操作系統(tǒng)習(xí)題2-2

1、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)建立并控制著多個并發(fā)

2、執(zhí)行的進(jìn)程，完成著同時進(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)存中同時存放

3、幾道相互獨(dú)立的程序。(2) 宏觀上并行：同時進(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，若采用了分時技術(shù)，就是分時操作系統(tǒng)，它是操作系統(tǒng)的另一種類型。它一般采用時間片輪轉(zhuǎn)的辦法，使一臺計(jì)算機(jī)同時為多

4、個任務(wù)服務(wù)。對用戶都能保證足夠快的響應(yīng)時間，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，分時系統(tǒng)是人機(jī)交互式系統(tǒng)，響應(yīng)時間快；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

5、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） 一個進(jìn)程可以涉及到一個或幾個程序的執(zhí)行；反之，同一程序可以對應(yīng)多個進(jìn)程，即同一個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

6、它程序的功能。每一個程序都是在一個進(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

7、入內(nèi)存時無需對其進(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，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?，這樣在地址變換時，針對的是一個完整的邏輯功能段，所以可以在實(shí)際需要時進(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

8、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個批處理作業(yè)A到E均已到達(dá)計(jì)算中心，其運(yùn)行時間分別為：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)時間。(1)FCFS(按A、B、C、D、E)；(2)優(yōu)先級調(diào)度算法；(3)時間片輪轉(zhuǎn)算法。解答：FCFS作業(yè)執(zhí)行時間等待時間周轉(zhuǎn)時間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間A100101B610162.66C216189D418225.5E822303.75T=19.2 W=4.38時間片輪轉(zhuǎn)，時長為q=2作

9、業(yè)執(zhí)行時間等待時間周轉(zhuǎn)時間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間A1020303B616223.66C2463D412164E820283.5T=20.4 W=3.43優(yōu)先權(quán)調(diào)度次序執(zhí)行時間等待時間周轉(zhuǎn)時間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間B6061E86141.75A1014242.4C2242613D426307.5T=20 W=5.1311.若兩個程序，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

10、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，時鐘中斷處理程序每次執(zhí)行時間為2ms(包括進(jìn)程切換開銷)。若中斷頻率為60Hz，試問CPU用于時鐘中斷處理的時間比率為多少？答：因?yàn)闀r鐘中斷頻率是60HZ，時鐘周期是 1000ms/6050/3(ms)在每一個時鐘周期里，CPU花2ms處理執(zhí)行任務(wù)，所以CPU用于時鐘中斷的時間比例是 2/(50/3)=6/50=12%。13.設(shè)有一個邏輯地址空間有8頁，每頁1024字節(jié)，映射到32塊的物理地址上，試問：(1)邏輯地址空間需要

11、多少位表示？(2)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，塊內(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)為每個進(jìn)程只提供16個頁面。當(dāng)程序有32768

12、字節(jié)正文，16386字節(jié)數(shù)據(jù)和15870字節(jié)堆棧時，總共需要17個頁面，無法裝入。如果頁面長度為512字節(jié)，每個進(jìn)程在內(nèi)存最多占128個頁面，32768字節(jié)需要64個頁面，16386字節(jié)需要33個頁面，15870字節(jié)需要31個頁面，改程序總共需要128個頁面，剛好可以裝入地址空間。15.一個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，所以頁面長度是212=4K，在此地址空間共有220個頁面。16.某系統(tǒng)采用請求分頁存儲管理方案，其邏輯地

13、址有20位，頁內(nèi)地址占11位，頁號占9位，有一個4頁的作業(yè)，其邏輯頁號0,1,2,3分別裝入了存儲空間的4,7,5,8塊，如圖,頁號塊號04172538試問：(1)作業(yè)的虛地址空間有多大？(2)系統(tǒng)的頁面大小是多少？(3)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 = 250

14、00 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)在一個分頁系統(tǒng)中，頁表存放在內(nèi)存中，試問：(1)如果一次內(nèi)存訪問需要花費(fèi)1.2s，那么存取一個數(shù)至少需要花多少時間？(2)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)存訪問時間是多少？答：在分頁存儲系統(tǒng)中，每存取一個數(shù)據(jù)至少訪問內(nèi)存2次，所以存取一個數(shù)據(jù)至少花費(fèi)的時間為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)存訪問時間為75% x 1.2s + (1-75%)

15、 x 2.4s = 1.5s18. 在一個請求式分頁虛擬存儲管理系統(tǒng)中，一個程序運(yùn)行的頁面走向是：1、2、3、4、2、1、5、6、2、1、2、3、7、6、3、2、1、2、3、6。分別使用FIFO和LRU算法，對分配給程序3個頁框，分別求出缺頁中斷次數(shù)和缺頁中斷率。注意：給定的頁塊初始均為空，因此首次訪問一頁時就會發(fā)生缺頁中斷。答：頁框FIFOLRU31615缺頁中斷率缺頁中斷次數(shù)/20具體計(jì)算如下3個頁框情況：(1) FIFO算法 12342156212376321236111444466663333222262222111222277771111333355511116666633是否缺頁是

16、是是是是是是是是是是是是是是是缺頁中斷次數(shù)為：16(2) LRU算法12342156212376321236111441112222266611162222226666333333333333355511177722222是否缺頁是是是是是是是是是是是是是是是缺頁中斷次數(shù)為：1519、某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供24位的虛存空間，主存為B，采用 分頁式虛擬存儲管理，頁面尺寸為1KB。假定用戶程序產(chǎn)生了虛擬地址11123456(八進(jìn)制)，而該頁面分得塊號為100(八進(jìn)制)，說明該系統(tǒng)如何產(chǎn)生相應(yīng)的物理地址及寫出物理地址。答：主存是B，頁為1K，主存共有256個塊，虛擬地址11123456(八進(jìn)制)轉(zhuǎn)換成2進(jìn)制為001 001 001 010 011 100 101 110，所以后10位是偏移位，用分得的塊號替換虛擬地址的塊號001 000 000 1 100 101 110，轉(zhuǎn)換成8進(jìn)制就是201456。20.考慮下列的段表：段號段始址段長02005001890302120100312506004180088對下面的邏輯地址，求物理地址，如越界請指明。1) <0，