操作系統(tǒng)1-3章習(xí)題講解-操作系統(tǒng)期中考試講評(píng)

1、操作系統(tǒng)1-3章習(xí)題講解-操作系統(tǒng)期中考試講評(píng)操作系統(tǒng)1-3章習(xí)題講解-操作系統(tǒng)期中考試講評(píng)操作系統(tǒng)1-3章習(xí)題講解-操作系統(tǒng)期中考試講評(píng) 1. OS的主要目標(biāo)是什么？ (P33)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(kuò)充性：便于擴(kuò)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(gè)方面？ (P33)解答：1）從一般用戶的觀點(diǎn)，可把OS看作是用戶及計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者； 3）OS作為系統(tǒng)軟件覆蓋在裸機(jī)之上后，便可獲得一臺(tái)功能顯著增強(qiáng)

2、的虛擬機(jī)器，因此，OS還有擴(kuò)充機(jī)器的作用。Chap1 操作系統(tǒng)引論 13. OS有那幾大特征？最基本的特征是什么？（P33） 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 18. 什么原因使OS具有異步性？ (P33)解答：1）程序執(zhí)行結(jié)果是不確定的，即程序運(yùn)行結(jié)果是不可再現(xiàn)的。 2）每個(gè)程序在何時(shí)執(zhí)行，多個(gè)程序間的執(zhí)行次序以及完成每個(gè)程序的時(shí)間都是不確定的，即不可預(yù)知性。Chap1 操作系統(tǒng)引論 22. 基于微內(nèi)核的OS中，應(yīng)用了哪些新技術(shù)？ (P33)解答：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(bǔ)充1：什么是多道程序設(shè)計(jì)

3、? 實(shí)現(xiàn)多道程序設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)需要那些必不可少的硬件支持? 采用多道程序設(shè)計(jì)會(huì)帶來什么好處?解答：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，它們?cè)诠芾沓绦虻目刂葡孪嗷ゴ┎宓剡\(yùn)行，共享CPU和外設(shè)等資源。硬件支持：中斷技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：資源的利用率、系統(tǒng)吞吐量大。Chap1 操作系統(tǒng)引論補(bǔ)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(shí)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：提高資源利用里，產(chǎn)生了多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)、通道、中斷、作業(yè)管理、處理機(jī)管理、存儲(chǔ)管理、文件系統(tǒng)。 2）批處理分時(shí)系統(tǒng)：提高系統(tǒng)的交互能力，產(chǎn)生了時(shí)鐘技術(shù)。Chap1 操作系統(tǒng)引論補(bǔ)充3：分時(shí)系統(tǒng)的出現(xiàn)讓用戶感受

4、到了什么好處？典型的分時(shí)系統(tǒng)是什么？解答：1）同時(shí)性或多路性：多用戶同時(shí)操作、使用計(jì)算機(jī) 2）獨(dú)占性：各終端用戶感覺到自己獨(dú)占了計(jì)算機(jī)； 3）及時(shí)性：用戶請(qǐng)求在較短時(shí)間內(nèi)相應(yīng)； 4）交互性：用戶能計(jì)算機(jī)進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。 典型的分時(shí)系統(tǒng)：UNIXChap1 操作系統(tǒng)引論 6：從動(dòng)態(tài)性、并發(fā)性和獨(dú)立性上比較進(jìn)程和程序.（P81）答案見P37-38 7：說明PCB作用，為什么PCB是進(jìn)程存在唯一標(biāo)志.（P81）解答：1）PCB 是進(jìn)程實(shí)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(jìn)程情況及控制進(jìn)程運(yùn)行所需的全部信息。 2）在進(jìn)程的整個(gè)生命周期中，系統(tǒng)總是通過其

5、PCB 對(duì)進(jìn)程進(jìn)行控制，系統(tǒng)是根據(jù)進(jìn)程的PCB 而不是任何別的什么而感知到該進(jìn)程的存在的。Chap2 進(jìn)程管理 10：進(jìn)程切換時(shí)保存CPU狀態(tài)信息包含哪些？（P81）解答：1）通用寄存器 2）指令計(jì)數(shù)器 3）程序狀態(tài)字 4）用戶棧指針 注意：處理機(jī)狀態(tài)是PCB的一部分，它描述了進(jìn)程在處理機(jī)上執(zhí)行時(shí)的各種信息；當(dāng)進(jìn)行進(jìn)程切換時(shí)，處理機(jī)中的這些信息統(tǒng)統(tǒng)要被其它進(jìn)程覆蓋，所以必須保存。Chap2 進(jìn)程管理 18：同步應(yīng)該遵循的基本原則？（P82） 答案見P50 19：記錄型信號(hào)量的wait和signal 的物理含義（P82）作業(yè)問題： 1） 只答出wait、signal操作的原子性。 2）只答出wa

6、it表示申請(qǐng)一個(gè)資源，signal表示釋放一個(gè)資源。Chap2 進(jìn)程管理解答： 1）wait操作意味著請(qǐng)求一個(gè)單位的資源； 若減1后S.value0時(shí)，表示資源已分配完 畢，故進(jìn)程調(diào)用block原語進(jìn)行自我阻塞，并被插入到等待隊(duì)列中。 2）signal操作意味著釋放一個(gè)單位的資源；若加1后S.value=0,表示等待隊(duì)列中仍有進(jìn)程等待該資源，故進(jìn)程調(diào)用wakeup原語喚醒一個(gè)等待進(jìn)程。Chap2 進(jìn)程管理Cont. 21：如何使用信號(hào)量機(jī)制實(shí)現(xiàn)多個(gè)進(jìn)程對(duì)臨界資源的互斥訪問？（P82）解答： 1）設(shè)置記錄型信號(hào)量mutex，初值為1。 2）將訪問臨界資源的代碼放置于wait(mutex); 和

7、signal(mutex)之間。Chap2 進(jìn)程管理 23：在生產(chǎn)者消費(fèi)者問題中，如果缺少了signal(full)和signal(empty)，對(duì)執(zhí)行結(jié)果有何影響？ （P82）作業(yè)問題： 1）認(rèn)為緩沖區(qū)滿后會(huì)溢出（或緩沖區(qū)中原有數(shù)據(jù)被覆蓋）。 2）認(rèn)為消費(fèi)者（或生產(chǎn)者）阻塞就是死鎖。 3）只下結(jié)論，缺少分析過程。 Chap2 進(jìn)程管理Producer：repeat wait(empty) wait(mutex) signal(mutex) signal(mutex)until falseConsumer：repeat wait(full) wait(mutex) signal(mutex)

8、signal(empty)until false(2)Wait(empty)成功，繼續(xù)（當(dāng)緩沖區(qū)放滿后，生產(chǎn)者進(jìn)程也阻塞）(1)Wait(full)不成功，消費(fèi)者進(jìn)程阻塞Chap2 進(jìn)程管理 24：在生產(chǎn)者消費(fèi)者問題中，如果將兩個(gè)wait操作即wait(full)和wait(mutex)互換位置，或者將signal(mutex)及signal(full)互換位置，結(jié)果會(huì)如何？（P82）作業(yè)問題： 1）認(rèn)為signal互換會(huì)引起死鎖。 2）缺少分析過程。Chap2 進(jìn)程管理Producer：repeat wait(empty) wait(mutex) signal(mutex) signal(f

9、ull)until falseConsumer：repeat wait(mutex) wait(full) signal(mutex) signal(empty)until false(1)Wait(empty)成功，繼續(xù)(3)Wait(mutex)失敗，生產(chǎn)者進(jìn)程阻塞(2)Wait(mutex)成功，繼續(xù)(4)Wait(full)失敗，消費(fèi)者進(jìn)程阻塞Chap2 進(jìn)程管理Consumer：repeat wait(full) wait(mutex) signal(mutex) signal(empty)until falseProducer：repeat wait(empty) wait(mut

10、ex) signal(full) signal(mutex)until false（1）Signal(full)成功(2)Wait(full)成功,繼續(xù)（3）wait(mutex)失敗，消費(fèi)者阻塞互換signal會(huì)不會(huì)死鎖？Chap2 進(jìn)程管理 38：從調(diào)度性、并發(fā)性、擁有資源及系統(tǒng)開銷方面比較進(jìn)程及線程？（P83）解答見P7340：用于實(shí)現(xiàn)線程同步的私有信號(hào)量和共有信號(hào)量之間的差別？（P83）解答見P7641：何謂用戶級(jí)線程和內(nèi)核支持線程？（P83）解答見P77Chap2 進(jìn)程管理補(bǔ)充1：有沒有這樣的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，為什么？等待運(yùn)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(jìn)程獲

11、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(yùn)行。 2.進(jìn)程在運(yùn)行過程中才會(huì)請(qǐng)求資源，才有可能因請(qǐng)求不到資源而轉(zhuǎn)入等待狀態(tài)。Chap2 進(jìn)程管理補(bǔ)充2：一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的發(fā)生，是否一定導(dǎo)致另一個(gè)轉(zhuǎn)換發(fā)生，列出所有的可能。解答：不一定。可能的情況如下： 1）執(zhí)行阻塞 導(dǎo)致 就緒執(zhí)行（就緒隊(duì)列不空） 2）執(zhí)行就緒 導(dǎo)致 就緒執(zhí)行 3）阻塞就緒 可能導(dǎo)致 就緒執(zhí)行 （在搶占方式下，該進(jìn)程優(yōu)先級(jí)高于當(dāng)前進(jìn)程和就緒隊(duì)列中的所有進(jìn)程）Chap2 進(jìn)程管理補(bǔ)充3：用wait-signal操作解決下圖之同步問題:Chap2 進(jìn)程管理getcopyputfstgVar Sfull, Sempty, Tfu

12、ll, Tempty:semphore:=0,1,0,1;Get進(jìn)程：BeginRepeatWait(Sempty);Get(f, s);Signal(Sfull);Until false;endCopy進(jìn)程：BeginRepeatWait(Sfull);Wait(Tempty);Copy(s, t);Signal(Sempty);Signal(Tfull);Until false;endPut進(jìn)程：BeginRepeatWait(Tfull); Put(t, g);Signal(Tempty);Until false;endChap2 進(jìn)程管理補(bǔ)充4：理發(fā)師睡覺問題Chap2 進(jìn)程管理 理發(fā)

13、店里有一位理發(fā)師, 一把理發(fā)椅和N把供等候理發(fā)的顧客坐的椅子。 如果沒有顧客, 理發(fā)師便在理發(fā)椅上睡覺。當(dāng)一個(gè)顧客到來時(shí), 他必須先喚醒理發(fā)師。 如果顧客到來時(shí)理發(fā)師正在理發(fā), 則如果有空椅子, 可坐下來等; 否則離開。Chap2 進(jìn)程管理問題分析：理發(fā)師（barber）重復(fù)的下列活動(dòng)：（1）睡覺；（2）為顧客理發(fā)；每個(gè)顧客（customers）執(zhí)行下列活動(dòng)：（3）在椅子上等候；（4）理發(fā)；離開；顯然，理發(fā)師在（1）處要考察是否有顧客等候理發(fā)，如果沒有，理發(fā)師睡覺；在（2）處理發(fā)師等待最先進(jìn)入理發(fā)店的顧客喚醒，開始理發(fā)。顧客在（3）處先看是否有座位，沒有則離開；等候理發(fā)的顧客在（4）處被理發(fā)師

14、喚醒（最先理發(fā)的顧客要喚醒理發(fā)師）；理發(fā)結(jié)束后離開。Var barber, customers, mutex:semaphore:=1,0,1; 簡化版int custCount=0;BarbarRepeatwait(customers);Cut hair;signal(barber);Until false;CustomersRepeatwait(mutex);if (cust_count=N+1) then signal(mutex); leave.;else custCount=custCount+1; signal(mutex); signal(customers); wait(bar

15、ber); Get hair cut . wait(mutex); custCount=custCount-1; signal(mutex);Until false;Var barber, customers, mutex:semaphore:=1,0,1; 改進(jìn)版int custCount=0;BarbarRepeatwait(mutex);if (custCount=0 ) then signal (mutex); Sleep.; wait(customers);else signal(mutex); Cut hair; signal(barber); end if Until false

16、;CustomersRepeatwait(mutex);if (cust_count=N) then signal(mutex); leave.;else custCount=custCount+1; if(custCount=1) then signal(customers); signal(mutex); wait(barber); Get hair cut . wait(mutex); custCount=custCount-1; signal(mutex);Until false;課堂練習(xí) 有一個(gè)閱覽室，共有100個(gè)座位，讀者進(jìn)入時(shí)必須先在一張登記表上登記，該表為每一座位列一表目，包括

17、座號(hào)和讀者姓名等，讀者離開時(shí)要消掉登記的信息，試問：（1）為描述讀者的動(dòng)作，應(yīng)編寫幾個(gè)程序，設(shè)置幾個(gè)進(jìn)程？（2）試用wait/signal 操作描述讀者進(jìn)程之間的同步關(guān)系。 Chap2 進(jìn)程管理 6：在搶占式調(diào)度方式中，搶占的原則是什么？（P114）解答見P877：在選擇調(diào)度方式和調(diào)度算法時(shí)，應(yīng)遵循的準(zhǔn)則是什么？（P114）解答見P90919：何謂靜態(tài)和動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)？確定優(yōu)先級(jí)的依據(jù)是什么？（P115）解答見P939413：為什么說多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法能較好的滿足各方面用戶的需要？（P115）解答見P97Chap3 處理機(jī)調(diào)度及死鎖補(bǔ) 1. 死鎖的原因和必要條件及解決死鎖的方法。 解決死鎖的基本

18、方法預(yù)防死鎖：事先破壞死鎖的必要條件，容易實(shí)現(xiàn)，但是資源利用率和系統(tǒng)吞吐量較低。避免死鎖：在資源分配過程中防止系統(tǒng)進(jìn)入不安全狀態(tài)，從而避免死鎖，實(shí)現(xiàn)較難，資源利用率和系統(tǒng)吞吐量最高。檢測(cè)死鎖及解除死鎖：無任何事先限制措施，進(jìn)程執(zhí)行過程中也不檢測(cè)是否安全，允許死鎖產(chǎn)生并能清除死鎖，實(shí)現(xiàn)較難，資源利用率和系統(tǒng)吞吐量高。Chap3 處理機(jī)調(diào)度及死鎖補(bǔ) 1. 死鎖的原因和必要條件及解決死鎖的方法。 解決死鎖的基本方法預(yù)防死鎖：事先破壞死鎖的必要條件，容易實(shí)現(xiàn)，但是資源利用率和系統(tǒng)吞吐量較低。避免死鎖：在資源分配過程中防止系統(tǒng)進(jìn)入不安全狀態(tài)，從而避免死鎖，實(shí)現(xiàn)較難，資源利用率和系統(tǒng)吞吐量最高。檢測(cè)死鎖及解除死鎖：無任何事先限制措施，進(jìn)程執(zhí)行過程中也不檢測(cè)是否安全，允許死鎖產(chǎn)生并能清除死鎖，實(shí)現(xiàn)較難，資源利用率和系統(tǒng)吞吐量高。Chap3 處理機(jī)調(diào)度及死鎖補(bǔ)2. 3個(gè)進(jìn)程共享4個(gè)資源，每個(gè)進(jìn)程至多需要