操作系统打印.docx

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操作系统打印

1试从交互性、及时性以及可靠性方面，将分时系统与实时系统进行比较。

答：

（1）及时性：

实时信息处理系统对实时性的要求与分时系统类似，都是以人能接受的等待时间来确定的。

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或完成截止时间来确定，一般为秒级或毫秒级，甚至有的要低于100微秒。

（2）交互性：

实时信息处理系统虽然也具有交互性，但人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。

不像分时系统那样能向终端用户提供数据和资源共享等服务。

（3）可靠性：

分时系统也要求系统可靠，但相比之下，实时系统则要求系统具有高度

的可靠性。

因为任何差错都可能带来巨大的经济损失，甚至是灾难性后果，所以在实时系统

中，往往都采取了多级容错措施保障系统的安全性及数据的安全性。

2.简述操作系统的定义及功能。

操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充，它在计算机中占据了特别重要的地位，而其它的例如汇编程序、编译程序、数据库管理系统等系统软件，以及大量的应用软件，都将依赖于计算机操作系统的支持，取得它的服务

功能主要有处理机管理，存储器管理，设备管理，文件管理和用户接口。

3．是什么原因使操作系统具有异步性特征？

答：

操作系统的异步性体现在三个方面：

一是进程的异步性，进程以人们不可预知的速度向

前推进，二是程序的不可再现性，即程序执行的结果有时是不确定的，三是程序执行时间的

不可预知性，即每个程序何时执行，执行顺序以及完成时间是不确定的。

4．试从动态性，并发性和独立性上比较进程和程序?

答：

（1）动态性是进程最基本的特性，表现为由创建而产生，由调度而执行，因得不到资源

而暂停执行，由撤销而消亡。

进程有一定的生命期，而程序只是一组有序的指令集合，是静

态实体。

（2）并发性是进程的重要特征，同时也是OS的重要特征。

引入进程的目的正是为了使其程序能和其它进程的程序并发执行，而程序是不能并发执行的。

（3）独立性是指进程实体是一个能独立运行的基本单位，也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位。

对于未建立任何进程的程序，不能作为独立单位参加运行。

5．试说明PCB的作用，为什么说PCB是进程存在的惟一标志？

答：

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。

作用是使一个在

多道程序环境下不能独立运行的程序，成为一个能独立运行的基本单位，成为能与其它进程

并发执行的进程。

OS是根据PCB对并发执行的进程进行控制和管理的。

6．试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因。

答：

（1）就绪状态→执行状态：

进程分配到CPU资源

（2）执行状态→就绪状态：

时间片用完

（3）执行状态→阻塞状态：

I/O请求

（4）阻塞状态→就绪状态：

I/O完成

7.操作系统为什么具有异步性特征？

进程是以人们不可预知的速度向前推进，多道程序环境下,允许多个进程并发执行.但由于资源等因素的限制,进程的执行通常并非一气呵成,而是以走走停停的方式运行.内存中的每个进程在何时执行,何时暂停,以怎样的速度向前推进,每道程序总共需要多少时间才能完成,都是不可预知的.故而作业完成的先后次序与进入内存的次序并不完全一致,亦即进程是以异步方式运行的.但在有关进程控制及同步机制等的支持下,只要运行环境相同,作业经多次运行,都会获得完全相同的结果,因而异步方式是容许的.因此,操作系统便具有了异步性特征.。

8．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？

答：

为了实现多个进程对临界资源的互斥访问，必须在临界区前面增加一段用于检查欲访问

的临界资源是否正被访问的代码，如果未被访问，该进程便可进入临界区对资源进行访问，

并设置正被访问标志，如果正被访问，则本进程不能进入临界区，实现这一功能的代码为"

进入区"代码；在退出临界区后，必须执行"退出区"代码，用于恢复未被访问标志，使其它进程能再访问此临界资源。

9.同步机构应遵循哪些基本准则？

为什么？

答：

基本准则是：

空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待

原因：

为实现进程互斥进入自己的临界区。

10.安全状态和非安全状态的定义是什么？

安全状态是指系统能按某种进程顺序（P1,P2,…,Pn）（称〈P1,P2,…,Pn>序列为安全状态）来为每个进程Pi分配其所需资源，直至满足每个进程对资源的最大需求，使每个进程都可顺利进程。

如果系统无法找到这样一个安全序列，则称系统处于不安全状态。

11.进程的三个基本状态三映像是什么？

答：

就绪状态、执行状态、阻塞状态。

由程序段，相关的数据段，和进程控制块（PCB）构成进程实体（又称进程映像）

12.试从调度性，并发性，拥有资源及系统开销方面对进程和线程进行比较。

（1）调度性。

线程在OS中作为调度和分派的基本单位，进程只作为资源拥有的基本单位。

（2）并发性。

进程可以并发执行，一个进程的多个线程也可并发执行。

（3）拥有资源。

进程始终是拥有资源的基本单位，线程只拥有运行时必不可少的资源，本

身基本不拥有系统资源，但可以访问隶属进程的资源。

（4）系统开销。

操作系统在创建、撤消和切换进程时付出的开销显著大于线程。

13.何谓死锁？

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造成的一种僵局，当进程处于这种僵持状

态时，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。

产生死锁的原因为竞争资源和进程间推进顺序非法。

其必要条件是：

互斥条件、请求和

保持条件、不剥夺条件、环路等待条件。

14.分段和分页存储管理有何区别？

答：

（1）页是信息的物理单位，分页是为了实现离散分配方式，以消减内存的外部零头，提高内存利用率。

段则是信息的逻辑单位，它含有一组相对完整的信息。

（2）页的大小固定且由系统决定，由系统把逻辑地址划分为页号和页内地址两部分，是由

机械硬件实现的,因而在系统中只能有一种大小的的页面;而段的长度却不固定,决定于用户

所编写的程序,通常由编译程序在对原程序进行编译时,根据信息的性质来划分。

（3）分页的作业地址空间是一维的,而分段作业地址空间则是二维的。

15.什么是SPOOLing?

答:

在主机的直接控制下，实现脱机输入、输出功能。

此时的外围操作与CPU对数据的处理同时进行，我们把这种在联机情况下实现的同时外围操作称作SPOOLing。

16.试说明SPOOLing系统的组成

答：

SPOOLing系统由输入井和输出井、输入缓冲区和输出缓冲区、输入进程SPi和输出进程SPo三部分组成。

17.SPOOLing系统的特点？

（1）提高了I/O的速度

（2）将独占设备改造为共享设备（3）实现了虚拟设备功能

18.磁盘访问时间由哪几部分组成？

每部分时间应如何计算？

答：

磁盘访问时间由寻道时间Ts、旋转延迟时间Tr、传输时间Tt三部分组成。

（1）Ts是启动磁臂时间s与磁头移动n条磁道的时间和，即Ts=m×n+s。

（2）Tr是指定扇区移动到磁头下面所经历的时间。

硬盘15000r/min时Tr为2ms;软盘300或600r/min时Tr为50~100ms。

（3）Tt是指数据从磁盘读出或向磁盘写入经历的时间。

Tt的大小与每次读/写的字节数b和旋转速度有关：

Tt=b/rN

19.廉价磁盘冗余阵列是如何提高对磁盘的访问速度和可靠性的？

答：

廉价磁盘冗余阵列RAID是利用一台磁盘阵列控制器，统一管理和控制一组（几台到几

十台）磁盘驱动器，组成高度可靠快速大容量的磁盘系统。

操作系统将RAID中的一组物理磁盘驱动器看作一个单个的逻辑磁盘驱动器。

用户数据和系统数据可分布在阵列的所有磁盘中，并采取并行传输方式，大大减少数据传输时间和提高了可靠性。

其优点主要为

（1）可靠性高

（2）磁盘I/O速度快（3）性能/价格比高

20．试说明UNIX系统中所采用的混合索引分配方式。

答：

混合索引分配方式是指将多种索引分配方式结合而成的分配方式。

常见的是采用直接地址和一级索引联合的分配方式，或两级索引分配方式，甚至三级索引分配方式。

在UNIXSystemⅤ和BSDUNIX的索引结点中，都设置了13个地址项，即iaddr（0）～iaddr（12），把所有地址项分成直接地址和间接地址。

21.在具有快表的段页式存储管理方式中，如何实现地址变换？

答：

在CPU给出有效地址后，由地址变换机构自动将页号P送入高速缓冲寄存器，并将此

页号与高速缓存中的所有页号比较，若找到匹配页号，表示要访问的页表项在快表中。

可直

接从快表读出该页对应物理块号，送到物理地址寄存器中。

如快表中没有对应页表项，则再

访问内存页表，找到后，把从页表项中读出物理块号送地址寄存器；同时修改快表，将此页

表项存入快表。

但若寄存器已满，则OS必须找到合适的页表项换出。

22.周转时间指的是什么时间？

包含什么内容？

所谓周转时间，是指作业被提交给系统开始，到作业完成的这段时间间隔（称为作业周转时间）。

它包括四部分时间：

1）作业在外存后备队列上等待（作业）调度的时间，2）进程在就绪队列上等待进程调度的时间，3）进程在CPU上执行的时间，4）进程等待I/O操作完成的时间。

其中后三项在一个作业的整个处理过程中可能会发生多次，（也可能一次不发生）。

23.临界资源、临界区是什么意思？

临界资源，多道程序系统中存在许多进程，它们共享各种资源，然而有很多资源一次只能供一个进程使用。

一次仅允许一个进程使用的资源。

临界区每个进程中访问临界资源的那段程序

24.考虑一个有快表的请求分页系统，设内存的读写周期为1ns，内外存之间传送一个页面的平均时间为5000ns，快表的命中率为80%，页面失效率为10%，求内存的有效存取时间。

答：

内存的有效存取时间EAT（EfficentAccessTime）也叫平均存取时间

EAT＝1ns×80%+2ns×10%+（5000ns+2ns）×10%=0.8ns+0.2ns+500.2ns=501.2ns

25如何利用管程来解决生产者与消费者问题？

答：

首先建立一个管程，命名为ProclucerConsumer，包括两个过程：

（1）Put（item）过程。

生产者利用该过程将自己生产的产品放到缓冲池，用整型变

量count表示在缓冲池中已有的产品数目，当count≥n时，表示缓冲池已满，生产者须等待。

（2）get（item）过程。

消费者利用该过程从缓冲池中取出一个产品，当count≤0

时，表示缓冲池中已无可取的产品，消费者应等待。

PC管程可描述如下：

typeproducer-consumer=monitor

Varin,out,count:

integer;

buffer:

array[0,…,n-1]ofitem;

notfull，notempty:

condition;

procedureentrydot（item）

begin

ifcount>=nthennotfull.wait;

buffer（in）:

=nextp;

in:

=（in+1）modn;

count:

=count+1;

ifnotempty.queuethennotempty.signal;

end

procedureentryget（item）

begin

ifcount<=0thennotfull.wait;

nextc:

=buffer（out）;

out:

=（out+1）modn;

count:

=count-1;

ifnotfull.quenethennotfull.signal;

end

beginin:

=out:

=0;

count:

=0

end

在利用管程解决生产者一消费者问题时，其中的生产者和消费者可描述为：

producer:

begin

pepeat

produceanineminnestp

PC.put（item）;

untilfalse;

end

consumer:

begin

repeat

PC.get（item）;

consumetheiteminenxtc;

untilfalse;

end

26．什么是AND信号量？

试利用AND信号量写出生产者一消费者问题的解法。

答：

为解决并行带来的死锁问题，在wait操作中引入AND条件，其基本思想是将进

程在整个运行过程中所需要的所有临界资源，一次性地全部分配给进程，用完后一次性释放。

解决生产者－消费者问题可描述如下:

varmutex,empty,full:

semaphore:

=1,n,0;

buffer:

array[0,...,n-1]ofitem;

in,out:

integer:

=0,0;

begin

parbegin

producer:

begin

repeat

…

produceaniteminnextp;

…

wait（empty）;

wait（s1,s2,s3,...,sn）;//s1,s2,...,sn为执行生产者进程除empty外其余的条件

wait（mutex）;

buffer（in）:

=nextp;

in:

=（in+1）modn;

signal（mutex）;

signal（full）;

signal（s1,s2,s3,...,sn）;

untilfalse;

end

consumer:

begin

repeat

wait（full）;

wait（k1,k2,k3,...,kn）;//k1,k2,...,kn为执行消费者进程除full外其余的条件

wait（mutex）;

nextc:

=buffer（out）;

out:

=（out+1）modn;

signal（mutex）;

signal（empty）;

signal（k1,k2,k3,...,kn）;

consumetheiteminnextc;

untilfalse;

end

parend

end

27．什么是信号量集？

试利用信号量集写出读者一写者问题的解法。

答：

对AND信号量加以扩充，形成的信号量集合的读写机制。

解法：

VarRNinteger;

L,mx:

semaphore:

=RN,1;

begin

parbegin

reader:

begin

repeat

Swait（L,1,1）;

Swait（mx,1,1）;

…

performreadoperation;

…

Ssignal（L,1）;

untilfalse

end

writer:

begin

repeat

Swait（mx,1,1;L,RN,0）;

performwriteoperation;

Ssignal（mx,1）;

untilfalse

end

parend

end

28.一个盘子，只能放一个水果，爸爸只放苹果，妈妈只放桔子,儿子只拿桔子，女儿只拿苹果。

Var:

Plant，apple，orange:

semphare：

=1，0，0

Dad：

P（plant）；

放苹果

V（apple）；

Mum：

P（plant）；

放桔子

V（orange）；

Sun：

p（orange）；

V（plant）;

daughter：

p（apple）；V（plant）;

29、银行业务模拟：

5个窗口，20个座位，总共有20个椅子

begincustomer:

parbeginbegin

var:

wait（chairnum）;

cusnum,chairnum:

semaphore:

=0,20;wait（mutex）;

clenum,mutex:

semaphore:

=5,1;quhao;

clerk:

singal（cusnum）;

beginsingal（mutex）;

repeatwait（clenum）;

wait（cusnum）;singal（chairnum）;

干活；接受服务；

打铃铛；离开；

singal（clenum）；end

until下班时间到;parend;

endend.

30．某车站售票厅，任何时刻最多可容纳20名购票者进入，当售票少于20名购票者时，则厅外的购票者可立即进入，否则需在外面等待。

若把一个购票者看作一个进程，请回答下列

（1）用P、V操作管理这些并发进程时，应怎样定义信号量？

写出信号量的初值以及信号量各种取值的含义。

答：

定义一信号量S，初始值为20。

S>0S的值表示可继续进入售票厅的人数；

S=0表示售票厅中已有20名购票者；

S<0|S|的值为等待进入售票厅中的人数。

（2）根据所定义的信号量，把应执行的P、V操作填入下述程序中，以保证进程能够正确地并发执行。

CobeginPROCESSPi（i=1,2,…）

Begin

　进入售票厅；

　　　　购票；

　　　　退出；

　　　　End;Coend

答：

上框为P（S），下框为V（S）。

（3）若欲购票者最多为n个人，写出信号量可能的变化范围（最大值和最小值）。

答：

S的最大值为20，S的最小值为20－N，N为某一时刻需要进入售票厅的最多人数。

31、问题：

用P.V操作解决下面问题

司机进程：

售票员进程：

REPEATREPEAT

启动车辆关门

正常驾驶售票

到站停车开门

UNTIL…UNTIL…

同步要求：

先关门，后开车；先停车，后开门

答：

信号量：

S_Door,{初值为0}

S_Stop;{初值为0}

司机进程：

乘务员进程:

BeginBegin

RepeatRepeat

P（S_Door）;关门；

启动；V（S_Door）;

驾驶；售票；

停车；P（S_Stop）;

V（S_Stop）;开门；

Untilfalse;Untilfalse;

EndEnd

32、桌上有一空盘,允许存放一只水果.爸爸只可向盘中放苹果,妈妈只可向盘中放橘子,儿子专等吃盘中的橘子,女儿专等吃盘中的苹果.规定当盘空时一次只能放一只水果供吃者取用,请用P,V原语实现爸爸,妈妈,儿子,女儿三个并发进程的同步.爸爸,妈妈,儿子,女儿

Parbeginmum；begin

Plant,apple,orange:

semphaer:

=1,0,0;repeat

Dad；beginWait（plant）;

repeatPlaceanorange;

Wait（plant）;Sngal（orange）;

Placeanapple;Untilfalse;

Singal（apple）;end

Untilfalse;son:

begin

endreapt

Daughter:

beginWait（orange）;

reaptSingal（plant）;

Wait（apple）;Eatorange;

Singal（plant）;Untilfalse

Eatapple;end

Untilfalseparend;

EndEnd

33.某个系统采用成组链接法来管理磁盘的空闲空间，目前磁盘的状态如图6.10所示。

（1）该磁盘中目前还有多少个空闲盘块？

（2）请简述磁盘块的分配过程。

（3）在为某个文件分配3个盘块后，系统要删除另一文件，并回收它所占的5个盘块，它们的盘块号依次为700、711、703、788、701，请画出回收后的盘块链接情况。

答：

（1）从图中可以看出，目前系统共有四组空闲盘块，第一组为2块，第二，三组分别为100块，第四组虽记为100快，但除去结束标记后实际只有99块，故空闲盘块总数为301块。

（2）磁盘块的分配过程如下：

首先检查超级块空闲盘块号栈是否已上锁，若已上锁则进程睡眠等待；否则将s_nfree减1，若s_nfree仍大于0，即第一组中不止一个空闲盘块，则将s_free[s_nfree]中登记的（即空闲盘块号栈顶的）空闲盘块分配出去。

若s_nfree为0，即当前空闲盘块号栈中只剩下最后一个空闲盘块，由于该盘块中登记有下一组空闲盘块的盘块号和盘块数，因此核心在给超级块的空闲盘块号栈上锁后，先将该盘块的内容读入超级块的空闲盘块号栈，再将该盘块分配出去。

另外，还需将空闲盘块号栈解锁，并唤醒所有等待其解锁的进程。

若s_nfree为0，而且栈底登记的盘块号为0，则表示系统已无空闲盘块可分配，此时也让进程睡眠等待其他进程释放盘块。

（3）根据题意，分配给某文件的3个盘块依次为299号，300号，301号这三个盘块。

在此基础上依次回收另一个文件的5个盘块：

700、711、703、788、701，回收完成后，空闲盘块的链接情况将如图6.11所示。

图6.10当前空闲块的情况

图6.11删除文件B后的空闲块链接情况

23.在两级索引分配方式下，如果每个盘快的大小为2KB，每个盘块号占4字节，则一个索引块中可以存放，允许的最大文件是多少？

解:

2KB/4=512B个盘块号

两级索引最多可以存放的盘块数为：

512B*512B=256KB个盘块号

因此允许的最大文件长度为：

256KB*2KB=512MB

24.假设盘快大小为4KB,每个盘快号占4个字节，在两级索引结构中，允许的最大文件长度是多少？

解：

一个盘快有4KB/4=1KB个登记项；

二级索引有1KB*1KB个登陆项；

则允许的最大文件长度：

1KB*1KB*4KB=4GB

25.假定磁盘块大小为1KB,若硬盘容量为1.2GB，FAT需占用多少空间？

解：

磁盘大小为1.2GB磁盘块的大小为1KB，所以该磁盘共有盘块：

1.2GB/1KB=1.2MB（个）；

又1MB<1.2MB<2MB,故1.2MB个盘块号要用21位二进制表示，为了方便存取，每个盘块号用24位二进制描述，即文件分配表的每个表目为3个字节。

FAT需占用空间：

3*1.2MB=3.6MB

26.假定磁盘块的大小为1KB,540MB的硬盘，FAT表占多少存储空间？

解：

磁盘块个数：

540MB/1KB=540KB（个）

512KB<540KB<1024KB

FAT表中每个表目：

2.5字节

FAT表占多存储空间：

2.5*540KB=1350KB

22.在银行家算法中，若出现下述资源分配情：

Process

Allocation

Need

Available

P0

0032

0012

1622

P1

1000

1750

P2

1354

2356

P3

0332

0652

P4

0014

0656

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{P0、P3、P4、P1、P2}。

下表为该时刻的安全序列表。

资源

进程

Work

Need

Allocation

Work+Allocation

Finish

P0

P3

P4

P1

P2

1622

1654

1987

19911

29911

0012

0652

0656

1750

2356

0032