操作系统复习题集及答案.docx
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操作系统复习题集及答案
操作系统复习题集
三、简答题
1.分页存储管理存在的局限性是什么?
逻辑地址空间：
页是物理单位，共享困难、不便对代码进行分类管理，不能进行动态连接。
2.多道程序系统为什么能提高CPU的利用率？
利用了原来CPU空闲等待时间
3.文件的逻辑结构有哪些？
一种是无结构的流式文件，是指对文件内信息不再划分单位，它是依次的一串字符流构成的文件；一种是有结构的记录式文件, 是用户把文件内的信息按逻辑上独立的含义划分信息单位，每个单位称为一个逻辑记录（简称记录）。
所有记录通常都是描述一个实体集的，有着相同或不同数目的数据项，记录的长度可分为定长和不定长记录两类。
4.什么是设备独立性？
应用程序独立于具体使用的物理设备。
设备独立性又称为数据无关性。
它指的是应用程序在使用设备进行I/O时，使用的是逻辑设备，而系统在实际执行时使用的是物理设备，由操作系统负责逻辑设备与物理设备的映射。
5.为什么要引入线程，解释一下线程与进程之间的相互关系。
因为虽然进程可以提高CPU的利用率，但是进程之间的切换是非常耗费资源和时间的,为了能更进一步的提高操作系统的并发进,引进了线程.这样,进程是分配资源的基本单位,而线程则是系统调度的基本单位.一个进程内部的线程可以共享该进程的所分配到的资源.线程的创建与撤消,线程之间的切换所占用的资源比进程要少很多.总的来说就是为了更进一步提高系统的并发性,提高CPU的利用率. 线程是进程的基础，进程包含多个线程，是线程的载体。
6.死锁的必要条件是什么？
死锁：
当某进程提出资源申请后，使得系统中一些进程处于无休止的阻塞状态，在无外力作用下，永远不能再继续前进。
产生死锁的必要条件：
互斥条件：
某段时间内某资源只能由一个进程使用。
不剥夺条件：
资源在未使用完前，不能被剥夺，由使用进程释放。
部分分配（请求和保持）：
进程因请求资源而阻塞时，对已分配给它的资源保持不放。
环路条件：
发生死锁时，有向图必构成一环路。
7.什么是虚拟内存？
虚拟内存是计算机系统内存管理的一种技术。
它使得应用程序认为它拥有连续的可用的内存（一个连续完整的地址空间），而实际上，它通常是被分隔成多个物理内存碎片，还有部分暂时存储在外部磁盘存储器上，在需要时进行数据交换。
8.假脱机技术是什么？
通过共享设备来模拟独享设备所采用的操作是假脱机操作，即在联机情况下外部设备设备同时操作。
所使用的假脱机技术称之为假脱机技术。
9.为银行取款机系统配备的操作系统应归类于什么类型的操作系统？
10.多道程序设计的主要优点是什么？
解：
多道程序设计是指在主存中同时存放多道用户作业，使它们都处于执行的开始点和结束点之间，这些程序共享计算机系统资源。
多道程序设计的主要优点有：
（1）提高CPU的利用率。
在多道程序环境下，多个程序共享计算机资源，当某个程序等待I/O操作时，CPU可以执行其他程序，大大提高了CPU的利用率。
（2）提高设备的利用率。
在多道程序环境下，多个程序共享系统的设备，大大提高系统设备的利用率。
（3）提高系统的吞吐量。
在多道程序环境下，减少了程序的等待时间，提高了系统的吞吐量。
11.请为的下面应用环境的计算机选择适合的操作系统。
（1）飞机的导航
（2）办公室自动化系统（3）航空订票系统（4）复杂的科学计算（5）图书检索系统
12.什么是并发、并行？
并发和并行是即相似又有区别的两个概念，并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生；而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理机系统中，每一时刻却仅能有一道程序执行，故微观上这些程序只能是分时地交替执行。
倘若在计算机系统中有多个处理机，则这些可以并发执行的程序便可被分配到多个处理机上，实现并行执行，即利用每个处理机来处理一个可并发执行的程序，这样，多个程序便可以同时执行
13．什么是临界区？
一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源，在进程中对于临界资源访问的程序段称为临界区。
14.引入缓冲的目的是什么？
答：
（1）缓和外部设备和CPU的速度差异；
（2）减少CPU被中断的次数；（3）实现CPU和设备、设备和设备之间的并行操作。
15.设备驱动程序的主要任务是什么？
设备驱动程序是请求I/O的进程与设备控制器之间的一个通信程序，主要功能有：
①将用户的要求转换为具体要求。
②检查用户的合法性，了解设备状态，根据要求传递参数，设置设备的工作方式。
③向设备控制器发I/O命令启动设备，完成具体的I/O操作。
④及时响应外设的中断请求，根据中断类型调用相应的中断处理程序。
⑤具有通道的控制系统，还要构造通道程序。
四、综合题
1.信号量的PV操作解决进程的同步问题。
2.银行家算法判断系统状态是否安全。
3.分页系统中逻辑地址和物理地址的转换。
4.页面置换算法，主要掌握先进先出、LRU、最佳置换。
5.磁盘调度算法，包括FCFS、短寻道优先、电梯算法、LOOK算法等。
6.进程调度算法，包括FCFS、短任务优先、最短剩余时间优先、时间片轮转等。
综合题案例：
1.考虑下列进程集，进程占用的CPU区间长度以毫秒来计算：
假设在时刻0以进程P1，P2，P3，P4，P5的顺序到达。
a.画出4个Gantt图分别演示用FCFS、SJF、非抢占优先级（数字小代表优先级高）和RR（时间片＝1）算法调度时进程的执行过程。
b.在a里每个进程在每种调度算法下的周转时间是多少？
c.在a里每个进程在每种调度算法下的等待时间是多少？
d.在a里哪一种调度算法的平均等待时间对所有进程而言最小？
答：
a.甘特图（看教材138页）
FCFS:
P1
P2
P3
P4
P5
01011131419
SJF:
P2
P4
P3
P4
P5
0124919
非抢占优先级:
P2
P5
P1
P3
P4
016161719
RR:
P1
P2
P3
P4
P5
P1
P3
P5
P1
P5
P1
P5
P1
P5
P1
P1
P1
P1
P1
019
b.周转时间
FCFS
RR
SJF
非抢占优先级
P1
10
19
19
16
P2
11
2
1
1
P3
13
7
4
18
P4
14
4
2
19
P5
19
14
9
6
c.等待时间
FCFS
RR
SJF
非抢占优先级
P1
0
9
9
6
P2
10
1
0
0
P3
11
5
2
16
P4
13
3
1
18
P5
14
9
4
2
d.SJF
2.考虑一个运行十个I/O限制任务和一个CPU限制任务的系统。
假设，I/O限制任务一次分配给一个I/O操作1毫秒的CPU计算，但每个I/O操作的完成需要10毫秒。
同时，假设间接的上下文切换要0.1毫秒，所有的进程都是长进程。
对一个RR调度来说，以下情况时CPU的利用率是多少：
a.时间片是1毫秒
b.时间片是10毫秒
答：
a.时间片是1毫秒：
不论是哪个进程被调度，这个调度都会为每一次的上下文切换花费一个0.1毫秒的上下文切换。
CPU的利用率是1/1.1*100=92%。
b.时间片是10毫秒：
这I/O限制任务会在使用完1毫秒时间片后进行一次上下文切换。
这个时间片要求在所有的进程间都走一遍，因此，10*1.1+10.1（因为每个I/O限定任务执行为1毫秒，然后承担上下文切换的任务，而CPU限制任务的执行10毫秒在承担一个上下文切换之前）。
因此，CPU的利用率是20/21.1*100=94%。
3.考虑下面的一个系统在某一时刻的状态：
AllocationMaxAvailable
ABCDABCDABCD
P0001200121520
P110001750
P213542356
P306320652
P400140656
使用银行家算法回答下面问题：
a.Need矩阵的内容是怎样的？
b.系统是否处于安全状态？
c.如果从进程P1发出一个请求（0420），这个请求能否被满足？
答：
a.Need矩阵的内容是
P0（0000）
P1（0750）
P2（1002）
P3（0020）
P4（0640）。
b..系统处于安全状态，因为Available矩阵等于（1520），进程P0和P3都可以运行，当进程P3运行完时，它释放它的资源，而允许其它进程运行。
c.可以被满足，满足以后，Available矩阵等于（1100），当以次序P0，P2,P3,P1,P4运行时候，可以完成运行。
4.按顺序给出5个部分的内存，分别是100KB,500KB,200KB,300KB和600KB，用first-fit,best-fit和worst-fit算法，能够怎样按顺序分配进程212KB,417KB,112KB,426KB和426KB？
哪个算法充分利用了内存空间？
答：
a.First-fit:
b.212Kisputin500Kpartition
c.417Kisputin600Kpartition
d.112Kisputin288Kpartition（newpartition288K=500K−212K）
e.426Kmustwait
f.Best-fit:
g.212Kisputin300Kpartition
h.417Kisputin500Kpartition
i.112Kisputin200Kpartition
j.426Kisputin600Kpartition
k.Worst-fit:
l.212Kisputin600Kpartition
m.417Kisputin500Kpartition
n.112Kisputin388Kpartition
o.426Kmustwait
Best-fit:
算法充分利用了内存空间。
5.考虑一个分页系统在内存中存储着一张页表。
a.如果内存的查询需要200毫秒，那么一个分页内存的查询需要多长时间？
b.如果我们加上相关联的寄存器，75%的页表查询可以在相关联的寄存器中找到，那么有效的查询时间是多少？
（假设如果入口存在的话，在相关的寄存器中找到页表入口不花费时间）
答：
a.400毫秒：
200毫秒进入页表，200毫秒进入内存中的字
b.有效进入时间=0.75*200毫秒+0.25*400毫秒=250毫秒
6.假设有一个请求调页存储器，页表放在寄存器中：
处理一个页错误，当有空的帧或被置换的页设有被修改过时要用8ms，当被置换的页被修改过明用20ms，存储器访问时间为100ns。
假设被置换的页中有70％被修改过，有效访问时间不超过200ns时最大可接受的页错误率是多少？
答：
0.2sec=（1−P）×0.1sec+（0.3P）×8millisec+（0.7P）×20millisec
0.1=−0.1P+2400P+14000P
0.1=16,400P
P=0.000006
7.假设一个请求调页系统具有一个平均访问和传输时间为20ms的分页磁盘。
地址转换是通过在主存中的页表来进行的，每次内存访问时间为1µs。
这样，每个通过页表进行的内存引用都要访问内存两次。
为了提高性能，加入一个相关内存，当页表项在相关内存中时，可以减少内存引用的访问次数。
假设80%的访问发生在相关内存中，而且剩下中的10%（总量的2%）会导致页错误。
内存的有效访问时间是多少？
答:
有效访问时间=（0.8）×（1µsec）+（0.1）×（2µsec）+（0.1）×（5002µsec）
=501.2µsec≈0.5millisec
8.某虚拟存储器的用户空间共有32个页面，每页1KB，主存16KB。
试问：
（1）逻辑地址的有效位是多少？
（2）物理地址需要多少位？
（3）假定某时刻系统用户的第0，1，2，3页分别分配的物理块号为5，10，4，7，试将虚地址0A5C和093C变换为物理地址。
解
（1）程序空间的大小为32KB，因此逻辑地址的有效位数是15位。
（2）内存空间的大小是16KB，因此物理地址至少需要14位。
（3）当页面为1KB时，虚地址0A5C表示页号为00010，页内地址是1001011100。
该页在内存的第4块，即块号为0100，因此0A5C的物理地址是01001001011100，即125CH。
（4）用同样的方法可以求得，093C的物理地址是113CH。
9.若在一分页存储管理系统中，某作业的页表如下所示。
已知页面大小为1024字节，试将逻辑地址1011，2148，3000，5012转化为相应的物理地址（注：
此处块号即为页面号）。
页号
块号
0
1
2
3
2
3
1
6
解本题中，为了描述方便，设页号为P，页内位移为W，逻辑地址为A，内存地址为M，页面大小为L，则
P=int（A/L）
W=AmodL
对于逻辑地址1011
P=int（1011/1024）=0
W=1011mod1024=1011
A=1101=（0,1101）
查页表第0页在第2块，所以物理地址为M=1024*2+1101=3059。
对于逻辑地址为2148
P=2148/1024=2
W=2148mod1024=100
A=2148=（2,100）
查页表第2页在第1块，所以物理地址为M=1024*1+100=1124。
对于逻辑地址为3000
P=3000/1024=2
W=3000mod1024=952
A=3000=（2,952）
查页表第2页在第1块，所以物理地址为M=1024*1+952=1976
对于逻辑地址5012
P=5012/1024=4
W=5012mod1024=916
因页号超过页表长度，该逻辑地址非法。
10.某段式存储管理系统中，有一作业的段表（SMT）如下表所示，求逻辑地址[0，65]，[1，55]，[2，90]，[3，20]对应的主存地址（按十进制）。
（其中方括号中的第一个元素为段号，第二个元素为段内地址）
段号
段长（容量）
主存起始地址
状态
0
1
2
3
200
50
100
150
600
850
1000
—
1
1
1
0
解逻辑地址[0，65]：
对应的主存地址为600＋65＝665。
逻辑地址[1，55]：
因段内地址超过段长，所以产生段地址越界中断。
逻辑地址[2，90]：
对应的主存地址为1000＋90＝1090。
逻辑地址[3，20]：
因为状态位为0，即该段在辅存中，所以产生缺段中断。
11．对页面访问串：
1，2，3，4，1，2，5，1，2，3，4，5，指出在驻留集大为3时，使用FIFO、OPT和LRU替换算法的缺页次数。
（OPT和LRU如果出现多选项时使用FIFO）
答：
FIFO:
缺页11次
页面号
√
1
√
2
√
3
√
4
√
1
√
2
√
5
1
√
2
√
3
√
4
√
5
1
1
1
4
4
4
4
4
2
2
2
5
2
2
2
1
1
1
1
1
3
3
3
3
3
3
2
5
5
5
5
4
4
OPT:
缺页7次
页面号
√
1
√
2
√
3
√
4
1
2
√
5
1
2
√
3
√
4
5
1
1
1
1
1
1
1
1
1
3
3
3
2
2
2
2
2
2
2
2
2
4
4
3
4
4
4
5
5
5
5
5
5
LRU:
缺页10次
页面号
√
1
√
2
√
3
√
4
√
1
√
2
√
5
1
2
√
3
√
4
√
5
1
1
1
4
4
4
5
5
5
3
3
3
2
2
2
1
1
1
1
1
1
4
4
3
3
3
2
2
2
2
2
2
5
12.假设一个磁盘驱动器有5000个柱面，从0到4999，驱动器正在为柱面143的一个请求提供服务，且前面的一个服务请求是在柱面125.按FIFO顺序，即将到来的请求队列是
86，1470，913，1774，948，1509，1022，1750，130
从现在磁头位置开始，按照下面的磁盘调度算法，要满足队列中即将到来的请求要求磁头总的移动距离（按柱面数计）是多少？
a.FCFS
b.SSTF
c.SCAN
d.LOOK
e.C-SCAN
答：
a.FCFS的调度是143，86，1470，913，1774，948，1509，1022，1750，130。
总寻求距离是7081。
b.SSTF的调度是143，130，86，913，948，1022，1470，1509，1750，1774。
总寻求距离是1745。
c.SCAN的调度是143，913，948，1022，1470，1509，1750，1774，4999，130，86。
总寻求距离是9769。
d.LOOK的调度是143，913，948，1022，1470，1509，1750，1774，130，86。
总寻求距离是3319。
e.C-SCAN的调度是143，913，948，1022，1470，1509，1750，1774，4999，86，130。
总寻求距离是9813。
f.C-LOOK的调度是143，913，948，1022，1470，1509，1750，1774，86，130。
总寻求距离是3363。
13.假设有两个并发进程P1和P2,程序代码为
P1:
beginP2:
begin
A;C;
B；D;
endend
其中，A,B,C和D均为原语。
请给出P1和P2两个进程所有可能的执行过程。
答：
ABCD，ACBD,ACDB,CDAB,CABD,CADB
14.桌上有一空盘，只允许存放一个水果。
爸爸可向盘中放苹果，也可向盘中放桔子。
儿子专等吃盘中的桔子，女儿专等吃盘中的苹果。
规定当盘中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、儿子、女儿三个并发进程的同步。
分析在本题中，爸爸、儿子、女儿共用一个盘子，且盘中一次只能放一个水果。
当盘子为空时，爸爸可将一个水果放入果盘中。
若放入果盘中的是苹果，则允许女儿吃，儿子必须等待；若放入果盘中的是桔子，则允许儿子吃，女儿必须等待。
本题实际上是生产者-消费者问题的一种变形。
这里，生产者放入缓冲区的产品有两类，消费者也有两类，每类消费者只消费其中固定的一类产品。
解在本题中，应设置三个信号量S、So、Sa，信号量S表示盘子是否为空，其初值为1；信号量So表示盘中是否有桔子，其初值为0；信号量Sa表示盘中是否有苹果，其初值为0。
同步描述如下：
intS=1;
intSa=0;
intSo=0;
main（）
{
cobegin
father（）;
son（）;
daughter（）;
coend
}
father（）
{
while
（1）
{
P（S）;
将水果放入盘中；
if（放入的是桔子）V（So）;
elseV（Sa）;
}
}
son（）
{
while
（1）
{
P（So）;
从盘中取出桔子；
V（S）;
吃桔子；
}
}
daughter（）
{
while
（1）
{
P（Sa）;
从盘中取出苹果；
V（S）;
吃苹果；
}
}
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