(完整版)西南科技大學計算機操作系統(tǒng)概念

第一章一．思考題3.什么是操作系統(tǒng)？操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的主要作用是什么？P11操作系統(tǒng)：管理系統(tǒng)資源，控制程序執(zhí)行，改善人機界面，提供各種服務，并合理組織計算機工作流程和為用戶方便有效地使用計算機提供良好運行環(huán)境的一種系統(tǒng)軟件。主要作用：①服務用戶觀點——操作系統(tǒng)作為用戶接口和公共服務程序。②進程交互觀點——操作系統(tǒng)作為進程執(zhí)行的控制者和協(xié)調者。③系統(tǒng)實現(xiàn)觀點——操作系統(tǒng)作為擴展機或虛擬機。④資源管理觀點——操作系統(tǒng)作為資源的管理者和控制者15.什么是多道程序設計？多道程序設計技術有什么特點？P17多道程序設計：多道程序設計是指允許多個作業(yè)（程序）同時進入計算機系統(tǒng)的內存并啟動交替計算的方法。特點：從宏觀上看是并行的，多道程序都處于運行過程中，但尚未運行結束；從微觀上看是串行的，各道程序輪流占用CPU交替地執(zhí)行。在分時系統(tǒng)中，什么是響應時間？它與什么因素有關？P22響應時間：從用戶發(fā)出請求或指令到系統(tǒng)做出反應的時間。有關因素：①CPU的處理速度②聯(lián)機終端的數(shù)目③所用是時間片的長短④系統(tǒng)調度開銷⑤對換信息量的多少23.現(xiàn)代操作系統(tǒng)具有哪些基本功能？請簡單敘述之。 P12處理器管理：對處理器的管理和調度最終歸結為對進程和線程的管理和調度，包括進程控制和管理，線程控制和管理，確定處理器調度策略，設計處理器調度算法，做好處理器分配和回收。存儲管理：存儲管理的主要任務是管理內存資源，為多道程序運行提供有力支撐，提高存儲空間利用率，具體來說有內存分配與回收，地址轉換與存儲保護，內存共享與存儲擴充等。設備管理：設備管理的除妖任務是管理各種外部設備，完成用戶提出的 I/O請求；加快數(shù)據(jù)傳輸速度，發(fā)揮設備的并行性，提高設備的利用率；提供設備驅動程序和中斷處理請求。文件管理：文件庫案例的主要任務有提供文件邏輯組織方法，提供文件物理組織方法，提供文件存取和使用方法，實現(xiàn)文件目錄管理，實現(xiàn)文件共享和安全性控制，實現(xiàn)文件存儲空間管理等。聯(lián)網(wǎng)與通信管理：操作系統(tǒng)至少應具有以下與網(wǎng)絡有關的功能：①網(wǎng)絡資源管理②數(shù)據(jù)通信管理③應用服務④網(wǎng)絡管理二．應用題在某個計算機系統(tǒng)中，有一臺輸入機和一臺打印機，現(xiàn)有兩道程序投入運行，程序A先開始運行，程序B后開始運行。A的運行軌跡為：計算50ms、打印100ms、再計算50ms、打印100ms，結束。B的運行軌跡為：計算50ms、輸入80ms、再計算100ms，結束。試說明：（1） 兩道程序運行時，CPU是否空閑等待？若是，在那段時間段等待？（2） 程序A、B是否有等待CPU的情況？若有，指出發(fā)生等待的時刻。畫出兩道程序并發(fā)執(zhí)行圖如下:兩道程序運行期間，CPU存在空閑等待，時間為100至150ms之間(見圖中有色部分)。程序A無等待現(xiàn)象，但程序B有等待。程序B有等待時間段為180ms至200ms間(見圖中有色部分)。5.在單CPU和兩臺I/O設備(11、12)的多道程序設計環(huán)境下，同時投入 3個作業(yè)Job1、Job2、Job3運行。這3個作業(yè)對CPU和輸入/輸出設備的使用順序和時間如下：Job1：I2(30ms);CPU(10ms);I1(30ms);CPU(10ms);I2(20ms)Job2：I1(20ms);CPU(20ms);12(40ms)Job3:CPU(30ms);I1(20ms);CPU(10ms);I1(10ms)很定CPU和I/O設備之間、兩臺I/O設備之間都能并行工作，Job1優(yōu)先級最高，Job2次之，Job3優(yōu)先級最低，優(yōu)先級高的作業(yè)可以搶占優(yōu)先級低的作業(yè)的CPU試求：3個作業(yè)從投入到完成分別需要的時間。CPU的利用率。I/O設備的利用率。畫出三個作業(yè)并行工作圖如下（圖中著色部分為作業(yè)等待時間）:cpU丨Job3JobIJob丨Job丨JobI[JobI1Job22123ob11Job3]I2Job1Job2 1Job1I2CPU11CPUlJob2丨|1 CPU—CPU丨 12Job3|CPU CPIJ^^II1ITOC\o"1-5"\h\z時間I I I I I 丨 I |（ms）0 10 20 30 40 50 60 7080 90（1）Job1從投入到運行完成需80ms,Job2從投入到運行完成需90ms,Job3從投入到運行完成需90ms。（2） CPU空閑時間段為：60ms至70ms,80ms至90ms。所以CPU利用率為（9020）/90=77.78%。（3） 設備I1空閑時間段為：20ms至40ms,故I1的利用率為（90-20）/90=77.78%0設備I2空閑時間段為：30ms至50ms,故I2的利用率為（90-20）/90=77.78%。第二章一.思考題18.什么是進程？計算機操作系統(tǒng)中為什么要引入進程？ P71.72進程時具有獨立功能的程序在某個數(shù)據(jù)集合上的一次運行活動， 也是操作系統(tǒng)進行資源分配和保護的基本單位。為什么引入進程：①刻畫程序的并發(fā)性②解決資源的共享性進程最基本的狀態(tài)有哪些？那些事件可能引起不同狀態(tài)間的轉換？ P7426?何謂進程控制塊(PCB?它包含哪些基本信息？P75PCB它是進程存在的唯一標示，是操作系統(tǒng)用來記錄和刻畫進程狀態(tài)及環(huán)境信息的數(shù)據(jù)結構，是進程動態(tài)特征的匯集，也是操作系統(tǒng)掌握進程的唯一資料結構和管理進程的主要依據(jù)。基本信息：①標識信息：標識信息用于唯一地標識一個進程，分為用戶使用的外部標識符合系統(tǒng)使用的內部標識號。②現(xiàn)場信息：現(xiàn)場信息用于保存進程在運行時存放在處理器現(xiàn)場中的各種信息。③控制信息：控制信息用于管理和調度進程。38.試從調度，并發(fā)性，擁有資源和系統(tǒng)開銷等4個方面對傳統(tǒng)進程和多線程進程進行比較。調度性：在傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)中，擁有資源的基本單位和獨立調度、分派的基本單位都是進程，在引入線程的OS中，則把線程作為調度和分派的基本單位，而把進程作為資源擁有的基本單位；并發(fā)性：在引入線程的OS中，不僅進程之間可以并發(fā)執(zhí)行，而且在一個進程中的多個線程之間，亦可并發(fā)執(zhí)行，因而使OS具有更好的并發(fā)性；、擁有資源：無論是傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)，還是引入了線程的操作系統(tǒng)，進程始終是擁有資源的一個基本單位，而線程除了擁有一點在運行時必不可少的資源外，本身基本不擁有系統(tǒng)資源，但它可以訪問其隸屬進程的資源；系統(tǒng)開銷：由于創(chuàng)建或撤銷進程時，系統(tǒng)都要為之分配和回收資源，如內存空間等，進程切換時所要保存和設置的現(xiàn)場信息也要明顯地多于線程，因此，操作系統(tǒng)在創(chuàng)建、撤消和切換進程時所付出的開銷將顯著地大于線程。48.處理器調度分為哪幾種類型？簡述各類調度的主要任務。P941.高級調度2.中級調度3.低級調度 詳細書94頁二．應用題5.若在后備作業(yè)隊列中等待運行的同時有三個作業(yè)1、2、3，已知它們各自的運行時間為a、b、c,且滿足關系avbvc,試證明采用短作業(yè)優(yōu)先調度算法能獲得最小平均周轉時間采用短作業(yè)優(yōu)先算法調度時，三個作業(yè)的總周轉時間為：T1=a+(a+b)+(a+b+c)=3a+2b+c ①若不按短作業(yè)優(yōu)先算法調度，不失一般性，設調度次序為： J2、J1、J3o則三個作業(yè)的總周轉時間為：T2=b+(b+a)+(b+a+c)=3b+2a+c ②令②-①式得到：T2-T1=b-a>0可見，采用短作業(yè)優(yōu)先算法調度才能獲得最小平均作業(yè)周轉時間。12.有5個批處理作業(yè)A到E均已到達計算中心，其運行時間分別為10,6,2,4和8分鐘；各自的優(yōu)先級分別規(guī)定為3,5,2,1和4,這里5為最高級.若不考慮系統(tǒng)切換開銷，計算出平均作業(yè)周轉時間?(1)按FCF(按A,B,C,D,E； (2)優(yōu)先級調度算法,(3)時間片輪轉法.

(1)FCFS調度算法執(zhí)行次序執(zhí)行時間等待時間周轉時間帶權周轉時間A100101B610162.66C216189D418225.5E822303.75作業(yè)平均周轉時間T=(10+16+18+22+30)/5=19.2作業(yè)平均帶權周轉時間W=(1+2.66+9+5.5+3.75)/5=4.38(2)優(yōu)先級調度算法執(zhí)行次序執(zhí)行時間等待時間周轉時間帶權周轉時間B6061E86141.75A1014242.4C2242613D426307.5作業(yè)平均周轉時間T=(6+14+24+26+30)/5=20作業(yè)平均帶權周轉時間W=(1+1.75+2.4+13+7.5)/5=5.13(3)時間片輪轉法(每個作業(yè)獲得相同的2分鐘長的時間片)按次序ABCDEABDEABEAE輪轉執(zhí)行。作業(yè)執(zhí)行時間等待時間周轉時間帶權周轉時間A1020303B616223.66C2463D412164E820283.5作業(yè)平均周轉時間T=(30+22+6+16+28)/5=20.4作業(yè)平均帶權周轉時間W=(3+3.66+3+4+3.5)/5=3.43

16.若有4個作業(yè)進入系統(tǒng)，其提交時刻和估計運行時間為作業(yè)提交時刻估計運行時間/min18:0012028:505039:001049:5020分別計算在FCFS,SJ和HRRF算法下的品均周轉時間和平均帶權周轉時間答：作業(yè)FCFSSJFHRRF開始時間完成時間周轉時間開始時間完成時間周轉時間開始時間完成時間周轉時間18.0010：002.008:0010.001208:0010.00120210.0010：502.0010:3011.2015010:1011.00130310.5011：002.0010:0010:107010:0010:1070411.0011：201.510:1010:304011:0011.2090平均周T=112.5分T=95分T=102.5分轉時間=帶權平均W=4.975W=3.25W=3.775周轉時間=20.有一個4道作業(yè)的操作系統(tǒng)，若在一段時間內先后到達 6個作業(yè)，其提交時刻和估計運行時間為作業(yè)提交時刻估計運行時間/min18:006028:203538:252048:302558:35568:4010系統(tǒng)采用剩余SJF調度算法，作業(yè)被調度進入系統(tǒng)后中途不會退出，但作業(yè)運行時可被剩余時間更短的作業(yè)所搶占。(1)分別給出6個作業(yè)的執(zhí)行時間序列，即開始執(zhí)行時間，作業(yè)完成時間，作業(yè)周轉時間。(2)計算平均作業(yè)周轉時間

執(zhí)行次序提交時間執(zhí)行時間開始時間完成時間周轉時間J1 —8：00608：009：00：60J58：3559：009：0530J68：40109：059：1535J38：25209：159：3570J48：30259：3510：0090J28：203510：0010：35135作業(yè)平均周轉時間:T=(60+30+35+70+90+135/6=70注意，J1被調度運行后，直到它執(zhí)行結束，才會引出作業(yè)調度程序工作。所以，J2至J6雖在J1執(zhí)行期間進入，但未被調度，均在等待。當J1撤離后，作業(yè)調度程序工作，按SJF算法，顯然有執(zhí)行次序：J5J6J3J4和J2。25?有一個具有兩道作業(yè)的批處理系統(tǒng)，作業(yè)調度采用短作業(yè)優(yōu)先調度算法，進程調度采用以優(yōu)先數(shù)為基礎的搶占式調度算法。在下表所示的作業(yè)序列中，作業(yè)優(yōu)先數(shù)即為進程優(yōu)先數(shù)，優(yōu)先數(shù)越小則優(yōu)先級越高。作業(yè)名到達時刻估計運行時間/min優(yōu)先數(shù)A10：00—405B10：20303C10：30 1504D10：50206列出所有作業(yè)進入內存的時刻及結束時刻計算作業(yè)的平均周轉時間。每個作業(yè)運行將經(jīng)過兩個階段：作業(yè)調度 (SJF算法)和進程調度(優(yōu)先數(shù)搶占式)。另外，批處理最多容納2道作業(yè)，更多的作業(yè)將在后備隊列等待。10:00，作業(yè)A到達并投入運行。10:20，作業(yè)B到達且優(yōu)先權高于作業(yè)A,故作業(yè)B投入運行而作業(yè)A在就緒隊列等待。⑶10:30，作業(yè)C到達，因內存中已有兩道作業(yè)，故作業(yè) C進入作業(yè)后備隊列等待。⑷10:50，作業(yè)B運行結束，作業(yè)D到達，按SJF短作業(yè)優(yōu)先算法，作業(yè)D被裝入內存進入就緒隊列。而由于作業(yè)A的優(yōu)先級高于作業(yè)D，故作業(yè)A投入運行。（5）11:10，作業(yè)A運行結束，作業(yè)C被調入內存，且作業(yè)C的優(yōu)先級高于作業(yè)D，故作業(yè)C投入運行。⑹12:00，作業(yè)C運行結束，作業(yè)D投入運行。⑺12:20，作業(yè)D運行結束。作業(yè)進入內存時間運行結束時間A10:0011:10B10:2010;50C11:1012:00D10:5012:20各作業(yè)周轉時間為：作業(yè)A70,作業(yè)B30,作業(yè)C90,作業(yè)D90。平均作業(yè)周轉時間為70分鐘。28.某多道程序系統(tǒng)采用可變分區(qū)存儲管理，供用戶使用的內存空間為 200KB,磁帶機5臺。采用今天方式分配外部設備，且不能移動內存中的作業(yè)，進程調度采用FCFSS法，忽略用戶作業(yè)I/O操作時間?，F(xiàn)有作業(yè)序列如下：作業(yè)號進入輸入井時刻運行時間/min內存需求量/kb磁帶機需求/臺A8304030n3B850251201C900351002DP90520203E91010601現(xiàn)求：（1）FCFSS法選中作業(yè)執(zhí)行的次序及作業(yè)平均周轉時間；（2）SJF算法選中作業(yè)執(zhí)行的次序及作業(yè)平均周轉時間。（1） FIFO算法選中作業(yè)執(zhí)行的次序為：A、B、D、C和E。作業(yè)平均周轉時間為63分鐘。⑵SJF算法選中作業(yè)執(zhí)行的次序為：A、B、D、E和C。作業(yè)平均周轉時間為58分鐘。第三章一.思考題3.解釋并發(fā)性與并行性。計算機操作系統(tǒng)中把并行性和并發(fā)性明顯區(qū)分開，主要是從微觀的角度來說的，具體是指進程的并行性（多處理機的情況下，多個進程同時運行）和并發(fā)性（單處理機的情況下，多個進程在同一時間間隔運行的）。并行性是指硬件的并行性，兩個或多個事件在同一時刻發(fā)生。并發(fā)性是指進程的并發(fā)性，兩個或多個事件在同一時間段內發(fā)生。9.什么是臨界區(qū)和臨界資源？臨界區(qū)管理的基本原則是什么？臨界區(qū)：每個進程中訪問臨界資源的那段程序叫做臨界區(qū)。進程對臨界區(qū)的訪問必須互斥，每次只允許一個進程進去臨界區(qū)，其他進程等待。臨界資源：指每次只允許一個進程訪問的資源，分硬件臨界資源、軟件臨界資源。臨界區(qū)管理的基本原則是： ①如果有若干進程要求進入空閑的臨界區(qū)，一次僅允許一個進程進入。②任何時候，處于臨界區(qū)內的進程不可多于一個。如已有進程進入自己的臨界區(qū)，則其它所有試圖進入臨界區(qū)的進程必須等待。③進入臨界區(qū)的進程要在有限時間內退出，以便其它進程能及時進入自己的臨界區(qū)。④如果進程不能進入自己的臨界區(qū)，貝U應讓出CPU,避免進程出現(xiàn)“忙等”現(xiàn)象。什么是死鎖？什么是饑餓？試舉日常生活中的例子加以說明。死鎖：所謂死鎖是指在多道程序系統(tǒng)中，一組進程中的每一個進程都無限期等待被該組進程中的另一個進程所占有且永遠不會釋放的資源。如：假如雙方都擁有部分資源（P1擁有A,P2擁有B,且A,B均只有一個），但這時P1還需要B,P2還需要A,于是P1與P2都會處在無限等待狀態(tài)，發(fā)生了死鎖。饑餓：操作系統(tǒng)在一個分配資源時,當多個進程同時申請某類資源時,由分配策略確定資源分配給進程的次序。當資源分配策略是不公平的（unfair）的情況下，即不能保證等待時間上界的存在,即使系統(tǒng)沒有發(fā)生死鎖,某些進程也可能會長時間等待。當?shù)却龝r間給進程推進和響應帶來明顯影響時,稱發(fā)生了進程饑餓（starvation）。如：考慮一臺打印機分配的例子，當有多個進程需要打印文件時，系統(tǒng)按照短文件優(yōu)先的策略排序,該策略具有平均等待時間短的優(yōu)點,似乎非常合理，但當短文件打印任務源源不斷時，長文件的打印任務將被無限期地推遲，導致饑餓試述產生死鎖的必要條件?；コ鈼l件：一個資源每次只能被一個進程使用。請求與保持條件：一個進程因請求資源而阻塞時，對已獲得的資源保持不放。不剝奪條件:進程已獲得的資源，在末使用完之前，不能強行剝奪。循環(huán)等待條件:若干進程之間形成一種頭尾相接的循環(huán)等待資源關系。32.一臺計算機有8臺磁帶機，被N個進程金正使用，每個進程可能需要三臺磁帶機。請問N值為多少時系統(tǒng)沒有死鎖的危險？請說明原因。當N取不大于3的正整數(shù)時，系統(tǒng)沒有死鎖的危險。因為當N=1或2時，最多需要6臺磁帶機，系統(tǒng)不會發(fā)生死鎖。當N=3時，最壞情況是3個進程都需要3個磁帶機，且每個進程都已擁有2個磁帶機，但此時系統(tǒng)還有2臺未分配的磁帶，能滿足其中兩個進程的資源請求，使進程順利推進后再釋放資源，此時另外 1個進程因為得到被釋放的磁帶機而能夠獲得足夠的磁帶機，也可以順利執(zhí)行，不會發(fā)生死鎖。二．應用題有一個閱覽室，讀者進入時必須現(xiàn)在一張登記表上登記，此表為每個座位列出一個表目，包括座位號，姓名，讀者離開時要注銷登記信息；加入閱覽室共有100個座位。試用（1）信號量和PC操作和（2）管程，來實現(xiàn)用戶進程的同步算法。使用信號量和P、V操作：varname:array[1..100]ofA;A=recordnumber:integer;name:string;endfori:=1to100do{A[i].number:=i;A[i].name:=null;}mutex,seatcount:semaphore;i:integer;mutex:=1;seatcount:=100;cobegin{processreaderi(varreadername:string)(i=1,2,…){P(seatcount);P(mutex);fori:=1to100doi++ifA[i].name=nullthenA[i].name:=readername;readergettheseatnumber=i; /*A[i].numberV(mutex)進入閱覽室，座位號i,座下讀書；P(mutex);A[i]name:=null;V(mutex);V(seatcount);離開閱覽室;}}coend.在一個盒子里,混裝了數(shù)量相等的圍棋白子和黑子,現(xiàn)在要用自動分揀系統(tǒng)把白子和黑子分開。該系統(tǒng)設有兩個進程 P1和P2,其中P1揀白子，P2揀黑子。規(guī)定每個進程每次只揀一子,當一進程正在揀子時,不允許另一個進程去揀,當一進程揀了一子時，必須讓另一進程去揀，試寫出兩個并發(fā)進程能正確執(zhí)行的算法。實質上是兩個進程的同步問題，設信號量S1和S2分別表示可揀白子和黑子，不失一般性，若令先揀白子。varS1,S2:semaphore;S1:=1;S2:=0;cobegin{processP1beginrepeatP(S1);揀白子V(S2);untilfalse;endprocessP2beginrepeatP(S2);揀黑子V(S1);untilfalse;end}coend.16.一個經(jīng)典同步問題：吸煙者問題(patal,1971)。三個吸煙者在一間房間內，還有一個香煙供應者。為了制造并抽掉香煙，每個吸煙者需要三樣東西：煙草、紙和火柴。供應者有豐富的貨物提供。三個吸煙者中，第一個有自己的煙草，第二個有自己的紙，第三個有自己的火柴。供應者將兩樣東西放在桌子上，允許一個吸煙者進行對健康不利的吸煙。當吸煙者完成吸煙后喚醒供應者，供應者再放兩樣東西(隨機地)在桌面上，然后喚醒另一個吸煙者。試采用信號量和P、V操作編寫他們同步工作的程序。varS,S1,S2,S3;semaphore;S:=1;S1:=S2:=S3:=0;flag1,flag2,flag3:Boolean;flag1:=flag2:=flag3:=true;cobegin{process供應者beginrepeatP(S);取兩樣香煙原料放桌上，由flagi標記;/*flage1、flage2、flage3代表煙草、紙、火柴ifflag2&flag3thenV(S1); /*供紙和火柴elseifflag1&flag3thenV(S2); /*供煙草和火柴elseV(S3); /*供煙草和紙untilefalse;endprocess吸煙者1beginrepeatP(S1)；取原料；做香煙；V(S);吸香煙；untilefalse;process吸煙者2beginrepeatP(S2);取原料；做香煙；V(S);吸香煙；untilefalse;process吸煙者3beginrepeatP(S3);取原料；做香煙；V(S);吸香煙；untilefalse;}Coend.23.設當前的系統(tǒng)狀態(tài)如下，此時Available=（1,1,2）進程ClaimAllocationR1R2R3R1R2R3P1322100P2613511P3314211P4422002（1） 計算各個進程還需要的資源數(shù)Cki-Aki？（2） 系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)？為什么？（3） 進程P2發(fā)出請求向量request2=（1,0,1）,系統(tǒng)能把資源分配給它嗎？（4） 若在進程P2申請資源后，P1發(fā)出請求向量request仁（1,0,1），系統(tǒng)能把資源分配給它嗎？（5）若在進程P1申請資源后，P3發(fā)出請求向量request3=（0,0,1），系統(tǒng)能把資源分配給它嗎？（1） P1，P2, P3, P4的Ck-Aki分別為：（2,2,2）、（1，0, 2）、（1，0，3）、（4,0）（2）系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，存在安全序：P2,P1,P3,P4（3）可以分配，存在安全序列：P2,P1,P3,P4（4） 不可以分配，因為資源不足（5） 不能，應為這樣做會讓系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)36?假定某計算機系統(tǒng)有R1、R2兩類可再用資源（其中R1有兩個單位，R2有一個單位），它們被進程P1、P2所共享，且已知兩個進程均以下列順序使用兩類資源：—申請R1—申請RP申請R1—釋放R1—釋放RM釋放R1試求出系統(tǒng)運行過程中可能到達的死鎖點，并畫出死鎖點的資源分配圖。當兩個進程都執(zhí)行完第一步（都占用R1）時，系統(tǒng)進入不安全狀態(tài)。這時無論哪個進程執(zhí)行完第二步，死鎖都會發(fā)生?？赡艿竭_的死鎖點：進程 P1占有一個R1和一個R2,而進程P2占有一個R1。或者相反。這時己形成死鎖。進程---資源圖為：第四章一.思考題試述存儲管理的基本功能①存儲分配②地址映射③存儲保護④存儲共享⑤存儲擴充何謂地址轉換（重定位）？哪些方法可以實現(xiàn)地址轉換？邏輯地址轉換為物理地址的過程稱為地址轉換（重定位）。方法：①靜態(tài)地址重定位；②動態(tài)地址重定位；③運行時鏈接地址重定位。分區(qū)存儲管理中常采用哪種分配策略？比較其優(yōu)缺點。①固定分區(qū)存儲管理：其基本思想是將內存劃分成若干固定大小的分區(qū)，每個分區(qū)中最多只能裝入一個作業(yè)。當作業(yè)申請內存時，系統(tǒng)按一定的算法為其選擇一個適當?shù)姆謪^(qū)，并裝入內存運行。由于分區(qū)大小是事先固定的，因而可容納作業(yè)的大小受到限制，而且當用戶作業(yè)的地址空間小于分區(qū)的存儲空間時，造成存儲空間浪費。②可變分區(qū)存儲管理：可變分區(qū)存儲管理不是預先將內存劃分分區(qū)，而是在作業(yè)裝入內存時建立分區(qū)，使分區(qū)的大小正好與作業(yè)要求的存儲空間相等。這種處理方式使內存分配有較大的靈活性，也提高了內存利用率。但是隨著對內存不斷地分配、釋放操作會引起存儲碎片的產生?！鍪裁词翘摂M存儲器？列舉采用虛擬存儲技術的必要性和可能性。在具有層次結構存儲器的計算機系統(tǒng)中， 自動實現(xiàn)部分裝入和部分替換功能，能從邏輯上為用戶提供一個比物理內存容量大得多的，可尋址的“內儲存器”。必要性：可用較小的內存空間執(zhí)行較大的程序，能容納更多的并發(fā)執(zhí)行程序?？赡苄裕夯诔绦虻木植啃栽怼Ｔ囀稣埱蠓猪撎摯婀芾淼膶崿F(xiàn)原理。請求分頁虛擬存儲管理是將進程信息的副本存放在輔助存儲器中， 當它被調度投入運行時，并不把程序和數(shù)據(jù)全部裝入主存，僅裝入當前使用的頁面，進程執(zhí)行過程中訪問到不在主存的頁面時，再把所需信息動態(tài)地裝入。試述請求分段虛存管理的實驗原理。請求分段虛存管理是將進程信息副本存放在外存中， 當它被調度投入運行時，程序和數(shù)據(jù)沒有全部裝入內存，僅裝入當前使用段，進程執(zhí)行過程中訪問到不在內存的段時候，再有系統(tǒng)自動調入。18?試述實現(xiàn)虛擬存儲器的基本原理。虛擬存儲器是指在具有層次結構存儲器的計算機系統(tǒng)中， 自動實現(xiàn)部分裝入和部分替換功能，能從邏輯上為用戶提供一個比物理內存容量大得多的、 可尋址的“內存儲器”。是一種具有請求調入功能和置換功能，能從邏輯上對內存容量加以擴充的一種存儲器系統(tǒng)。虛擬存儲器的實現(xiàn)方式有兩種：請求分頁系統(tǒng)和請求分段系統(tǒng)。請求分頁系統(tǒng)允許只裝入少數(shù)頁面的程序(及數(shù)據(jù))，便啟動運行，以后，再通過調頁功能及頁面置換功能，陸續(xù)地把即將要運行的頁面調入內存，同時把暫不運行的頁面換出到外存上；請求分段系統(tǒng)允許只裝入少數(shù)段(而非所有的段)的用戶程序和數(shù)據(jù)，即可啟動運行。以后再通過調段功能和段的置換功能將暫不運行的段調出， 同時調入即將運行的段。二?應用題—個頁式存儲管理系統(tǒng)使用FIFO,OPT和LRU頁面替換算法，如果一個作業(yè)的頁面走向為：2,3,2,1,5,2,4,5,3,2,524,3,2,1,4,3,5,4,3,2,1,5;1,2,3,4,1,2,5,1,2,3,4,5b當分配給作業(yè)的物理塊數(shù)分別為3和4時，試計算訪問過程中所發(fā)生的的缺頁異常次數(shù)和缺頁中斷率。作業(yè)的物理塊數(shù)為3塊，使用FIFO為9次，9/12=75%。使用LRU為7次，7/12=58%。使用OPT為6次，6/12=50%。作業(yè)的物理塊數(shù)為4塊，使用FIFO為6次，6/12=50%。使用LRU為6次，6/12=50%。使用OPT為5次，5/12=42%b作業(yè)的物理塊數(shù)為3塊，使用FIFO為9次，9/12=75%。使用LRU為10次,10/12=83%。使用OPT為7次，7/12=58%b作業(yè)的物理塊數(shù)為4塊，使用FIFO為10次，10/12=83%。使用LRU為8次，8/12=66%。使用OPT為6次，6/12=50%b1)680 2)9153)9044)1)680 2)9153)9044)越界5)17506)越界?！獋€32位地址的計算機系統(tǒng)使用二級頁表，虛地址被分為9位頂級頁表，11位二級頁表和頁內位移。試問：頁面長度是多少？虛地址空間共有多少個頁面？由于32-9-11=12,所以，頁面大小為4KB,頁面的個數(shù)為220個13.內存中有兩個空閑區(qū)如下圖所示，現(xiàn)有作業(yè)序列依次為：job1要求30KB,job2要求70KB,job3要求50KB;使用首次適應，最壞適應和最佳適應算法處理這個作業(yè)序列，試問哪種算法可以滿足分配要求？為什么？答：首次適應、最壞適應算法處理這個作業(yè)序列可以滿足分配， 最佳適應算法不行。因為后者會分割出無法使用的碎片，浪費內存，從而，不能滿足所有作業(yè)的內存需求。在一個分頁存儲管理系統(tǒng)中，邏輯地址長度為16位，頁面大小為4096B,現(xiàn)有邏輯地址2F6AH,且第0，1,2頁依次存放在第10，12，14號物理塊中，試問相應的物理地址是多少？因為邏輯地址長度為16位，而頁面大小為4096字節(jié)，所以，前面的4位表示頁號。把2F6AH轉換成二進制為：001011110110101Q可知頁號為2。故放在14號物理塊中，寫成十六進制為：EF6AH20?在一個請求分頁存儲管理系統(tǒng)中，用戶編程空間32個頁，頁長1KB,主存為16KB,如果用戶程序有10頁長，若已知虛頁0、1、2、3頁已分得頁框4、7、8、10,試將虛地址0AC5H和1AC5H轉換成對應的物理地址虛地址0AC5H對應的物理地址為：12C5H而執(zhí)行虛地址1AC5H會發(fā)現(xiàn)頁表中尚未有分配的頁框而發(fā)生缺頁中斷，由系統(tǒng)另行分配頁框。29?考慮下列段表:段號起始地址段長0200500189030212010031250[600418008830?請頁式虛存管理系統(tǒng)中，進程訪問地址序列為：10、11、104、170、73、305、180、240、244、445、467、366,試問：(1)如果頁面大小為100,給出頁面訪問序列。(2)進程若分得3個頁框,采用FIFO和LRU替換算法,求缺頁中斷率？頁面訪問序列為0,0，1，1,0,3，1,2,2，4,4,3。FIFO為5次，缺頁中斷率為5/12=41.6%。LRU為6次，缺頁中斷率為6/12=50%。LRU反比FIFO缺頁中斷率高。第五章一.思考題試述設備管理的基本功能。輪詢方式：優(yōu)點：揑制簡単’不需要多少哽件的支持.銚點：(1)CPU和外團設備只能串行工作.便得CPU的尢量時間都業(yè)于箏櫓?？臻e狀血CPU的利用率大大降低.(?)(JPU—段時間內只能豹一臺外國設備交換數(shù)據(jù)悟息，從而不髄真現(xiàn)設備之間杓并行工作*由于程序直接控制方扎靠測試投備標志觸發(fā)黑的就態(tài)位來牠制軼據(jù)特送，因此無法發(fā)現(xiàn)和處理由于設備或其它址件所產生的曙邃?適用干CPU執(zhí)行速度慢，而且外囲設備較少的系統(tǒng).中斷驅動I/O方式-優(yōu)點：EPU的利用率大大提高且能支持多道程序和設備的并行操作”■缺點：由于在I/O揑闇器的救據(jù)綏沖寄存器裝満撤據(jù)之后會歿生中斷，而且瞰據(jù)媒?jīng)_寄存器通常較Jr固此'在一次叔擔傳退過程中發(fā)生的中斷次數(shù)較多，特耗去CPU丸量時間*現(xiàn)代計算系統(tǒng)通常配備各神各樣外圏設備，如果這些設備適過中斷方式進行并行操作，則由于中斷次數(shù)的急劇增加而地成CTU無法響應中斷和出現(xiàn)數(shù)擁丟失現(xiàn)來.中斷控制方武時，如果外田設備的速度也比校高，則町能進咸數(shù)握緩沖寄存壽的數(shù)據(jù)由于CP「來不及取走而丟戔DMA方式：■缺陷：DMA方或對外圍設備的管理和操作仍由CPU控制匚多個DMA控制器同時使用顯然會引起內存地址的沖究并使得控制過程進一步復雜化。多個DMA控制器的同時使用也是不經(jīng)濟的.（4）通道方式為什么要引入緩沖技術？其基本思想是什么？①為了解決cpu與設備之間速度不匹配的矛盾；②協(xié)調邏輯記錄大小與物理記錄大小不一致的問題；③提高cpu和設備的并行性；④減少I/O操作對cpu的中斷次數(shù)，放寬對cpu中斷響應時間的要求?；舅枷耄寒斶M程執(zhí)行寫操作輸出數(shù)據(jù)時，先向系統(tǒng)申請一個輸出緩沖區(qū)，然后將輸入送入緩沖區(qū)，若是順序寫請求，則不斷的將數(shù)據(jù)填入緩沖區(qū)，直至裝滿為止，此后進程可以繼續(xù)計算，同時系統(tǒng)將緩沖區(qū)的內容寫到設備上；當進程執(zhí)行讀操作輸入數(shù)據(jù)時，先向系統(tǒng)申請一個輸入緩沖區(qū)，系統(tǒng)將設備上的一條物理記錄讀至緩沖區(qū)，根據(jù)要求把當前所需要的邏輯記錄從緩沖區(qū)中選出并傳送給進程。21.什么是虛擬設備？實現(xiàn)虛擬設備的主要條件是什么？虛擬設備：為了提高獨占設備的利用率，采用SPOOLING術，用可共享的設備模擬獨占設備，使獨占設備成為共享設備，使每個作業(yè)感到自己分到了速度極高的獨占設備。這種模擬的獨占設備稱為虛擬設備。26.SPOOLing是如何把獨占型設備改造成共享設備的？答：在聯(lián)機的條件下，進行兩個方向的操作，在數(shù)據(jù)輸入時，將數(shù)據(jù)從輸入設備傳送到磁盤或磁帶（塊設備），然后把這些塊設備與主機相連；反過來，在數(shù)據(jù)輸出時，將輸出數(shù)據(jù)傳送到磁盤或磁帶上，再從磁盤或磁帶傳送到輸出設備。這樣，可以將一臺獨占的物理設備虛擬為并行使用的多臺邏輯設備， 從而使該物理設備被多個進程共享。28.為什么要引入設備獨立性？如何實現(xiàn)設備獨立性？答：設備獨立性：用戶不指定物理設備，而是指定邏輯設備，使得用戶作業(yè)和物理設備之間分離開來，再通過其他途徑建立邏輯設備和物理設備之間的映射， 設備的這種特性就是“設備無關性”。好處：應用程序與具體物理設備無關，系統(tǒng)增減或變更設備時對源程序不必加以修改；易于應對I/O設備故障，提高系統(tǒng)可靠性；增加設備分配的靈活性，更有效地利用邏輯設備資源，實現(xiàn)多道程序設計。二?應用題1.旋轉型設備上信息的優(yōu)化分布能減少為若干個I/O服務的總時間。設磁鼓上分為20個區(qū)，每區(qū)存放一個記錄，磁鼓旋轉一周需20毫秒，讀出每個記錄平均需用1毫秒，讀出后經(jīng)2毫秒處理，再繼續(xù)處理下一個記錄。在不知當前磁鼓位置的情況下：（1）順序存放記錄1、??…，?記錄20時，試計算讀出并處理20個記錄的總時間；（2）給出優(yōu)先分布20個記錄的一種方案，使得所花的總處理時間減少，且計算出這個方案所花的總時間。定位第1個記錄需10ms。讀出第1個記錄，處理花2ms，這時已到了第4個記錄，再轉過18個記錄（花18ms）才能找到記錄2，所以，讀出并處理20個記錄的總時間：10+3+（1+2+18%19=13+21X19=412ms如果給出優(yōu)先分布20個記錄的方案為：1,8，15,2，9，16，3，10，17，4,11，18，5，12，19,6，13,20，7，14。當讀出第1個記錄，花2ms處理后，恰好就可以處理記錄2,省去了尋找下一個記錄的時間，讀出并處理20個記錄的總時間：10+3+3X19=13+247=260ms2?現(xiàn)有如下請求隊列:8,18,27,129,110,186,78,147,41,10,64,12;試用查找時間最短優(yōu)先算法計算處理所有請求移動的總柱面數(shù)。假設磁頭當前位置下在磁道100。處理次序為：100-110-129-147-186-78-64-41-27-18-12-10-8。移動的總柱面數(shù)：264。5.對此盤存在如下5個請求:請求次序柱面號磁頭號扇區(qū)號172827253712430535366假如當前磁頭位于1號柱面，試分析對這5個請求如何調度可使得磁盤的旋轉圈數(shù)最少？使磁盤的旋轉圈數(shù)為最少的調度次序為：5、3、2、1、和4假定磁盤有200個柱面，編號0~199,當前存取臂的位置在143號柱面上，并剛剛完成了125號柱面的服務請求，如果請求隊列的先后順序是：86,147,91,177,94,150,102,175,130;試問：為完成上述請求，下列算法存取臂移動的總量是多少？并算出存取臂移動的順序。（1）先來先服務算法FCFS（2）最短查找時間優(yōu)先算法SSTF（3）掃描算法SCAN。（4）電梯調度。（1）先來先服務算法FCFS為565，依次為143-86-147-91-177-94-150-102-175-130o⑵最短查找時間優(yōu)先算法SSTF為162依次為143-147-150-130-102-94-91-86-175-177o（3）掃描算法SCAN為169,依次為143-147-15017&177-199-130-102-9491-86。⑷電梯調度為125（先向地址大的方向），依次為143-147-150-175-177-102-9491-86。為148（先向地址小的方向）依次為143-130-102-94-91-86-147-150-175-177磁盤請求的柱面按10,22,20,2,40,6,38的次序到達磁盤的驅動器，尋道時每個柱面移動需要6ms。計算按以下算法調度時的尋道時間： A先來先服務B）最短尋道時間優(yōu)先C）掃描算法（正向柱面大的方向移動）A） 先來先