华工·操作系统作业一及答案

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：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、有效地使用计算机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。

作用：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：采用批量处理作业方式的操作系统叫多道批量操作系统（Batch Operating System）。 实时操作系统（Real Time Operating System）是指外界事件或数据产生时，能够接收并以足够快的速度予以处理，其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出快速响应。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分时操作系统 （Time Sharing Operating System.）。

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：A、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； B、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； C、实时系统对系统的可靠性要求要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：操作系统的特征有并发性共享性虚拟性异步性。其中并发性和共享性是其主要特征。

5. 操作系统需要管理哪些资源？它的基本功能是什么？

答：硬件资源CPU打印机等软件资源数据程序等。

6. 操作系统对外提供了哪些接口？

答：（1）操作系统的命令接口

通过在用户和操作系统之间提供高级通信来控制程序运行用户通过输入设备发出一系列命令告诉操作系统执行所需功能它包括了键盘操作命令和作业控制命令称为作业一级的用户接口。命令接口的两种最普遍和主要的方式是直接命令方式命令行和间接命令方式命令文件。

（2） 操作系统的程序接口

它是用户程序和操作系统之间的接口用户程序通过它们使用系统资源及系统服务这种接口方式通常采用若干系统调用组成。系统调用是操作系统对外提供的一批系统子功能是一类特殊的过程调用由机器指令完成。 （3）操作系统的交互界面

它直接支持界面和程序界面提供一个易用性的操作平台使用户非常方便地寻找和使用各种命令、执行各类程序完成各种操作。 例菜单驱动、视窗操作环境等。

交互界面要求是友好的设计时应考虑简化命令、用户响应提示、求助和系统后援命令重呼、确认等问题

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：

S1 S3 S2 S4

2．进程有什么特征？

答：进程的主要特征是

动态性：它由“创建”而产生由”调用“而执行因得不到执行而暂停执行最后”撤销“而消亡。具有一定的生命周期；

并发性：进程的多个实体同存于内存中能在一段时间内同时运行；

性：进程实体是能运行的单位是系立获得资源调度的基本单位； 异步性：进程间是以各自的不可与之的速度向前颓景的；

结构性特征：进程实体有结构它由程序段数据观和进程控制块三部分组成。

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：操作系统管理的进程是多种多样的要对这些进程实施有效的管理必须对进程进行抽象。为了便于系统控制和描述进程的活动在操作系统核心为进程定义了一个进程控制块PCB。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的所以说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：

因等待事件而发生

唤醒 调度 时间片到

运行 就绪 等待 等到某个事件发生而睡眠

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：三种基本状态是就绪、执行和阻塞状态。

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. 当前进程因发生某事件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. 当前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：1、间接相互制约2、直接制约关系。

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它们同处于一个系统共享系统资源而发生了制约关系。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它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它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：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）：while S≤0 do no—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：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处于后备队列中的哪些作业调入内存并为它们创建进程、分配必要的资源排在就绪队列上。中级调度平衡负载调度中程调度。低级调度进程调度、短程调度。

高级调度的主要任务用于决定把外存上处于后备队列中的哪些作业调入内存并为它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决定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进程的具体操作。

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P wait、Block、Wakeup等某种原语操作。

抢占调度方式中抢占的原则：1、优先权原则 ；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：先来先服务调度算法 FCFS—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它们调入内存运行将处理机分配给它。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 进程类型系统进程高于一般进程 ② 进程对资源的需求资源要求少的赋予高优先级 ③ 用户要求用户进程紧迫程度和所付费用多少来决定。

5． 什么是死锁？产生死锁的原因和必要条件是什么？

答：死锁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：1、竞争资源；2、进程间推进顺序非法。

产生死锁的必要条件：1、互斥条件（资源独占）；2、请求和保持条件（占资源A，要资源B ）；3、不剥夺条件（未使用完的资源不能被剥夺）；4、环路等待条件（资源占用形成环链）。

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：处理死锁的四种方法

1、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低；

2 、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实现较

难资源利用率和系统吞吐量较高；

3 、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 ； 4 、解除死锁---与检测死锁配套使用挂起或撤销相关进程回收资源并重新分配检测

和解除实现很难资源利用率和系统吞吐量高。

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 到达时服务时间 A B C D

8．银行家算法中，若出现下述资源分配情况：

Process P0 P1 P2 P3 P4 Allocation 0032 1000 13 0332 0014 Need 0012 1750 2356 0652 0656 Avilable 1622 0 1 2 3 间 1 100 1 100 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：不安全；不会分配。

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：外存储器硬盘联机存储器I/O处理；

层4：后援存储器光盘、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划分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离散实现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。段由是信息的逻辑单位它含有一组其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。

页的大小固定全由系统决定由系统把逻辑地址划分产号和怘内的地址两部分是

由机器硬件实现的因而在 只能有一种大小的页面原则是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源程序进行编库时根据信息的性质来划分。

分页的作业地址空间是一维的即单一的线性地址空间程序员只需利用一个记

忆符即可表示一个地址分段的作业地址空间则是二维的程序员在标识一个地址时即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页号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，用来和业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。

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﹥选出一页换出﹥否则OS命令CPU从外存读缺页、启动I/O硬件、将该页换入内存、修改页表、返回。