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操作系统答案超全版
数据结构算法实现程序第五章
1.可采用哪几种方式将程序装入内存?
它们分别适用于何种场合?
a.首先由编译程序将用户源代码编译成若干目标模块，再由链接程序将编译后形成的目标模块和所需的
---库函数链接在一起，组成一个装入模块，再由装入程序将装入模块装入内存；
b.装入模块的方式有:
绝对装入方式，可重定位方式和动态运行时装入方式；
c.绝对装入方式适用于单道程序环境下；
d.可重定位方式适用于多道程序环境下；
e.动态运行时装入方式也适用于多道程序环境下.
2.何谓静态链接及装入时动态链接和运行时的动态链接?
a.静态链接是指事先进行链接形成一个完整的装入模块，以后不再拆开的链接方---式；
b.装入时动态链接是指目标模块在装入内存时，边装入边链接的链接方式；
c.运行时的动态链接是将某些目标模块的链接推迟到执行时才进行.
3.在进行程序链接时，应完成哪些工作?
a.对相对地址进行修改；
b.变换外部调用符号.
4.在动态分区分配方式中，可利用哪些分区分配算法?
a.首次适应算法；
b.循环首次适应算法；
c.最佳适应算法.
5.在动态分区分配方式中，应如何将各空闲分区链接成空闲分区链?
应在每个分区的起始地址部分，设置一些用于控制分区分配的信息，以及用于链接各分区的前向指针；
在分区尾部则设置一后向指针，通过前，后向指针将所有的分区链接成一个双向链.
6.为什么要引入动态重定位?
如何实现?
a.为了在程序执行过程中，每当访问指令或数据时，将要访问的程序或数据的逻辑地址转换成物理地
---址，引入了动态重定位.
b.可在系统中增加一个重定位寄存器，用它来装入（存放）程序在内存中的起始地址，程序在执行时，真
---正访问的内存地址是相对地址与重定位寄存器中的地址相加而形成的,从而实现动态重定位.
7.试用类Pascal语言来描述首次适应算法进行内存分配的过程.
（略）
8.在采用首次适应算法回收内存时，可能出现哪几种情况?
应怎样处理这些情况?
a.回收区与插入点的前一个分区相邻接，此时可将回收区与插入点的前一分区合并，不再为回收分区
---分配新表项，而只修改前邻接分区的大小；
b.回收分区与插入点的后一分区相邻接，此时合并两区，然后用回收区的首址作为新空闲区的首址，大
---小为两者之和；
c.回收区同时与插入点的前后两个分区邻接，此时将三个分区合并，使用前邻接分区的首址，大小为
---三区之和，取消后邻接分区的表项；
d.回收区没有邻接空闲分区，则应为回收区单独建立一个新表项，填写回收区的首址和大小，并根据
---其首址，插入到空闲链中的适当位置.
9.在系统中引入对换后带有哪些好处?
能将内存中暂时不运行的进程或暂时不用的程序和数据，换到外存上，以腾出足够的内存空间，把已
具备运行条件的进程或进程所需的程序和数据换入内存，从而大大地提高了内存的利用率.
10为实现对换，系统应具备哪几方面功能?
a.对对换空间的管理；
b.进程的换出；
c.进程的换入.
11在以进程为单位进行对换时，每次是否都将整个进程换出?
为什么?
a.以进程为单位进行对换时，每次都将整个进程换出；
b.目的为了解决内存紧张的问题，提高内存的利用率.
12为实现分页存储管理，需要哪些硬件支持?
你认为以Intel8086,MC68000,
Intel80286为芯片的微机，是否适合于实现分页管理?
（有待讨论）
13请较详细地说明，引入分页存储管理（估计印错了，是分段存储管理）是为了满足用户哪几方面的需要?
a.方便了编程；
b.实现了分段共享；
c.实现了分段保护；
d.实现了动态链接；
e.实现了动态增长.
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发表于2006-9-412:
05AM
14在具有快表的段页式存储管理方式中，如何实现地址变换?
首先，必须配置一段表寄存器，在其中存放段表始址和段长TL.进行地址变换时，先利用段号S，与段长TL
进行比较，若S=TL,表示段号太大，访问越界，产生越界中断信号）于是利用段表
始址和段号来求出该段对应的段表项在段表中的位置，从中求出该段的页表始址，并利用逻辑地址中的段
内页号P来获得对应页的页表项位置，从中读出该页所在的物理块号b，再用块号b和页内地址构成物理地址.
15为什么说分段系统较之分页系统更易于实现信息共享和保护?
a.对于分页系统，每个页面是分散存储的，为了实现信息共享和保护，则页面之间需要一一对应起来，为此
---需要建立大量的页表项；
b.而对于分段系统，每个段都从0开始编址，并采用一段连续的地址空间，这样在实现共享和保护时，只需
---为所要共享和保护的程序设置一个段表项，将其中的基址与内存地址一一对应起来即可.
16分页和分段有何区别?
a.分页和分段都采用离散分配的方式，且都要通过地址映射机构来实现地址变换，这是它们的共同点；
b.对于它们的不同点有三，第一，从功能上看，页是信息的物理单位，分页是为实现离散分配方式，以消减
---内存的外零头，提高内存的利用率，即满足系统管理的需要，而不是用户的需要；而段是信息的逻辑单位，
---它含有一组其意义相对完整的信息，目的是为了能更好地满足用户的需要；
c.页的大小固定且由系统确定，而段的长度却不固定，决定于用户所编写的程序；
d.分页的作业地址空间是一维的，而分段的作业地址空间是二维的.
17试全面比较连续分配和离散分配方式.
a.连续分配是指为一个用户程序分配一个连续的地址空间，包括单一连续分配方式和分区式分配方式，前者
---将内存分为系统区和用户区，系统区供操作系统使用，用户区供用户使用，是最简单的一种存储方式，
---但只能用于单用户单任务的操作系统中；分区式分配方式分为固定分区和动态分区，固定分区是最简单的
---多道程序的存储管理方式，由于每个分区的大小固定，必然会造成存储空间的浪费；动态分区是根据进程
---的实际需要，动态地为之分配连续的内存空间，常用三种分配算法:
首次适应算法FF，该法容易留下许多
---难以利用的小空闲分区，加大查找开销；循环首次适应算法，该算法能使内存中的空闲分区分布均匀，但
---会致使缺少大的空闲分区；最佳适应算法，该算法也易留下许多难以利用的小空闲区；
b.离散分配方式基于将一个进程直接分散地分配到许多不相邻的分区中的思想，分为分页式存储管理，分段
---存储管理和段页式存储管理.分页式存储管理旨在提高内存利用率，满足系统管理的需要，分段式存储管
---理则旨在满足用户（程序员）的需要，在实现共享和保护方面优于分页式存储管理，而段页式存储管理则是
---将两者结合起来，取长补短，即具有分段系统便于实现，可共享，易于保护，可动态链接等优点，又能像
---分页系统那样很好的解决外部碎片的问题，以及为各个分段可离散分配内存等问题，显然是一种比较有效
---的存储管理方式；
c.综上可见，连续分配方式和离散分配方式各有各自的特点，应根据实际情况加以改进和利用.
第六章
1.在请求分页系统中，其页表项中包含那些数据项?
它们的作用是什么?
a.在请求分页系统中，其页表项中包含的数据项有页号，物理块号，状态位P，访问字段A，修改位M和
---外存地址；
b.其中状态位P指示该页是否调入内存，供程序访问时参考；
c.访问字段A用于记录本页在一段时间内被访问的次数，或最近已有多长时间未被访问，提供给置换算法
---选择换出页面时参考；
d.修改位M表示该页在调入内存后是否被修改过；
e.外存地址用于指出该页在外存上的地址，通常是物理块号，供调入该页时使用.
2.一个计算机系统的虚拟存储器，其最大容量和实际容量分别由什么决定?
a.最大容量由内存和外存之和决定；
b.实际容量由内存决定.
3.虚拟存贮器有那些特征?
其中最本质的特征是什么?
a.虚拟存储器具有离散性，多次性，对换性和虚拟性的特征；
b.其中最本质的特征是离散性，在此基础上又形成了多次性和对换性，所表现出来的最重要的特征是
---虚拟性.
4.实现虚拟存储器要那些硬件支持?
a.对于为实现请求分页存储管理方式的系统，除了需要一台具有一定容量的内存及外存的计算机外，还
---需要有页表机制，缺页中断机构以及地址变换机构；
b.对于为实现请求分段存储管理方式的系统，除了需要一台具有一定容量的内存及外存的计算机外，还
---需要有段表机制，缺段中断机构以及地址变换机构；
5.在实现虚拟存储器时的几个关键技术是什么?
（有待讨论）
6.在请求分页系统中，页表应包括那些数据项?
每项的作用是什么?
（同第一题）
7.在请求分页系统中，应从何处将所需页面调入内存?
a.在进行地址变换时，首先去检索快表，试图从中找出所要访问的页，若找到，便修改页表项中的访问
---位，对于写指令，还须将修改位置1，然后利用页表项中给出的物理块号和页内地址，形成物理地址；
b.如果在快表中未找到该页的页表项，则应再到内存中去查找页表，再从找到的页表项中的状态位来
---了解该页是否已调入内存，如果该页已调入内存，应将此页的页表项写入快表，当快表已满时，应先
---调出按某种算法所确定的页的页表项，然后再写入该页的页表项；
c.如果该页尚未调入内存，这时便应产生缺页中断，请求OS从外存中把该页调入内存;
d.外存分为文件区和对换区，若系统有足够的对换区空间，可在进程运行前，将与该进程有关的文件
---拷贝到对换区，需要时从对换区调入；
e.若系统缺少足够的对换区空间，则凡是不会被修改的文件，可直接从文件区调入，需换出时可不必
---写入外存，但对于可能被修改的部分，在将它们换出时，便须调到对换区，以后需要时再从对换区
---调入.
8.在请求分页系统中，常采用哪几种页面置换算法?
a.最佳置换算法；
b.先进先出算法；
c.最近最久未使用LRU置换算法；
d.Clock置换算法;
e.此外，还有最少使用置换算法和页面缓冲算法.
9.某虚拟存储器的用户空间共有32个页面，每页1KB，主存16KB.假定某时刻
---为用户的第0，1，2，3页分别分配的物理块号为5，10，4，7，试将虚拟地址
---0A5C和093C变换为物理地址.
a.将0A5C变换为2进制为:
0000,1010,0101,1100,由于页面大小为1KB约为2的10次方，所以0A5C的页号
---为2，对应的物理块号为:
4,所以虚拟地址0A5C的物理地址为125C;
b.将093C变换为2进制为:
0000,1001,0011,1100，页号也为2，对应的物理块号也为4，此时虚拟地址
---093C的物理地址为113C.
10在请求分页系统中，通常采用那种页面分配方式?
为什么?
a.在请求分页系统中，有固定和可变分配两种分配方式；
b.采用固定分配方式是基于进程的类型（交互型）或根据程序员，系统管理员的建议，为每个进程分配
---一固定页数的内存空间，在整个运行期间不再改变；
c.采用可变分配方式有全局置换和局部置换两种，前者易于实现，后者效率高.
11在一个请求分页系统中，采用LRU页面置换算法时，假如一个作业的页面走向
---为4，3，2，1，4，3，5，4，3，2，1，5，当分配给该作业的物理块数M分别
---为3和4时，试计算访问过程中所发生的缺页次数和缺页率?
比较所得结果?
a.当分配给该作业的物理块数M为3时，所发生的缺页率为7，缺页率为:
7/12=0.583；
b.当分配给该作业的物理块数M为4时，所发生的缺页率为4，缺页率为:
4/12=0.333.
12在置换算法中，LRU和LFU哪个更常用?
为什么?
a.LRU与LFU置换算法的页面的访问图完全相同，即使用的硬件是相同的；
b.但是LFU并不能真正访问反映出页面的使用情况.
13实现LRU算法所需的硬件支持是什么?
a.寄存器，用于记录某进程在内存中各页的使用情况；
b.栈，用于保存当前使用的各个页面的页面号.
14试说明改进型Clock置换算法的基本原理.
a.因为对于修改过的页面在换出时所付出的开销将比未被修改过的页面的开销大，所以在改进型Clock
---算法中，出了须考虑到页面的使用情况外，还须再增加一个置换代价这一因素；
b.在选择页面作为淘汰页面时，把同时满足未使用过和未被修改作为首选淘汰页面.
15什么是抖动?
产生抖动的原因是什么?
a.抖动（Thrashing）就是指当内存中已无空闲空间而又发生缺页中断时，需要从内存中调出一页程序或
---数据送磁盘的对换区中，如果算法不适当，刚被换出的页很快被访问，需重新调入，因此需再选一页
---调出，而此时被换出的页很快又要被访问，因而又需将它调入，如此频繁更换页面，以致花费大量的
---时间，我们称这种现象为"抖动";
b.产生抖动的原因是由于CPU的利用率和多道程序度的对立统一矛盾关系引起的，为了提高CPU利用率，
---可提高多道程序度，但单纯提高多道程序度又会造成缺页率的急剧上升，导致CPU的利用率下降，而
---系统的调度程序又会为了提高CPU利用率而继续提高多道程序度，形成恶性循环，我们称这时的进程
---是处于"抖动"状态.
16试说明请求分段系统中的缺页中断处理过程?
（见P185图6-12）
17如何实现分段共享?
a.可在每个进程的段表中，用相应的表项来指向共享段在内存中起始地址；
b.配置相应的数据结构作为共享段表，可在段表项中设置共享进程计数Count，每调用一次该共享段，
---Count指增1，每当一个进程释放一个共享段时，Count执行减1操作，若减为0，则由系统回收该共享
---段的物理内存，以及取消在共享段表中该段所对应的表项；
c.对于一个共享段，应给不同的进程以不同的存取权限；
d.不同的进程可以使用不同的段号去共享该段.
18Intel80386芯片可支持哪几种方式的存储管理?
a.不分段也不分页的存储管理方式；
b.分页不分段的存储管理方式；
c.分段不分页的存储管理方式；
d.分段分页存储管理方式.
19试说明80386的分段地址变换机构的工作原理.
a.采用段寄存器和虚地址结构；
b.在分段部件中，地址变换是将逻辑地址变换为线性地址，然后送分页部件中.（具体见P191）
20试说明80386的两级分页地址变换机构的原理.
（见P193）
21可通过哪些途径来提高内存利用率?
（有待讨论,该题可以看成是对本章的本质内容的全面概括和总结）
第七章
1．试画出微机和主机中常采用的I/O系统结构图。
微机中常采用的I/O系统结构图为：
主机中常采用的I/O系统结构图为：
2．试说明设备控制器的构成。
设备控制器的构成如图所示：
由上图可见，设备控制器由以下三部分组成：
（1）设备控制器与处理机的接口，该接口用于实现CPU与设备控制器之间的通信，提供有三类信号线：
数据线、地址线和控制线。
（2）设备控制器与设备的接口，可以有一个或多个接口，且每个接口连接一台设备。
每个接口都存在数据、控制和状态三种类型的信号。
（3）I/O逻辑，用于实现对设备的控制。
其通过一组控制线与处理机交互，处理机利用该逻辑向控制器发送I/O命令，I/O逻辑对收到的命令进行译码。
3．为了实现CPU与设备控制器之间的通信，设备控制器应具有哪些功能？
为了实现CPU与设备控制器之间的通信，设备控制器应具有如下功能：
（1）接受和识别命令。
CPU可以向控制器发送多种不同的命令，设备控制器应能接收并识别这些命令。
设置控制寄存器来存放所接收的命令和参数。
（2）数据交换，指实现CPU与控制器之间、控制器与设备之间的数据交换。
设置数据寄存器来存放有关数据。
（3）设备状态的了解和报告。
控制器记录下所连接设备的状态以供CPU了解。
为此，要在控制器中设置一状态寄存器，用其中的每一位反映设备的某一状态。
（4）地址识别。
配置地址译码器以便于正确识别设备地址。
4．分别就字节多路通道、数据选择通道和数组多路通道进行解释。
①字节多路通道含有许多非分配型子通道分别连接在低、中速I/O设备上，子通道按时间片轮转方式共享主通道，按字节方式进行数据传送。
具体而言，当第一个子通道控制其I/O设备完成一个字节的交换后，便立即腾出字节多路通道（主通道），让给第二个子通道使用；当第二个子通道也交换完一个字节后，又依样把主通道让给第三个子通道使用，以此类推。
转轮一周后，重又返回由第一个子通道去使用主通道。
②数组选择通道只含有一个分配型子通道，一段时间内只能执行一道通道程序、控制一台设备按数组方式进行数据传送。
通道被某台设备占用后，便一直处于独占状态，直至设备数据传输完毕释放该通道，故而通道利用率较低，主要用于连接多台高速设备。
③数组多路通道是将数组选择通道传输速率高和字节多路通道能使各子通道分时并行操作的优点相结合而形成的一种新通道。
其含有多个非分配型子通道分别连接在高、中速I/O设备上，子通道按时间片轮转方式共享主通道，按数组方式进行数据传送，因而既具有很高的数据传输速率，又能获得令人满意的通道利用率。
5．如何解决因通道不足而产生的瓶颈问题？
解决因通道不足而产生的瓶颈问题的最有效方法是增加设备到主机间的通路而不是增加通道。
换言之，就是把一个设备连接到多个控制器上，而一个控制器又连接到多个通道上。
这种多通路方式不仅可以解决该瓶颈问题，而且能够提高系统的可靠性，也即不会因为个别通道或控制器的故障而使设备与存储器之间无法建立通路进行数据传输。
6．试说明I/O控制发展的主要推动因素是什么？
推动I/O控制发展的主要动力在于尽量减少主机对I/O控制的干预，把主机从繁杂的I/O控制事务中解脱出来，以有更多的时间和精力去完成其数据处理任务。
同时，中断机制在计算机系统中的引入、DMA控制器的出现和通道研制的成功使I/O控制的发展具备了技术支持和成为可能。
7．有哪几种I/O控制方式？
有四种I/O控制方式，即程序I/O控制方式、中断驱动I/O控制方式、直接存储器访问DMA控制方式及I/O通道控制方式。
8．试说明DMA的工作流程。
以从磁盘读入数据为例来说明DMA方式的工作流程：
当CPU要从磁盘读入一数据块时，便向磁盘控制器发送一条读命令，该命令被送入DMA控制器的命令寄存器CR中。
同时，还需发送本次要将数据读入的内存起始目标地址，该地址被送入DMA控制器的内存地址寄存器MAR中；本次要读的字（节）数则送至DMA控制器的数据计数器DC中。
另外，还需将磁盘中数据读取的源地址直接送到DMA控制器的I/O控制逻辑上。
然后，启动DMA控制器进行数据传送。
此后，CPU便可去处理其它任务，而整个的数据传送便由DMA控制器负责控制。
当DMA控制器已从磁盘中读入一个字（节）的数据，并送入DMA控制器的数据寄存器DR后，再挪用一个存储器周期，将该字（节）传送到MAR所指示的内存单元中。
接着，便对MAR内容加1和将DC内容减1。
若DC内容减1后不为0，表示传送未完，便准备再传送下一个字（节），否则，由DMA控制器发出中断请求。
参图所示：
9．引入缓冲的主要原因是什么？
操作系统引入缓冲机制的主要原因可归结为以下几点：
（1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾；
（2）减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制；（3）提高CPU与I/O设备之间的并行性。
10．为什么在单缓冲情况下，系统对一块数据的处理时间为max（C,T）+M?
在块设备输入时，先从磁盘把一块数据输入到缓冲区，耗时为T；然后由操作系统将缓冲区数据传送给用户区，耗时为M；接下来便由CPU对这一块数据进行计算，耗时为C。
在单缓冲情况下，磁盘把数据输入到缓冲区的操作和CPU对数据的计算过程可以并行展开，所以系统对每一整块数据的处理时间为max（C,T）+M。
11．为什么在双缓冲情况下，系统对一块数据的处理时间为max（C,T）
该方式又称缓冲对换方式。
写入者花费时间T将数据写满一个缓冲区后再写另一个缓冲区；读出者花费时间M将一个缓冲区数据送到用户区后再传送另一个缓冲区数据，运算者读出用户区进行处理。
由于将数据从缓冲区传送到用户区操作必须与读用户区数据进行处理串行进行，而且它们又可以与从外存传送数据填满缓冲区的操作并行。
因此耗时大约为max（C+M,T）。
考虑到M是内存中数据块的“搬家”耗时，非常短暂可以省略，因此近似地认为是：
max（C,T）。
12．试绘图说明把多缓冲用于输出时的情况。
把多缓冲用于输出时的情况如图所示：
13．试说明收容输入工作缓冲区和提取输出工作缓冲区的工作情况。
①收容输入工作缓冲区的工作情况为：
在输入进程需要输入数据时，调用GetBuf（EmptyQueue）过程，从EmptyQueue队列的队首摘下一个空缓冲区，把它作为收容输入工作缓冲区Hin。
然后，把数据输入其中，装满后再调用PutBuf（InputQueue,Hin）过程，将该缓冲区挂在输入队列InputQueue的队尾。
②提取输出工作缓冲区的工作情况为：
当要输出数据时，调用GetBuf（OutputQueue）过程，从输出队列的队首取得一装满输出数据的缓冲区作为提取输出的工作缓冲区Sout。
在数据提取完后，再调用PutBuf（EmptyQueue,Sout）过程，将该缓冲区挂到空缓冲队列EmptyQueue的队尾。
14．什么是安全分配方式和不安全分配方式？
①所谓安全分配方式，是指每当进程发出I/O请求后，便进入阻塞状态，直到其I/O操作完成时才被唤醒。
在采用这种分配策略时，一旦进程已经获得某种设备（资源）后便阻塞，使它不可能再请求任何资源，而在它运行时又不保持任何资源。
因此，这种分配方式已经摒弃了造成死锁的四个必要条件之一的“请求和保持”条件，所以分配是安全的。
其缺点是进程进展缓慢，即CPU与I/O设备是串行工作的。
②所谓不安全分配方式，是指进程发出I/O请求后仍继续执行，需要时又可发出第二个I/O请求、第三个I/O请求。
仅当进程所请求的设备已被另一个进程占有时，进程才进入阻塞状态。
其优点是一个进程可同时操作多个设备，从而使进程推进迅速。
而缺点是分配不安全，因为它可能具有“请求和保持”条件，所以可能造成死锁。
因此，在设备分配程序中还需增加一个功能，用于对本次的设备分配是否会发生死锁进行安全性计算，仅当计算结果说明分配是安全的情况下才进行分配。
15．为什么要引入设备独立性？
如何实现设备独立性？
在现代操作系统中，为了提高系统的可适应性和可扩展性，都毫无例外地实现了设备独立性，也即设备无关性。
其基本含义是，应用程序独立于具体使用的物理设备，即应用程序以逻辑设备名称来请求使用某类设备。
进一步说，在实现了设备独立性的功能后，可带来两方面的好处：
（1）设备分配时的灵活性；
（2）易于实现I/O重定向（指用于I/O操作的设备可以更换即重定向，而不必改变应用程序）。
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