出该页所在的物理块号b，再用块号b和页内地址构成物理地址。

在具有快表的段页式存储管理方式中，段表和页表被放在快表内，每次访问它时，利用段号和页号去访问快表，若找到匹配项，便可以从中得到相应的物理块号，用来和页内地址一起生成物理地址；若找不到匹配项，则需3次访问内存，得到物理块号，并将其抄入快表。

快表已满时，则通过适当的算法，换出最近最久没有被访问的项。

5．虚拟存储器有那些特征？

其中最本质的特征是什么？

答：

a.虚拟存储器具有离散性、多次性、对换性和虚拟性的特征。

b.其中最本质的特征是离散性。

6．图示并解释请求分页式存储管理地址转换过程。

答：

7．图示并解释请求分段式存储管理地址转换过程。

答：

8．一个请求分页系统中，采用FIFO页面置换算法时，假如一个作业的页面走向为4、3、2、1、4、3、5、4、3、2、1、5，当分配给该作业的物理块数M分别为3和4时，试计算在访问过程中所发生的缺页次数和缺页率，并比较所得结果。

解：

设M=3

如果将前三页计算其中，其缺页次数为9次，缺页率为9/12=75%

如果不计入前三页，其缺页次数为6次，缺页率为6/12=50%

设M=4

如果将前四页计算其中，其缺页次数为10次，缺页率为10/12=83.3%.块数多了并没有降低缺页率，反而占内存多，但实际中，统计次数应更多，以便得出更接近实际的结果。

如果不计入前四页，其缺页次数为6次，缺页率为6/12=50%

9．一个作业按依访问如下页面7、0、1、2、0、3、0、4、2、3、0、3、2、1、2、0、1、7、0、1，若分配给该作业的物理块数M为3，计算在Optical、FIFO和LRU置换算法下的缺页中断次数和缺页率。

答：

10．说明请求分段系统中缺页中断处理过程。

答：

访问快表、访问页表、在内存中、缺页中断、保护现场、外存中找到缺页、内存满＞选出一页患处＞否则OS命令CPU从外存读缺页、启动I/O硬件、将该页换人内存、修改页表、返回。