操作系統(tǒng)復(fù)習(xí)題集及答案

1、操作系統(tǒng)復(fù)習(xí)題集三、簡答題1. 分頁存儲管理存在的局限性是什么?邏輯地址空間：頁是物理單位，共享困難、不便對代碼進行分類管理，不能進行動態(tài)連接。2. 多道程序系統(tǒng)為什么能提高CPU的利用率？利用了原來CPU空閑等待時間3. 文件的邏輯結(jié)構(gòu)有哪些？一種是無結(jié)構(gòu)的流式文件，是指對文件內(nèi)信息不再劃分單位，它是依次的一串字符流構(gòu)成的文件；一種是有結(jié)構(gòu)的記錄式文件, 是用戶把文件內(nèi)的信息按邏輯上獨立的含義劃分信息單位，每個單位稱為一個邏輯記錄（簡稱記錄）。所有記錄通常都是描述一個實體集的，有著相同或不同數(shù)目的數(shù)據(jù)項，記錄的長度可分為定長和不定長記錄兩類。4. 什么是設(shè)備獨立性？應(yīng)用程序獨立于具

2、體使用的物理設(shè)備。設(shè)備獨立性又稱為數(shù)據(jù)無關(guān)性。它指的是應(yīng)用程序在使用設(shè)備進行I/O時，使用的是邏輯設(shè)備，而系統(tǒng)在實際執(zhí)行時使用的是物理設(shè)備，由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)邏輯設(shè)備與物理設(shè)備的映射。5. 為什么要引入線程，解釋一下線程與進程之間的相互關(guān)系。因為雖然進程可以提高CPU的利用率，但是進程之間的切換是非常耗費資源和時間的,為了能更進一步的提高操作系統(tǒng)的并發(fā)進,引進了線程.這樣,進程是分配資源的基本 單位,而線程則是系統(tǒng)調(diào)度的基本單位.一個進程內(nèi)部的線程可以共享該進程的所分配到的資源.線程的創(chuàng)建與撤消,線程之間的切換所占用的資源比進程要少很多.總的來說就是為了更進一步提高系統(tǒng)的并發(fā)性,提高CPU的利用率

3、.  線程是進程的基礎(chǔ)，進程包含多個線程，是線程的載體。6. 死鎖的必要條件是什么？死鎖：當(dāng)某進程提出資源申請后，使得系統(tǒng)中一些進程處于無休止的阻塞狀態(tài)，在無外力作用下，永遠不能再繼續(xù)前進。產(chǎn)生死鎖的必要條件：互斥條件：某段時間內(nèi)某資源只能由一個進程使用。不剝奪條件：資源在未使用完前，不能被剝奪，由使用進程釋放。部分分配（請求和保持）：進程因請求資源而阻塞時，對已分配給它的資源保持不放。環(huán)路條件：發(fā)生死鎖時，有向圖必構(gòu)成一環(huán)路。7. 什么是虛擬內(nèi)存？虛擬內(nèi)存是計算機系統(tǒng)內(nèi)存管理的一種技術(shù)。它使得應(yīng)用程序認(rèn)為它擁有連續(xù)的可用的內(nèi)存（一個連續(xù)完整的地址空間），而實際上，它通常是被分隔成多

4、個物理內(nèi)存碎片，還有部分暫時存儲在外部磁盤存儲器上，在需要時進行數(shù)據(jù)交換。8. 假脫機技術(shù)是什么？通過共享設(shè)備來模擬獨享設(shè)備所采用的操作是假脫機操作，即在聯(lián)機情況下外部設(shè)備設(shè)備同時操作。所使用的假脫機技術(shù)稱之為假脫機技術(shù)。9. 為銀行取款機系統(tǒng)配備的操作系統(tǒng)應(yīng)歸類于什么類型的操作系統(tǒng)？10. 多道程序設(shè)計的主要優(yōu)點是什么？解：多道程序設(shè)計是指在主存中同時存放多道用戶作業(yè)，使它們都處于執(zhí)行的開始點和結(jié)束點之間，這些程序共享計算機系統(tǒng)資源。多道程序設(shè)計的主要優(yōu)點有：(1) 提高CPU的利用率。在多道程序環(huán)境下，多個程序共享計算機資源，當(dāng)某個程序等待I/O操作時，CPU可以執(zhí)行其他程序，大大提高了C

5、PU的利用率。(2) 提高設(shè)備的利用率。在多道程序環(huán)境下，多個程序共享系統(tǒng)的設(shè)備，大大提高系統(tǒng)設(shè)備的利用率。(3)提高系統(tǒng)的吞吐量。在多道程序環(huán)境下，減少了程序的等待時間，提高了系統(tǒng)的吞吐量。11. 請為的下面應(yīng)用環(huán)境的計算機選擇適合的操作系統(tǒng)。(1）飛機的導(dǎo)航（2）辦公室自動化系統(tǒng)（3）航空訂票系統(tǒng)（4）復(fù)雜的科學(xué)計算（5）圖書檢索系統(tǒng)12. 什么是并發(fā)、并行？并發(fā)和并行是即相似又有區(qū)別的兩個概念，并行是指兩個或者多個事件在同一時刻發(fā)生；而并發(fā)是指兩個或多個事件在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生。在多道程序環(huán)境下，并發(fā)性是指在一段時間內(nèi)宏觀上有多個程序在同時運行，但在單處理機系統(tǒng)中，每一時刻卻僅能有一道程

6、序執(zhí)行，故微觀上這些程序只能是分時地交替執(zhí)行。倘若在計算機系統(tǒng)中有多個處理機，則這些可以并發(fā)執(zhí)行的程序便可被分配到多個處理機上，實現(xiàn)并行執(zhí)行，即利用每個處理機來處理一個可并發(fā)執(zhí)行的程序，這樣，多個程序便可以同時執(zhí)行13什么是臨界區(qū)？一次僅允許一個進程使用的資源稱為臨界資源，在進程中對于臨界資源訪問的程序段稱為臨界區(qū)。14. 引入緩沖的目的是什么？答：（1）緩和外部設(shè)備和CPU的速度差異；（2）減少CPU被中斷的次數(shù)；（3）實現(xiàn)CPU和設(shè)備、設(shè)備和設(shè)備之間的并行操作。15. 設(shè)備驅(qū)動程序的主要任務(wù)是什么？設(shè)備驅(qū)動程序是請求I/O的進程與設(shè)備控制器之間的一個通信程序，主要功能有：將用戶的要求轉(zhuǎn)換為

7、具體要求。檢查用戶的合法性，了解設(shè)備狀態(tài)，根據(jù)要求傳遞參數(shù)，設(shè)置設(shè)備的工作方式。向設(shè)備控制器發(fā)I/O命令啟動設(shè)備，完成具體的I/O操作。及時響應(yīng)外設(shè)的中斷請求，根據(jù)中斷類型調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序。具有通道的控制系統(tǒng)，還要構(gòu)造通道程序。四、綜合題1. 信號量的PV操作解決進程的同步問題。2. 銀行家算法判斷系統(tǒng)狀態(tài)是否安全。3. 分頁系統(tǒng)中邏輯地址和物理地址的轉(zhuǎn)換。4. 頁面置換算法，主要掌握先進先出、LRU、最佳置換。5. 磁盤調(diào)度算法，包括FCFS、短尋道優(yōu)先、電梯算法、LOOK算法等。6. 進程調(diào)度算法，包括FCFS、短任務(wù)優(yōu)先、最短剩余時間優(yōu)先、時間片輪轉(zhuǎn)等。綜合題案例：1.考慮下列進程

8、集，進程占用的CPU區(qū)間長度以毫秒來計算：進程 區(qū)間時間 優(yōu)先級P1 10 3P2 1 1P3 2 3P4 1 4P5 5 2假設(shè)在時刻0以進程P1，P2，P3，P4，P5的順序到達。a.畫出4個Gantt圖分別演示用FCFS、SJF、非搶占優(yōu)先級（數(shù)字小代表優(yōu)先級高）和RR（時間片1）算法調(diào)度時進程的執(zhí)行過程。b.在a里每個進程在每種調(diào)度算法下的周轉(zhuǎn)時間是多少？c.在a里每個進程在每種調(diào)度算法下的等待時間是多少？d.在a里哪一種調(diào)度算法的平均等待時間對所有進程而言最小？答：a.甘特圖（看教材138頁）FCFS:P1P2P3P4P5 0 10 11 13 14 19SJF:P2P4P3P4P5

9、 0 1 2 4 9 19非搶占優(yōu)先級:P2P5P1P3P4 0 1 6 16 17 19 RR: P1P2P3P4P5P1P3P5P1P5P1P5P1P5P1P1P1P1P10 19 b.周轉(zhuǎn)時間FCFSRRSJF非搶占優(yōu)先級P110191916P211211P3137418P4144219P5191496c.等待時間FCFSRRSJF非搶占優(yōu)先級P10996P210100P3115216P4133118P514942d.SJF2.考慮一個運行十個I/O限制任務(wù)和一個CPU限制任務(wù)的系統(tǒng)。假設(shè)，I/O限制任務(wù)一次分配給一個I/O操作1毫秒的CPU計算，但每個I/O操作的完成需要 10毫秒。同

10、時，假設(shè)間接的上下文切換要0.1毫秒，所有的進程都是長進程。對一個RR調(diào)度來說，以下情況時CPU的利用率是多少： a.時間片是1毫秒 b.時間片是10毫秒答：a.時間片是1毫秒：不論是哪個進程被調(diào)度，這個調(diào)度都會為每一次的上下文切換花費一個0.1毫秒的上下文切換。CPU的利用率是1/1.1*100=92%。b.時間片是10毫秒：這I/O限制任務(wù)會在使用完1毫秒時間片后進行一次上下文切換。這個時間片要求在所有的進程間都走一遍，因此，10*1.1+10.1(因為每個I / O限定任務(wù)執(zhí)行為1毫秒，然后承擔(dān)上下文切換的任務(wù)，而CPU限制任務(wù)的執(zhí)行10毫秒在承擔(dān)一個上下文切換之前) 。因此，CPU的利

11、用率是20/21.1*100=94%。3. 考慮下面的一個系統(tǒng)在某一時刻的狀態(tài)：Allocation Max AvailableA B C D A B C D A B C DP0 0 0 1 2 0 0 1 2 1 5 2 0P1 1 0 0 0 1 7 5 0P2 1 3 5 4 2 3 5 6P3 0 6 3 2 0 6 5 2P4 0 0 1 4 0 6 5 6使用銀行家算法回答下面問題：a.Need矩陣的內(nèi)容是怎樣的？b.系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)？c.如果從進程P1發(fā)出一個請求（0 4 2 0），這個請求能否被滿足？答：a.Need矩陣的內(nèi)容是P0（0 0 0 0） P1（0 7 5 0）

12、 P2（1 0 0 2） P3（0 0 2 0） P4（0 6 4 0）。b. .系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，因為Available矩陣等于（1 5 2 0），進程P0和P3都可以運行，當(dāng)進程P3運行完時，它釋放它的資源，而允許其它進程運行。c.可以被滿足，滿足以后，Available矩陣等于（1 1 0 0），當(dāng)以次序P0，P2, P3, P1 ,P4運行時候，可以完成運行。4. 按順序給出5個部分的內(nèi)存，分別是100KB,500KB,200KB,300KB和600KB，用 first-fit,best-fit和worst-fit算法，能夠怎樣按順序分配進程212KB,417KB,112KB,426K

13、B和426KB？哪個算法充分利用了內(nèi)存空間？答：a. First-fit:b. 212K is put in 500K partitionc. 417K is put in 600K partitiond. 112K is put in 288K partition (new partition 288K = 500K 212K)e. 426K must waitf. Best-fit:g. 212K is put in 300K partitionh. 417K is put in 500K partitioni. 112K is put in 200K partitionj. 426K i

14、s put in 600K partitionk. Worst-fit:l. 212K is put in 600K partitionm. 417K is put in 500K partitionn. 112K is put in 388K partitiono. 426K must waitBest-fit: 算法充分利用了內(nèi)存空間。5. 考慮一個分頁系統(tǒng)在內(nèi)存中存儲著一張頁表。a.如果內(nèi)存的查詢需要200毫秒，那么一個分頁內(nèi)存的查詢需要多長時間？b.如果我們加上相關(guān)聯(lián)的寄存器，75%的頁表查詢可以在相關(guān)聯(lián)的寄存器中找到，那么有效的查詢時間是多少？（假設(shè)如果入口存在的話，在相關(guān)的寄存器中

15、找到頁表入口不花費時間）答：a.400毫秒：200毫秒進入頁表，200毫秒進入內(nèi)存中的字 b.有效進入時間=0.75*200毫秒+0.25*400毫秒=250毫秒6. 假設(shè)有一個請求調(diào)頁存儲器，頁表放在寄存器中：處理一個頁錯誤，當(dāng)有空的幀或被置換的頁設(shè)有被修改過時要用8ms，當(dāng)被置換的頁被修改過明用20ms，存儲器訪問時間為100ns。 假設(shè)被置換的頁中有70被修改過，有效訪問時間不超過200ns時最大可接受的頁錯誤率是多少？答：0.2 sec = (1 P) × 0.1 sec + (0.3P) × 8 millisec + (0.7P) × 20 millis

16、ec0.1 = 0.1P + 2400 P + 14000 P0.1= 16,400 PP = 0.0000067. 假設(shè)一個請求調(diào)頁系統(tǒng)具有一個平均訪問和傳輸時間為20ms的分頁磁盤。地址轉(zhuǎn)換是通過在主存中的頁表來進行的，每次內(nèi)存訪問時間為1µs。這樣，每個通過頁表進行的內(nèi)存引用都要訪問內(nèi)存兩次。為了提高性能，加入一個相關(guān)內(nèi)存，當(dāng)頁表項在相關(guān)內(nèi)存中時，可以減少內(nèi)存引用的訪問次數(shù)。 假設(shè)80%的訪問發(fā)生在相關(guān)內(nèi)存中，而且剩下中的10%（總量的2%）會導(dǎo)致頁錯誤。內(nèi)存的有效訪問時間是多少？答: 有效訪問時間= (0.8) × (1 µsec)+ (0.1) 

17、5; (2 µsec) + (0.1) × (5002 µsec)= 501.2 µsec 0.5 millisec8. 某虛擬存儲器的用戶空間共有32個頁面，每頁1KB，主存16KB。試問：（1）邏輯地址的有效位是多少？（2）物理地址需要多少位？（3）假定某時刻系統(tǒng)用戶的第0，1，2，3頁分別分配的物理塊號為5，10，4，7，試將虛地址0A5C和093C變換為物理地址。解 （1）程序空間的大小為32KB，因此邏輯地址的有效位數(shù)是15位。（2）內(nèi)存空間的大小是16KB，因此物理地址至少需要14位。（3）當(dāng)頁面為1KB時，虛地址0A5C表示頁號為00010

18、，頁內(nèi)地址是1001011100。該頁在內(nèi)存的第4塊，即塊號為0100，因此0A5C（4）用同樣的方法可以求得，093C的物理地址是113CH。9. 若在一分頁存儲管理系統(tǒng)中，某作業(yè)的頁表如下所示。已知頁面大小為1024字節(jié)，試將邏輯地址1011，2148，3000，5012轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的物理地址（注：此處塊號即為頁面號）。頁號塊號01232316解 本題中，為了描述方便，設(shè)頁號為P，頁內(nèi)位移為W，邏輯地址為A，內(nèi)存地址為M，頁面大小為L，則P=int(A/L)W=A mod L對于邏輯地址1011P=int(1011/1024)=0W=1011 mod 1024=1011A=1101=(0,1

19、101)查頁表第0頁在第2塊，所以物理地址為M=1024*2+1101= 3059。對于邏輯地址為2148P=2148/1024=2W=2148 mod 1024=100A=2148=(2,100)查頁表第2頁在第1塊，所以物理地址為M=1024*1+100=1124。對于邏輯地址為3000P=3000/1024=2W=3000 mod 1024=952A=3000=(2,952)查頁表第2頁在第1塊，所以物理地址為M=1024*1+952=1976對于邏輯地址5012P=5012/1024=4W=5012 mod 1024=916因頁號超過頁表長度，該邏輯地址非法。10. 某段式存儲管理系統(tǒng)

20、中，有一作業(yè)的段表（SMT）如下表所示，求邏輯地址0，65，1，55，2，90，3，20對應(yīng)的主存地址（按十進制）。（其中方括號中的第一個元素為段號，第二個元素為段內(nèi)地址）段號段長（容量）主存起始地址狀態(tài)01232005010015060085010001110解 邏輯地址0，65：對應(yīng)的主存地址為60065665。邏輯地址1，55：因段內(nèi)地址超過段長，所以產(chǎn)生段地址越界中斷。邏輯地址2，90：對應(yīng)的主存地址為1000901090。邏輯地址3，20：因為狀態(tài)位為0，即該段在輔存中，所以產(chǎn)生缺段中斷。11對頁面訪問串：1，2，3，4，1，2，5，1，2，3，4，5，指出在駐留集大為3時，使用FI

21、FO、OPT和LRU替換算法的缺頁次數(shù)。(OPT和LRU如果出現(xiàn)多選項時使用FIFO)答： FIFO: 缺頁11次頁面號123412512345111444442225222111113333332555544 OPT: 缺頁7次頁面號123412512345111111111333222222222443444555555LRU: 缺頁10次頁面號12341251234511144455533322211111144333222222512.假設(shè)一個磁盤驅(qū)動器有5000個柱面，從0到4999，驅(qū)動器正在為柱面143的一個請求提供服務(wù)，且前面的一個服務(wù)請求是在柱面125.按FIFO順序，即將到

22、來的請求隊列是 86，1470，913，1774，948，1509，1022，1750，130從現(xiàn)在磁頭位置開始，按照下面的磁盤調(diào)度算法，要滿足隊列中即將到來的請求要求磁頭總的移動距離（按柱面數(shù)計）是多少？a. FCFSb. SSTFc. SCANd. LOOKe. C-SCAN答：a. FCFS的調(diào)度是143 ， 86 ， 1470 ， 913 ， 1774 ， 948 ， 1509 ， 1022 ， 1750 ， 130 。總尋求距離是7081 。b. SSTF的調(diào)度是143 ， 130 ， 86 ， 913 ， 948 ， 1022， 1470， 1509， 1750， 1774。總尋求

23、距離是1745。 c. SCAN的調(diào)度是143 ， 913 ， 948 ， 1022， 1470， 1509， 1750， 1774 ， 4999 ， 130 ， 86 。總尋求距離是9769 。d. LOOK的調(diào)度是143 ， 913 ， 948 ， 1022， 1470， 1509， 1750， 1774， 130 ， 86 ?？倢で缶嚯x是3319 。 e. C-SCAN的調(diào)度是143 ， 913 ， 948 ， 1022 ， 1470 ， 1509 ， 1750 ， 1774 ， 4999 ， 86 ， 130 。總尋求距離是9813 。f. C-LOOK的調(diào)度是143 ， 913 ， 948 ， 1022 ， 1470 ，