操作系統(tǒng)課后習(xí)題.doc

1.1 存儲程序式的計算機的主要特點是什么?答：是集中順序過程控制，即控制部件根據(jù)程序?qū)φ麄€計算機的活動實行集中過程控制，并根據(jù)程序規(guī)定的順序依次執(zhí)行每一個操作。 集中控制：由CPU集中管理順序性：程序計數(shù)器控制過程性：模擬人們手工操作過程1.2 批處理系統(tǒng)和分時系統(tǒng)各具有什么特點?為什么分時系統(tǒng)的響應(yīng)比較快?答:在批處理系統(tǒng)中操作人員將作業(yè)成批裝入計算機并由計算機管理運行，在程序的運行期間用戶不能干預(yù)，因此批處理系統(tǒng)的特點是:用戶脫機使用計算機，作業(yè)成批處理，系統(tǒng)內(nèi)多道程序并發(fā)執(zhí)行以及交互能力差。在分時系統(tǒng)中不同用戶通過各自的終端以及交互方式共同使用一臺計算機，以計算機“分時”的方法輪流為每個用戶服務(wù)。分時系統(tǒng)的主要特點是：多個用戶使用計算機的同時性，人機問答方式的交互性，每個用戶獨立使用計算機的獨占性以及系統(tǒng)響應(yīng)的及時性。分時系統(tǒng)一般采用時間輪轉(zhuǎn)的方法，使一臺計算機同時為多個終端用戶服務(wù)，因此分時系統(tǒng)的響應(yīng)比較快。1.4 什么是多道程序設(shè)計技術(shù)？試論述多道程序運行的特征。答：多道程序設(shè)計技術(shù)是指同時把多個作業(yè)（程序）放入內(nèi)存并允許它們交替執(zhí)行和共享系統(tǒng)中的各類資源；當一道程序因為某種原因（如I/O請求）而暫停執(zhí)行時，CPU立即轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一道程序。多道程序運行具有如下特征： 多道：計算機內(nèi)存中同時存放幾道相互獨立的程序、 宏觀上并行：同時進入系統(tǒng)的幾道程序都處于運行過程中，它們先后開始了各自的運行，但都未運行完畢。 微觀上串行：從微觀上看，內(nèi)存中的多道程序輪流或分時地占有處理機，交替執(zhí)行。1.6 操作系統(tǒng)的主要特征是什么？為什么會具有這樣的特征？答：操作系統(tǒng)具備的主要特征就是并發(fā)和共享。另外，由于操作系統(tǒng)要隨時處理各種事件，所以它也具備不確定性。具有這樣的特性是因為為了充分利用計算機系統(tǒng)的資源，一般采用多個同時性用戶分用的策略。以順序計算為基礎(chǔ)的計算機系統(tǒng)要完成并處理的功能，必將導(dǎo)致順序計算模型與并行計算模型的矛盾，必須解決資源共享和多任務(wù)并發(fā)執(zhí)行的問題。2.1 什么是操作系統(tǒng)虛擬機？答:配置了操作系統(tǒng)的裸機稱為操作系統(tǒng)虛擬機。2.3 什么是處理機的態(tài)？為什么要區(qū)分處理機的態(tài)？答：是中央處理機的工作狀態(tài)，當前它正在執(zhí)行哪些程序。為了保護操作系統(tǒng)和進行正確地管理和控制，其本身是不能被破壞的。為此，系統(tǒng)應(yīng)建立一個保護環(huán)境，采用的辦法就是區(qū)分處理機的工作狀態(tài)。至少需要區(qū)分兩種狀態(tài)：管態(tài)和用戶態(tài)。2.4 什么是管態(tài)？什么是用戶態(tài)？兩者有何區(qū)別？答：管態(tài)（系統(tǒng)態(tài)）是操作系統(tǒng)管理程序執(zhí)行時機器所處的狀態(tài)。用戶態(tài)（目的態(tài)）是用戶程序執(zhí)行時機器所處的狀態(tài)。這需要計算機硬件的支持，在計算機狀態(tài)寄存器下中需設(shè)置一個系統(tǒng)狀態(tài)位（模式位）。若有了系統(tǒng)狀態(tài)位就可以區(qū)分當前正在執(zhí)行的是系統(tǒng)程序還是用戶程序。2.5 什么是中斷？在計算機系統(tǒng)中為什么要引進中斷？答：是指某個事件（如電源掉電、定點加法溢出或I/O傳輸結(jié)束等）發(fā)生時，系統(tǒng)中止現(xiàn)行程序的運行、引出處理事件程序?qū)υ撌录M行處理，處理完畢后返回斷點，繼續(xù)執(zhí)行。引進中斷是為了實現(xiàn)并并發(fā)活動，為了實現(xiàn)計算機系統(tǒng)的自動化工作。2.8中斷和俘獲有什么不同？答：由處理機外部事件引起的中斷稱為外中斷，又稱中斷。由處理機內(nèi)部事件引起的中斷稱為俘獲。終端和俘獲的來源和響應(yīng)的先后次序不同.2-9 什么是中斷響應(yīng)，其實質(zhì)是什么？答：中斷響應(yīng)是當處理機發(fā)現(xiàn)已有中斷請求時，中止現(xiàn)行的程序執(zhí)行，并自動引出中斷處理程序的過程。其實質(zhì)是交換指令執(zhí)行地址和處理機狀態(tài)。2.10 什么是程序狀態(tài)字，在微機中它一般由哪兩部分組成？答：是反映程序執(zhí)行時機器所處的現(xiàn)行狀態(tài)的代碼。在微機中它一般是由指令計數(shù)器（PC）和處理機狀態(tài)寄存器（PS）組成。2.11 什么是向量中斷？什么是中斷向量？答：向量中斷是指當中斷發(fā)生時，由中斷源自己引導(dǎo)處理機進入中斷服務(wù)程序的中斷過程。中斷向量就是存儲該類型中斷服務(wù)例行程序的入口地址和處理機狀態(tài)字的存儲單元。2.12 以trap指令為例，用圖說明自陷處理的一般過程。3.2系統(tǒng)引導(dǎo)的主要任務(wù)是什么？答：將操作系統(tǒng)的必要部分裝入主存并使系統(tǒng)運行，最終處于命令接受狀態(tài)。3.3 處理應(yīng)用程序分哪幾個作業(yè)步？答：用某種預(yù)言編制一個程序，該程序被稱為源程序。將源程序和初始數(shù)據(jù)記錄在某種輸入介質(zhì)上，一般在終端設(shè)備上直接編輯源程序。按照一定的要求控制計算機工作，并經(jīng)過加工，最終計算出結(jié)果。3.4 靜態(tài)連接和動態(tài)鏈接有什么區(qū)別？答：靜態(tài)連接是將所需的外部調(diào)用函數(shù)連接到目標文件中形成一個完整的主存映像文件。動態(tài)鏈接是將這一連接工作延遲到程序運行的時候進行，它需要的支持是動態(tài)鏈接庫。3.6 什么是系統(tǒng)調(diào)用？簡述系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過程。答：1、系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供給編程人員的唯一接口。是利用訪管指令定義的指令。2、用戶在程序中使用系統(tǒng)調(diào)用，給出系統(tǒng)調(diào)用名和函數(shù)后，即產(chǎn)生一條相應(yīng)的陷入指令，通過陷入處理機制調(diào)用服務(wù)，引起處理機中斷，然后保護處理機現(xiàn)場，取系統(tǒng)調(diào)用功能號并尋找子程序入口，通過入口地址表來調(diào)用系統(tǒng)子程序，然后返回用戶程序繼續(xù)執(zhí)行。4.1 試解釋下列名詞：程序的順序執(zhí)行一個計算由若干操作組成，而這些操作必須按照某種先后次序來執(zhí)行，以保證操作的結(jié)果是正確的，則這類計算過程就是程序的順序執(zhí)行過程。程序的并發(fā)執(zhí)行若干個程序段同時在系統(tǒng)中運行，這些程序段的執(zhí)行在時間上是重疊的，一個程序段的執(zhí)行尚未結(jié)束，另一個程序段的執(zhí)行已經(jīng)開始，即使這種重疊是很小的一部分，也稱這幾個程序段是并發(fā)執(zhí)行的。4.3 什么是進程？進程與程序的主要區(qū)別是什么？答：進程是指一個具有一定獨立功能的程序關(guān)于某個數(shù)據(jù)集合的一次運行活動。進程是動態(tài)的，程序的靜態(tài)的，進程是程序的動態(tài)執(zhí)行過程。4-6 進程有哪幾種基本狀態(tài)？在一個系統(tǒng)中為什么必須區(qū)分出這幾種狀態(tài)？答：進程有三種基本狀態(tài)，即運行狀態(tài)，就緒狀態(tài)，等待狀態(tài)。如果系統(tǒng)能為每個進程提供一臺處理機，則系統(tǒng)中所有進程都可以同時執(zhí)行，但實際上處理機的數(shù)目總是小于進程數(shù)，因此往往只有少數(shù)幾個進程可真正獲得處理機控制權(quán)。4.7 某系統(tǒng)進程狀態(tài)變遷圖如圖4.31所示，所采用的調(diào)度方法為非剝奪方法，回答以下問題：發(fā)生變遷2、變遷3、變遷4、的原因是什么？答:當運行進程在分得的時間片內(nèi)未完成，時間片到將發(fā)生變遷2.當運行進程在執(zhí)行過程中，需要等待某時間的發(fā)生才能繼續(xù)向下執(zhí)行，此時會發(fā)生變遷3.當?shù)却M程等待的事件發(fā)生了，將會發(fā)生變遷4.下述因果變遷是否可能發(fā)生？如果可能的話，在什么情況下發(fā)生？ 31 21 32 41 答:正在運行的進程因等待某事件的發(fā)生而變?yōu)榈却隣顟B(tài)的變遷3，在就緒隊列非空時必然引起一個就緒進程被調(diào)度執(zhí)行的變遷1。正運行的進程因時間片到變?yōu)榫途w狀態(tài)的變遷2，必然引起一個就緒進程被調(diào)度執(zhí)行的變遷1.4.8 什么是進程控制塊？它有什么作用？答：為了描述一個進程和其他進程以及系統(tǒng)資源的關(guān)系，為了刻畫一個進程在各個不同時期所處的狀態(tài)，人們采用一了個與進程相聯(lián)系的數(shù)據(jù)塊，稱為進程控制塊 PCB (process control block) 或稱為進程描述器（process descriptor）。 其作用是描述進程的動態(tài)特征，進程與其他進程和系統(tǒng)資源的關(guān)系。S4-11在下圖所示的進程流程圖中，有五個進程合作完成某一任務(wù)。說明這五個進程之間的同步關(guān)系，并用p，v操作實現(xiàn)之，要求寫出程序描述。答：main( ) int s2,s3,s4,s5=0; /*表示進程p2，p3，p4,p5能否執(zhí)行*/ cobegin P1( ); P2( );P3( ); P4( );見P116圖4.33F P5( ); coend P1( ) P2( ) P3( ) P4( ) P5( ) . p(s2); p(s3); p(s4); p(s5); . . . . . v(s2); . . . . v(s3); v(s5); v(s5); v(s4); 4-18 用于進程控制的原語主要有哪幾個？答：主要有：創(chuàng)建原語，撤銷原語，阻塞原語，喚醒原語。5.2什么是死鎖？試舉例說明？答：死鎖是兩個或多個進程被無限期地阻塞、相互等待的一種狀態(tài)。設(shè)一個具有3個磁帶驅(qū)動器的系統(tǒng)，現(xiàn)有3個進程，某時某刻，每個進程都占用了一個磁帶驅(qū)動器。如果每個進程都不釋放自己已占用的磁帶驅(qū)動器，而且還需要另一個磁帶驅(qū)動器，那么這3個進程就會處于互相死等的狀態(tài)，這種狀態(tài)稱為死鎖。5-6 下圖表示一帶閘門的運河，其上有兩架吊橋。吊橋坐落在一條公路上，為使該公路避開一塊沼澤地而令其橫跨運河兩次。運河和公路的交通都是單方向的。運河上的基本運輸由駁船擔(dān)負。在一艘駁船接近吊橋A時就拉汽笛警告，若橋上無車輛，吊橋就吊起，直到駁船尾部通過此橋為止。對吊橋 B 也按同樣次序處理。 （1） 一艘典型駁船的長度為200米，當它在河上航行時是否會產(chǎn)生死鎖？若會，其理由是什么？ （2） 如何能克服一個可能的死鎖？請?zhí)岢鲆粋€防止死鎖的辦法。 （3） 如何利用信號燈上的P，V操作實現(xiàn)車輛和駁船的同步？答:（1）駁船長 200 米，當駁船通過了A橋，其船頭到達B橋，請求B橋吊起，而此時它的尾部仍占據(jù) A 橋。若這個時候 B 橋上及 B 橋到 A 橋之間的公路上都被汽車占據(jù)，而汽車又要求通過 A 橋。這樣駁船和汽車都無法前進，形成死鎖的局面。 （2）可以有以下兩種方法： c資源的靜態(tài)分配。即進程把它所需要的所有資源在運行前提前申請，系統(tǒng)把它所需要的全部資源一次性都分配給它。也就是說，這時把 A 橋和 B 橋看成一個資源。打破了產(chǎn)生死鎖的四個必要條件之一的部分分配條件。 d可以規(guī)定資源按序申請和分配，從而破壞了死鎖的循環(huán)等待條件，防止死鎖的發(fā)生。規(guī)定如下：B 橋的序號小于 A 橋的序號，駁船和汽車都必須先申請序號小的資源 B 橋，申請得到滿足后，再申請序號大的資源 A 橋。（3）算法如下： c設(shè)置兩個互斥信號量 mutexa，mutexb，用來實現(xiàn)駁船和汽車對 A 橋和對 B 橋的互斥使用；設(shè)置一個共享變量 count，用來記錄當前占用 A 橋和 B 橋的汽車數(shù)并設(shè)置互斥信號量 mutex，用來實現(xiàn)汽車對共享變量 count 的互斥訪問。 Main( ) int mutexa, mutexb, mutex, count mutexa=1; mutexb=1; mutex=1; count=0; cobegin bargei; /i=1,2,.,m carj; /j=1,2,.,n coend bargei() . P(mutexb); P(mutexa); 吊起 B 橋; 吊起 A 橋; 駁船通過 A 橋； 放下 A 橋; 駁船通過 B 橋; 放下 B 橋; V(mutexa); V(mutexb); . carj() . P(mutex); count+; if(count=1) P(mutexb); P(mutexa); V(mutex); 汽車通過 B 橋; 汽車通過 AB 段公路; 汽車通過 A 橋； P(mutex); count-; if(count=0) V(mutexb); V(mutexa); V(mutex); . d設(shè)置兩個互斥信號量mutexa，mutexb，用來實現(xiàn)駁船和汽車對A橋和對B橋的互斥使用；設(shè)置兩個共享變量counta和countb，分別用來記錄A橋和B橋上的汽車數(shù)并設(shè)置互斥信號量mutex1和mutex2，用來實現(xiàn)汽車對共享變量counta和countb的互斥訪問。Main( ) int mutexa, mutexb, mutex1, mutex2, counta, countb; mutexa=1; mutexb=1; mutex1=mutex2=1; counta=countb=0; cobegin bargei; /i=1,2,.,m carj; /j=1,2,.,n Coendbargei() . P(mutexb); 吊起 B 橋; P(mutexa); 吊起 A 橋; 駁船通過 A 橋； 放下 A 橋; V(mutexa); 駁船通過 B 橋; 放下 B 橋; V(mutexb); . carj() . P(mutex2); countb+; if(countb=1) P(mutexb); V(mutex2); 汽車通過 B 橋; P(mutex2); countb-; if(countb=0) V(mutexb); V(mutex2); 汽車通過 AB 段公路; P(mutex1); counta+; if(counta=1) P(mutexa); V(mutex1); 汽車通過 A 橋； P(mutex1); counta-; if(counta=0) V(mutexa); V(mutex1); . 5-7 討論圖 5.8 描述的交通死鎖的例子（設(shè)各方向上的汽車是單線、直線行駛）： （1）對于產(chǎn)生死鎖的四個必要條件中的哪些條件在此例中是適用的？ （2）提出一個簡單的原則，它能避免死鎖。 （3）若用計算機實現(xiàn)交通自動管理，請用信號燈上的P、V操作來實現(xiàn)各方向上汽車行駛的同步。答：（1）路口是共享資源。 c 互斥條件：路口必須互斥使用，即汽車對它所需要的路口是排他性控制的。 d 不剝奪