操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)指導(dǎo)和考試指導(dǎo)（上篇）

操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)指導(dǎo)和考試指導(dǎo)（上篇）目錄\h第1章操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介\h1.1概述\h1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)\h1.3操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)\h1.4習(xí)題與解答\h第2章進(jìn)程管理\h2.1概述\h2.2進(jìn)程概念\h2.3線程\h2.4CPU調(diào)度\h2.5進(jìn)程同步\h2.6死鎖\h2.7習(xí)題與解答\h2.8OSC\h*1\h習(xí)題與解答*OSC即《OperatingSystemConceptes(6thEdition)》,SilberschatzA等著。第1章操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.1概述操作系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展了45年，它始終圍繞著兩個(gè)主要目的。第一，操作系統(tǒng)試圖調(diào)度計(jì)算活動(dòng)以確保計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的高性能。第二，操作系統(tǒng)提供一個(gè)便于開發(fā)和運(yùn)行程序的環(huán)境。最初，計(jì)算機(jī)只能通過控制臺(tái)來使用。匯編程序、裝載程序、連接程序和編譯程序改善了系統(tǒng)編程的方便性，但也增加了大量的設(shè)置時(shí)間。為了減少設(shè)置時(shí)間，采用了操作員和批處理的方式。批處理系統(tǒng)通過使用駐留操作系統(tǒng)以允許自動(dòng)切換作業(yè)，進(jìn)而大大地提高了計(jì)算機(jī)的整體使用率。計(jì)算機(jī)不再需要等待人工操作。但是，CPU使用率仍然很低，這是因?yàn)镮/O設(shè)備的速度要比CPU慢。當(dāng)然，可以對(duì)慢設(shè)備采取離線操作的方法，即在一個(gè)CPU上使用多個(gè)磁帶讀入和磁帶打印系統(tǒng)。為了改善計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體性能，開發(fā)人員引入了多道程序設(shè)計(jì)的概念，這樣多個(gè)作業(yè)可以同時(shí)位于內(nèi)存中。CPU在這些作業(yè)之間來回切換而提高了使用率，也降低了執(zhí)行作業(yè)所需要的總時(shí)間。多道程序設(shè)計(jì)也允許分時(shí)。分時(shí)操作系統(tǒng)允許多個(gè)（甚至數(shù)百個(gè)）用戶同時(shí)交互地使用一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。PC是微機(jī)。它們與大型機(jī)相比，相對(duì)比較小并且便宜。這些計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)在許多方面都得益于大型機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展成果。不過，由于單個(gè)用戶可以獨(dú)用計(jì)算機(jī)，因而CPU利用率不再是主要問題。因此，有的大型操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)決策不再適用于這些小系統(tǒng)。其他設(shè)計(jì)決策，如安全性等，因?yàn)镻C可以通過網(wǎng)絡(luò)或WWW與其他計(jì)算機(jī)和用戶相連，對(duì)于微型機(jī)和大型機(jī)都同樣適用。并行系統(tǒng)有多個(gè)緊密通信的CPU。這些CPU共享總線，有時(shí)也共享內(nèi)存和外設(shè)。這些系統(tǒng)提供了高計(jì)算量和高可靠性。分布式系統(tǒng)允許對(duì)分布在各地的主機(jī)資源進(jìn)行共享。集群系統(tǒng)允許多個(gè)系統(tǒng)對(duì)位于共享存儲(chǔ)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，即使一部分集群成員失敗也能正常工作。硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)常常用于控制專用應(yīng)用設(shè)備。硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)具有明確的、固定的時(shí)間約束。處理必須在規(guī)定的約束內(nèi)完成，否則系統(tǒng)失敗。軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)沒有嚴(yán)格的時(shí)間約束，不支持最終時(shí)限調(diào)度。近來，由于Internet和WWW（WorldWideWeb，萬(wàn)維網(wǎng)）的影響，現(xiàn)代操作系統(tǒng)也集成了WWW瀏覽器、網(wǎng)絡(luò)和通信軟件。1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通過將一臺(tái)計(jì)算機(jī)上的CPU操作和I/O操作交替執(zhí)行，多道程序設(shè)計(jì)和分時(shí)系統(tǒng)改善了性能。這種交替的工作方式要求CPU與I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸或者采用輪詢方式，或者采用對(duì)I/O端口的中斷驅(qū)動(dòng)訪問方式，或者是DMA方式來處理。為了讓計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序，程序必須位于內(nèi)存中。內(nèi)存是處理器能直接訪問的惟一大容量存儲(chǔ)區(qū)域。內(nèi)存是字節(jié)或字的數(shù)組，容量為數(shù)百KB到數(shù)十GB。每個(gè)字都有其地址。內(nèi)存是易失性存儲(chǔ)器，當(dāng)沒有電源時(shí)會(huì)失去其內(nèi)容。絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都提供了外存以擴(kuò)充內(nèi)存。對(duì)外存的主要要求是，它要能長(zhǎng)久地存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。最常用的外存是磁盤，它提供對(duì)數(shù)據(jù)和程序的存儲(chǔ)。磁盤是非易失性的，且能隨機(jī)訪問。磁帶主要用于備份，用于存儲(chǔ)不常使用的信息，也作為系統(tǒng)之間的信息傳遞媒介。根據(jù)速度和價(jià)格，可以將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的不同存儲(chǔ)系統(tǒng)按層次來組織。最高層最為昂貴但也最快。隨著向?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)下面移動(dòng)，單位的價(jià)格通常降低，而訪問時(shí)間通常增加。操作系統(tǒng)必須確保計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的正確操作。為了防止用戶干預(yù)系統(tǒng)的正常操作，硬件有兩種模式：用戶模式和監(jiān)督程序模式。許多指令（如I/O指令和停機(jī)指令）都有特權(quán)，但只能在監(jiān)督程序模式下執(zhí)行。操作系統(tǒng)所駐留的內(nèi)存也必須加以保護(hù)以防止用戶程序修改。定時(shí)器防止無(wú)窮循環(huán)。這些工具（如雙模式、特權(quán)指令、內(nèi)存保護(hù)、定時(shí)器中斷）都是操作系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)正確操作的基本單元。1.3操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)提供若干服務(wù)。在最底層，系統(tǒng)調(diào)用允許運(yùn)行程序直接向操作系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求。在高層，命令解釋程序或操作系統(tǒng)外殼使得用戶不必編寫程序就能發(fā)出請(qǐng)求。命令可以來自文件（批處理模式），或者直接來自鍵盤輸入（交互模式或分時(shí)模式）。系統(tǒng)程序用來滿足一些常用的用戶操作。請(qǐng)求類型隨請(qǐng)求級(jí)別的變化而變化。系統(tǒng)調(diào)用級(jí)別提供基本功能，如進(jìn)程控制，文件和設(shè)備管理。由命令解釋程序或系統(tǒng)程序來完成的高級(jí)別請(qǐng)求需要轉(zhuǎn)換成一系列的系統(tǒng)請(qǐng)求。系統(tǒng)服務(wù)可分成許多類型：程序控制、狀態(tài)請(qǐng)求和I/O請(qǐng)求。程序出錯(cuò)可作為對(duì)服務(wù)的一種隱式請(qǐng)求。在定義了系統(tǒng)服務(wù)之后，就可開發(fā)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。需要用各種表記錄一些信息，這些信息定義了計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)狀態(tài)和系統(tǒng)的作業(yè)狀態(tài)。設(shè)計(jì)一個(gè)新操作系統(tǒng)是個(gè)重大任務(wù)。在設(shè)計(jì)開始之前，要定義好系統(tǒng)目標(biāo)。它們是選擇各種必要算法和策略的基礎(chǔ)。由于操作系統(tǒng)非常龐大，所以模塊化設(shè)計(jì)很重要。按一系列層或采用微內(nèi)核來設(shè)計(jì)系統(tǒng)是比較好的技術(shù)。虛擬機(jī)概念采用了分層方法，并將操作系統(tǒng)內(nèi)核和硬件都作為硬件來考慮。其他操作系統(tǒng)可以建立在這一虛擬機(jī)之上。例如，實(shí)現(xiàn)JVM（JavaVirtualMachine，Java虛擬機(jī)）的操作系統(tǒng)能運(yùn)行所有Java程序，因?yàn)镴VM為Java程序抽象化了底層系統(tǒng)，提供了與平臺(tái)無(wú)關(guān)接口。?在整個(gè)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期中，我們必須仔細(xì)區(qū)分策略和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)（機(jī)制）。在后面需要修改策略時(shí)，這種區(qū)分允許最大限度的靈活性。現(xiàn)在的操作系統(tǒng)幾乎都是用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言來編寫的。這一特征改善了操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、維護(hù)和可移植性。為特定機(jī)器配置創(chuàng)建操作系統(tǒng)，我們必須執(zhí)行系統(tǒng)生成工作。1.4習(xí)題與解答一、單項(xiàng)選擇題1．操作系統(tǒng)是對(duì)＿＿＿＿進(jìn)行管理的軟件。A．軟件B．硬件C．計(jì)算機(jī)資源D．應(yīng)用程序答：C2．從用戶的觀點(diǎn)看，操作系統(tǒng)是＿＿＿＿。A．用戶與計(jì)算機(jī)之間的接口B．控制和管理計(jì)算機(jī)資源的軟件C．合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程的軟件D．由若干層次的程序按一定的結(jié)構(gòu)組成的有機(jī)體答：A3．操作系統(tǒng)的功能是進(jìn)行處理機(jī)管理、＿＿＿＿管理、設(shè)備管理及信息管理。A．進(jìn)程B．存儲(chǔ)器C．硬件D．軟件答：B4．操作系統(tǒng)中采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)提高CPU和外部設(shè)備的＿＿＿＿。A．利用率B．可靠性C．穩(wěn)定性D．兼容性答：A5．操作系統(tǒng)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不可缺少的組成部分，是為了提高計(jì)算機(jī)的＿＿＿＿和方便用戶使用計(jì)算機(jī)而配備的一種系統(tǒng)軟件。A．速度B．利用率C．靈活性D．兼容性答：B6．操作系統(tǒng)的基本類型主要有＿＿＿＿。A．批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)及多任務(wù)系統(tǒng)B．實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、批處理操作系統(tǒng)及分時(shí)操作系統(tǒng)C．單用戶系統(tǒng)、多用戶系統(tǒng)及批處理系統(tǒng)D．實(shí)時(shí)系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)和多用戶系統(tǒng)答：B7．操作系統(tǒng)是一種＿＿＿＿。A．通用軟件B．系統(tǒng)軟件C．應(yīng)用軟件D．軟件包答：B8．操作系統(tǒng)的＿＿＿＿管理部分負(fù)責(zé)對(duì)進(jìn)程進(jìn)行調(diào)度。A．主存儲(chǔ)器B．控制器C．運(yùn)算器D．處理機(jī)答：D9．下列選擇中，＿＿＿＿不是操作系統(tǒng)關(guān)心的主要問題。（浙江大學(xué)2003年研究生試題）A．管理計(jì)算機(jī)裸機(jī)B．設(shè)計(jì)、提供用戶程序與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的界面?C．管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源D．高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的編譯器答：D10．按照計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的一般原則，從用戶的角度將依次（①、②、③）看到＿＿＿＿。（浙江大學(xué)2003年研究生試題）A．①C語(yǔ)言編譯程序，②用C語(yǔ)言寫的某單位人事管理程序，③操作系統(tǒng)B．①用C語(yǔ)言寫的某單位人事管理程序，②C語(yǔ)言編譯程序，③操作系統(tǒng)C．①操作系統(tǒng)，②用C語(yǔ)言寫的某單位人事管理程序，③C語(yǔ)言編譯程序D．①用C語(yǔ)言寫的某單位人事管理程序，②操作系統(tǒng)，③C語(yǔ)言編譯程序答：B11．系統(tǒng)功能調(diào)用是＿＿＿＿。（浙江大學(xué)2003年研究生試題）A．用戶編寫的一個(gè)子程序B．高級(jí)語(yǔ)言中的庫(kù)程序C．操作系統(tǒng)中的一條命令D．操作系統(tǒng)向用戶程序提供的接口答：D12．＿＿＿＿是幫助管理計(jì)算機(jī)資源的一整套程序。（浙江大學(xué)2002年研究生試題）A．應(yīng)用程序B．備份程序C．診斷程序D．操作系統(tǒng)程序答：D13．＿＿＿＿不是一個(gè)操作系統(tǒng)環(huán)境。（浙江大學(xué)2002年研究生試題）A．賽揚(yáng)（Celeron）B．WindowsCEC．LINUXD．Solaris答：A14．＿＿＿＿系統(tǒng)具有同時(shí)管理和運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用程序的能力。（浙江大學(xué)2002年研究生試題）A．GUIB．WindowsApplicationsC．MultitaskingD．Networking答：C15．＿＿＿＿是一個(gè)Microsoft公司竭力反對(duì)的操作系統(tǒng)。（浙江大學(xué)2002年研究生試題）A．OS/2B．WindowsNTC．LINUXD．Macintosh答：C16．所謂＿＿＿＿是指將一個(gè)以上的作業(yè)放入主存，并且同時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)，這些作業(yè)共享處理機(jī)的時(shí)間和外圍設(shè)備等其他資源。A．多重處理B．多道程序設(shè)計(jì)C．實(shí)時(shí)處理D．共行執(zhí)行答：B17．多道批處理系統(tǒng)的硬件支持是20世紀(jì)60年代初發(fā)展起來的＿＿＿＿。A．ASIC技術(shù)B．通道和中斷機(jī)構(gòu)C．集成電路D．高速內(nèi)存答：B18．下面關(guān)于操作系統(tǒng)的敘述中正確的是＿＿＿＿。A．批處理作業(yè)必須具有作業(yè)控制信息。B．分時(shí)系統(tǒng)不一定都具有人機(jī)交互功能。C．從響應(yīng)時(shí)間的角度看，實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)差不多。D．由于采用了分時(shí)技術(shù)，用戶可以獨(dú)占計(jì)算機(jī)的資源。答：A19．＿＿＿＿操作系統(tǒng)允許在一臺(tái)主機(jī)上同時(shí)連接多臺(tái)終端，多個(gè)用戶可以通過各自的終端同時(shí)交互地使用計(jì)算機(jī)。A．網(wǎng)絡(luò)B．分布式C．分時(shí)D．實(shí)時(shí)答：C20．如果分時(shí)操作系統(tǒng)的時(shí)間片一定，那么＿＿＿＿，則響應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)。A．用戶數(shù)越少B．用戶數(shù)越多C．內(nèi)存越少D．內(nèi)存越多答：B21．分時(shí)操作系統(tǒng)通常采用＿＿＿＿策略為用戶服務(wù)。A．可靠性和靈活性B．時(shí)間片輪轉(zhuǎn)C．時(shí)間片加權(quán)分配D．短作業(yè)優(yōu)先答：B22．＿＿＿＿操作系統(tǒng)允許用戶把若干個(gè)作業(yè)提交給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。A．單用戶B．分布式C．批處理D．監(jiān)督答：C23．在＿＿＿＿操作系統(tǒng)控制下，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能及時(shí)處理由過程控制反饋的數(shù)據(jù)并作出響應(yīng)。A．實(shí)時(shí)B．分時(shí)C．分布式D．單用戶答：A24．下面6個(gè)系統(tǒng)中，必須是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的有＿＿＿＿個(gè)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)航空訂票系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)機(jī)器翻譯系統(tǒng)辦公自動(dòng)化系統(tǒng)計(jì)算機(jī)激光照排系統(tǒng)A．1B．2C．3D．4答：C25．設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)時(shí)，首先應(yīng)考慮系統(tǒng)的＿＿＿＿。A．可靠性和靈活性B．實(shí)時(shí)性和可靠性C．靈活性和可靠性D．優(yōu)良性和分配性答：B26．若把操作系統(tǒng)看作計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者，下列不屬于操作系統(tǒng)所管理的資源是＿＿＿＿。A．程序B．內(nèi)存C．CPUD．中斷答：D27．在下列操作系統(tǒng)的各個(gè)功能組成部分中，＿＿＿＿不需要硬件的支持。A．進(jìn)程調(diào)度B．時(shí)鐘管理C．地址映射D．中斷系統(tǒng)答：A28．實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)必須在＿＿＿＿內(nèi)響應(yīng)來自外部的事件。（西安電子科技大學(xué)2000年研究生試題）A．響應(yīng)時(shí)間B．周圍時(shí)間C．規(guī)定時(shí)間D．調(diào)度時(shí)間答：C29．多道程序設(shè)計(jì)是指＿＿＿＿。（西安電子科技大學(xué)2002年研究生試題）A．在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中并發(fā)運(yùn)行多個(gè)程序B．在分布系統(tǒng)中同一時(shí)刻運(yùn)行多個(gè)程序C．在一臺(tái)處理機(jī)上同一時(shí)刻運(yùn)行多個(gè)程序D．在一臺(tái)處理機(jī)上并發(fā)運(yùn)行多個(gè)程序答：D?30．操作系統(tǒng)提供給程序員的接口是＿＿＿＿。A．進(jìn)程B．系統(tǒng)調(diào)用C．庫(kù)函數(shù)D．B和C答：B31．配置了操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)是一臺(tái)比原來的物理計(jì)算機(jī)功能更強(qiáng)的計(jì)算機(jī)，這樣的計(jì)算機(jī)只是一臺(tái)邏輯上的計(jì)算機(jī)，稱為＿＿＿＿計(jì)算機(jī)。A．并行B．真實(shí)C．虛擬D．共享答：C32．批處理系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是＿＿＿＿。（清華大學(xué)1996年研究生試題）A．CPU利用率低B．不能并發(fā)執(zhí)行C．缺少交互性D．以上都不是答：C33．操作系統(tǒng)＿＿＿＿采用了以空間換時(shí)間的技術(shù)。A．SPOOLing技術(shù)B．覆蓋技術(shù)C．通道技術(shù)D．虛擬存儲(chǔ)技術(shù)答：A34．分時(shí)系統(tǒng)中為了使多個(gè)用戶能夠同時(shí)與系統(tǒng)交互，最關(guān)鍵的問題是＿＿＿＿。A．計(jì)算機(jī)具有足夠快的運(yùn)算速度B．能快速進(jìn)行內(nèi)外存之間的信息交換C．系統(tǒng)能夠及時(shí)接收多個(gè)用戶的輸入D．短時(shí)間內(nèi)所有用戶程序都能運(yùn)行答：C35．實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)可靠性和安全性的要求極高，它＿＿＿＿。A．十分注意系統(tǒng)資源的利用率B．不強(qiáng)調(diào)響應(yīng)速度C．不強(qiáng)求系統(tǒng)資源的利用率D．不必向用戶反饋信息答：C36．操作系統(tǒng)是一種A，在操作系統(tǒng)中采用多道程序設(shè)計(jì)方式能提高CPU和外部設(shè)備的B。一般來說，為了實(shí)現(xiàn)多道程序設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)需要有C。操作系統(tǒng)D已經(jīng)成為工作站上的主流操作系統(tǒng)，對(duì)于使用D操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來說E語(yǔ)言是主要的高級(jí)語(yǔ)言。A：（1）通用軟件；（2）系統(tǒng)軟件；（3）應(yīng)用軟件；（4）軟件包。B：（1）利用效率；（2）可靠性；（3）穩(wěn)定性；（4）兼容性。C：（1）更大的內(nèi)存；（2）更快的外部設(shè)備；（3）更快的CPU；（4）更先進(jìn)的終端；D：（1）VMS；（2）DOS；（3）MVS；（4）UNIX。E：（1）Pascal；（2）Ada；（3）C；（4）Fortran。答：A—（2）B—（1）C—（1）D—（4）E—（3）37．操作系統(tǒng)是一種系統(tǒng)軟件，它有許多種類，DOS屬于A操作系統(tǒng)。而B已成為工作站上主流操作系統(tǒng)。中斷一般可分成C和D。D又可分成為兩類，一類是程序中固定地址越界，數(shù)據(jù)溢出等錯(cuò)誤所引起的中斷，另一類可稱為E。供選擇的答案：A．①分時(shí)②分布式③單用戶④網(wǎng)絡(luò)B．①VMS②MVS③DOS④UNIXC，D，E．①硬件中斷②缺頁(yè)中斷③軟件中斷④自愿中斷⑤強(qiáng)迫中斷⑥停電中斷⑦I/O中斷⑧時(shí)鐘中斷?答：A—③B—④C—③D—①E—⑦38．在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中配置操作系統(tǒng)的主要目的是A，操作系統(tǒng)的主要功能是管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的B，其中包括C管理和D管理，以及設(shè)備管理和文件管理。這里的C管理主要是對(duì)進(jìn)程進(jìn)行管理。A：（1）增強(qiáng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能；（2）提高系統(tǒng)資源的利用率；（3）提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度；（4）合理地組織系統(tǒng)的工作流程，以提高系統(tǒng)吞吐量。B：（1）程序和數(shù)據(jù)；（2）進(jìn)程；（3）資源；（4）作業(yè)；（5）任務(wù)。C，D：（1）存儲(chǔ)器；（2）虛擬存儲(chǔ)器；（3）運(yùn)算器；（4）處理機(jī)；（5）控制器。答：A—（2）B—（3）C—（4）D—（1）39．操作系統(tǒng)有多種類型：（1）允許多個(gè)用戶以交互方式使用計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，稱為A；（2）允許多用戶將若干個(gè)作業(yè)提交給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集中處理的操作系統(tǒng)稱為B；（3）在C的控制下，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能及時(shí)處理由過程控制反饋的數(shù)據(jù)，并做出響應(yīng)；（4）在IBMPC中，操作系統(tǒng)稱為D。A，B，C，D：（1）批處理操作系統(tǒng)；（2）分時(shí)操作系統(tǒng)；（3）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；（4）微機(jī)操作系統(tǒng)；（5）多處理操作系統(tǒng)。答：A—（2）B—（1）C—（3）D—（4）40．分時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間（及時(shí)性）主要是根據(jù)A確定的，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間則是由B確定的。A，B：（1）時(shí)間片大??；（2）用戶數(shù)目；（3）計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度；（4）用戶所能接受的等待時(shí)間；（5）控制對(duì)象所能接受的時(shí)延；（6）實(shí)時(shí)調(diào)度。答：A—（4）B—（5）41．分時(shí)系統(tǒng)中，為使多個(gè)用戶能夠同時(shí)與系統(tǒng)交互，最關(guān)鍵的問題是A，當(dāng)用戶數(shù)目為100時(shí)，為保證響應(yīng)不超過2秒；此時(shí)的時(shí)間片最大應(yīng)為B。A：（1）計(jì)算機(jī)具有足夠的運(yùn)行速度；（2）內(nèi)存容量應(yīng)足夠大；（3）系統(tǒng)能及時(shí)地接收多個(gè)用戶輸入；（4）能在短時(shí)間內(nèi)，讓所有用戶程序都能運(yùn)行；（5）能快速進(jìn)行內(nèi)外存對(duì)換。B：（1）10ms；（2）20ms；（3）50ms；（4）100ms；（5）200ms。答：A—（4）B—（2）42．在設(shè)計(jì)分時(shí)操作系統(tǒng)時(shí)，首先要考慮的是A；在設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)時(shí)，首先要考慮的是B；在設(shè)計(jì)批處理系統(tǒng)時(shí)，首先要考慮的是C。A，B，C：（1）靈活性和可適應(yīng)性；（2）交互性和響應(yīng)時(shí)間；（3）周轉(zhuǎn)時(shí)間和系統(tǒng)吞吐量；（4）實(shí)時(shí)性和可靠性。答：A—（2）B—（4）C—（3）43．從總體上說，多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)可A單位時(shí)間的算題量，對(duì)每一個(gè)算題開始到全部完成所需要的時(shí)間可能B。A．B：（1）增加（2）減少（3）延長(zhǎng)（4）縮短答：A—（1）B—（3）44．批處理系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是A。A：（1）CPU的利用率不高（2）失去了交互性（3）不具備并行性（4）以上都不是答：A—（2）45．在只有一個(gè)CPU的情況下，多道程序環(huán)境下的各道程序在宏觀上是＿＿＿＿運(yùn)行，在微觀上則是＿＿＿＿執(zhí)行。A．并行B．串行C．資源D．作業(yè)答：A，B46．能對(duì)外部輸入的信息在規(guī)定時(shí)限內(nèi)處理完畢并作出反應(yīng)的操作系統(tǒng)稱為＿＿＿＿。A．分時(shí)操作系統(tǒng)B．批處理操作系統(tǒng)C．實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)D．多處理機(jī)操作系統(tǒng)答：C47．A以操作系統(tǒng)為支撐環(huán)境，也就是說，操作系統(tǒng)為A提供服務(wù)。操作系統(tǒng)緊貼B并把B改造成功能更強(qiáng)大，使用更方便的C，操作系統(tǒng)本身的活動(dòng)部分并發(fā)，部分順序地執(zhí)行，并發(fā)部分稱為D，順序部分稱為E。供選擇的答案：A：（1）系統(tǒng)軟件（2）應(yīng)用軟件（3）非中斷驅(qū)動(dòng)軟件（4）中斷驅(qū)動(dòng)軟件B，C，D，E：（1）CPU（2）裸機(jī)（3）微核（4）外核（5）個(gè)人計(jì)算機(jī)（6）內(nèi)核（7）虛擬計(jì)算機(jī)（8）網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)答：A—（2）B—（2）C—（7）D—（6）E—（4）二、填空題1．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由＿＿＿＿系統(tǒng)和＿＿＿＿系統(tǒng)兩部分組成。答：硬件，軟件2．采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)能充分發(fā)揮＿＿＿＿與＿＿＿＿并行工作的能力。答：CPU，外設(shè)3．操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一種系統(tǒng)軟件，它以盡量合理、有效的方式組織和管理計(jì)算機(jī)的＿＿＿＿，并控制程序的運(yùn)行，使整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能高效地運(yùn)行。答：資源4．多道程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是多道、＿＿＿＿和＿＿＿＿。（西安電子科技大學(xué)2001年研究生試題）答：宏觀上并行、微觀上串行5．操作系統(tǒng)向用戶提供了兩類接口，一類是＿＿＿＿，另一類是＿＿＿＿。（西安電子科技大學(xué)2001年研究生試題）答：命令級(jí)接口，程序級(jí)接口6．多道程序的設(shè)計(jì)是利用了＿＿＿＿和＿＿＿＿的并行工作能力來提高系統(tǒng)效率的。（陜西省1995年自考題）答：CPU，外設(shè)7．為了實(shí)現(xiàn)CPU與外部設(shè)備的并行工作，系統(tǒng)引入了＿＿＿＿硬件機(jī)制。（北京大學(xué)1997年研究生試題）答：中斷8．操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)＿＿＿＿，它管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的＿＿＿＿。（清華大學(xué)1999年研究生試題）答：系統(tǒng)軟件，軟件和硬件資源9．允許多個(gè)用戶以交互式使用計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)稱為＿＿＿＿。答：分時(shí)操作系統(tǒng)?10．允許多個(gè)用戶將多個(gè)作業(yè)提交給計(jì)算機(jī)集中處理的操作系統(tǒng)稱為＿＿＿。答：批處理操作系統(tǒng)11．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能及時(shí)處理過程控制數(shù)據(jù)并做出響應(yīng)的操作系統(tǒng)稱為＿＿＿。答：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)12．對(duì)操作系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)目標(biāo)來說，批處理操作系統(tǒng)應(yīng)注重提高計(jì)算機(jī)的效率，盡量增加系統(tǒng)的＿＿＿＿，分時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)保證用戶＿＿＿＿；而實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)則應(yīng)在保證及時(shí)響應(yīng)和處理有關(guān)事件的前提下，再考慮＿＿＿＿。答：平均吞吐量，所能忍受的響應(yīng)時(shí)間，系統(tǒng)資源的利用率13．在一個(gè)具有分時(shí)兼批處理的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中，如果有終端作業(yè)和批處理作業(yè)混合同時(shí)執(zhí)行，則＿＿＿＿作業(yè)應(yīng)優(yōu)先占用處理機(jī)。答：終端型14．為了實(shí)現(xiàn)多道程序設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在硬件方面必須提供兩種支持，它們是＿＿＿＿和＿＿＿＿。答：中斷，通道15．批處理系統(tǒng)的基本特征是“批量”，它把提高作業(yè)的＿＿＿＿作為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)也兼顧作業(yè)的＿＿＿＿。答：吞吐量，周轉(zhuǎn)時(shí)間16．單道批處理系統(tǒng)是在解決＿＿＿＿和＿＿＿＿的矛盾中發(fā)展起來的。答：人機(jī)矛盾，CPU和I/O設(shè)備之間速度不匹配17．操作系統(tǒng)的基本功能包括①管理、②管理、③管理、④管理。除此之外還為用戶使用操作系統(tǒng)提供了用戶接口。答：①處理機(jī)②存儲(chǔ)器③設(shè)備④文件18．如果一個(gè)操作系統(tǒng)兼有批處理、分時(shí)處理和實(shí)時(shí)處理操作系統(tǒng)三者或其中兩者的功能，這樣的操作系統(tǒng)稱為＿＿＿。答：通用操作系統(tǒng)19．在分時(shí)和批處理系統(tǒng)結(jié)合的操作系統(tǒng)中引入了“前臺(tái)”和“后臺(tái)”作業(yè)的概念，其目的是＿＿＿＿。答：為了提高CPU的利用率20．分時(shí)操作系統(tǒng)的主要特征有三個(gè)，即①、②和③。答：①多路性②交互性③獨(dú)占性21．實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與分時(shí)操作系統(tǒng)的主要區(qū)別是＿＿＿。答：及時(shí)性和高可靠性22．如果操作系統(tǒng)具有很強(qiáng)的交互性，可同時(shí)供多個(gè)用戶使用，但時(shí)間響應(yīng)不太及時(shí)。則屬于①類型；如果操作系統(tǒng)可靠，時(shí)間響應(yīng)及時(shí)但僅有簡(jiǎn)單的交互能力，則屬于②類型；如果操作系統(tǒng)在用戶提交作業(yè)后，不提供交互能力，它所追求的是計(jì)算機(jī)資源的高利用率，大吞吐量和作業(yè)流程的自動(dòng)化，則屬于③類型。答：①分時(shí)操作系統(tǒng)②實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)③批處理操作系統(tǒng)23．在主機(jī)控制下進(jìn)行的輸入／輸出操作稱為＿＿＿＿操作。答：聯(lián)機(jī)輸入／輸出24．按內(nèi)存中同時(shí)運(yùn)行程序的數(shù)目可以將批處理系統(tǒng)分為兩類：①和②。?答：①單道批處理系統(tǒng)②多道批處理系統(tǒng)25．并發(fā)和＿＿＿＿是操作系統(tǒng)的兩個(gè)最基本的特征，兩者之間互為存在條件。答：共享26．＿＿＿＿系統(tǒng)不允許用戶隨時(shí)干預(yù)自己程序的運(yùn)行。答：批處理27．操作系統(tǒng)的主要性能參數(shù)有①和②等。①指的是單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)處理的作業(yè)量。②指的是在一個(gè)給定時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)的一個(gè)指定成分被使用的時(shí)間比例。答：①吞吐率②利用率三、判斷題1．采用多道程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，系統(tǒng)的程序道數(shù)越多，系統(tǒng)的效率越高。（西安電子科技大學(xué)2001年研究生試題）（）答：錯(cuò)誤2．操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須要保證進(jìn)程具有可再現(xiàn)性。（電子科技大學(xué)1996年研究生試題）（）答：正確3．應(yīng)用軟件是加在裸機(jī)上的第一層軟件。（）答：錯(cuò)誤4．多道程序設(shè)計(jì)是利用了CPU和通道并行工作來提高系統(tǒng)利用率的。（陜西省1998年自考題）（）答：正確5．操作系統(tǒng)特征之一的“不確定性”是指程序運(yùn)行的結(jié)果是不確定的。（）答：錯(cuò)誤6．多道程序設(shè)計(jì)可以縮短系統(tǒng)中作業(yè)的執(zhí)行時(shí)間。（陜西省1998年自考題）（）答：錯(cuò)誤7．分時(shí)系統(tǒng)和多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的出現(xiàn)，標(biāo)志著現(xiàn)代操作系統(tǒng)的正式形成。（陜西省1998年自考題）（）答：正確8．從響應(yīng)的角度看，分時(shí)系統(tǒng)與實(shí)時(shí)系統(tǒng)的要求相似。（）答：錯(cuò)誤9．使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠被方便地使用和高效地工作是操作系統(tǒng)的兩個(gè)主要設(shè)計(jì)目標(biāo)。（）答：正確10．分時(shí)操作系統(tǒng)首先要考慮的問題是交互性和響應(yīng)時(shí)間。（）答：正確11．時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法一般用于分時(shí)系統(tǒng)（西安理工大學(xué)2001年研究生考試試題）（）答：正確12．實(shí)時(shí)系統(tǒng)的交互性允許用戶訪問專用的服務(wù)程序（）答：錯(cuò)誤13．把進(jìn)行資源管理和控制程序執(zhí)行的功能集中組成一種軟件稱之為操作系統(tǒng)（）答：正確14．分時(shí)操作系統(tǒng)中，時(shí)間片越小越好（）?答：錯(cuò)誤15．程序中斷是不可屏蔽中斷。（）答：錯(cuò)誤16．聯(lián)機(jī)用戶接口是指用戶與操作系統(tǒng)之間的接口，它不是命令接口。（）答：錯(cuò)誤17．批處理系統(tǒng)不允許用戶隨時(shí)干預(yù)自己程序的運(yùn)行。（）答：正確18．實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)只能用于生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制，不能用于監(jiān)測(cè)制導(dǎo)性控制。（）答：錯(cuò)誤19．操作系統(tǒng)的功能要點(diǎn)是系統(tǒng)資源管理和提供用戶界面。（）答：正確20．在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，用戶進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)可以高于系統(tǒng)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)。（）答：正確21．對(duì)批處理作業(yè)，運(yùn)行時(shí)不須提供相應(yīng)的作業(yè)控制信息。（）答：錯(cuò)誤22．用零作除數(shù)將產(chǎn)生異常。（）答：正確23．?dāng)帱c(diǎn)與恢復(fù)點(diǎn)是一致的。（）答：錯(cuò)誤24．管態(tài)下能執(zhí)行所有指令。（）答：正確25．資源共享是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的一個(gè)基本特征（）答：正確26．用戶在程序中可以直接使用系統(tǒng)調(diào)用。（）答：正確四、簡(jiǎn)答題1．什么是操作系統(tǒng)？它有什么基本特征？答：操作系統(tǒng)是指控制和管理計(jì)算機(jī)的軟、硬件資源，合理組織計(jì)算機(jī)的工作流程，方便用戶使用的程序集合。操作系統(tǒng)具有4個(gè)基本特征。（1）并發(fā)性。指宏觀上在一段時(shí)間內(nèi)有多道程序在同時(shí)運(yùn)行，而微觀上這些程序是在交替執(zhí)行。（2）共享性。因程序的并發(fā)無(wú)規(guī)律，使系統(tǒng)中的軟、硬件資源不再為某個(gè)程序獨(dú)占，而是由多個(gè)程序共同使用。（3）虛擬性。多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)把一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)虛擬為多臺(tái)邏輯上的計(jì)算機(jī)，使得每個(gè)用戶都感覺是“獨(dú)占”計(jì)算機(jī)。（4）不確定性。多道程序系統(tǒng)中，各程序之間存在著直接或間接的聯(lián)系，程序的推進(jìn)速度受到其他程序的影響。這樣，程序運(yùn)行的順序，程序完成的時(shí)間以及程序運(yùn)行的結(jié)果都是不確定的。?2．什么是多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)？多道程序設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是什么？為什么說直到出現(xiàn)中斷和通道技術(shù)后，多道程序概念才變?yōu)橛杏玫模看穑憾嗟莱绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)是指同時(shí)把多個(gè)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(dāng)一道程序因某種原因（如I/O請(qǐng)求）而暫停執(zhí)行時(shí)，CPU立即轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一道程序。操作系統(tǒng)在引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)后，使得系統(tǒng)具有了多道，宏觀上并行，微觀上串行的特點(diǎn)。采用多道程序設(shè)計(jì)減少了CPU時(shí)間的浪費(fèi)，增加了系統(tǒng)吞吐量，提高了系統(tǒng)的效率。多道程序并發(fā)執(zhí)行是指有的程序正在CPU上執(zhí)行，而另一些程序正在I/O設(shè)備上進(jìn)行傳輸，即通過CPU操作與外設(shè)傳輸在時(shí)間上的重疊減少CPU時(shí)間的浪費(fèi)，并提高了系統(tǒng)的效率。實(shí)現(xiàn)CPU操作與外設(shè)傳輸在時(shí)間上的重疊必須有中斷和通道技術(shù)支持，其原因如下：（1）通道是一種控制一臺(tái)或多臺(tái)外部設(shè)備的硬件機(jī)構(gòu)，它一旦被啟動(dòng)就獨(dú)立于CPU運(yùn)行，因而做到了輸入輸出操作與CPU并行工作。但早期CPU與通道的聯(lián)絡(luò)方法是由CPU向通道發(fā)出詢問指令來了解通道工作是否完成。若未完成，則主機(jī)就循環(huán)詢問直到通道工作結(jié)束為止。因此，這種詢問方式是無(wú)法真正做到CPU與I/O設(shè)備并行工作的。（2）在硬件上引入了中斷技術(shù)。所謂中斷，就是在輸入輸出結(jié)束時(shí)，或硬件發(fā)生某種故障時(shí)，由相應(yīng)硬件（即中斷機(jī)構(gòu)）向CPU發(fā)出信號(hào)。這時(shí)CPU立即停下手頭的工作而轉(zhuǎn)向處理中斷請(qǐng)求，待處理完中斷后再繼續(xù)原來手頭的工作。因此，通道技術(shù)和中斷技術(shù)結(jié)合起來就可實(shí)現(xiàn)CPU與I/O設(shè)備并行工作，即CPU啟動(dòng)通道傳輸數(shù)據(jù)后便去執(zhí)行其他程序的計(jì)算工作，而通道則進(jìn)行輸入輸出操作；當(dāng)通道工作結(jié)束時(shí)，再通過中斷機(jī)構(gòu)向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU則暫停正在執(zhí)行的操作，對(duì)出現(xiàn)的中斷進(jìn)行處理，處理完后則繼續(xù)原來的工作。這樣，就真正做到了CPU與I/O設(shè)備并行工作。此時(shí)，多道程序的概念才變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。3．操作系統(tǒng)是隨著多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的出現(xiàn)逐步發(fā)展起來的，要保證多道程序的正常運(yùn)行，在技術(shù)上需要解決哪些基本問題？（北方交通大學(xué)1999年研究生試題）答：要保證正常運(yùn)行，在技術(shù)上需要解決的問題如下：（1）在多道程序之間應(yīng)如何分配被它們共享的處理機(jī)，使得CPU既能滿足各程序運(yùn)行的需要，又有較高的利用率。此外，一旦將CPU分配給某程序后，應(yīng)何時(shí)收回。（2）如何為每道程序分配必要的內(nèi)存空間，使它們各得其所，但又不會(huì)因相互重疊而丟失信息。此外，應(yīng)如何防止因某道程序出現(xiàn)異常情況而破壞其他程序。（3）系統(tǒng)中可能有多種類型的I/O設(shè)備供多道程序共享，應(yīng)如何分配這些I/O設(shè)備，如何做到既方便用戶對(duì)設(shè)備的使用，又能提高設(shè)備的利用率。（4）在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中通常都存放著大量的程序和數(shù)據(jù)，應(yīng)如何組織它們才便于用戶使用。此外，還有信息保存的安全性和一致性問題。（5）對(duì)于系統(tǒng)中的各種應(yīng)用程序，它們有的屬于計(jì)算型，有的屬于I/O型，有些既重要又緊迫，有些又要求系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)，這時(shí)系統(tǒng)應(yīng)如何組織和安排這些作業(yè)（程序）的工作流程。4．批處理、分時(shí)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)各有什么特點(diǎn)？（武漢大學(xué)1997年研究生試題）答：批處理、分時(shí)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的各自特點(diǎn)如下。（1）批處理系統(tǒng)。操作人員將作業(yè)成批裝入計(jì)算機(jī)并由計(jì)算機(jī)管理運(yùn)行，在程序的運(yùn)行期間用戶不能干預(yù)，因此批處理系統(tǒng)的特點(diǎn)是：用戶脫機(jī)使用計(jì)算機(jī)，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。（2）分時(shí)系統(tǒng)。不同用戶通過各自的終端以交互方式共用一臺(tái)計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)以“分時(shí)”的方法輪流為每個(gè)用戶服務(wù)。分時(shí)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：多個(gè)用戶同時(shí)使用計(jì)算機(jī)的同時(shí)性，人機(jī)問答的交互性，每個(gè)用戶獨(dú)立使用計(jì)算機(jī)的獨(dú)占性，以及系統(tǒng)響應(yīng)的及時(shí)性。（3）實(shí)時(shí)系統(tǒng)。實(shí)時(shí)監(jiān)控控制對(duì)象并能做出及時(shí)反應(yīng)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)為：可靠性高、響應(yīng)及時(shí)但資源利用率低。5．分時(shí)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)有什么區(qū)別？設(shè)計(jì)適用實(shí)時(shí)環(huán)境的操作系統(tǒng)的主要困難是什么？（西北工業(yè)大學(xué)2000年研究生試題）答：分時(shí)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)的主要區(qū)別如下：（1）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)不同。分時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供一種隨時(shí)可供多個(gè)用戶使用的通用性很強(qiáng)的系統(tǒng)，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)則大多數(shù)都具有某種特殊用途，是一種專用系統(tǒng)。（2）交互性強(qiáng)弱不同。分時(shí)系統(tǒng)的交互性強(qiáng)而實(shí)時(shí)系統(tǒng)的交互性弱。（3）響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)短不同。分時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間以人能夠接受的時(shí)間為準(zhǔn)，通常為秒級(jí)；而實(shí)時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間則因受控對(duì)象而異，變化范圍較大。設(shè)計(jì)適用于實(shí)時(shí)環(huán)境的操作系統(tǒng)的主要困難是：在實(shí)時(shí)環(huán)境規(guī)定的時(shí)間限額內(nèi)對(duì)用戶作出相應(yīng)的反應(yīng)。如果系統(tǒng)不能在規(guī)定的時(shí)間限額內(nèi)完成指定的任務(wù)，那么就可能導(dǎo)致整個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的崩潰。因此，在設(shè)計(jì)這類操作系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)者必須保證所采用的調(diào)度策略及相關(guān)技術(shù)不會(huì)使響應(yīng)時(shí)間超過實(shí)時(shí)環(huán)境所規(guī)定的時(shí)間限額。6．分時(shí)操作系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要?jiǎng)恿κ鞘裁?？答：如果說批處理系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要推動(dòng)力是不斷提高系統(tǒng)資源利用率和提高系統(tǒng)吞吐量，那么，分時(shí)系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要?jiǎng)恿t是為了更好地滿足用戶需要，表現(xiàn)為如下幾個(gè)方面。（1）縮短了作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間。在批處理系統(tǒng)中，用戶將作業(yè)提交給系統(tǒng)，需要等一批作業(yè)都運(yùn)行完成后才能得到結(jié)果，這對(duì)那些執(zhí)行時(shí)間很短的小作業(yè)用戶來說是不愿接受的。分時(shí)系統(tǒng)則是分時(shí)為每個(gè)終端用戶服務(wù)，當(dāng)一個(gè)程序運(yùn)行結(jié)束時(shí)，用戶立即可獲得結(jié)果而無(wú)須等到所有用戶程序都運(yùn)行結(jié)束。（2）提供了人機(jī)交互能力。在批處理系統(tǒng)中，用戶一旦把作業(yè)提交給系統(tǒng)就放棄了對(duì)作業(yè)的控制能力。并且為了使系統(tǒng)能夠運(yùn)行作業(yè)，用戶還需編寫作業(yè)說明書，并在作業(yè)說明書中給出作業(yè)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的各種情況的處理方法，這無(wú)疑增加了用戶的難度。因此，用戶迫切需要能夠做到邊運(yùn)行、邊調(diào)試，以便可以隨時(shí)針對(duì)所出現(xiàn)的問題采取適當(dāng)?shù)慕鉀Q辦法，亦即用戶希望系統(tǒng)提供良好的人機(jī)交互界面。（3）獨(dú)立地使用計(jì)算機(jī)。各用戶都希望自己能夠獨(dú)立地使用計(jì)算機(jī)而不受其他用戶的干擾。7．如何理解操作系統(tǒng)的不確定性？答：在單道程序環(huán)境下，由于程序獨(dú)占全機(jī)軟、硬件資源，且完全在一個(gè)封閉環(huán)境下運(yùn)行，所以，如果使用相同的輸入，則多次運(yùn)行的結(jié)果必然相同。引入多道程序技術(shù)后，由多道程序共享全機(jī)軟、硬件資源，即各程序之間存在著直接或間接的聯(lián)系。此時(shí)程序的運(yùn)行就不是在一個(gè)封閉的環(huán)境下，要受到其他程序和系統(tǒng)資源的影響。這會(huì)引起程序運(yùn)行的結(jié)果、程序運(yùn)行的順序和完成的時(shí)間不確定。此外，在多道程序環(huán)境下，外部設(shè)備的中斷、輸入輸出的請(qǐng)求等出現(xiàn)的時(shí)間都不確定。這些不確定因素給操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了很大的復(fù)雜性。對(duì)于程序執(zhí)行結(jié)果的不確定是絕不允許的，這是操作系統(tǒng)必須解決的主要問題；而程序運(yùn)行順序及完成時(shí)間的不確定是多道程序環(huán)境所決定的。因此，操作系統(tǒng)應(yīng)能對(duì)運(yùn)行順序進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理。至于外部設(shè)備的中斷、輸入輸出請(qǐng)求甚至程序運(yùn)行故障等不確定性，操作系統(tǒng)應(yīng)在出現(xiàn)的時(shí)刻及時(shí)響應(yīng)并予以解決。如果操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮不周，也可能造成系統(tǒng)的混亂和崩潰。8．在用戶與操作系統(tǒng)之間存在哪幾種類型的接口？它們的主要功能是什么？（哈爾濱工業(yè)大學(xué)2000年研究生試題）答：用戶與操作系統(tǒng)之間的接口主要有系統(tǒng)調(diào)用、鍵盤命令和作業(yè)控制命令。系統(tǒng)調(diào)用可直接寫在用戶程序中，它是為了方便地使用系統(tǒng)資源而提供的系統(tǒng)調(diào)用命令。鍵盤命令用于聯(lián)機(jī)交互環(huán)境，用戶從鍵盤上調(diào)入命令后操作系統(tǒng)解釋并執(zhí)行這個(gè)命令。作業(yè)控制命令則用于脫機(jī)批處理環(huán)境下的作業(yè)說明書中，用戶用這些命令編寫作業(yè)說明書，以告訴系統(tǒng)對(duì)作業(yè)的控制意圖和處理方式。9．下列哪些指令必須是特權(quán)指令（也即只能在核心模式下運(yùn)行）？A．改變存儲(chǔ)器管理的寄存器B．寫程序指針C．讀取日期時(shí)鐘D．設(shè)置日期時(shí)鐘E．改變處理器的優(yōu)先級(jí)答：A．是的B．是C．不是D．是的E．是的10．下列哪些指令必須是特權(quán)指令（也即只能在核心模式下運(yùn)行）？A．設(shè)置核心模式B．系統(tǒng)重啟動(dòng)C．讀取程序狀態(tài)字D．關(guān)閉中斷E．寫指令寄存器答：A．是的B．是的C．是D．是的E．是11．操作系統(tǒng)的三個(gè)主要用途是什么？答：（1）以方便和有效的方式，為計(jì)算機(jī)用戶在計(jì)算機(jī)硬件上執(zhí)行程序提供環(huán)境。（2）為解決特定的任務(wù)，分配不同的計(jì)算機(jī)資源。分配進(jìn)程應(yīng)該盡可能公正和有效。（3）作為控制程序，提供兩個(gè)主要功能：①為防止出錯(cuò)和誤操作，監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行；②管理和控制各種I/O設(shè)備。12．系統(tǒng)調(diào)用的作用是什么？答：通過系統(tǒng)調(diào)用，使用戶進(jìn)程可以訪問操作系統(tǒng)提供的服務(wù)。13．一個(gè)分層結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)由裸機(jī)，用戶，CPU調(diào)度和進(jìn)程同步操作，文件管理，作業(yè)管理，內(nèi)存管理，設(shè)備管理，命令管理等部分組成。試按層次結(jié)構(gòu)的原則從內(nèi)到外將各部分重新排列。（中科院計(jì)算所1997年研究生試題）答：按層次結(jié)構(gòu)的原則從內(nèi)到外依次為：裸機(jī)，CPU調(diào)度，進(jìn)程同步操作，內(nèi)存管理，作業(yè)管理，設(shè)備管理，文件管理，命令管理和用戶。14．對(duì)于一個(gè)正確運(yùn)轉(zhuǎn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，保護(hù)操作系統(tǒng)是很重要的。但為了向用戶提供更大的靈活性，應(yīng)盡可能少地對(duì)用戶加以限制。下面列出的各操作通常是加以保護(hù)的。試問至少有哪幾條指令需加以保護(hù)？（北京理工大學(xué)1996年研究生試題）（1）改變成用戶方式；（2）改變成系統(tǒng)方式；（3）從存放操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)區(qū)上讀取數(shù)據(jù)；（4）將數(shù)據(jù)寫到存放操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)區(qū)上；?（5）從存儲(chǔ)操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)區(qū)取指令；（6）打開計(jì)時(shí)器（7）關(guān)閉計(jì)時(shí)器。答：至少第（2）（4）操作應(yīng)加以保護(hù)。因?yàn)檫@兩條操作是對(duì)操作系統(tǒng)本身的內(nèi)容進(jìn)行修改，如果交由用戶任意操作就會(huì)對(duì)操作系統(tǒng)造成破壞并最終導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)或系統(tǒng)崩潰，所以應(yīng)在任何情況下都加以保護(hù)。其他幾種操作在一般情況下也應(yīng)加以保護(hù)，但不會(huì)出現(xiàn)像上述兩種操作那樣的破壞性，而本題是針對(duì)最少保護(hù)而言的，故不做選擇。15．試從獨(dú)立性、同時(shí)性、交互性和及時(shí)性等4個(gè)方面來比較批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)的性能。答：分析比較見表1.1所示。表1.1批處理、分時(shí)與實(shí)時(shí)三種系統(tǒng)的比較16．從宏觀結(jié)構(gòu)上看，操作系統(tǒng)有哪幾種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法？你認(rèn)為哪幾種方法較好？為什么？（武漢大學(xué)1999年研究生試題）答：從操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)觀點(diǎn)來看，早期的操作系統(tǒng)主要是單（處理）機(jī)操作系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法上主要采用了以下兩種模式。（1）整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式。把操作系統(tǒng)組織成一個(gè)過程模塊集合，其中的任何一個(gè)過程都可以調(diào)用其他過程。這種整體式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)不強(qiáng)調(diào)信息的隱蔽，即每個(gè)過程對(duì)其他過程都是可見的，過程之間調(diào)用不受任何拘束。但整體結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)擴(kuò)充起來較為困難，因?yàn)樾薷囊粋€(gè)過程可能導(dǎo)致系統(tǒng)中其他若干過程的修改，而且一個(gè)過程中的錯(cuò)誤可能會(huì)株連到其他過程的正確運(yùn)行，即操作系統(tǒng)的正確性難以保證。（2）層次式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式。層次式方法把操作系統(tǒng)劃分為若干層，每一層有若干模塊，每個(gè)模塊提供一組可被其他模塊調(diào)用的功能；并且，在任一特定層次上的代碼只能調(diào)用較低層次上的代碼。按此種模式構(gòu)造的第一個(gè)操作系統(tǒng)是Dijkstra開發(fā)的THE系統(tǒng)（1968年）。層次式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是把模塊間的復(fù)雜依賴關(guān)系轉(zhuǎn)化為單向依賴關(guān)系，即高層軟件依賴低層軟件，而低層軟件不依賴高層軟件。這樣，在設(shè)計(jì)低層軟件時(shí)，可不考慮高層軟件的實(shí)現(xiàn)方法，且高層軟件的錯(cuò)誤也不會(huì)影響到低層軟件。這種單向方法給維護(hù)和調(diào)試操作系統(tǒng)的工作帶來了方便。傳統(tǒng)的整體式、層次式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)法對(duì)單處理機(jī)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是卓有成效的，但對(duì)多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（如網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)及多處理機(jī)系統(tǒng)）而言則有較大缺陷，不能滿足需要。多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要模式有以下幾種。（3）客戶／服務(wù)器模式。把操作系統(tǒng)劃分為若干個(gè)進(jìn)程，且每個(gè)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的一套服務(wù)功能。采用客戶／服務(wù)器模式構(gòu)造的操作系統(tǒng)，其組成部件小而自成一個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)。由于每個(gè)服務(wù)器是以獨(dú)立的用戶態(tài)進(jìn)程方式進(jìn)行的，因而單個(gè)服務(wù)器的故障不會(huì)引起操作系統(tǒng)其他部分的崩潰。這種模式的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了基本操作系統(tǒng)，提高了可靠性并適合于分布式計(jì)算環(huán)境。（4）對(duì)象模式。面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法就是把系統(tǒng)中所有的資源，如進(jìn)程、文件、內(nèi)存，將此封裝看成是一個(gè)實(shí)體。從程序設(shè)計(jì)者來看，對(duì)象是一個(gè)程序模塊；從用戶來看，對(duì)象為他們提供了所希望的操作。采用面向?qū)ο蟮姆椒?，程序員可以依照自己的意圖去構(gòu)造自己的對(duì)象并將問題映射到對(duì)象上。這種方法直觀而又自然，程序員可以把主要精力放在系統(tǒng)級(jí)上，而對(duì)實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)不必過多關(guān)心。如WindowsNT操作系統(tǒng)廣泛使用了對(duì)象來表示共享的系統(tǒng)，但WindowsNT只能算是一個(gè)基于對(duì)象的系統(tǒng)。（5）對(duì)稱多處理模式。如果一個(gè)操作系統(tǒng)在系統(tǒng)中的所有處理機(jī)上運(yùn)行且共享同一內(nèi)存，這樣的系統(tǒng)就是一個(gè)對(duì)稱多處理系統(tǒng)。采用對(duì)稱多處理模式構(gòu)造的操作系統(tǒng)最適合于共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的多處理機(jī)系統(tǒng)，即緊耦合的多處理機(jī)系統(tǒng)。綜上所述，各種模式都是針對(duì)不同操作系統(tǒng)的，因此，只有在確定了操作系統(tǒng)的類型后才能決定不同方法的好壞。17．什么是分布式操作系統(tǒng)？它與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)有何不同？試說明分布式操作系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)在傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)管理模式上需要哪些改進(jìn)。（西北大學(xué)2000年研究生試題）答：分布式操作系統(tǒng)是以實(shí)現(xiàn)并行任務(wù)分配，并行進(jìn)程通信，分布控制機(jī)構(gòu)，以及實(shí)現(xiàn)分散資源管理等功能為目的的系統(tǒng)程序。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是以資源共享和信息交換為目的的操作系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)都是多機(jī)系統(tǒng)的支撐軟件，都基于I/O或網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，但在很多情況下，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是在本機(jī)局部操作系統(tǒng)之上建立的，形成了兩個(gè)層次；而分布式操作系統(tǒng)則是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)所構(gòu)成的一個(gè)獨(dú)立的整體，它對(duì)用戶來說是透明的。分布式操作系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)除了具有傳統(tǒng)操作系統(tǒng)所應(yīng)有的處理機(jī)管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理和文件管理功能外，還應(yīng)提供以下功能：（1）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)機(jī)之間的通信；（2）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中硬、軟件資源的共享；（3）提供多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件；（4）提供網(wǎng)絡(luò)用戶的應(yīng)用程序接口。對(duì)分布式系統(tǒng)來說，除了具有網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的功能外，還因各節(jié)點(diǎn)機(jī)不存在主從或?qū)哟侮P(guān)系，因而增加了控制機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性。首先，由于各節(jié)點(diǎn)的自治性，它們之間發(fā)生沖突的概率要高得多，使同步問題變得復(fù)雜，死鎖的問題也難以處理。其次，由于系統(tǒng)透明性的要求，使得系統(tǒng)故障的檢測(cè)和用戶操作的檢查都變得更加困難。18．試對(duì)分時(shí)操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)行比較。答：我們可以從以下幾個(gè)方面對(duì)這兩種操作系統(tǒng)進(jìn)行比較：A．實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與分時(shí)操作系統(tǒng)一樣都能為多個(gè)用戶服務(wù)。系統(tǒng)按分時(shí)原則為多個(gè)終端用戶服務(wù)；而對(duì)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)（屬于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)范疇），則表現(xiàn)為經(jīng)常對(duì)多路現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行采集以及對(duì)多個(gè)對(duì)象或多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。B．實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與分時(shí)操作系統(tǒng)一樣，每個(gè)用戶各占一個(gè)終端，彼此獨(dú)立操作，互不干擾。因此用戶感覺就像他一人獨(dú)占計(jì)算機(jī)；而在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中信息的采集和對(duì)象的控制也都是彼此互不干擾的。?C．實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間的要求與分時(shí)操作系統(tǒng)類似，都是以人所能接受的等待時(shí)間來確定的；而實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間則是以控制對(duì)象所能接受的延時(shí)來確定的。D．分時(shí)操作系統(tǒng)是一種通用系統(tǒng)，主要用于運(yùn)行終端用戶程序，因此它具有較強(qiáng)的交互能力。而實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)雖然也有交互能力，但其交互能力不及前者。E．分時(shí)操作系統(tǒng)要求系統(tǒng)可靠，相比之下，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)則要求系統(tǒng)高度可靠。第2章進(jìn)程管理2.1概述進(jìn)程可以被簡(jiǎn)單地理解為一個(gè)正在執(zhí)行中的程序。為了完成任務(wù)，進(jìn)程需要一些資源，比如使用CPU時(shí)間、存儲(chǔ)器、文件以及I/O設(shè)備。這些資源可以在進(jìn)程創(chuàng)建時(shí)或者運(yùn)行的時(shí)候分配給它。在大部分系統(tǒng)中，進(jìn)程是工作的單元。這種系統(tǒng)由一組進(jìn)程組成：執(zhí)行系統(tǒng)代碼的操作系統(tǒng)進(jìn)程，執(zhí)行用戶代碼的用戶進(jìn)程。所有這些進(jìn)程都會(huì)同時(shí)執(zhí)行。盡管傳統(tǒng)上一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)只有一個(gè)控制線程，但大部分的現(xiàn)代操作系統(tǒng)都支持多線程的進(jìn)程。操作系統(tǒng)在管理進(jìn)程與線程的過程中需要負(fù)責(zé)以下工作：用戶和系統(tǒng)進(jìn)程的創(chuàng)建和刪除；進(jìn)程的調(diào)度；為進(jìn)程的同步、通信、死鎖處理提供機(jī)制。2.2進(jìn)程概念進(jìn)程是執(zhí)行中的程序。隨著進(jìn)程的執(zhí)行，它改變狀態(tài)。進(jìn)程狀態(tài)由進(jìn)程當(dāng)前活動(dòng)所定義。每個(gè)進(jìn)程可處于如下狀態(tài)：創(chuàng)建、就緒、運(yùn)行、等待或終止。每個(gè)進(jìn)程在操作系統(tǒng)內(nèi)通過自己的PCB（ProcessControlBlock，進(jìn)程控制塊）來表示。當(dāng)前不在執(zhí)行的進(jìn)程會(huì)放在某個(gè)等待隊(duì)列中。操作系統(tǒng)的兩個(gè)主要隊(duì)列是I/O請(qǐng)求隊(duì)列和就緒隊(duì)列。就緒隊(duì)列包括所有可執(zhí)行的并等待CPU的進(jìn)程。每個(gè)進(jìn)程都有PCB，PCB鏈接起來就形成了就緒隊(duì)列。長(zhǎng)期調(diào)度策略選擇進(jìn)程來競(jìng)爭(zhēng)CPU。通常，長(zhǎng)期調(diào)度會(huì)受資源分配考慮尤其是內(nèi)存管理的影響。短期調(diào)度從就緒隊(duì)列中選擇進(jìn)程。系統(tǒng)內(nèi)的進(jìn)程能并發(fā)執(zhí)行。有許多理由允許并發(fā)執(zhí)行：信息共享，加快計(jì)算，模塊化和方便性。并發(fā)執(zhí)行需要有創(chuàng)建和刪除進(jìn)程的機(jī)制。操作系統(tǒng)的執(zhí)行進(jìn)程可以是獨(dú)立進(jìn)程或協(xié)作進(jìn)程。協(xié)作進(jìn)程要有互相通信的機(jī)制。主要有兩種形式的通信：共享內(nèi)存和消息系統(tǒng)。共享內(nèi)存方法要求通信進(jìn)程共享一些變量。進(jìn)程通過使用這些共享變量來交換信息。對(duì)于共享內(nèi)存系統(tǒng)，提供通信的責(zé)任主要在于應(yīng)用程序；操作系統(tǒng)只需要提供共享內(nèi)存。消息系統(tǒng)方法允許進(jìn)程交換信息。提供通信的主要責(zé)任在于操作系統(tǒng)本身。這兩種方法并不互相排斥，能在同一操作系統(tǒng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)。?套接字（Socket）定義為通信的端點(diǎn)。兩個(gè)應(yīng)用程序間的連接由一對(duì)套接字組成，通信頻道每端各有一個(gè)。RPC（RemoteProcessCall，遠(yuǎn)程過程調(diào)用）是另一種形式的分布式通信。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程（或線程）調(diào)用一個(gè)遠(yuǎn)程應(yīng)用的方法時(shí)，就出現(xiàn)了RPC。RMI（RemoteMethodInvocation，遠(yuǎn)程方法調(diào)用）是RPC的Java版。RMI允許線程如同調(diào)用本地對(duì)象的方法一樣來調(diào)用遠(yuǎn)程對(duì)象的方法。RPC和RMI的主要區(qū)別是RPC傳遞給遠(yuǎn)程過程的數(shù)據(jù)是按普通數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式的，而RMI允許把對(duì)象傳遞給遠(yuǎn)程方法。2.3線程線程是進(jìn)程內(nèi)的控制流。多線程進(jìn)程在同一地址空間內(nèi)包括多個(gè)不同的控制流。多線程的優(yōu)點(diǎn)包括對(duì)用戶響應(yīng)的改進(jìn)、進(jìn)程內(nèi)的資源共享和利用多處理器體系結(jié)構(gòu)的能力。用戶線程對(duì)程序員來說是可見的，而對(duì)內(nèi)核來說是未知的。用戶空間的線程庫(kù)通常用以管理用戶線程。操作系統(tǒng)支持和管理內(nèi)核級(jí)的線程。通常，用戶線程跟內(nèi)核線程相比，創(chuàng)建和管理要更快。有三種不同模型將用戶和內(nèi)核線程關(guān)聯(lián)起來：多對(duì)一模型將許多用戶線程映射到一個(gè)內(nèi)核線程；一對(duì)一模型將每個(gè)用戶線程映射到一個(gè)相應(yīng)的內(nèi)核線程；多對(duì)多模型將多個(gè)用戶線程在同樣（或更少）數(shù)量的內(nèi)核線程之間切換。多線程程序?yàn)槌绦騿T帶來了許多挑戰(zhàn)，包括系統(tǒng)調(diào)用fork和exec的語(yǔ)義。其他事項(xiàng)包括線程撤銷、信號(hào)處理和特定線程數(shù)據(jù)。許多現(xiàn)代操作系統(tǒng)提供了對(duì)線程的內(nèi)核支持，如WindowsNT，Windows2000，Solaris2。PthreadAPI提供了一組函數(shù)用于在用戶級(jí)創(chuàng)建和管理線程。Java提供了相似的API以支持線程。不過，由于Java線程是由JVM，而不是由用戶級(jí)線程庫(kù)或內(nèi)核來管理的，因此它并不屬于用戶級(jí)線程或內(nèi)核級(jí)線程。2.4CPU調(diào)度CPU調(diào)度的任務(wù)是從就緒隊(duì)列中選擇一個(gè)等待進(jìn)程，并為其分配CPU。CPU由調(diào)度程序分配給所選中的進(jìn)程。FCFS（First-Come-First-Served，先來先服務(wù)）調(diào)度是最簡(jiǎn)單的調(diào)度算法，但是它會(huì)讓短進(jìn)程等待非常長(zhǎng)的進(jìn)程。SJF（ShortestJobFirst，最短作業(yè)優(yōu)先）調(diào)度可被證明是最佳的方法，它提供了最短平均等待時(shí)間。但實(shí)現(xiàn)SJF調(diào)度比較困難，因?yàn)轭A(yù)測(cè)下一個(gè)CPU使用時(shí)間的長(zhǎng)度有難度。SJF算法是通用優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法（將CPU簡(jiǎn)單地分配給具有最高優(yōu)先權(quán)的進(jìn)程）的特例。優(yōu)先權(quán)調(diào)度和SJF調(diào)度會(huì)產(chǎn)生饑餓。老化（Aging）技術(shù)可阻止饑餓。RR（Round-Robin，時(shí)間片輪轉(zhuǎn)）調(diào)度對(duì)于分時(shí)（交互）系統(tǒng)更為合適。RR調(diào)度讓就緒隊(duì)列的第一個(gè)進(jìn)程使用CPU的q個(gè)時(shí)間單元，這里q是時(shí)間片。在q時(shí)間單元之后，如果該進(jìn)程還沒有釋放CPU，那么它被搶占并放到就緒隊(duì)列的尾部。該算法的主要問題是選擇時(shí)間片。如果時(shí)間片太大，那么RR調(diào)度就成了FCFS調(diào)度；如果時(shí)間片太小，那么因上下文切換而引起的調(diào)度開銷就過大。FCFS算法是非搶占的；RR算法是搶占的。SJF和優(yōu)先級(jí)算法既可以是搶占的也可以是非搶占的。多級(jí)隊(duì)列算法允許多個(gè)不同算法用于各種類型的進(jìn)程。最為常用的是前臺(tái)交互隊(duì)列（使用RR調(diào)度），和后臺(tái)批處理隊(duì)列（使用FCFS調(diào)度）。多級(jí)反饋隊(duì)列允許進(jìn)程在隊(duì)列之間遷移。因?yàn)橛卸喾N不同的調(diào)度算法可用，所以我們需要某種方法來選擇它們。分析方法使用數(shù)學(xué)分析的方法以確定算法性能。模擬方法通過對(duì)具有代表性的進(jìn)程采用調(diào)度算法模擬并計(jì)算其性能來確定優(yōu)劣。如果操作系統(tǒng)在內(nèi)核級(jí)支持線程，那么必須調(diào)度線程而不是進(jìn)程來執(zhí)行。Solaris2和Windows2000就是這樣的系統(tǒng)，它們采用搶占的、基于優(yōu)先級(jí)的調(diào)度算法，并支持實(shí)時(shí)線程。Linux進(jìn)程調(diào)度也使用基于優(yōu)先級(jí)算法，并提供實(shí)時(shí)支持。這三種操作系統(tǒng)通常都偏愛交互進(jìn)程而不是批處理進(jìn)程或CPU約束進(jìn)程。2.5進(jìn)程同步必須為共享數(shù)據(jù)的一組相互協(xié)作的順序進(jìn)程提供互斥。一種解決方法是確保在某個(gè)時(shí)候只能有一個(gè)進(jìn)程或線程才能使用代碼的臨界區(qū)域。當(dāng)然有許多不同方法來解決臨界區(qū)問題。這些用戶級(jí)解決方案的主要缺點(diǎn)是它們都需要忙等待。信號(hào)量可克服這個(gè)困難。信號(hào)量可用于解決各種同步問題，且可高效地加以實(shí)現(xiàn)（尤其是在硬件支持原子操作時(shí)）。各種不同的同步問題（如有限緩存區(qū)問題、讀寫問題、哲學(xué)家進(jìn)餐問題）均很重要，這是因?yàn)檫@些問題是大量并發(fā)控制實(shí)際問題的抽象。這些問題常用于測(cè)試幾乎所有新提出的同步方案。操作系統(tǒng)必須提供機(jī)制以防止定時(shí)出錯(cuò)問題。人們提出了多個(gè)不同結(jié)構(gòu)以處理這些問題。臨界區(qū)域（CriticalRegion）可安全高效地解決互斥和任意同步問題。管程（Monitor）為共享抽象數(shù)據(jù)類型提供了同步機(jī)制。條件變量（ConditionalVariable）提供了一個(gè)方法供管程程序以阻塞其執(zhí)行，直到其被通知可繼續(xù)為止。事務(wù)（Transaction）是個(gè)程序單元，必須原子執(zhí)行；即，要么與其相關(guān)的所有操作執(zhí)行完畢，要么什么操作都不做。為了確保原子性（即使在系統(tǒng)出錯(cuò)時(shí)），我們可以使用寫前記錄日志的方法。所有的更新都記錄在日志上，而日志保存在穩(wěn)定存儲(chǔ)上。如果系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)，日志信息可用于恢復(fù)更新數(shù)據(jù)項(xiàng)的狀態(tài)，這由操作undo和redo所組成。為了降低在系統(tǒng)出錯(cuò)時(shí)搜索日志的額外開銷，我們可使用檢測(cè)點(diǎn)（CheckPoint）方案。當(dāng)多個(gè)事務(wù)重疊執(zhí)行時(shí)，這樣的執(zhí)行可能不同于這些操作的原子執(zhí)行。為了確保正確執(zhí)行，我們必須使用并發(fā)控制方案以保證串行化。有各種不同并發(fā)控制方案以確保串行化：延遲操作或撤銷發(fā)布這個(gè)操作的事務(wù)。最為常用方法為加鎖協(xié)議和基于時(shí)間戳的協(xié)議。2.6死鎖如果兩個(gè)或更多的進(jìn)程永久等待某個(gè)事件而該事件只能由這些等待進(jìn)程的某一個(gè)引起，那么會(huì)出現(xiàn)死鎖狀態(tài)。從原理上來說，有三種方法可以處理死鎖：●使用一些協(xié)議來預(yù)防或避免死鎖，確保系統(tǒng)永遠(yuǎn)都不會(huì)進(jìn)到死鎖狀態(tài)?！裨试S系統(tǒng)進(jìn)入死鎖狀態(tài)，檢測(cè)死鎖，并恢復(fù)?！窈雎运械膯栴}，并假設(shè)系統(tǒng)中永遠(yuǎn)都不會(huì)出現(xiàn)死鎖。這種方法被絕大多數(shù)的系統(tǒng)所采用，包括UNIX。當(dāng)且僅當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)的四個(gè)必要條件同時(shí)成立時(shí)（互斥、占有并等待、非搶占、循環(huán)等待），才會(huì)發(fā)生死鎖。為了預(yù)防死鎖，我們要確保這四個(gè)必要條件中的一個(gè)不成立。死鎖避免算法要比預(yù)防算法要求低些，只要事先了解進(jìn)程使用資源的情況即可。例如，銀行家算法需要知道每個(gè)進(jìn)程所請(qǐng)求的每種資源的最大數(shù)量。采用這種信息，我們可采用死鎖避免算法。如果是不采用協(xié)議以確保死鎖不會(huì)發(fā)生，那么就必須使用檢測(cè)并恢復(fù)方案。必須調(diào)用檢測(cè)算法以確定是否出現(xiàn)了死鎖。如果檢測(cè)到死鎖，那么系統(tǒng)必須通過終止某些死鎖進(jìn)程，或通過搶占某些死鎖進(jìn)程的資源從死鎖中恢復(fù)。如果系統(tǒng)主要根據(jù)代價(jià)以選擇犧牲進(jìn)程進(jìn)行回滾，那么可能會(huì)出現(xiàn)饑餓，導(dǎo)致所選擇進(jìn)程永遠(yuǎn)不能完成其指定任務(wù)。2.7習(xí)題與解答2.7.1進(jìn)程的概念1．已知一個(gè)求值公式（A2＋3B）／（B＋5A），若A、B已賦值，試畫出該公式求值過程的前趨圖。圖2.1求值過程的前趨圖答：上述公式的求值過程可分解為以下分量計(jì)算：S1:X1＝A*A；S2:X2＝3*B；S3:X1＝5*A；S4:X4＝X1＋X2；S5:X5＝B＋X3；S6:X6＝X4／X5；其中的Xi是中間變量。上述分量計(jì)算語(yǔ)句中，部分語(yǔ)句是可以并發(fā)執(zhí)行的，而部分語(yǔ)句之間則存在著一定的順序關(guān)系。求值過程的前趨圖如圖2.1所示。2．操作系統(tǒng)中為什么要引入進(jìn)程的概念？為了實(shí)現(xiàn)并發(fā)進(jìn)程間的合作和協(xié)調(diào)工作，以及保證系統(tǒng)的安全，操作系統(tǒng)在進(jìn)程管理方面應(yīng)做哪些工作？（南京大學(xué)1997年研究生試題）答：為了提高資源的利用率和系統(tǒng)的吞吐量，操作系統(tǒng)中廣泛采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，它允許多個(gè)程序同時(shí)進(jìn)入內(nèi)存、并發(fā)地運(yùn)行。程序在并發(fā)執(zhí)行時(shí)，失去了封閉性，出現(xiàn)了間斷性和不可再現(xiàn)性的特征，這說明了通常的程序是不能參與并發(fā)執(zhí)行的。為了使程序能夠正確地并發(fā)執(zhí)行，并能夠?qū)Σl(fā)執(zhí)行的程序加以描述和控制，操作系統(tǒng)中引入了進(jìn)程的概念。操作系統(tǒng)在進(jìn)程管理方面應(yīng)做如下幾方面的工作：（1）進(jìn)程控制。其主要工作是創(chuàng)建和撤消進(jìn)程，以及控制運(yùn)行中進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。（2）進(jìn)程調(diào)度。其主要工作是按一定的算法，選擇一新的就緒進(jìn)程，把處理機(jī)分配給它，并為它設(shè)置運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)，使其投入執(zhí)行。（3）進(jìn)程同步。其主要工作是通過同步機(jī)制對(duì)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程的執(zhí)行次序進(jìn)行協(xié)調(diào)（具體的協(xié)調(diào)方式有互斥和同步兩種），以保證各個(gè)進(jìn)程均能有條不紊地運(yùn)行。（4）進(jìn)程通信。其主要工作是實(shí)現(xiàn)進(jìn)程之間的信息交換，以使進(jìn)程之間能更好地相互合作。（5）死鎖的預(yù)防、避免、檢測(cè)，以及從死鎖狀態(tài)中恢復(fù)。3．什么是進(jìn)程控制塊？試從進(jìn)程管理、進(jìn)程通信、中斷處理、文件管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理的角度設(shè)計(jì)進(jìn)程控制塊應(yīng)包含的項(xiàng)目。（北京大學(xué)1999年研究生試題）?答：進(jìn)程控制塊（PCB）是為了使在多道程序環(huán)境下不能獨(dú)立運(yùn)行的程序成為能獨(dú)立運(yùn)行的進(jìn)程，而為每個(gè)程序所配置的一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中存放了用于描述該進(jìn)程情況和控制進(jìn)程運(yùn)行所需的全部信息。系統(tǒng)根據(jù)PCB而感知相應(yīng)進(jìn)程的存在，即PCB是進(jìn)程存在的惟一標(biāo)志。PCB中應(yīng)該包含以下信息：（1）從進(jìn)程管理的角度考慮，PCB中應(yīng)該包含進(jìn)程標(biāo)識(shí)符、進(jìn)程狀態(tài)、CPU狀態(tài)信息（包括程序計(jì)數(shù)器、程序狀態(tài)字、棧指針、通用寄存器等）、進(jìn)程調(diào)度信息（如進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)等）、鏈接指針（用于將PCB鏈入各種隊(duì)列）等項(xiàng)信息。（2）從進(jìn)程通信的角度考慮，PCB中應(yīng)該包含消息隊(duì)列指針、實(shí)現(xiàn)消息隊(duì)列互斥訪問的互斥信號(hào)量、描述消息隊(duì)列中消息個(gè)數(shù)的資源信號(hào)量。（3）從中斷處理的角度考慮，PCB中應(yīng)包含CPU狀態(tài)信息（參見（1））。（4）從文件管理的角度考慮，PCB中應(yīng)包含用戶文件描述符表，用來登記用戶打開的各個(gè)文件，并可以通過它找到在內(nèi)存的相應(yīng)文件的FCB（如UNIX中的內(nèi)存索引結(jié)點(diǎn)）。（5）從存儲(chǔ)管理的角度考慮，應(yīng)保存該進(jìn)程的程序、數(shù)據(jù)、堆棧在內(nèi)存和外存的地址和各部分的長(zhǎng)度等信息。（6）從設(shè)備管理角度考慮，應(yīng)有該進(jìn)程所需資源和已分配到的資源清單。4．?dāng)⑹鲞M(jìn)程與程序的主要區(qū)別。（哈爾濱工業(yè)大學(xué)2000年研究生試題）答：進(jìn)程是可并發(fā)執(zhí)行的程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上的一次執(zhí)行過程，而程序是指令的有序集合，它們是緊密相關(guān)而又完全不同的兩個(gè)概念。（1）每個(gè)進(jìn)程實(shí)體中均包含了程序段，因此說進(jìn)程與程序是緊密相關(guān)的。但從結(jié)構(gòu)上看，進(jìn)程實(shí)體中除了程序段和數(shù)據(jù)段外，還必須包含一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即進(jìn)程控制塊PCB。（2）進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行過程，因此是動(dòng)態(tài)的；動(dòng)態(tài)性還表現(xiàn)在進(jìn)程由創(chuàng)建而產(chǎn)生、由調(diào)度而執(zhí)行、由撤消而消亡，即它具有一定的生命周期。而程序則只是一組指令的有序集合，并可永久地存放在某種介質(zhì)上，其本身不具有運(yùn)動(dòng)的含義，因此是靜態(tài)的。（3）多個(gè)進(jìn)程實(shí)體可同時(shí)存放在內(nèi)存中并發(fā)地執(zhí)行，其實(shí)這正是引入進(jìn)程的目的。而程序（在沒為它創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)）的并發(fā)執(zhí)行具有不可再現(xiàn)性，因此程序不能正確地并發(fā)執(zhí)行。（4）進(jìn)程是一個(gè)能夠獨(dú)立運(yùn)行、獨(dú)立分配資源和獨(dú)立接受調(diào)度的基本單位。而程序（在沒為它創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)），因其不具有PCB，是不可能在多道程序環(huán)境下獨(dú)立運(yùn)行的。（5）進(jìn)程與程序不一一對(duì)應(yīng)。同一個(gè)程序的多次運(yùn)行，將形成多個(gè)不同的進(jìn)程；同一個(gè)程序的一次執(zhí)行也可以產(chǎn)生多個(gè)進(jìn)程（如UNIX中通過fork調(diào)用）；而一個(gè)進(jìn)程也可以執(zhí)行多個(gè)程序（如UNIX中通過exec調(diào)用）。5．試述線程與進(jìn)程的主要異同點(diǎn)。答：進(jìn)程的引入是為了使程序能夠并發(fā)執(zhí)行，而線程的引入則是為了減少并發(fā)執(zhí)行的開銷，使OS具有更好的并發(fā)性。因此，進(jìn)程和線程一樣都可以并發(fā)執(zhí)行，都可以在執(zhí)行、就緒、阻塞這三種基本狀態(tài)之間轉(zhuǎn)化；它們都有自己的生命周期，并因創(chuàng)建而產(chǎn)生，由調(diào)度而執(zhí)行，因得不到資源而阻塞，因撤消而消亡；它們之間都存在著相互制約關(guān)系，因此都需要同步。進(jìn)程和線程的主要區(qū)別如下：（1）調(diào)度性。在傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)中，擁有資源的基本單位和獨(dú)立調(diào)度、分派的基本單位都是進(jìn)程。而在引入線程的OS中，則把線程作為調(diào)度和分派的基本單位，而把進(jìn)程作為擁有資源的基本單位。?（2）并發(fā)性。在引入線程的OS中，不僅進(jìn)程間可以并發(fā)執(zhí)行，而且在一個(gè)進(jìn)程的多個(gè)線程間，也可以并發(fā)執(zhí)行，因而比傳統(tǒng)的OS具有更好的并發(fā)性。（3）擁有資源。在這兩種OS中，擁有資源的基本單位都是進(jìn)程。線程除了一點(diǎn)在運(yùn)行中必不可少的資源（如線程控制塊、程序計(jì)數(shù)器、一組寄存器值和堆棧）外，本身基本不擁有系統(tǒng)資源，但它可訪問其隸屬進(jìn)程的資源。（4）開銷。由于創(chuàng)建或撤消進(jìn)程時(shí)，系統(tǒng)都要為之分配和回收資源，如內(nèi)存空間和I/O設(shè)備等；進(jìn)程切換時(shí)所要保存和設(shè)置的現(xiàn)場(chǎng)信息也要明顯地多于線程，因此，OS在創(chuàng)建、撤消和切換進(jìn)程時(shí)所付出的開銷將顯著地大于線程。另外，由于隸屬于同一進(jìn)程的多個(gè)線程共享同一地址空間和已打開文件，從而使它們之間的同步和通信的實(shí)現(xiàn)也變得更為容易。圖2.2進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖6．某系統(tǒng)的進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖2.2所示：（1）說明引起各種狀態(tài)轉(zhuǎn)換的典型事件。（2）分析下述狀態(tài)轉(zhuǎn)換是否可立即引起其他的狀態(tài)轉(zhuǎn)換：1，2，3，4。答：（1）引起各種狀態(tài)轉(zhuǎn)換的典型事件如表2-1所示。表2-1引起進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的典型事件（2）狀態(tài)轉(zhuǎn)換1不會(huì)立即引起其他狀態(tài)轉(zhuǎn)換。狀態(tài)轉(zhuǎn)換2必然立即引發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換1：狀態(tài)轉(zhuǎn)換2發(fā)生后，進(jìn)程調(diào)度程序必然要選出一個(gè)新的就緒進(jìn)程投入運(yùn)行，該新進(jìn)程可能是其他進(jìn)程，也可能是剛從執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換成就緒狀態(tài)的那個(gè)進(jìn)程。狀態(tài)轉(zhuǎn)換3可能立即引發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換1：狀態(tài)轉(zhuǎn)換3發(fā)生后，若就緒隊(duì)列空，則不會(huì)引起其他任何狀態(tài)轉(zhuǎn)換；否則，進(jìn)程調(diào)度程序必然要選出一個(gè)就緒進(jìn)程投入運(yùn)行。狀態(tài)轉(zhuǎn)換4可能引發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換1：狀態(tài)轉(zhuǎn)換4發(fā)生后，若當(dāng)時(shí)無(wú)其他進(jìn)程處于就緒狀態(tài)和執(zhí)行狀態(tài)，則該進(jìn)程將被立即被調(diào)度。另外，狀態(tài)轉(zhuǎn)換4還可能同時(shí)引發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換1和2：若系統(tǒng)采用搶占調(diào)度方式，而新就緒的進(jìn)程具備搶占CPU的條件（如其優(yōu)先權(quán)很高），則它可立即得到CPU轉(zhuǎn)換成執(zhí)行狀態(tài)，而原來正在執(zhí)行的進(jìn)程則轉(zhuǎn)換成就緒狀態(tài)。7．某系統(tǒng)的進(jìn)程狀態(tài)圖如圖2.3所示。（武漢大學(xué)1997年研究生試題）（1）說明一個(gè)進(jìn)程發(fā)生變遷3，4，6的原因。（2）下述因果變遷是否會(huì)發(fā)生？若會(huì)，在什么情況下發(fā)生？A．3→5B．6→4C．6→7（3）根據(jù)此進(jìn)程狀態(tài)圖，說明該系統(tǒng)的CPU調(diào)度策略和調(diào)度效果。答：（1）發(fā)生變遷3的原因是運(yùn)行進(jìn)程提出I/O請(qǐng)求。發(fā)生變遷4的原因是運(yùn)行進(jìn)程的時(shí)間片到。發(fā)生變遷6的原因是阻塞進(jìn)程因所等待的I/O操作完成而被I/O中斷服務(wù)程序喚醒。圖2.3進(jìn)程狀態(tài)圖（2）A．因果變遷3→5會(huì)發(fā)生。當(dāng)某個(gè)運(yùn)行進(jìn)程由于I/O請(qǐng)求而阻塞時(shí)，如果此時(shí)系統(tǒng)中不存在高優(yōu)先級(jí)就緒進(jìn)程而只存在低優(yōu)先級(jí)就緒進(jìn)程，則系統(tǒng)將選擇一低優(yōu)先級(jí)就緒進(jìn)程投入運(yùn)行。B．因果變遷6→4不會(huì)發(fā)生。發(fā)生4的原因只可能是時(shí)間片用完。C．因果變遷6→7不會(huì)發(fā)生。發(fā)生7的原因是進(jìn)程在時(shí)間片用完前運(yùn)行結(jié)束。（3）該系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度策略是多級(jí)隊(duì)列調(diào)度策略，它將系統(tǒng)中的所有進(jìn)程按照優(yōu)先級(jí)的高低組織成高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)兩個(gè)隊(duì)列，兩個(gè)隊(duì)列均采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，但高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的時(shí)間片較短（為100ms），低優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的時(shí)間片較長(zhǎng)（為500ms），系統(tǒng)總是先調(diào)度高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列上的進(jìn)程，僅當(dāng)該隊(duì)列為空時(shí)，才調(diào)度低優(yōu)先級(jí)隊(duì)列上的進(jìn)程。這種調(diào)度策略不僅體現(xiàn)了短作業(yè)優(yōu)先的思想，同時(shí)也不會(huì)使長(zhǎng)作業(yè)長(zhǎng)期得不到處理，而且它還能較好地滿足I/O型作業(yè)的需要。對(duì)每個(gè)作業(yè)來說，它總是先進(jìn)入高優(yōu)先級(jí)就緒隊(duì)列，如果作業(yè)較短，則它便能以較小的周轉(zhuǎn)時(shí)間完成；如果作業(yè)較長(zhǎng)，則在運(yùn)行100ms后它將進(jìn)入低優(yōu)先級(jí)就緒隊(duì)列，而且當(dāng)再次調(diào)度到該作業(yè)時(shí)，它的時(shí)間片將增大到500ms；如果是I/O型的作業(yè)，由于每次完成輸入／輸出工作后，它將進(jìn)入高優(yōu)先級(jí)的就緒隊(duì)列，因此將被優(yōu)先調(diào)度到，這將有效地提高系統(tǒng)中I/O設(shè)備的利用率和系統(tǒng)的吞吐量。8．有兩個(gè)程序，A程序按順序使用CPU10s，使用設(shè)備甲5s，使用CPU5s，使用設(shè)備乙10s，最后使用CPU10s。B程序按順序使用設(shè)備甲10s，使用CPU10s，使用設(shè)備乙5s，使用CPU5s，使用設(shè)備乙10s。在順序環(huán)境下先執(zhí)行A程序再執(zhí)行B程序，CPU的利用率是多少？答：由題目所給條件可知，在順序環(huán)境下，先執(zhí)行A程序，再執(zhí)行B程序時(shí)：A程序的運(yùn)行總時(shí)間為：10s＋5s＋5s＋10s＋10s＝40s其中使用CPU時(shí)間為：10s＋5s＋10s＝25sB程序的運(yùn)行總時(shí)間為：10s＋10s＋5s＋5s＋10s＝40s其中使用CPU時(shí)間為：10s＋5s＝15s因此CPU的利用率為：（25s＋15s）／（40s＋40s）＝50％9．設(shè)某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有一臺(tái)輸入機(jī)、一臺(tái)打印機(jī)?，F(xiàn)有兩道程序同時(shí)投入運(yùn)行，且程序A先開始運(yùn)行，程序B后運(yùn)行。程序A的運(yùn)行軌跡為：計(jì)算50ms，打印信息100ms，再計(jì)算50ms，打印信息100ms，結(jié)束。程序B的運(yùn)行軌跡為：計(jì)算50ms，輸入數(shù)據(jù)80ms，再計(jì)算100ms，結(jié)束。試說明：（1）兩道程序運(yùn)行時(shí)，CPU有無(wú)空閑等待？若有，在哪段時(shí)間內(nèi)等待？為什么會(huì)空閑等待？?（2）程序A，B運(yùn)行時(shí)有無(wú)等待現(xiàn)象？若有，在什么時(shí)候發(fā)生等待現(xiàn)象？答：兩道程序并發(fā)運(yùn)行時(shí)的工作情況如圖2.4所示。圖2.4程序A、B并發(fā)執(zhí)行時(shí)的情況（1）從圖2.4可以看出，兩道程序運(yùn)行時(shí)，CPU存在空閑等待的情況。等待現(xiàn)象發(fā)生在程序A開始運(yùn)行后100ms至150ms的時(shí)間段內(nèi)，此時(shí)，由于程序A正在打印信息，而程序B正在輸入數(shù)據(jù)，兩者都進(jìn)入阻塞狀態(tài)，故CPU空閑。（2）程序A運(yùn)行時(shí)不存在等待現(xiàn)象，而程序B運(yùn)行時(shí)則存在等待現(xiàn)象。程序B的首次等待現(xiàn)象發(fā)生在程序A開始運(yùn)行后0ms至50ms的時(shí)間段內(nèi)，第二次等待現(xiàn)象發(fā)生在程序A開始運(yùn)行后180ms至200ms的時(shí)間段內(nèi)。10．在一個(gè)單處理機(jī)的系統(tǒng)中有A、B兩個(gè)程序，若兩個(gè)程序單獨(dú)執(zhí)行，則需要占用CPU、設(shè)備IO1、設(shè)備IO2的時(shí)間及順序如下：程序A：CPU（25ms）；IO1（30ms）；CPU（20ms）；IO2（20ms）；CPU（20ms）；IO1（30ms）；CPU（20ms）。程序B：CPU（20ms）；IO1（30ms）；CPU（20ms）；IO2（20ms）；CPU（10ms）；IO2（20ms）；CPU（45ms）。若該系統(tǒng)中：（a）IO1和IO2為不同步的輸入／輸出裝置，它們能夠同時(shí)工作。（b）設(shè)程序的優(yōu)先級(jí)B高于A。但是，當(dāng)程序A正在占用CPU時(shí)，即使程序B需要占用CPU，也不能打斷程序A的執(zhí)行而必須等待。（c）當(dāng)使用CPU之后控制轉(zhuǎn)向IO1、IO2時(shí)，或者使用IO1、IO2之后控制轉(zhuǎn)向CPU時(shí)，由控制程序執(zhí)行中斷處理，但這段處理時(shí)間忽略不計(jì)。（d）程序A、B同時(shí)進(jìn)入計(jì)算機(jī)中。試問：（1）哪個(gè)程序先結(jié)束？（2）程序全部執(zhí)行結(jié)束需要多少時(shí)間？（3）到程序全部執(zhí)行完畢時(shí)的CPU利用率為多少？（4）程序A等待CPU的累計(jì)時(shí)間為多少？（5）程序B等待CPU的累計(jì)時(shí)間為多少？答：程序A與程序B的運(yùn)行過程如圖2.4a所示。因此：圖2.4a程序A、B并發(fā)執(zhí)行的情況（1）程序B先結(jié)束。（2）程序全部結(jié)束需要205ms。（3）CPU的利用率為（205－25）／205，即87.8％。（4）程序A等待CPU的時(shí)間累計(jì)為35ms。（5）程序B等待CPU的時(shí)間累計(jì)為10ms。11．程序運(yùn)行時(shí)CPU的空閑時(shí)間，即等待I/O的時(shí)間占運(yùn)行時(shí)間的百分比稱CPU空轉(zhuǎn)百分比，且CPU空轉(zhuǎn)百分比因并發(fā)執(zhí)行的作業(yè)道數(shù)不同而變化。在每道作業(yè)的I/O時(shí)間占運(yùn)行時(shí)間25％情況下的CPU空轉(zhuǎn)百分比如表2-2所示。表2-2CPU空轉(zhuǎn)百分比（I/O占運(yùn)行的25％）為了確定一個(gè)作業(yè)在多道程序系統(tǒng)中何時(shí)完成而引入了“CPU進(jìn)度”概念。所謂“CPU進(jìn)度”是指在給定的時(shí)間間隔內(nèi)CPU為一道作業(yè)服務(wù)的累計(jì)時(shí)間。例如，兩道作業(yè)同時(shí)投入運(yùn)行，每道作業(yè)的I/O時(shí)間占運(yùn)行時(shí)間的25％且都需1.5小時(shí)的CPU時(shí)間，則完成兩道作業(yè)所需時(shí)間為（查表2-2）得到CPU空轉(zhuǎn)百分比為4％，也就是說在1小時(shí)內(nèi)兩作業(yè)的CPU進(jìn)度為0.96小時(shí)，平分給每個(gè)作業(yè)其CPU進(jìn)度為0.48小時(shí)。由于每個(gè)作業(yè)占用CPU時(shí)間是1.5小時(shí)，所以完成兩道作業(yè)所需的全部時(shí)間為1.5／0.48＝3.13（小時(shí)）?，F(xiàn)有一組作業(yè)，它們的提交時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間如表2-3所示。假定所有作業(yè)的運(yùn)行時(shí)間包含25％的I/O等待時(shí)間，且內(nèi)存的作業(yè)平分CPU時(shí)間，那么在多道程序系統(tǒng)中，計(jì)算其作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間和作業(yè)平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間。表2-3作業(yè)提交時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間答：首先根據(jù)作業(yè)的運(yùn)行時(shí)間計(jì)算出如表2-4所示的作業(yè)需要CPU的時(shí)間：需CPU時(shí)間＝運(yùn)行時(shí)間×（1－I/O占運(yùn)行的百分比）上述5個(gè)作業(yè)的運(yùn)行情況如表2-5所示。因此，作業(yè)1、2、3、4、5的周轉(zhuǎn)時(shí)間分別為0.356、0.851、0.181、0.659、0.226，作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間為0.455。它們的帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間分別為1.19、1.70、1.81、1.65、2.26，平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間為1.72。表2-4作業(yè)需CPU的時(shí)間表2-5作業(yè)的運(yùn)行情況2.7.2進(jìn)程的同步和通信1．設(shè)有兩個(gè)優(yōu)先級(jí)相同的進(jìn)程P1和P2如下。信號(hào)量S1和S2的初值均為0，試問P1、P2并發(fā)執(zhí)行結(jié)束后，x、y、z的值各為多少？答：可以將上述進(jìn)程分解成以下6個(gè)程序段：并將它們的并發(fā)執(zhí)行關(guān)系用前趨圖描述出來（如圖2.5所示）。根據(jù)Bernstein條件，程序段PS1和PS4的確是能并發(fā)執(zhí)行的，程序段PS2與PS5也能并發(fā)執(zhí)行，而程序段PS3和PS6則不能并發(fā)執(zhí)行，或者說它們的并發(fā)執(zhí)行具有不可再現(xiàn)性。若先執(zhí)行PS3，再執(zhí)行PS6，則最后x，y，z的值分別為5，7，9；若先執(zhí)行PS6，再執(zhí)行PS3，則最后x，y，z的值分別為5，12，9。圖2.5前趨圖2．舉例說明P、V操作為什么要求設(shè)計(jì)成原語(yǔ)（即對(duì)同一信號(hào)量上的操作必須互斥）。（北京大學(xué)1993年研究生試題）答：P、V操作是用來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步的原語(yǔ)，它們可以被描述為：

例如，用P，V操作來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程對(duì)臨界資源的互斥使用。此時(shí)，只需定義一個(gè)信號(hào)量S，其初值為｛1，NULL｝，并在臨界區(qū)前執(zhí)行P（S）操作，而在臨界區(qū)后執(zhí)行V（S）操作。如果P、V操作不設(shè)計(jì)成原語(yǔ)，那么在執(zhí)行P、V操作時(shí)進(jìn)程可以被中斷。由于在初始狀態(tài)下，臨界資源空閑，故應(yīng)允許第一個(gè)申請(qǐng)臨界資源的進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)使用臨界資源，但如果該進(jìn)程在執(zhí)行到P操作的語(yǔ)句S.value－－后（此時(shí)S.value的值為0）便被另一個(gè)進(jìn)程中斷，而那個(gè)進(jìn)程也企圖通過執(zhí)行P（S）操作進(jìn)入臨界區(qū)，則第二個(gè)進(jìn)程也必須執(zhí)行語(yǔ)句S.value－－，從而將S.value的值變?yōu)椋?，并由于S.value＜0而被阻塞，而第一個(gè)進(jìn)程再次獲得CPU后，也同樣由于S.value＜0而被阻塞，這就造成了臨界資源雖然空閑但進(jìn)程卻申請(qǐng)不到臨界資源的情況，也就是說，此時(shí)的P、V操作已無(wú)法滿足同步機(jī)制的要求。同樣，一個(gè)執(zhí)行P（S）操作的進(jìn)程被中斷后，另一進(jìn)程去執(zhí)行V（S）操作；或者，一個(gè)執(zhí)行V（S）操作的進(jìn)程被中斷后，而另一進(jìn)程去執(zhí)行P（S）或V（S）操作，都將發(fā)生混亂，而難以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步。因此，P、V操作必須設(shè)計(jì)成原語(yǔ)的方式。3．試從物理觀念上來說明記錄型信號(hào)量wait與signal操作？（南京航空航天大學(xué)2000年研究生試題）答：從物理觀念上來看，一個(gè)記錄型信號(hào)量S可以用來表示一類臨界資源的使用情況，S.value的初值表示系統(tǒng)中該類資源的總數(shù)。在使用過程中，若S.value＞0，則表示系統(tǒng)中還有S.value個(gè)該類資源處于空閑狀態(tài)。對(duì)它的每次wait操