计算机操作系统浙江大学第四版课后习题第17章Word格式文档下载.docx
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8．为什么要引入实时OS？
实时操作系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。
引入实时OS是为了满足应用的需求，更好地满足实时控制领域和实时信息处理领域的需要。
9．什么是硬实时任务和软实时任务？
试举例说明。
硬实时任务是指系统必须满足任务对截止时间的要求，否则可能出现难以预测的结果。
举例来说，运载火箭的控制等。
软实时任务是指它的截止时间并不严格，偶尔错过了任务的截止时间，对系统产生的影响不大。
举例：
网页内容的更新、火车售票系统。
10．试从交互性、及时性以及可靠性方面，将分时系统不实时系统进行比较。
（1）及时性：
实时信息处理系统对实时性的要求与分时系统类似，都是以人所能接受的等待时间来确定；
而实时控制系统的及时性，是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的，一般为秒级到毫秒级，甚至有的要低于100微妙。
（2）交互性：
实时信息处理系统具有交互性，但人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。
不像分时系统那样能向终端用户提供数据和资源共享等服务。
（3）可靠性：
分时系统也要求系统可靠，但相比之下，实时系统则要求系统具有高度的可靠性。
因为任何差错都可能带来巨大的经济损失，甚至是灾难性后果，所以在实时系统中，往往都采取了多级容错措施保障系统的安全性及数据的安全性。
11．OS有哪几大特征？
其最基本的特征是什么？
并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征；
最基本的特征是并发性。
12.在多道程序技术的OS环境下的资源共享与一般情况下的资源共享有何不同？
对独占资源应采取何种共享方式？
一般情况下的共享与操作系统环境下的共享其含义并不完全相同。
前者只是说明某种资源能被大家使用，如图书馆中的图书能提供给大家借阅，但并未限定借阅者必须在同一时间（间隔）和同一地点阅读。
又如，学校中的计算机机房共全校学生上机，或者说，全校学生共享该机房中的计算机设备，虽然所有班级的上机地点是相同的，但各班的上机时间并不相同。
对于这样的资源共享方式，只要通过适当的安排，用户之间并不会产生对资源的竞争，因此资源管理是比较简单的。
而在OS环境下的资源共享或称为资源复用，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。
这里在宏观上既限定了时间（进程在内存期间），也限定了地点（内存）。
对于这种资源共享方式，其管理就要复杂得多，因为系统中的资源少于多道程序需求的总和，会形成它们对共享资源的争夺。
所以，系统必须对资源共享进行妥善管理。
对独占资源采用互斥共享方式。
13.什么是时分复用技术？
举例说明它能提高资源利用率的根本原因是什么？
答：
时分复用技术：
将资源在不同的时间片内分配给各进程以使该资源被重复利用，从而提高资源的利用率。
如采用时分复用技术的虚拟处理机，能够在不同的时间片内处理多个用户的请求，从而使得用户感觉自己独占主机，而处理机在这期间也被充分的利用。
14.是什么原因使操作系统具有异步性特征？
操作系统的异步性体现在三个方面：
一是进程的异步性，进程以人们不可预知的速度向前推进，二是程序的不可再现性，即程序执行的结果有时是不确定的，三是程序执行时间的不可预知性，即每个程序何时执行，执行顺序以及完成时间是不确定的。
15．处理机管理有哪些主要功能？
它们的主要任务是什么？
处理机管理的主要功能是：
进程管理、进程同步、进程通信和处理机调度；
进程管理：
为作业创建进程，撤销已结束进程，控制进程在运行过程中的状态转换。
进程同步：
为多个进程（含线程）的运行进行协调。
进程通信：
用来实现在相互合作的进程之间的信息交换。
调度：
（1）作业调度。
从后备队里按照一定的算法，选出若干个作业，为他们分配运行所需的资源（首选是分配内存）。
（2）进程调度：
从进程的就绪队列中，按照一定算法选出一个进程，把处理机分配给它，并设置运行现场，使进程投入执行。
16．内存管理有哪些主要功能？
他们的主要任务是什么？
内存管理的主要功能有：
内存分配、内存保护、地址映射和内存扩充。
内存分配：
为每道程序分配内存。
内存保护：
确保每道用户程序都只在自己的内存空间运行，彼此互不干扰。
地址映射：
将地址空间的逻辑地址转换为内存空间与对应的物理地址。
内存扩充：
用于实现请求调用功能，置换功能等。
17．设备管理有哪些主要功能？
其主要任务是什么？
主要功能有：
缓冲管理、设备分配和设备处理以及虚拟设备等。
主要任务：
完成用户提出的I/O请求，为用户分配I/O设备；
提高CPU和I/O设备的利用率；
提高I/O速度；
以及方便用户使用I/O设备。
18．文件管理有哪些主要功能？
文件管理主要功能：
文件存储空间的管理、目录管理、文件的读/写管理和保护。
文件管理的主要任务：
管理用户文件和系统文件，方便用户使用，保证文件安全性。
19.试说明推动传统OS演变为现在OS的主要因素是什么？
（1）系统安全。
（2）网络的功能和服务。
（3）支持多媒体。
20．试描述什么是微内核OS。
1）足够小的内核2）基于客户/服务器模式3）应用机制与策略分离原理4）采用面向对象技术。
21．微内核操作系统具有哪些优点？
它为何能有这些优点？
（1）提高了系统的可扩展性；
（2）增强了系统的可靠性；
（3）可移植性；
（4）提供了对分布式系统的支持；
（5）融入了面向对象技术
23．在微内核OS中，为什么要采用客户/服务器模式？
C/S模式具有独特的优点：
（1）数据的分布处理和存储。
（2）便于集中管理。
（3）灵活性和可扩充性。
（4）易于改编应用软件。
22.现代操作系统较之传统操作系统又增加了哪些功能和特征？
（1）进程（线程）管理。
（2）低级存储器管理。
（3）中断和陷入处理。
24．在基于微内核结构的OS中，应用了哪些新技术？
在基于微内核结构的OS中，采用面向对象的程序设汁技术。
25．何谓微内核技术？
在微内核中通常提供了哪些功能？
把操作系统中更多的成分和功能放到更高的层次（即用户模式）中去运行，而留下一个尽量小的内核，用它来完成操作系统最基本的核心功能，称这种技术为微内核技术。
在微内核中通常提供了进程（线程）管理、低级存储器管理、中断和陷入处理等功能。
第二章
1．什么是前趋图？
为什么要引入前趋图？
前趋图（PrecedenceGraph）是一个有向无循环图，记为DAG（DirectedAcyclic
Graph），用于描述进程之间执行的前后关系。
2．画出下面四条语句的前趋图:
S1=a:
=x+y;
S2=b:
=z+1;
S3=c:
=a–b;
S4=w:
=c+1;
其前趋图为：
3．为什么程序并发执行会产生间断性特征？
程序在并发执行时，由于它们共享系统资源，为完成同一项任务需要相互合作，致使这些并发执行的进程之间，形成了相互制约关系，从而使得进程在执行期间出现间断性。
4．程序并发执行时为什么会失去封闭性和可再现性？
程序并发执行时，多个程序共享系统中的各种资源，因而这些资源的状态由多个程序改变，致使程序运行失去了封闭性，也会导致其失去可再现性。
5．在操作系统中为什么要引入进程概念？
它会产生什么样的影响？
为了使程序在多道程序环境下能并发执行，并对并发执行的程序加以控制和描述，在操作系统中引入了进程概念。
影响：
使程序的并发执行得以实行。
6．试从动态性，并发性和独立性上比较进程和程序？
（1）动态性是进程最基本的特性，表现为由创建而产生，由调度而执行，因得不到资源而暂停执行，由撤销而消亡。
进程有一定的生命期，而程序只是一组有序的指令集合，是静态实体。
（2）并发性是进程的重要特征，同时也是OS的重要特征。
引入进程的目的正是为了使其程序能和其它进程的程序并发执行，而程序是不能并发执行的。
（3）独立性是指进程实体是一个能独立运行的基本单位，也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位。
对于未建立任何进程的程序，不能作为独立单位参加运行。
7．试说明PCB的作用，为什么说PCB是进程存在的惟一标志？
PCB是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。
作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序，成为一个能独立运行的基本单位，成为能与其它进程并发执行的进程。
OS是根据PCB对并发执行的进程进行控制和管理的。
8.PCB提供了进程管理和进程调度所需要的哪些信息？
进程管理：
通用寄存器、指令计数器、程序状态字、用户栈指针
进程调度：
进程状态、进程优先级、事件、其他信息
9.进程控制块的组织方式有哪几种？
线性方式、链接方式、索引方式
10.何谓操作系统内核？
内核的主要功能是什么？
现在操作系统一般将OS划分为若干层次，再将OS的不同功能分别设置在不同的层次中。
通常将一些与硬件紧密相关的模块（如中断处理程序等）、各种常用设备的驱动程序以及运行频率较高的模块（如时钟管理、进程调度和许多模块所公用的一些基本操作），都安排在紧靠硬件的软件层次中，将它们常驻内存，即通常被称为的OS内核。
支撑功能：
中断处理、时钟管理、原语操作
资源管理功能：
进程管理、存储器管理、设备管理
11．试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因。
（1）就绪状态→执行状态：
进程分配到CPU资源
（2）执行状态→就绪状态：
时间片用完
（3）执行状态→阻塞状态：
I/O请求
（4）阻塞状态→就绪状态：
I/O完成
12．为什么要引入挂起状态？
该状态有哪些性质？
引入挂起状态处于五种不同的需要：
终端用户需要，父进程需要，操作系统需要，对换需要和负荷调节需要。
处于挂起状态的进程不能接收处理机调度。
13．在进行进程切换时，所要保存的处理机状态信息有哪些？
进行进程切换时，所要保存的处理机状态信息有：
（1）进程当前暂存信息
（2）下一指令地址信息
（3）进程状态信息
（4）过程和系统调用参数及调用地址信息。
14．试说明引起进程创建的主要事件。
引起进程创建的主要事件有：
用户登录、作业调度、提供服务、应用请求。
15．试说明引起进程被撤销的主要事件。
引起进程被撤销的主要事件有：
正常结束、异常结束（越界错误、保护错、非法指令、特权指令错、运行超时、等待超时、算术运算错、I/O故障）、外界干预（操作员或操作系统干预、父进程请求、父进程终止）。
16．在创建一个进程时所要完成的主要工作是什么？
（1）OS发现请求创建新进程事件后，调用进程创建原语Creat（）；
（2）申请空白PCB；
（3）为新进程分配资源；
（4）初始化进程控制块；
（5）将新进程插入就绪队列。
17．在撤销一个进程时所要完成的主要工作是什么？
（1）根据被终止进程标识符，从PCB集中检索出进程PCB，读出该进程状态。
（2）若被终止进程处于执行状态，立即终止该进程的执行，置调度标志真，指示该进程被终止后重新调度。
（3）若该进程还有子进程，应将所有子孙进程终止，以防它们成为不可控进程。
（4）将被终止进程拥有的全部资源，归还给父进程，或归还给系统。
（5）将被终止进程PCB从所在队列或列表中移出，等待其它程序搜集信息。
18．试说明引起进程阻塞戒被唤醒的主要事件是什么？
a.请求系统服务；
b.启动某种操作；
c.新数据尚未到达；
d.无新工作可做。
19．为什么要在OS中引入线程？
在操作系统中引入线程，则是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销，使OS具有更好的并发性，提高CPU的利用率。
进程是分配资源的基本单位,而线程则是系统调度的基本单位。
20．试说明线程具有哪些属性？
（1）轻型实体
（2）独立调度和分派的基本单位（3）可并发执行（4）共享进程资源。
21．试从调度性，并収性，拥有资源及系统开销方面对进程和线程进行比较。
（1）调度性。
线程在OS中作为调度和分派的基本单位，进程只作为资源拥有的基本单位。
（2）并发性。
进程可以并发执行，一个进程的多个线程也可并发执行。
（3）拥有资源。
进程始终是拥有资源的基本单位，线程只拥有运行时必不可少的资源，本身基本不拥有系统资源，但可以访问隶属进程的资源。
（4）系统开销。
操作系统在创建、撤消和切换进程时付出的开销显著大于线程。
23．何谓用户级线程和内核支持线程？
（1）用户级线程：
仅存在于用户空间中的线程，无须内核支持。
这种线程的创建、撤销、线程间的同步与通信等功能，都无需利用系统调用实现。
用户级线程的切换通常发生在一个应用进程的诸多线程之间，同样无需内核支持。
（2）内核支持线程：
在内核支持下运行的线程。
无论是用户进程中的线程，还是系统线程中的线程，其创建、撤销和切换等都是依靠内核，在内核空间中实现的。
在内核空间里还为每个内核支持线程设置了线程控制块，内核根据该控制块感知某线程的存在并实施控制。
24．试说明用户级线程的实现方法。
用户级线程是在用户空间中的实现的，运行在“运行时系统”与“内核控制线程”的中间系统上。
运行时系统用于管理和控制线程的函数的集合。
内核控制线程或轻型进程LWP可通过系统调用获得内核提供服务，利用LWP进程作为中间系统。
25．试说明内核支持线程的实现方法。
系统在创建新进程时，分配一个任务数据区PTDA，其中包括若干个线程控制块TCB空间。
创建一个线程分配一个TCB，有关信息写入TCB，为之分配必要的资源。
当PTDA中的TCB用完，而进程又有新线程时，只要所创建的线程数目未超过系统允许值，系统可在为之分配新的TCB；
在撤销一个线程时，也应回收线程的所有资源和TCB。
26.多线程模型有哪几种类型？
多对一模型有何优缺点？
多对一模型、一对一模型和多对多模型。
多对一模型的主要缺点在于，如果一个线程在访问内核时发生阻塞，则整个进程都会被阻塞；
此外，在任一时刻，只有一个线程能够访问内核，多个线程不能同时在多个处理机上运行。
第三章
1．高级调度不低级调度的主要任务是什么？
为什么要引入中级调度？
高级调度的主要任务是根据某种算法，把外存上处于后备队列中的那些作业调入内存。
低级调度是保存处理机的现场信息，按某种算法先取进程，再把处理器分配给进程。
引入中级调度的主要目的是为了提高内存利用率和系统吞吐量。
使那些暂时不能运行的进程不再占用内存资源，将它们调至外存等待，把进程状态改为就绪驻外存状态或挂起状态。
2.处理机调度算法的共同目标是什么？
批处理系统的调度目标又是什么？
共同目标：
资源利用率，公平性，平衡性，策略强制执行。
批处理系统的调度目标：
平均周转时间短，系统吞吐量高，处理机利用率高。
3．何谓作业、作业步和作业流？
作业包含通常的程序和数据，还配有作业说明书。
系统根据该说明书对程序的运行进行控制。
批处理系统中是以作业为基本单位从外存调入内存。
作业步是指每个作业运行期间都必须经过若干个相对独立相互关联的顺序加工的步骤。
作业流是指若干个作业进入系统后依次存放在外存上形成的输入作业流；
在操作系统的控制下，逐个作业进程处理，于是形成了处理作业流。
4．在什么情况下需要使用作业控制块JCB？
其中包含了哪些内容？
每当作业进入系统时，系统便为每个作业建立一个作业控制块JCB，根据作业类型将它插入到相应的后备队列中。
JCB包含的内容通常有：
1）作业标识2）用户名称3）用户账户4）作业类型（CPU繁忙型、I/O芳名型、批量型、终端型）5）作业状态6）调度信息（优先级、作业已运行）7）资源要求8）进入系统时间9）、开始处理时间10）作业完成时间11）作业退出时间12）资源使用情况等
5．在作业调度中应如何确定接纳多少个作业和接纳哪些作业？
作业调度每次接纳进入内存的作业数，取决于多道程序度。
应将哪些作业从外存调入内存，取决于采用的调度算法。
最简单的是先来服务调度算法，较常用的是短作业优先调度算法和基于作业优先级的调度算法。
7．试说明低级调度的主要功能。
（1）保存处理机的现场信息
（2）按某种算法选取进程（3）把处理机分配给进程。
8．在抢占调度方式中，抢占的原则是什么？
抢占的原则有：
时间片原则、优先权原则、短作业优先权原则等。
9．在选择调度方式和调度算法时，应遵循的准则是什么？
（1）面向用户的准则：
周转时间短、响应时间快、截止时间的保证、优先权准则。
（2）面向系统的准则：
系统吞吐量高、处理机利用率好、各类资源的平衡利用。
10．在批处理系统、分时系统和实时系统中，各采用哪几种进程（作业）调度算法？
批处理系统的调度算法：
短作业优先、优先权、高响应比优先、多级反馈队列调度算法。
分时系统的调度算法：
时间片轮转法。
实时系统的调度算法：
最早截止时间优先即EDF、最低松弛度优先即LLF算法。
11．何谓静态和动态优先级？
确定静态优先级的依据是什么？
静态优先级是指在创建进程时确定且在进程的整个运行期间保持不变的优先级。
动态优先级是指在创建进程时赋予的优先权，可以随进程推进或随其等待时间增加而改变的优先级，可以获得更好的调度性能。
确定进程优先级的依据：
进程类型、进程对资源的需求和用户要求。
12．试比较FCFS和SPF两种进程调度算法。
相同点：
两种调度算法都可以用于作业调度和进程调度。
不同点：
FCFS调度算法每次都从后备队列中选择一个或多个最先进入该队列的作业，将它们调入内存、分配资源、创建进程、插入到就绪队列。
该算法有利于长作业/进程，不利于短作业/进程。
SPF算法每次调度都从后备队列中选择一个或若干个估计运行时间最短的作业，调入内存中运行。
该算法有利于短作业/进程，不利于长作业/进程。
13．在时间片轮转法中，应如何确定时间片的大小？
时间片应略大于一次典型的交互需要的时间。
一般应考虑三个因素：
系统对相应时间的要求、就绪队列中进程的数目和系统的处理能力。
14．通过一个例子来说明通常的优先级调度算法不能适用于实时系统？
实时系统的调度算法很多，主要是基于任务的开始截止时间和任务紧急/松弛程度的任务优先级调度算法，通常的优先级调度算法不能满足实时系统的调度实时性要求而不适用。
15.为什么说多级反馈队列调度算法能较好地满足各方面用户的需要？
终端型用户：
由于终端型用户提交的作业多属于交互型作业，通常较小，系统只要能使这些作业在第一队列规定的时间片内完成，便可使终端型用户感到满意。
短批处理作业用户：
对于这类作业，如果可在第一队列中执行完成，便获得与终端型作业一样的响应时间。
对于稍长的短作业，也只需在第二和第三队列各执行一时间片完成，其周转时间仍然较短。
长批处理作业用户：
对于长作业，它将依次在第1,2，……n个队列中运行，然后再按轮转方式运行，用户不必担心其作业长期得不到处理。
16.为什么说传统的几种调度算法都不能算是公平调度算法？
以上介绍的几种调度算法所保证的只是优先运行，如优先级算法是优先级最高的作业优先运行，但并不保证作业占用了多少处理机时间。
另外也未考虑到调度的公平性。
17.保证调度算法是如何做到调度的公平性的？
保证调度算法是另外一种类型的调度算法，它向用户所做出的保证并不是优先运行，而是明确的性能保证，该算法可以做到调度的公平性。
一种比较容易实现的性能保证是处理机分配的公平性。
如果在系统中有n个相同类型的进程同时运行，为公平起见，须保证每个进程都获得相同的处理机时间1/n。
18.公平分享调度算法又是如何做到调度的公平性的？
在公平分享调度算法中，调度的公平性主要是针对用户而言，使所有用户能获得相同的处理机时间，或所要求的时间比例。
19．为什么在实时系统中，要求系统（尤其是CPU）有较强的处理能力？
在实时系统中，不但包括周期任务、偶发任务、非周期任务，还包括非实时任务。
实时任务要求要满足时限，而非实时任务要求要使其响应时间尽可能的短。
多种类型任务的混合，使系统的可调度性分析更加困难。
实际上有些实时系统CPU处理能力并不强，比如一些嵌入式实时系统，这就要求系统尽量少做一些并发计算任务，留出足够冗余处理实时任务。
20．按调度方式可将实时调度算法分为哪几种？
按调度方式不同，可分为非抢占调度算法和抢占调度算法两种。
21．什么是最早截止时间优先调度算法，请举例说明之。
根据任务的开始截止时间确定的任务优先级调度算法。
截止时间越早则优先级越高。
该算法要求在系统中保持一个实时任务就绪队列，该队列按各任务截止时间的先后排序。
22．什么是最低松弛度优先调度算法，请举例说明之。
该算法是根据任务的紧急（或松弛）程度，来确定任务的优先级。
任务的紧急程度越高，为该任务所赋予的优先级就越高，以使之优先执行。
例如，一个任务在200ms时必须完成，而它本身所需的运行时间就有100ms，因此，调度程序必须在100ms之前调度执行，该任务的紧急程度（松弛程度）为100ms。
又如，另一任务在400ms时必须完成，它本身需要运行150ms，则其松弛程度为250ms。
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