南京晓庄操作系统习题册答案上.docx
《南京晓庄操作系统习题册答案上.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《南京晓庄操作系统习题册答案上.docx(26页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![南京晓庄操作系统习题册答案上.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2023-2/22/6a79bf0c-ea39-4d24-bdce-686ccacc62a9/6a79bf0c-ea39-4d24-bdce-686ccacc62a91.gif)
南京晓庄操作系统习题册答案上
第一章
判断改错题(正确的打√,错误的打×并改正)
实时系统只能应用于生产控制系统,不能应用于信息处理系统。
()
并发含有“同时进行”的概念,是指两个或者是多个事件在同一时刻发生。
()
操作系统虚拟机在逻辑功能上与裸机一样,具有一个物理实体。
()
对用户而言,操作系统是一种人机交互的环境,对设计者而言,它是一种强功能的系统资源管理程序。
()
资源的共享是以程序的并行执行为条件的,没有程序的并行执行,就没有资源的共享。
()
计算机系统的资源包括程序和数据两大部分。
()
若把计算机系统分为若干层次,则按由上而下顺序可分为应用系统与应用软件、操作系统、其它系统软件和裸机。
()
批处理控制程序解决了作业间的自动转换,减少了时间浪费,尤其是主机CPU时间的浪费,如果一个用户的计算作业非常庞大,也不会独自一直占据CPU。
()
习题解答:
错;应为:
实时系统能应用于生产控制系统,也能应用于信息处理系统。
错;应为:
……是指两个或者是多个事件在一段时间间隔内同时发生。
错;应为:
操作系统虚拟机在逻辑功能上与裸机不同,但只具有一个物理实体。
对;
错;应为:
资源的共享是以程序的并发执行为条件的,没有程序的并发执行,就没有资源的共享。
错;应为:
计算机系统的资源包括硬件资源和软件资源两大部分。
错:
应为:
若把计算机系统分为若干层次,则按由上而下顺序可分为应用系统与应用软件、其它系统软件、操作系统和裸机。
错;应为:
……,尤其是主机CPU时间的浪费,如果一个用户的计算作业非常庞大,就会独自一直占据CPU。
对;
填空题
实时含有立即、及时之意,因而是实时系统最关键的因素。
操作系统的层次结构中,与或运行频率较高的模块都安排在紧靠硬件的软件层中,这一部分通常称为,它在执行基本操作时,往往是利用操作来实现,该操作具有原子性。
UNIX是一个真正的用户、任务的操作系统。
如果一个操作系统兼有、和三者或其中两者的功能,这样的操作系统称为通用操作系统。
实现多道程序设计必须妥善解决三个问题:
、和系统资源的管理和调度。
批处理系统的主要优点是,资源利用率高,系统开销小,它的缺点在于作业处理的,用户交互能力较弱。
操作系统是对计算机进行的程序,是计算机和的接口。
提供网络通讯和网络资源共享功能的操作系统称为操作系统。
对系统总体设计目标来说,批处理系统注重提高计算机的效率,尽量增加系统的,分时系统应保证用户的,而实时系统在及时响应和处理的前提下,再考虑。
在主机控制下进行的输入/输出操作称为操作。
在计算机系统中,是整个系统硬件的核心和基础,而在计算机软件系统中,
具有同样的核心和基础作用。
习题解答:
响应时间;
硬件紧密相关,内核,原语;
多,多,网络;
批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统;
文件,作业;
系统吞吐量大,平均周转时间较长;
控制和管理,用户;
网络;
吞吐量,交互性,与用户的交互性;
联机I/O操作;
CPU,操作系统;
简答题
简述操作系统在计算机系统中的位置。
答:
操作系统OS是运行在计算机硬件系统上的最基本的系统软件。
它在计算机系统中位于计算机裸机和计算机用户之间,为系统软件和用户应用软件提供了强大的支持。
简述描述操作系统的虚拟机的观点和资源管理的观点。
答:
描述操作系统有两种主要观点,一种是虚拟机的观点——装有操作系统的计算机极大地扩展了原计算机的功能,给用户提供了一个友好的、易于操作的界面,对用户来说,好像是一个扩展了的机器,即一台虚拟机器。
另一种是资源管理的观点,操作系统完成对处理机、存储器、I/O设备等硬件资源和文件等软件资源的管理。
什么是操作系统?
它有什么基本特征?
答:
操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理组织计算机的工作流程,以及方便用户的程序的集合。
操作系统的基本特征是:
并发——是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
宏观上是同时的,微观上是交替的。
共享——系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。
根据资源的不同属性,可分为两种资源共享方式:
互斥共享和同时访问。
虚拟——通过某种技术把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物,物理实体是实的,即实际存在,而后者是虚的,是用户的感觉。
异步性——在多道程序环境下,多个进程并发执行,但由于资源等因素的限制,内存中的每个进程何时执行,何时暂停,以怎样的速度向前推进,每道程序需多少时间才能完成,都是不可预知的,进程以异步的方式运行。
但只要运行环境相同,作业经过多次运行,都会获得完全相同的结果。
多道程序设计时应注意什么问题?
答:
处理机管理问题——多道程序之间如何分配CPU,使CPU既能满足各程序运行的需要,又能提高处理机的利用率。
内存管理问题——为每道程序分配必要的内存空间,并防止程序遭破坏。
I/O设备管理——分配为多道程序共享的I/O设备,方便用户使用,提高设备利用率。
文件管理问题——组织大量的程序和数据,便于用户使用,保证数据的安全和一致。
作业管理问题——对系统中各种类型的作业进行组织。
本章综合练习题
实时操作系统必须在( )内处理来自外部的事件。
A.一个机器周期 B.被控制对象规定的时间
操作系统中最基本的两个特征是( )
分时系统追求的目标是( )
批处理系统的主要缺点是( )
在主机控制下进行的输入输出操作称为( )操作。
如果操作系统具有很强的交互性,可同时供多个用户使用,系统响应比较及时,则属于( )类型;如果系统可靠,响应及时但仅有简单交互能力则属于( )类型;如果操作系统在用户提交作业后不提供交互能力,它追求的是计算机资源的高利用率,大吞吐量和作业流程的自动化,则属于( )类型。
设内存中有三道程序A、B、C,它们按A、B、C的优先次序执行。
它们的计算和I/O操作时间
A
B
C
计算操作\程序
30
60
20
I/O
40
30
40
计算
10
10
20
如下表所示(单位:
ms)。
假设三道程序使用相同设备进行I/O操作,即程序以串行方式使用设备。
试画出单道运行和多道运行的时间关系图(调度程序的时间忽略不计)。
在两种情况下,完成三道程序各要花多少时间?
试比较分时系统和实时系统。
第二章
判断改错题(正确的打√,错误的打×并改正。
)
进程由程序和数据两部分组成。
()
在生产者消费者进程中,V操作的次序无关紧要,而P操作次序不能颠倒。
()
产生死锁的原因之一是对计算机操作不当,造成计算机死机。
()
原语是指操作系统中的初始化程序。
()
若进程处于阻塞状态,当引起阻塞的条件被解除时,进程状态应变为运行状态。
()
并发进程可以同时进入临界区,交替访问临界资源。
()
程序的封闭性是指该程序不允许某些进程调用。
()
消息通信因为它数据量较小,因而它是一种低级通信方式。
()
单机系统最多允许两个进程处于运行状态。
()
死锁产生,必须要满足四个必要条件,所以,为避免死锁产生,主要注意如何不让这四个必要条件成立,并打破循环等待资源的环路。
()
操作系统的进程管理是整个操作系统管理中的核心,它包含了进程的调度、协调以及进程通信。
()
习题解答:
错;应为:
进程由程序、数据和进程控制块及相关表格组成。
对;
错;应为:
产生死锁的原因是:
进程推进顺序不当或竞争资源。
错;应为:
原语由若干条指令所构成、用于完成一定功能的一个过程,具有原子性。
错;应为:
……当引起阻塞的条件被解除时,进程状态应变为就绪状态。
错;应为:
并发进程必须互斥进入临界区,互斥访问临界资源。
错;应为:
程序的封闭性是指该程序在运行独占系统资源,只有程序本身能改变系统资源。
错;应为:
消息通信的数据量大,它是一种高级通信方式。
错;应为:
单机系统只允许一个进程处于运行状态。
对;
对;
填空题
操作系统中,进程是、和管理的最小独立单位,操作系统的各种活动都与有关。
消息传递系统属于级通信方式,进程间的数据交换以为单位。
一个进程可以由系统创建,或者由用创建原语创建。
被创建的进程开始处于等待状态。
在条件成熟时,采用原语为它们分配除以外的所需资源,并被排列到队列中。
一次仅允许一个进程使用的资源称为,同时把访问该资源的那段程序代码称为。
轮转法是按照轮流地把处理器分配给就绪队列中的进程,该算法多用于系统中,其难点在于。
信号量的物理意义是当信号量大于零时表示;当信号量小于零时,其绝对值为。
死锁的检测可以通过图,利用定理来实现。
进程运行过程中,因为、等待I/O操作等事件发生时,通过原语将它撤下,排入队列,并引起新的。
有m个进程共享同一临界资源,若使用信号量机制实现对临界资源的互斥访问,则信号量值的变化范围是。
对单处理机系统,处于状态的进程只能有1个,处于就绪状态的进程可以有多个,它们仅未获得控制权,按某种方式排成一队列,此队列称为队列,操作系统必须按照一定的,每次从队列中选择一个进程投入运行,这个选择过程称为。
习题解答:
资源分配,调度,进程;
高,消息;
父进程,调度,处理器,就绪;
临界资源,临界区;
时间片,分时,时间片的确定;
资源的数目,等待该资源的进程数目;
资源分配,死锁;
缺乏资源,阻塞,等待,进程调度;
[1-m,1];
运行,处理器,就绪,调度算法,进程调度;
简答题
处理机管理的主要任务是什么?
具有哪些主要功能?
答:
处理机管理的主要任务是对处理机进行分配,并对其运行进行有效的控制和管理。
主要功能有:
进程控制、进程同步、进程通信和进程调度。
程序的顺序执行和并发执行有何不同?
答:
程序的顺序执行具有以下特点:
顺序性——处理机的操作,严格按程序所规定的顺序执行。
封闭性——程序在封闭的环境下运行,独占全机资源,执行结果不受外界因素影响。
可再现性——只要程序执行的环境和初始条件相同,程序多次重复执行,不论是不停顿执行,还是走走停停,都将获得相同的结果。
而程序的并发执行恰好相反,具有间断性、失去封闭性和不可再现性。
(展开说明)
简述进程的定义,进程的基本状态以及进程状态转换的典型原因。
答:
进程是可并发执行的程序在一个数据集上的运行过程。
进程有三种基本状态:
就绪,执行和阻塞。
AB
C
D
A:
进程调度B:
发生某事件无法执行
C:
时间片到或优先级高的进程到达D:
阻塞的事件消失
简述进程与程序的区别。
答:
进程是可并发执行的程序在一个数据集合上的运行过程,进程有动态性、并发性、独立性和异步性、结构特征,而程序是静态的,不能并发执行,未建立进程的程序也不能作为一个独立的单位参加运行。
进程的实体是什么?
答:
进程通过三个部分被感知:
程序、数据集合、进程控制块及相应表格,这三部分组成了进程的实体。
程序是进程运行所对应的执行代码,数据集合是进程运行所必需的数据资源,进程控制块是保存进程状态,控制进程转换的标志。
简述进程控制块的主要内容。
答:
PCB的内容
进程标识符信息——外部标识符、内部标识符。
处理机状态信息
进程调度信息——进程状态、优先级等。
进程控制信息——程序和数据地址、同步机制、资源清单等。
简述进程通信的概念,最基本的通信原语有那些?
答:
为了进行进程协调,进程间应具有一定联系,这种联系通常采用进程间交换数据的方式进行,称为进程通信。
最基本的通信原语有发送原语和接收原语。
简述读者——写者问题的思想。
答:
读者—写者问题是典型的进程同步问题。
一个数据对象(数据文件或记录)可被多个进程共享,其中有些进程要求读(读者进程),而另一些进程要求对数据对象进行写或修改(写者进程)。
允许多个读进程同时读一个共享对象,但绝不允许一个写进程和其它读进程或写进程同时访问共享对象。
该问题常被用来测试新同步原语。
什么是原语?
★
答:
由若干条指令所构成、用于完成一定功能的一个过程,具有原子性。
简述引起进程调度的原因。
答:
缺乏资源——正在运行的进程因某个条件不能满足,进入阻塞状态;运行进程被撤下,引起调度另一个进程进入运行。
时间片到——分时系统中,每当时间片到,正在运行的进程被暂时停止,排入就绪队列,引起调度另一就绪进程进入运行
外部中断——外部中断信号引起调度。
进程结束——进程正常执行完毕,终止,此时系统调度另一进程运行。
进程调度有何功能?
有哪些常用的调度算法?
答:
查询、登记和更新进程控制表PCB中相应表项,并根据表项中的内容和状态作出选择决定;根据系统选定的调度算法,从就绪进程队列中选取一个就绪进程,分配CPU,并决定它运行多长时间(调度方式);进行实际分配工作,更新被调度进程和正在运行进出的PCB表项,修改状态,切换进程执行代码。
常用的调度算法有:
先进先出法、短执行进程优先法、优先级调度法、轮转法等。
什么叫安全状态?
常用什么方法保持系统处于安全状态?
答:
若系统能按某种顺序(安全序列)来为每个进程分配其所需资源,直至最大需求,使每个进程都可顺利完成,此时系统处于安全状态。
在银行家算法中检查资源分配后系统的安全性,保证系统处于安全状态,不会发生死锁。
进程之间存在哪几种相互制约关系?
各是什么原因引起的?
下列活动分别属于哪种制约?
(1)若干同学去图书馆借书
(2)两队举行篮球比赛(3)流水线生产的各道工序(4)商品生产和社会消费。
答:
进程之间存在两种相互制约关系:
(1)间接相互制约——资源共享关系,是由于多个进程共享同一资源引起的。
(2)直接相互制约——相互合作关系,是由于多个进程相互合作,共同完成同一任务造成。
其中
(1)、
(2)属于间接相互制约,而(3)、(4)属于直接相互制约。
系统中有3个进程,4个相同类型的资源,每个进程最多需要2个资源,该系统是否回发生死锁?
为什么?
答:
该系统不会发生死锁。
因为4个资源分配给3个进程,无论如何分配,总会有1个进程能够分配到2个资源,该进程获得其最大资源数后,完成并释放其资源,剩余2个进程就可获得最大资源数,顺利完成,系统始终存在安全序列,故系统不会死锁。
资源分配图如下图,系统是否处于死锁状态?
r1r2r3r4
答:
对该图进行化简,得到如下图所示的结果。
由于该图是不可完全简化的,所以根据死锁定理,系统处于死锁状态。
r1r2r3r4
简述解决死锁的途径:
1)、预防死锁——设置某些限制条件,去破坏产生死锁的四个必要条件之一。
2)、避免死锁——资源动态分配过程中,用某方法防止系统进入不安全状态。
3)、检测死锁——允许发生死锁,但通过系统设置的检测机构,检测死锁的发生,并精确确定与死锁有关的进程和资源。
4)、解除死锁——将进程从死锁状态下解脱。
设有进程P1和P2并发执行,都要享用资源R1,R2,使用资源情况如下:
进程P1:
……申请R1……申请R2……释放R1……
进程P2:
……申请R2……申请R1……释放R2……
判断是否会产生死锁,并解释其原因。
答:
在不同的运行推进速度下,可能产生死锁。
在某时刻,P1占用R1,又去申请R2;而P2占用R2,又去申请R1;互不释放自己占用的资源,又得不到自己所需的资源,系统处于僵持状态,形成死锁。
简述死锁定理。
答:
用资源分配图加以简化的方法来检测系统是否处于死锁状态。
S为死锁状态的充分条件是,当且仅当s状态的资源分配图是不可完全简化的。
该充分条件称为死锁定理。
综合应用题
请用信号量实现4*100接力赛的同步过程
解答:
S1S2S3
P1、P2、P3和P4分别代表四位运动员,他们的跑步顺序受其位置的限制。
从上图表示可以看出,此题相当于是用信号量描述前趋关系。
S1、S2、S3、的初值均为0。
P1:
起跑——>前进100米——>V(S1)
P2:
P(S1)——>起跑——>前进100米——>V(S2)
P3:
P(S2)——>起跑——>前进100米——>V(S3)
P4:
P(S3)——>起跑——>前进100米——>到达终点
有一发送者进程和一接收者进程,其流程如下。
s是用于实现进程同步的信号量,m是用于实现进程互斥的信号量。
试完成流程图。
假定缓冲区有无限多个,s和m的初值为多少?
发送者接收者
申请缓冲区C
把信息写入缓冲区D
A从消息链首取一个缓冲区
将缓冲区放到消息链尾V(m)
B从缓冲区取出消息
V(s)释放缓冲区
解答:
s=0表示满缓冲的数量、即多少缓冲区里有消息
m=1表示互斥信号量
A:
P(m)B:
V(m)C:
P(s)D:
P(m)
由题意,m用于实现进程互斥,初值应为1,并应成对出现,由接收者进程的V(m)操作可知,m用于实现消息链存、取缓冲区操作的互斥,故D为P(m)。
相应的,A为P(m),B为V(m)。
由发送者进程可知,当发送者将一个消息放入消息链尾后,执行V(s)操作,故s表示接收者可取消息的数量,又因s用于实现进程同步,所以接收者接受消息前,应判断是否有消息可以取,需对s执行P操作,所以C为P(s),发送者发送消息前,接收者无消息可取,s的初值应为0。
桌上有一只盘子,最多允许存放两只水果,每次只能放入或取出一个水果。
爸爸专向盘中放苹果,妈妈专向盘中放桔子,两个儿子专等吃盘中的苹果,两个女儿专等吃盘中的桔子。
试用PV操作实现爸爸、妈妈、儿子、女儿之间的同步与互斥关系。
解答:
由题意,盘中最多可以放两只水果,而不管放入的是何种水果,故只要盘中有空位置,父母均可执行放水果的操作,即父母的放水果(苹果、桔子)操作仅取决于盘中是否有空位置。
只有盘中有苹果,儿子才能取,只有盘中有桔子,女儿才能取,即儿女取水果的操作取决于相应水果是否存在。
从另一个角度讲,父亲放苹果与儿子取苹果要同步,母亲放桔子与儿子取桔子要同步,分别需要用同步信号量实现。
每次只能向盘子放入或从盘中取出一个水果,用互斥信号量实现。
设置信号量s1=2,表示盘子中可放水果的空位置;
s2=1,表示盘中放、取水果的互斥信号量;
s3=0,表示盘中苹果的数目;s4=0,表示盘中桔子的数目;
父亲:
母亲:
儿子:
女儿:
P(S1)P(S1)P(S3)P(S4)
P(S2)P(S2)P(S2)P(S2)
放苹果放桔子取苹果取桔子
V(S2)V(S2)v(S2)v(S2)
V(S3)V(S4)V(S1)V(S1)
在公共汽车上,司机和售票员的活动分别是
司机:
启动车辆;正常行车;到站停车;
售票员:
关车门;售票;开车门;
在汽车不断到站、停车、行驶过程中,这两个活动存在着同步关系,试用信号量和P、V操作实现它们的同步。
解答:
根据常识,车门关好后司机方可启动车辆,到站停车后售票员方可打开车门,即门的开、关与车的停、开存在着相互制约的同步关系。
定义信号量run,表示司机是否可以启动车辆,也就是车门的状态(0表示门开,1表示门关),初值为0。
定义信号量stop表示售票员是否可以开车门,即车是否停好(0表示车停,1表示车开),初值为0。
初始状态为车停门开。
售票员:
上乘客;
关车门;
V(run);车门关好后,run加1,表明司机可以启动车辆。
售票;
P(stop);判断是否可以开车门;若司机已停车,stop为1,继续;
开车门;若司机未停车,stop为0,阻塞,无法开车门。
下乘客;
司机:
P(run);判断是否可以启动车辆;若售票员已关门run为1,继续;
启动车辆;若售票员未关门run为0,阻塞,无法启动车辆。
正常行车;
到站停车;
V(Stop);停车后,stop加1,表明售票员可以开车门。
某寺庙,有小、老和尚若干,有一水缸,由小和尚提水入缸供老和尚引用。
水缸可容12桶水,水取自同一井中。
水井径窄,每次只能容一个桶取水。
水桶总数为4个。
每次入、取缸水仅为一桶,且不可同时进行。
试给出有关取水、入水的算法描述。
解答:
分析题目可知,小和尚负责用桶到井中取水并将水倒入缸中,其操作依次为拿桶、井中取水、倒水入缸。
水桶只有4个,只有拿到桶后方可继续,否则需要等桶,因水井径窄,每次只能容一个桶取水,故取水的小和尚对水井的访问必须是互斥的。
老和尚负责用桶从缸中取水,其操作依次为拿桶、缸中取水。
只有拿到桶后方可继续,否则需要等桶。
每次入、取缸水仅为一桶,且不可同时进行,表明小和尚倒水入缸、老和尚取水必须互斥。
同时,缸中没水,老和尚不能取水,要等待小和尚倒水入缸;水缸满,小和尚不能倒水入缸,要等待老和尚取水,也就是说,小和尚倒水入缸和老和尚取水必须同步。
设置互斥信号量和同步信号量:
m1=1,表示小和尚从水井取水时,对水井的互斥访问,即一次只能有一个水桶进出水井;
m2=1,表示小和尚倒水入缸、老和尚取水时对水缸的互斥访问,即每次入、取缸水只能一个桶;
count=4,表示是否有桶可以供小和尚、老和尚使用;
full=0满缓冲,表示缸内有水的桶数,控制老和尚取水;
empty=12,空缓冲,缸内还能放水的桶数,控制小和尚倒水入缸;
P(empty)判断缸中是否有倒水的位置,若有,水位-1,继续;
P(count)判断是否有水桶可以使用,若有,可用水桶数目-1,继续;
P(m1)判断能否对水井访问,即是否有其他小和尚从水井取水
从井中取水互斥控制一个水桶从水井取水;
V(m1)
P(m2)判断能否对水缸访问,即是否有其他和尚取水或倒水
送水入缸互斥地将水倒入水缸;
V(m2)
V(count)水入缸后,水桶空闲,可供其他和尚使用。
可用水桶数目+1
V(full)水入缸后可供老和尚取水,可取水的桶数+1
此题特别要注意P操作的次序,例如:
如果P(empty)和P(count)操作次序颠倒,就有可能产生死锁。
若某时刻水缸水满(empty=0;full=12),而四个小和尚依次拿水桶去井中取水,此时P(count)均执行减1操作,count的值变为0,但继续执行P(empty)时,empty-1,empty<0,阻塞;此时老和尚想取水,执行P(full),继续,执行P(count),此时couunt-1,count<0,阻塞,即老和尚没有水桶可以取水。
老和尚无法取水,小和尚无法倒水,形成僵局,死锁发生。
所以,P操作的顺序不可颠倒。
小和尚从水井取水入缸
老和尚从缸中取水
P(full)缸中是否有水供老和尚取用;若有,可取水的桶数-1,继续;
P(count)判断是否有水桶可以使用,若有,可用水桶数目-1,继续;
P(m2)判断能否对水缸访问,即是否有其他和尚取水或倒水
从缸中取水互斥地从水缸中取水;
V(m2)
V(empty)取水后,水缸中增加了倒水的位置,水位+1;
V(count)取水后,水桶空闲,可供其他和尚使用。
可