操作系統(tǒng)習題答案

第一章1設計現(xiàn)代OS的主要目標是什么？答：（1）有效性 （2）方便性 （3）可擴充性 （4）開放性2OS的作用可表現(xiàn)在哪幾個方面？答：（1）OS作為用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的接口（2）OS作為計算機系統(tǒng)資源的管理者（3）OS實現(xiàn)了對計算機資源的抽象13OS有哪幾大特征？其最基本的特征是什么？答：并發(fā)性、共享性、虛擬性和異步性四個基本特征；最基本的特征是并發(fā)性。14處理機管理有哪些主要功能？它們的主要任務是什么？答：處理機管理的主要功能是：進程管理、進程同步、進程通信和處理機調(diào)度；進程管理：為作業(yè)創(chuàng)建進程，撤銷已結束進程，控制進程在運行過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。進程同步：為多個進程（含線程）的運行進行協(xié)調(diào)。通信：用來實現(xiàn)在相互合作的進程之間的信息交換。處理機調(diào)度：（1）作業(yè)調(diào)度。從后備隊里按照一定的算法，選出若干個作業(yè)，為他們分配運行所需的資源（首選是分配內(nèi)存）。（2）進程調(diào)度：從進程的就緒隊列中，按照一定算法選出一個進程，把處理機分配給它，并設置運行現(xiàn)場，使進程投入執(zhí)行。15內(nèi)存管理有哪些主要功能?他們的主要任務是什么？答：內(nèi)存管理的主要功能有：內(nèi)存分配、內(nèi)存保護、地址映射和內(nèi)存擴充。內(nèi)存分配：為每道程序分配內(nèi)存。內(nèi)存保護：確保每道用戶程序都只在自己的內(nèi)存空間運行，彼此互不干擾。地址映射：將地址空間的邏輯地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)存空間與對應的物理地址。內(nèi)存擴充：用于實現(xiàn)請求調(diào)用功能，置換功能等。16設備管理有哪些主要功能？其主要任務是什么？答：主要功能有: 緩沖管理、設備分配和設備處理以及虛擬設備等。主要任務: 完成用戶提出的I/O 請求，為用戶分配I/O 設備；提高CPU 和I/O 設備的利用率；提高I/O速度；以及方便用戶使用I/O設備.17文件管理有哪些主要功能？其主要任務是什么？答：文件管理主要功能：文件存儲空間的管理、目錄管理、文件的讀/寫管理和保護。文件管理的主要任務：管理用戶文件和系統(tǒng)文件，方便用戶使用，保證文件安全性。21試描述什么是微內(nèi)核OS。答：1）足夠小的內(nèi)核 2）基于客戶/服務器模式3）應用機制與策略分離原理 4）采用面向?qū)ο蠹夹g。第二章3. 什么程序并發(fā)執(zhí)行會產(chǎn)生間斷性特征？答：程序在并發(fā)執(zhí)行時，由于它們共享系統(tǒng)資源，為完成同一項任務需要相互合作，致使這些并發(fā)執(zhí)行的進程之間，形成了相互制約關系，從而使得進程在執(zhí)行期間出現(xiàn)間斷性。4程序并發(fā)執(zhí)行時為什么會失去封閉性和可再現(xiàn)性？答：程序并發(fā)執(zhí)行時，多個程序共享系統(tǒng)中的各種資源，因而這些資源的狀態(tài)由多個程序改變，致使程序運行失去了封閉性，也會導致其失去可再現(xiàn)性。8試說明進程在三個基本狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的典型原因。答： （1）就緒狀態(tài)執(zhí)行狀態(tài)：進程分配到CPU資源（2）執(zhí)行狀態(tài)就緒狀態(tài)：時間片用完（3）執(zhí)行狀態(tài)阻塞狀態(tài)：I/O請求（4）阻塞狀態(tài)就緒狀態(tài)：I/O完成16進程在運行時存在哪兩種形式的制約？并舉例說明之。答：（1）間接相互制約關系。舉例：有兩進程A 和B，如果A 提出打印請求，系統(tǒng)已把唯一的一臺打印機分配給了進程B，則進程A 只能阻塞；一旦B 釋放打印機，A 才由阻塞改為就緒。（2）直接相互制約關系。舉例：有輸入進程A 通過單緩沖向進程B 提供數(shù)據(jù)。當緩沖空時，計算進程因不能獲得所需數(shù)據(jù)而阻塞，當進程A 把數(shù)據(jù)輸入緩沖區(qū)后，便喚醒進程B；反之，當緩沖區(qū)已滿時，進程A 因沒有緩沖區(qū)放數(shù)據(jù)而阻塞，進程B 將緩沖區(qū)數(shù)據(jù)取走后便喚醒A。17為什么進程在進入臨界區(qū)之前應先執(zhí)行“進入?yún)^(qū)”代碼？而在退出前又要執(zhí)行“退出區(qū)”代碼？答：為了實現(xiàn)多個進程對臨界資源的互斥訪問，必須在臨界區(qū)前面增加一段用于檢查欲訪問的臨界資源是否正被訪問的代碼，如果未被訪問，該進程便可進入臨界區(qū)對資源進行訪問，并設置正被訪問標志，如果正被訪問，則本進程不能進入臨界區(qū)，實現(xiàn)這一功能的代碼為進入?yún)^(qū)代碼；在退出臨界區(qū)后，必須執(zhí)行退出區(qū)代碼，用于恢復未被訪問標志，使其它進程能再訪問此臨界資源。18. 同步機構應遵循哪些基本準則？為什么？答：同步機構應遵循的基本準則是：空閑讓進、忙則等待、有限等待、讓權等待原因：為實現(xiàn)進程互斥進入自己的臨界區(qū)。21如何利用信號量機制來實現(xiàn)多個進程對臨界資源的互斥訪問？并舉例說明之。答：為使多個進程互斥訪問某臨界資源，只需為該資源設置一互斥信號量mutex，并設其初值為1，然后將各進程訪問該資源的臨界區(qū)CS置于wait(mutex)和signal(mutex)操作之間即可。這樣，每個欲訪問該臨界資源的進程在進入臨界區(qū)之前，都要先對mutex 執(zhí)行wait 操作，若該資源此刻未被訪問，本次wait 操作必然成功，進程便可進入自己的臨界區(qū)，這時若再有其他進程也欲進入自己的臨界區(qū)，此時由于對mutex 執(zhí)行wait操作定會失敗，因而該進程阻塞，從而保證了該臨界資源能被互斥訪問。當訪問臨界資源的進程退出臨界區(qū)后，應對mutex執(zhí)行signal 操作，釋放該臨界資源。利用信號量實現(xiàn)進程互斥的進程描述如下：Var mutex: semaphore:=1；beginparbeginprocess 1: beginrepeatwait(mutex)；critical sectionsignal(mutex)；remainder seetionuntil false；endprocess 2: beginrepeatwait(mutex)；critical sectionsignal(mutex)；remainder sectionuntil false；endparend23在生產(chǎn)者消費者問題中，如果缺少了signal(full)或signal(empty),對執(zhí)行結果有何影響？答：如果缺少signal(full)，那么表明從第一個生產(chǎn)者進程開始就沒有改變信號量full 值，即使緩沖池產(chǎn)品已滿，但full 值還是0，這樣消費者進程執(zhí)行wait(full)時認為緩沖池是空而取不到產(chǎn)品，消費者進程一直處于等待狀態(tài)。如果缺signal(empty)，在生產(chǎn)者進程向n個緩沖區(qū)投滿產(chǎn)品后消費者進程才開始從中取產(chǎn)品，這時empty=0，full=n，那么每當消費者進程取走一個產(chǎn)品empty 值并不改變，直到緩沖池取空了，empty 值也是0，即使目前緩沖池有n 個空緩沖區(qū)，生產(chǎn)者進程要想再往緩沖池中投放產(chǎn)品也會因為申請不到空緩沖區(qū)被阻塞。24在生產(chǎn)消費者問題中，如果將兩個wait 操作即wait(full)和wait(mutex)互換位置，或者將signal(mutex)與signal（full）互換位置，結果如何？答：將wait(full)和wait(mutex)互換位置后，可能引起死鎖?？紤]系統(tǒng)中緩沖區(qū)全滿時，若一生產(chǎn)者進程先執(zhí)行了wait(mutex)操作并獲得成功，則當再執(zhí)行wait(empty)操作時，它將因失敗而進入阻塞狀態(tài)，它期待消費者進程執(zhí)行signal(empty)來喚醒自己，在此之前，它不可能執(zhí)行signal(mutex)操作，從而使試圖通過執(zhí)行wait(mutex)操作而進入自己的臨界區(qū)的其他生產(chǎn)者和所有消費者進程全部進入阻塞狀態(tài)，這樣容易引起系統(tǒng)死鎖。若signal(mutex)signal(full)互換位置后只是影響進程對臨界資源的釋放次序，而不會引起系統(tǒng)死鎖，因此可以互換位置。26試修改下面生產(chǎn)者消費者問題解法中的錯誤:答： producer:beginrepeatproducer an item in nextp;wait(mutex);wait(full); 應為wait(empty),而且還應該在wait(mutex)的前面 buffer(in):=nextp;/* 緩沖池數(shù)組游標應前移: in:=(in+1) mod n; */signal(mutex); /* signal(full); */until false;endconsumer:beginrepeatwait(mutex);wait(empty); /應為wait(full),而且還應該在wait(mutex)的前面 nextc:=buffer(out);out:=out+1; /* 考慮循環(huán)，應改為: out:=(out+1) mod n; */signal(mutex);/* signal(empty); */consumer item in nextc;until false;end第三章1高級調(diào)度與低級調(diào)度的主要任務是什么？為什么要引入中級調(diào)度？答：高級調(diào)度的主要任務是根據(jù)某種算法，把外存上處于后備隊列中的那些作業(yè)調(diào)入內(nèi)存。低級調(diào)度是保存處理機的現(xiàn)場信息，按某種算法先取進程，再把處理器分配給進程。引入中級調(diào)度的主要目的是為了提高內(nèi)存利用率和系統(tǒng)吞吐量。使那些暫時不能運行的進程不再占用內(nèi)存資源，將它們調(diào)至外存等待，把進程狀態(tài)改為就緒駐外存狀態(tài)或掛起狀態(tài)。7在選擇調(diào)度方式和調(diào)度算法時，應遵循的準則是什么？答：（1）面向用戶的準則：周轉(zhuǎn)時間短、響應時間快、截止時間的保證、優(yōu)先權準則。（2）面向系統(tǒng)的準則：系統(tǒng)吞吐量高、處理機利用率好、各類資源的平衡利用。8在批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)和實時系統(tǒng)中，各采用哪幾種進程（作業(yè)）調(diào)度算法？答：批處理系統(tǒng)的調(diào)度算法：短作業(yè)優(yōu)先、優(yōu)先權、高響應比優(yōu)先、多級反饋隊列調(diào)度算法。分時系統(tǒng)的調(diào)度算法：時間片輪轉(zhuǎn)法。實時系統(tǒng)的調(diào)度算法：最早截止時間優(yōu)先即EDF、最低松弛度優(yōu)先即LLF算法。10試比較FCFS和SPF兩種進程調(diào)度算法。答：相同點：兩種調(diào)度算法都可以用于作業(yè)調(diào)度和進程調(diào)度。不同點： FCFS調(diào)度算法每次都從后備隊列中選擇一個或多個最先進入該隊列的作業(yè)，將它們調(diào)入內(nèi)存、分配資源、創(chuàng)建進程、插入到就緒隊列。該算法有利于長作業(yè)/進程，不利于短作業(yè)/進程。SPF算法每次調(diào)度都從后備隊列中選擇一個或若干個估計運行時間最短的作業(yè)，調(diào)入內(nèi)存中運行。該算法有利于短作業(yè)/進程，不利于長作業(yè)/進程。15按照調(diào)度方式可將實時調(diào)度算法分為哪幾種？答：可分為非搶占式和搶占式兩種算法。而非搶占式算法又分為非搶占式輪轉(zhuǎn)和優(yōu)先調(diào)度算法；搶占式調(diào)度算法又分為基于時鐘中斷的搶占式優(yōu)先權和立即搶占式優(yōu)先權調(diào)度算法。16什么是最早截止時間優(yōu)先調(diào)度算法？舉例說明。答：根據(jù)任務的開始截止時間確定的任務優(yōu)先級調(diào)度算法。截止時間越早則優(yōu)先級越高。該算法要求在系統(tǒng)中保持一個實時任務就緒隊列，該隊列按各任務截止時間的先后排序。舉例：非搶占式調(diào)度方式用于非周期實時任務。圖3-9 是將該算法用于非搶占調(diào)度方式之例。該例中具有四個非周期任務，它們先后到達。系統(tǒng)首先調(diào)度任務1執(zhí)行，在任務1執(zhí)行期間，任務2、3又先后到達。由于任務3的開始截止時間早于任務2，故系統(tǒng)在任務1后將調(diào)度任務3執(zhí)行。在此期間又到達作業(yè)4，其開始截止時間仍是早于任務2的，故在任務3執(zhí)行完后，系統(tǒng)又調(diào)度任務4執(zhí)行，最后才調(diào)度任務2執(zhí)行。圖3-9 EDF算法用于非搶占調(diào)度的調(diào)度方式17什么是最低松弛度優(yōu)先調(diào)度算法？舉例說明之。答：該算法是根據(jù)任務緊急(或松弛)的程度，來確定任務的優(yōu)先級。任務的緊急程度愈高，為該任務所賦予的優(yōu)先級就愈高，以使之優(yōu)先執(zhí)行。例如，一個任務在200 ms 時必須完成，而它本身所需的運行時間就有100 ms，因此，調(diào)度程序必須在100 ms 之前調(diào)度執(zhí)行，該任務的緊急程度(松弛程度)為100 ms。又如，另一任務在400 ms 時必須完成，它本身需要運行 150 ms，則其松弛程度為 250 ms。18何謂死鎖？產(chǎn)生死鎖的原因和必要條件是什么？答：死鎖是指多個進程在運行過程中因爭奪資源而造成的一種僵局，當進程處于這種僵持狀態(tài)時，若無外力作用，它們都將無法再向前推進。產(chǎn)生死鎖的原因為競爭資源和進程間推進順序非法。其必要條件是：互斥條件、請求和保持條件、不剝奪條件、環(huán)路等待條件。19在解決死鎖問題的幾個方法中，哪種方法最易于實現(xiàn)？哪種方法使資源利用率最高？答：解決死鎖的四種方法即預防、避免、檢測和解除死鎖中，預防死鎖最容易實現(xiàn)；避免死鎖使資源的利用率最高。20請詳細說明可通過哪些途徑預防死鎖。答：（1）擯棄“請求和保持”條件，就是如果系統(tǒng)有足夠資源，便一次性把進程需要的所有資源分配給它；（2）擯棄“不剝奪”條件，就是已經(jīng)擁有資源的進程，當它提出新資源請求而不能立即滿足時，必須釋放它已保持的所有資源，待以后需要時再重新申請；（3）擯棄“環(huán)路等待”條件，就是將所有資源按類型排序標號，所有進程對資源的請求必須嚴格按序號遞增的次序提出。21在銀行家算法的例子中，如果P0發(fā)出請求向量由Request(0,2,0)改為Request(0,1,0)，問系統(tǒng)可否將資源分配給它？答：（1）可以。銀行家算法各種資源數(shù)量分別為10、5、7，在T0時刻的資源分配如圖所示：（2）具體分析如下：Requ