南京晓庄操作系统习题册答案 上文档格式.docx
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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。
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？
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？
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
C.周转时间
D.时间片
操作系统中最基本的两个特征是（
）
A.并发和不确定性
B.并发和共享
C.共享和虚拟
D.虚拟和不确定性
分时系统追求的目标是（
）
A.充分利用I/O设备
B.快速响应用户
C.提高系统吞吐量
D.充分利用内存
批处理系统的主要缺点是（
A.系统吞吐量小
B.CPU利用率不高
C.资源利用率低
D.无交互能力
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（
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
计算
10
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
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。
进程由程序、数据和进程控制块及相关表格组成。
产生死锁的原因是：
进程推进顺序不当或竞争资源。
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。
……当引起阻塞的条件被解除时，进程状态应变为就绪状态。
并发进程必须互斥进入临界区，互斥访问临界资源。
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。
消息通信的数据量大，它是一种高级通信方式。
单机系统只允许一个进程处于运行状态。
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。
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；
处理机管理的主要任务是什么？
具有哪些主要功能？
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？
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。
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。
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？
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。
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？
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。
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？
★
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。
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？
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？
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。
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？
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
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。
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。
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。
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）——>
V（S2）
P3：
P（S2）——>
V（S3）
P4：
P（S3）——>
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
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。
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。
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。
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；
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。
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）
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