1-3章習題講解第四版課件

第1～3、7章習題講解操作系統(tǒng)

OperatingSystem1.OS的主要目標是什么？(P31)解答：1）方便性：方便用戶、程序員；

2）有效性：提高軟硬件資源利用率；

3）可擴充性：便于擴充功能和性能；

4）開放性：增加系統(tǒng)兼容性和互操作性。Chap1操作系統(tǒng)引論2.OS的作用可表現(xiàn)在哪幾個方面？(P31)解答：1）從一般用戶的觀點，可把OS看作是用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的接口；

2）從資源管理角度看，可把OS視為計算機系統(tǒng)資源的管理者；

3）OS作為系統(tǒng)軟件覆蓋在裸機之上后，便可獲得一臺功能顯著增強的虛擬機器，因此，OS還有擴充機器的作用。Chap1操作系統(tǒng)引論11.OS有那幾大特征？最基本的特征是什么？（P31）

解答：基本特征是：并發(fā)、共享、虛擬、異步。最基本的特征是:并發(fā)性和共享性Chap1操作系統(tǒng)引論14.什么原因使OS具有異步性？(P31)解答：1）程序執(zhí)行結(jié)果是不確定的，即程序運行結(jié)果是不可再現(xiàn)的。

2）每個程序在何時執(zhí)行，多個程序間的執(zhí)行次序以及完成每個程序的時間都是不確定的，即不可預知性。Chap1操作系統(tǒng)引論24.基于微內(nèi)核的OS中，應(yīng)用了哪些新技術(shù)？(P31)解答：微內(nèi)核技術(shù)、客戶/服務(wù)器技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)。Chap1操作系統(tǒng)引論補充1、什么是多道程序設(shè)計?實現(xiàn)多道程序設(shè)計的計算機需要哪些必不可少的硬件支持?采用多道程序設(shè)計會帶來什么好處?解答：在計算機內(nèi)存中同時存放幾道相互獨立的程序，它們在管理程序的控制下相互穿插地運行，共享CPU和外設(shè)等資源。硬件支持：中斷技術(shù)、通道技術(shù)優(yōu)點：資源的利用率、系統(tǒng)吞吐量大。Chap1操作系統(tǒng)引論補充2、操作系統(tǒng)是如何從單道批處理，發(fā)展到多道批處理，再到分時系統(tǒng)的，隨之出現(xiàn)了哪些技術(shù)。解答：1）單道

多道批處理：提高資源利用率，產(chǎn)生了多道程序設(shè)計技術(shù)、通道、中斷、作業(yè)管理、處理機管理、存儲管理、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)。

2）批處理分時系統(tǒng)：提高系統(tǒng)的交互能力，產(chǎn)生了時鐘技術(shù)。Chap1操作系統(tǒng)引論補充3、分時系統(tǒng)的出現(xiàn)讓用戶感受到了什么好處？典型的分時系統(tǒng)是什么？解答：1）同時性或多路性：多用戶同時操作、使用計算機

2）獨占性：各終端用戶感覺到自己獨占了計算機；

3）及時性：用戶請求在較短時間內(nèi)相應(yīng)；

4）交互性：用戶能計算機進行人機對話。典型的分時系統(tǒng)：UNIXChap1操作系統(tǒng)引論6.從動態(tài)性、并發(fā)性和獨立性上比較進程和程序。（P84）答案見P367.說明PCB作用，為什么PCB是進程存在唯一標志。（P84）解答：1）PCB是進程實體的一部分，是操作系統(tǒng)中最重要的記錄型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。PCB中記錄了操作系統(tǒng)所需的用于描述進程情況及控制進程運行所需的全部信息。

2）在進程的整個生命周期中，系統(tǒng)總是通過其PCB對進程進行控制，系統(tǒng)是根據(jù)進程的PCB而不是任何別的什么而感知到該進程的存在的。Chap2進程管理13.進程切換時保存CPU狀態(tài)信息包含哪些？（P84）解答：1）通用寄存器

2）指令計數(shù)器

3）程序狀態(tài)字

4）用戶棧指針

注意：處理機狀態(tài)是PCB的一部分，它描述了進程在處理機上執(zhí)行時的各種信息；當進行進程切換時，處理機中的這些信息通通要被其它進程覆蓋，所以必須保存。作業(yè)中有提到進程狀態(tài)的部分，不在此列。Chap2進程管理Chap2進程管理16.創(chuàng)建一個進程時所要完成的工作？解答：分配一個唯一的進程標識符,索取一個空白PCB為新進程的程序和數(shù)據(jù)分配內(nèi)存空間初始化進程控制塊，包括初始化標識符信息、處理機的狀態(tài)信息和控制信息設(shè)置相應(yīng)的鏈接18.同步應(yīng)該遵循的基本原則？（P84）答案見P51空閑讓進、忙則等待、有限等待、讓權(quán)等待

19.記錄型信號量的wait和signal的物理含義作業(yè)問題：

1）只答出wait、signal操作的原子性。

2）只答出wait表示申請一個資源，signal表示釋放一個資源。Chap2進程管理解答：

1）wait操作意味著請求一個單位的資源；若減1后S.value<0時，表示資源已分配完畢，故進程調(diào)用block原語進行自我阻塞，并被插入到等待隊列中。

2）signal操作意味著釋放一個單位的資源；若加1后S.value<=0,表示等待隊列中仍有進程等待該資源，故進程調(diào)用wakeup原語喚醒一個等待進程。Chap2進程管理21：如何使用信號量機制實現(xiàn)多個進程對臨界資源的互斥訪問？解答：

1）設(shè)置記錄型信號量mutex，初值為1。

2）將訪問臨界資源的代碼放置于wait(mutex)和signal(mutex)之間。Chap2進程管理23：在生產(chǎn)者—消費者問題中，如果缺少了signal(full)和signal(empty)，對執(zhí)行結(jié)果有何影響？Chap2進程管理Producer：repeatwait(empty)wait(mutex)…signal(mutex)

signal(full)untilfalseConsumer：repeatwait(full)wait(mutex)…signal(mutex)

signal(empty)untilfalse(2)Wait(empty)成功，繼續(xù)（當緩沖區(qū)放滿后，生產(chǎn)者進程也阻塞）(1)Wait(full)不成功，消費者進程阻塞Chap2進程管理24：在生產(chǎn)者—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(jié)果會如何？Chap2進程管理Producer：repeatwait(empty)wait(mutex)…signal(mutex)signal(full)untilfalseConsumer：repeatwait(mutex)wait(full)…signal(mutex)signal(empty)untilfalse(1)Wait(empty)成功，繼續(xù)(3)Wait(mutex)失敗，生產(chǎn)者進程阻塞(2)Wait(mutex)成功，繼續(xù)(4)Wait(full)失敗，消費者進程阻塞Chap2進程管理Consumer：repeatwait(full)wait(mutex)…signal(mutex)signal(empty)untilfalseProducer：repeatwait(empty)wait(mutex)…signal(full)signal(mutex)untilfalse（1）Signal(full)成功(2)Wait(full)成功,繼續(xù)（3）wait(mutex)失敗，消費者阻塞互換signal會不會死鎖？Chap2進程管理Chap2進程管理26、Producer：

begin repeat produceaniteminnextp; wait(mutex); wait(full); buffer(in):=nextp; signal(mutex); untilfalse; endConsumer：

begin repeat wait(mutex); wait(empty); nextc:=buffer(out); out:=out+1;

signal(mutex); consumeiteminnextc; untilfalse endChap2進程管理27、試利用記錄型信號量寫出不會死鎖的哲學家進餐問題的算法。答：varc:array[0..4]ofsemaphore:=(1,1,1,1,1);processiRepeat

思考；

Swait(c[i],c[(i+1)mod5])；進食；

Ssignal(c[i],c[(i+1)mod5])；Untilfalse;Chap2進程管理31、什么是AND型信號量？試利用AND型信號量寫出生產(chǎn)者-消費者問題的算法。ProcessPi(1··m);//生產(chǎn)者

……Repeat

生產(chǎn)一個產(chǎn)品；

Swait(S,buf)；送產(chǎn)品到Buffer[in]

；

in:=(in+1)modn;

Ssignal(S,prod)；

UntilFalse；……ProcessCj(1··n);//消費者

……RepeatSwait(S,prod)；

從Buffer[out]取產(chǎn)品；

out:=(out+1)modN；

Ssignal(S,buf)；消費產(chǎn)品;UntilFalse；……VarS,buf,prod:semaphore:=1,N,0;{信號量}Buffer:array[0..N-1]ofitem;{臨界資源}in,out:integer:=0,0;{是臨界資源不是信號量}21：從調(diào)度性、并發(fā)性、擁有資源及系統(tǒng)開銷方面比較進程與線程？（P84）解答見P7623：何謂用戶級線程和內(nèi)核支持線程？（P84）解答見P79Chap2進程管理補充1：有沒有這樣的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，為什么？等待

運行；就緒

等待解答：沒有。都要經(jīng)過中間狀態(tài)：

1.等待狀態(tài)的進程獲得所需的資源后，必須轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)，直到獲得CPU后才能運行。

2.進程在運行過程中才會請求資源，才有可能因請求不到資源而轉(zhuǎn)入等待狀態(tài)。Chap2進程管理補充2：一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換的發(fā)生，是否一定導致另一個轉(zhuǎn)換發(fā)生，列出所有的可能。解答：不一定?？赡艿那闆r如下：

1）執(zhí)行阻塞導致就緒執(zhí)行（就緒隊列不空）

2）執(zhí)行就緒導致就緒執(zhí)行

3）阻塞就緒可能導致就緒執(zhí)行（在搶占方式下，該進程優(yōu)先級高于當前進程和就緒隊列中的所有進程）Chap2進程管理補充3：用wait-signal操作解決下圖之同步問題:Chap2進程管理getcopyputfstgVarSfull,Sempty,Tfull,Tempty:semphore:=0,1,0,1;Get進程：BeginRepeatWait(Sempty);Get(f,s);Signal(Sfull);Untilfalse;endCopy進程：BeginRepeatWait(Sfull);Wait(Tempty);Copy(s,t);Signal(Sempty);Signal(Tfull);Untilfalse;endPut進程：BeginRepeatWait(Tfull);Put(t,g);Signal(Tempty);Untilfalse;endChap2進程管理Chap3處理機調(diào)度與死鎖6.為什么要引入高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法？優(yōu)點？答：FCFS只考慮了等待時間，沒有考慮作業(yè)的運行時間，而SJF恰恰相反，只考慮了作業(yè)的運行時間，沒有考慮等待時間。而引入高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法既考慮了等待時間，又考慮作業(yè)的運行時間，可以改善處理機的調(diào)度性能。優(yōu)點：既有利于短作業(yè)，又兼顧長作業(yè)，還考慮到了進程等待時間長短問題，改善了改善處理機的調(diào)度性能。Chap3處理機調(diào)度與死鎖9.在選擇調(diào)度方式和調(diào)度算法時,應(yīng)遵循的準則是什么？答：a.面向用戶的準則有周轉(zhuǎn)時間短,響應(yīng)時間快,截止時間的保證,以及優(yōu)先權(quán)準則。

b.面向系統(tǒng)的準則有系統(tǒng)吞吐量高,處理機利用率好,各類資源的平衡利用。Chap3處理機調(diào)度與死鎖11.何謂靜態(tài)和動態(tài)優(yōu)先級？確定靜態(tài)優(yōu)先級的依據(jù)是什么？答：靜態(tài)優(yōu)先級是在創(chuàng)建進程時確定的，且在進程的整個運行期間保持不變。動態(tài)優(yōu)先級是指，在創(chuàng)建進程時所賦予的優(yōu)先權(quán)，是可以隨進程的推進或隨其等待時間的增加而改變的，以便獲得更好的調(diào)度性能。確定靜態(tài)優(yōu)先級的依據(jù)有： 進程類型； 進程對資源的需求； 用戶要求。Chap3處理機調(diào)度與死鎖27.何謂死鎖?產(chǎn)生死鎖的原因和必要條件是什么?答：a.死鎖是指多個進程因競爭資源而造成的一種僵局,若無外力作用,這些進程都將永遠不能再向前推進;

b.產(chǎn)生死鎖的原因有二,一是競爭資源,二是進程推進順序非法;

c.必要條件是:互斥條件,請求和保持條件,不剝奪條件和環(huán)路等待條件。ProcessAllocationNeedAvailabeP0003200121622P110001750P213542356P303320652P400140656（1）該狀態(tài)是否安全？（2）若P2提出資源請求Request(1,2,2,2)后，系統(tǒng)能否將資源分配給它？31.銀行家算法Chap3處理機調(diào)度與死鎖安全性算法設(shè)置工作向量Work=Available，F(xiàn)inish[i]=False；挑選一個進程i，滿足條件： Finish[i]=False；Need[i,j]<=Work[j]如果找到這樣的進程，則執(zhí)行3，否則跳轉(zhuǎn)到4Pi執(zhí)行完后釋放資源，Work[j]+=Allocation[i,j],Finish[i]=True;

跳轉(zhuǎn)到2；如果所有Finish[i]==True；則安全，否則不安全安全狀態(tài)判斷過程ProcessAllocationNeedWorkWork+AllocationFinishP0003200121622P110001750FalseP213542356FalseP303320652P40014065616541686169ATrueTrueTrue無路可走了……，不安全呀P2請求（1，2，2，2），嘗試分配并判斷是否為安全狀態(tài)ProcessAllocationNeedWorkWork+AllocationFinishP0003200121622(0400)FalseP110001750FalseP21354(2576)2356(1134)FalseP303320652FalseP400140656False寸步難行呀……，不安全*紅色的數(shù)字代表P2進行預分配后的資源狀況補1.3個進程共享4個資源，每個進程至多需要兩個資源，問：會不會死鎖？

解答：不會。因為3個進程中必然會有1個進程能夠獲得2個資源，該進程得以順利執(zhí)行完，并釋放資源供其余2個進程使用。Chap3處理機調(diào)度與死鎖補2、設(shè)三個進程P1,P2,P3,各按如下順序執(zhí)行：進程P1進程P2進程P3

在執(zhí)行時能否產(chǎn)生死鎖？如果可能，請說明在什么情況下會產(chǎn)生死鎖？并給出一個防止死鎖產(chǎn)生的修改辦法。P（S1）P（S2）

:V（S1）V（S2）P（S3）P（S1）

:V（S3）V（S1）P（S2）P（S3）

:V（S2）V（S3）Chap3處理機調(diào)度與死鎖Chap7操作系統(tǒng)接口1.操作系統(tǒng)用戶接口中包括哪幾種接口？它們分別適用于哪種情況?答：聯(lián)機命令接口，直接提供給用戶在終端使用； 系統(tǒng)調(diào)用接口（程序接口），提供給用戶在編程時使用； 圖形用戶接口（圖形操作）和網(wǎng)絡(luò)用戶接口（網(wǎng)絡(luò)操作）Chap7操作系統(tǒng)接口16.試比較一般的過程調(diào)用