OS復(fù)習(xí)題剖析.doc

1.什么是操作系統(tǒng)？從資源管理的角度去分析操作系統(tǒng)，它的主要功能是什么？答：操作系統(tǒng)是一個(gè)大型的程序系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)的全部軟、硬件資源的分配與回收，控制與協(xié)調(diào)等并發(fā)活動，實(shí)現(xiàn)信息的存取和保護(hù)。它提供用戶接口，使用戶獲得良好的工作環(huán)境，為用戶擴(kuò)展新的系統(tǒng)功能提供軟件平臺，操作系統(tǒng)使整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高效率和高度自動化。操作系統(tǒng)的主要功能是管理系統(tǒng)的軟、硬件資源，它們可歸為四類：處理機(jī)管理、存儲管理、設(shè)備管理和文件管理等。2.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)的特征有：并發(fā)性，共享性，不確定性，虛擬性。其中并發(fā)性和共享性是其主要特征。由于操作系統(tǒng)建立并控制著多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程，完成著同時(shí)進(jìn)行的幾項(xiàng)任務(wù)，進(jìn)程之間相互制約，并且共享著系統(tǒng)的某些資源，進(jìn)程的這些活動便形成了操作系統(tǒng)的主要特征。并且許多事件的產(chǎn)生是隨機(jī)的，而且事件產(chǎn)生的先后順序又有許多可能組合，但操作系統(tǒng)必須能處理任何一種可能的事件序列。所以，操作系統(tǒng)又具有不確定性。另外，操作系統(tǒng)中還廣泛使用了虛擬技術(shù)，使得配備了操作系統(tǒng)之后的系統(tǒng)在資源的使用上更加自由和靈活，不受物理設(shè)備數(shù)量的限制。3.什么是多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)？試述多道程序運(yùn)行的特征。答：多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)是在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存放幾道相互獨(dú)立的程序，使它們在管理程序控制下，相互穿插地運(yùn)行。多道程序運(yùn)行的特征如下：(1) 多道：計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存放幾道相互獨(dú)立的程序。(2) 宏觀上并行：同時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的幾道程序都處于運(yùn)行過程中，即它們先后開始了各自的運(yùn)行，但都未運(yùn)行完畢。微觀上串行：從微觀上看，內(nèi)存中的多道程序輪流地或分時(shí)地占有處理機(jī)，交替執(zhí)行(單處理機(jī)情況)。4.批處理系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)各具有什么特點(diǎn)？答：批處理系統(tǒng)是在解決人機(jī)矛盾以及高速度的中央處理機(jī)和低速度的I/O設(shè)備這兩對矛盾的過程中發(fā)展起來的。它的出現(xiàn)改善了CPU和外設(shè)的使用情況，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了作業(yè)的自動定序、自動過渡，從而使整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的處理能力得以提高。在多道系統(tǒng)中，若采用了分時(shí)技術(shù)，就是分時(shí)操作系統(tǒng)，它是操作系統(tǒng)的另一種類型。它一般采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的辦法，使一臺計(jì)算機(jī)同時(shí)為多個(gè)任務(wù)服務(wù)。對用戶都能保證足夠快的響應(yīng)時(shí)間，并提供交互會話功能。它與批處理系統(tǒng)之間的主要差別在于，分時(shí)系統(tǒng)是人機(jī)交互式系統(tǒng)，響應(yīng)時(shí)間快；而批處理系統(tǒng)是作業(yè)自動定序和過渡，無人機(jī)交互，周轉(zhuǎn)時(shí)間長。5.現(xiàn)代操作系統(tǒng)中為什么要引入“進(jìn)程”概念? 它與程序有什么區(qū)別?答：之所以要引入進(jìn)程的概念，是因?yàn)樵谝恍┛梢圆l(fā)的程序段之間，存在著某種相互制約的關(guān)系，每個(gè)程序段的執(zhí)行不僅要受到其它程序執(zhí)行的制約，而且還要動態(tài)地依賴系統(tǒng)資源的分配情況，因此每個(gè)可以并發(fā)執(zhí)行的程序段就會因外界條件的限制而不能運(yùn)行，被迫處于阻塞狀態(tài)。僅用程序的概念無法表示程序的走走停停以及程序運(yùn)行過程中對資源的競爭現(xiàn)象，因此需要采用一種動態(tài)的概念描述并發(fā)程序這種走走停停的現(xiàn)象，這就產(chǎn)生了進(jìn)程的概念。進(jìn)程和程序的區(qū)別：（1） 進(jìn)程是程序的執(zhí)行過程，是動態(tài)的過程，屬于一種動態(tài)概念。程序是一組有序靜態(tài)指令和數(shù)據(jù)的集合，用來指示處理機(jī)的操作，是一種靜態(tài)概念。（2） 從結(jié)構(gòu)上看，每個(gè)進(jìn)程實(shí)體是由程序段和相應(yīng)的數(shù)據(jù)段兩部分構(gòu)成，并且進(jìn)程結(jié)構(gòu)中還要包含PCB,即進(jìn)程控制塊。（3） 一個(gè)進(jìn)程可以涉及到一個(gè)或幾個(gè)程序的執(zhí)行；反之，同一程序可以對應(yīng)多個(gè)進(jìn)程，即同一個(gè)程序段可以在不同數(shù)據(jù)集合上運(yùn)行，可以構(gòu)成不同的進(jìn)程。（4） 進(jìn)程能真實(shí)地描述并發(fā)執(zhí)行的過程，而程序僅僅是靜態(tài)指令堆積的序列。（5） 進(jìn)程有可創(chuàng)建其他進(jìn)程的功能，而一般的程序不具有創(chuàng)建其它程序的功能。每一個(gè)程序都是在一個(gè)進(jìn)程現(xiàn)場中運(yùn)行的。6.何謂名字空間？何謂地址空間？何謂存儲空間？ 答：名字空間：程序中符號名的集合。 地址空間：在目標(biāo)模塊中的地址的集合。 存儲空間：實(shí)際內(nèi)存地址的集合。符號源程序相對目標(biāo)程序(裝配模塊)絕對目標(biāo)程序 匯編編譯 地址重定位 連接名字空間 地址空間 存儲空間7.為什么要引入動態(tài)重定位？如何實(shí)現(xiàn)？動態(tài)重定位示意圖1000110013001400 LOAD 1,300 5678內(nèi)存LOAD 1,300 5678 0100300400某程序的地址空間1000+ 答：動態(tài)重定位便于程序浮動。由于在目標(biāo)模塊裝入內(nèi)存時(shí)無需對其進(jìn)行任何修改，因而裝入之后再搬遷也不會影響其正確執(zhí)行。實(shí)現(xiàn)時(shí)，需要采用動態(tài)重定位硬件機(jī)構(gòu)：重定位寄存器和加法器。如圖所示。8.為什么說分段系統(tǒng)較之分頁系統(tǒng)更易于實(shí)現(xiàn)地址變換？ 答：因?yàn)榉侄问前凑者壿嫻δ芊侄危@樣在地址變換時(shí)，針對的是一個(gè)完整的邏輯功能段，所以可以在實(shí)際需要時(shí)進(jìn)行動態(tài)連接。而分頁則是按照物理頁的大小劃分所以一定要事先將所有的頁面聯(lián)接成一個(gè)整體后才能實(shí)現(xiàn)地址變換。9.分頁存儲管理中有哪幾種常用的頁面置換算法？試比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。 答：(1)先進(jìn)先出（FIFO） (2)最近最久未使用淘汰算法（LRU）(3)最優(yōu)算法（OPT）FIFO算法最簡單，但效率不高。LRU是較為實(shí)用的算法，效果較好，實(shí)現(xiàn)也不難。OPT算法是最佳算法，但并不實(shí)用，因?yàn)橐櫢黜撁娣娇深A(yù)測未來，而這種預(yù)測往往是困難的。10.有5個(gè)批處理作業(yè)A到E均已到達(dá)計(jì)算中心，其運(yùn)行時(shí)間分別為：10、6、2、4、和8分鐘；各自的優(yōu)先級分別被 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(jì)算出平均作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間。(1)FCFS(按A、B、C、D、E)；(2)優(yōu)先級調(diào)度算法；(3)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法。解答：FCFS作業(yè)執(zhí)行時(shí)間等待時(shí)間周轉(zhuǎn)時(shí)間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間A100101B610162.66C216189D418225.5E822303.75T=19.2 W=4.38時(shí)間片輪轉(zhuǎn)，時(shí)長為q=2作業(yè)執(zhí)行時(shí)間等待時(shí)間周轉(zhuǎn)時(shí)間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間A1020303B616223.66C2463D412164E820283.5T=20.4 W=3.43優(yōu)先權(quán)調(diào)度次序執(zhí)行時(shí)間等待時(shí)間周轉(zhuǎn)時(shí)間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間B6061E86141.75A1014242.4C2242613D426307.5T=20 W=5.1311.若兩個(gè)程序，A程序按順序使用：(CPU)10s，(設(shè)備甲)5s，(CPU)5s，(設(shè)備乙)10s，(CPU)10s。B程序按順序使用：(設(shè)備甲)10s，(CPU)10s，(設(shè)備乙)5s，(CPU)5s，(設(shè)備乙)10s。在順序環(huán)境下先執(zhí)行A，在執(zhí)行B，求出總的CPU利用率為多少？答：程序A的執(zhí)行了40秒，其中CPU使用了25秒，B程序執(zhí)行40秒，其中CPU使用了15秒，而程序共使用了80秒，CPU花40秒，CPU的利用率是40/80=50%。12.在某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，時(shí)鐘中斷處理程序每次執(zhí)行時(shí)間為2ms(包括進(jìn)程切換開銷)。若中斷頻率為60Hz，試問CPU用于時(shí)鐘中斷處理的時(shí)間比率為多少？答：因?yàn)闀r(shí)鐘中斷頻率是60HZ，時(shí)鐘周期是 1000ms/6050/3(ms)在每一個(gè)時(shí)鐘周期里，CPU花2ms處理執(zhí)行任務(wù)，所以CPU用于時(shí)鐘中斷的時(shí)間比例是 2/(50/3)=6/50=12%。13.設(shè)有一個(gè)邏輯地址空間有8頁，每頁1024字節(jié)，映射到32塊的物理地址上，試問：邏輯地址空間需要多少位表示？物理地址空間需要多少位表示？答：1)邏輯地址空間需要13位表示，其中頁號需要3位，因?yàn)?3=8，頁內(nèi)地址需要10位表示，因?yàn)?10=1024；2物理地址空間需要15位表示，其中塊號需要5位，因?yàn)?5=32，快內(nèi)地址需要10位表示，因?yàn)?10=1024。14.一臺計(jì)算機(jī)為每個(gè)進(jìn)程提供65536字節(jié)的地址空間，劃分為4k字節(jié)的頁。一個(gè)特定的程序有32768字節(jié)的正文，16386字節(jié)的數(shù)據(jù)和15870字節(jié)的堆棧。這個(gè)程序能裝入地址空間嗎？如果頁長是512字節(jié)，能放下嗎？答：每個(gè)進(jìn)程只提供65536字節(jié)的地址空間，4K字節(jié)的頁，即計(jì)算機(jī)為每個(gè)進(jìn)程只提供16個(gè)頁面。當(dāng)程序有32768字節(jié)正文，16386字節(jié)數(shù)據(jù)和15870字節(jié)堆棧時(shí)，總共需要17個(gè)頁面，無法裝入。如果頁面長度為512字節(jié)，每個(gè)進(jìn)程在內(nèi)存最多占128個(gè)頁面，32768字節(jié)需要64個(gè)頁面，16386字節(jié)需要33個(gè)頁面，15870字節(jié)需要31個(gè)頁面，改程序總共需要128個(gè)頁面，剛好可以裝入地址空間。15.一個(gè)32位地址的計(jì)算機(jī)使用兩級頁表，虛地址分為9位的頂級頁表域，11位的二級頁表域和偏移，頁面的長度是多少？在地址空間一共有多少頁？答：9位作頂級域，11位作二級頁表域，剩余32-(9+11)=12位作偏移，所以頁表長度是212=4K，在此地址空間共有220個(gè)頁面。16.某系統(tǒng)采用請求分頁存儲管理方案，其邏輯地址有20位，頁內(nèi)地址占11位，頁號占9位，有一個(gè)4頁的作業(yè)，其邏輯頁號0,12,3分別裝入了存儲空間的4,7,5,8塊，如圖,頁號塊號04172538試問：作業(yè)的虛地址空間有多大？系統(tǒng)的頁面大小是多少？邏輯地址5000對應(yīng)的物理地址是多少？答：由于邏輯地址結(jié)構(gòu)為20位，頁內(nèi)地址占11位，頁號占9位，所以虛地址空間有220=1M，系統(tǒng)頁面為211=2K。在請求分頁管理中，通過頁面變換表進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換，將邏輯地址分解為頁號和頁內(nèi)地址兩部分。這里頁面大小為2K，邏輯地址5000分解為頁號p=2，頁內(nèi)地址w=904，2 x 2048 = 40965000 DIV 2048 = 2 5000 MOD 2048 =904查頁面變換表，頁號為2對應(yīng)的物理塊是5，對應(yīng)的物理地址是物理地址 = 塊號 x 頁面大小 + 頁內(nèi)地址= 5 x 2KB +904= 1114417.假設(shè)在一個(gè)分頁系統(tǒng)中，頁表存放在內(nèi)存中，試問：如果一次內(nèi)存訪問需要花費(fèi)1.2s，那么存取一個(gè)數(shù)至少需要花多少時(shí)間？如果系統(tǒng)采用聯(lián)想存儲器，其中命中率為75%，那么有效內(nèi)存訪問時(shí)間是多少？答：在分頁存儲系統(tǒng)中，每存取一個(gè)數(shù)據(jù)至少訪問內(nèi)存2次，所以存取一個(gè)數(shù)據(jù)至少花費(fèi)的時(shí)間為2 x 1.2s = 2.4s如果系統(tǒng)使用聯(lián)想存儲器，其命中率為75%，那么有效內(nèi)存訪問時(shí)間為75% x 1.2s + (1-75%) x 2.4s = 1.5s18. 一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)有4個(gè)周期性事件，周期分別為50、100、300和250ms，若假設(shè)其處理分別需要35、20、10和ms，則該系統(tǒng)可調(diào)度允許的最大值為多少ms。答： 35/50+20/100+300/10+x/2501 XJ2-J5-J3-J4平均周轉(zhuǎn)時(shí)間是 20. 過河問題：一條小河上有一座獨(dú)木橋，規(guī)定每次只允許一個(gè)人過橋?，F(xiàn)假設(shè)河?xùn)|、河西都有人要過橋，如果把每個(gè)過橋者看作一個(gè)進(jìn)程，為保證安全，請用P、V操作實(shí)現(xiàn)各進(jìn)程的同步互斥。解：BeginSemaphore: mutex:=1; /橋互斥信號量Semaphore: mutex1, mutex2:=1; /訪問count1、count2的互斥信號量int: count1, count2:=0; /記錄方向1、方向2在橋上同方向的人數(shù)CobeginProcess GO_BRIGE1 Begin P(mutex1);If count1=0 thenP(mutex); /P操作成功，則橋空，方向1的人都可過橋Count1:=count1+1;V(mutex1); “過橋”;P(mutex1);Count1:=count1-1;If count1=0 then V(mutex); /橋上人下空，任何方向的人都可過橋V(mutex1);EndProcess GO_BRIGE2BeginP(mutex2);If count2=0 then P(mutex); /P操作成功，則橋空，方向2的人都可過橋Count2:=count2+1;V(mutex2);“過橋”;P(mutex2);Count2:=count2-1;If count2=0 then V(mutex); /橋上人下空，任何方向的人都可過橋V(mutex2);EndCoendEnd21銀行家算法中，若出現(xiàn)以下資源分配情況：資源進(jìn)程最大需求量R1 R2 R3已分配資源量R1 R2 R3剩余資源量R1 R2 R3P0P1P2P3P47 5 3 3 2 29 0 22 2 24 3 30 1 0 2 0 03 0 2 2 1 1 0 0 2 3 3 2試問：（1）該系統(tǒng)狀態(tài)是安全的嗎？請說明原因。（2）如果進(jìn)程依次有如下資源請求，系統(tǒng)將怎樣進(jìn)行資源分配？P1：（1，0，2）P4：（3，3，0）P0：（0，2，0）解：（1）P1的請求（3，2，2）是系統(tǒng)剩余資源（3，3，2）能滿足的，故P1能運(yùn)行完，P1釋放資源，使得P3的申請能得到滿足，進(jìn)程按P1，P3，P0，P2，P4順序執(zhí)行，每個(gè)進(jìn)程都可以獲得需要的資源運(yùn)行完畢，故當(dāng)前狀態(tài)是安全的。（2）P1請求（1，0，2）：剩余資源：（2，3，0），假設(shè)分配后：資源進(jìn)程最大需求量R1 R2 R3已分配資源量R1 R2 R3剩余資源量R1 R2 R3剩余資源量R1 R2 R3P0P1P2P3P47 5 3 3 2 29 0 22 2 24 3 30 1 0 3 0 23 0 22 1 10 0 27 4 30 2 06 0 00 1 14 3 12 3 0系統(tǒng)按P1，P3，P0，P2，P4順序執(zhí)行，每個(gè)進(jìn)程均能執(zhí)行完。P1的需求可以滿足。P4請求（3，3，0）：剩余資源：（2，3，0）。資源進(jìn)程最大需求量R1 R2 R3已分配資源量R1 R2 R3剩余資源量R1 R2 R3剩余資源量R1 R2 R3P0P1P2P3P47 5 33 2 29 0 22 2 24 3 30 1