操作系统课后答案罗宇第四版Word格式文档下载.docx
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广义的中断包括中断和异常，统一称为中断。
狭义的中断和异常的区别在于是否与正在执行的指令有关，中断可以屏蔽，而异常不可屏蔽。
2.2什么是多级中断？
为什么要把中断分级？
试述多级中断的处理原则。
中断分级是根据中断的轻重缓急来排序，把紧迫程度大致相当的中断源归并在同一级，而把紧迫程度差别较大的中断源放在不同的级别。
一般来说，高速设备的中断优先级高，慢速设备的中断优先级低。
这就是多级中断。
这所以引入多级中断是因为：
为使系统能及时的响应和处理所发生的紧迫中断，同时又不至于发生中断信号丢失，计算机发展早起在设计中断系统硬件时根据各种中断的轻重在线路上作出安排，从而使中断响应能有一个优先次序。
多级中断的处理原则：
当多级中断同时发生时，CPU按照由高到低的顺序响应。
高级中断可以打断低级中断处理程序的运行，转而执行高级中断处理程序。
当同级中断同时到时，则按位响应。
2.6什么是中断向量？
其内容是什么？
试述中断的处理过程。
中断向量：
为处理方便，一般为系统中每个中断信号编制一个相应的中断处理程序，并把这些程序的入口地址放在特定的主存单元中。
通常将这一片存放中断处理程序入口地址的主存单元称为中断向量。
中断向量的内容：
对不同的系统，中断向量中的内容也不尽相同。
一般每一个中断信号占用连续的两个单元：
一个用来存放中断处理程序的入口地址，另一个用来保存在处理中断时CPU应具有的状态。
中断的处理过程：
一般包括保存现场，分析中断原因，进入相应的中断处理程序，最后重新选择程序运行，恢复现场等过程。
2.7中断/异常处理为什么要保存现场和恢复现场？
现场应包括哪几方面的内容？
因为中断处理是一项短暂性的工作，逻辑上处理完后还要回到被中断的程序，从其恢复点继续运行。
为了能实现正确的返回，并继续运行下去，在中断处理前后必须保存和恢复被中断的程序现场。
现场应包括：
PC寄存器的内容，通用寄存器以及一些与程序运行相关的特殊寄存器中的内容。
2.8操作系统内核的主要功能模块有哪些？
如果采用微内核模型，原来在内核的功能中，哪些功能在微内核中实现？
哪些由用户态运行的进程实现？
操作系统内核的主要功能模块有：
1、系统初始化模块2、进程管理模块3、存储管理模块4、I/O设备管理模块5、文件管理模块
采用微内核模型，原来在内核的功能中，少量的进程调度切换代码和中断处理程序在微内核中实现，原来由内核态实现的大部分操作系统系统调用处理等功能转由用户态运行的进程实现。
2.9从控制轨迹上看，系统调用和程序级的过程调用都相当于在断点处插入一段程序执行，但它们却有质的区别，试述这种差别。
这种差别主要在于处理机运行状态的变化。
发生系统调用时，处理机由用户态进入核心态；
而程序调用时，运行状态不发生变化，其状态仍然保持在用户态。
2.11试述终端命令解释程序的处理过程。
答：
终端命令解释程序的处理过程如下：
①判断命令的合法性
②识别命令，如果是简单命令则处理命令，然后继续读取下一条命令
③如果是不认识的命令关键字，则在约定目录下查找与命令关键字同名的执行文件，创建子进程去执行“执行文件”程序，等待子进程结束后转继续读取下一条命令。
3.1什么是进程？
为什么要引入此概念？
试述进程的特点及它与程序的区别。
进程是支持程序执行的机制，是程序针对某一数据集合的执行过程。
引入此概念的原因：
随着操作系统的发展而产生。
在监督程序时代以作业形式表示程序运行，那时，作业以同步方式串行地运行每个作业步，当操作系统发展到分时系统时，为了开发同一作业中不同作业步之间的并发，作业机制已经不能满足需要，因而引入了进程机制。
进程的特点：
动态性:
可动态创建,结束,也可是被调度进程
并发性:
可以被独立调度，占用处理机运行
独立性:
尽量把并发事务安排到不同的进程
制约性:
因访问共享数据或进程间同步而产生制约.
与程序的区别：
进程是程序的执行过程，程序是静态的，进程是动态的。
一个进程至少是一个可执行程序，同一个程序可以由多个进程分别执行。
3.2进程控制块的作用是什么？
PCB中应包括哪些信息？
进程控制块的作用是：
进程控制块用于保存每个进程和资源的相关信息，包括进程标识、空间、运行状态、资源等信息。
以便于操作系统管理和控制进程和资源。
PCB中应包括：
1、进程标识信息：
本进程的标识、父进程的标识、进程所属用户的标识。
2、处理机状态信息。
保存进程的运行现场信息，包括用户可用寄存器的信息；
控制和状态寄存器的信息；
栈指针。
3.4为什么进程状态会发生变化？
何时变化？
（P54）
进程在它的生存周期中，由于系统中各进程并发运行及相互制约的结果，使得它的状态不断发生变化。
状态变化的时机：
空→创建：
当一个新进程被产生来执行一个程序时。
创建→就绪：
当进程被创建完成，初始化后，一切就绪准备运行时。
就绪→运行：
当处于就绪状态的进程被进程调度程序选中后。
运行→结束：
当进程指示它已经完成或者因错流产时。
运行→就绪：
处于运行状态的进程在其运行过程中，分给它的处理机时间片用完而让出处理机；
或者在可剥夺的操作系统中，当有更高优先级的进程就绪时。
运行→阻塞：
当进程请求某样东西且必须等待时。
阻塞→就绪：
当进程要等待事件到来时。
3.5进程创建的主要工作是什么？
进程创建时的主要工作如下：
1、接收进程运行现场初始值，初始优先级，初始执行程序描述，其它资源等参数。
2、请求分配进程描述块PCB空间，得到一个内部数字进程标识。
3、用从父进程传来的参数初始化PCB表。
4、产生描述进程空间的数据结构，用初始执行文件初始化进程空间，建立程序段，数据段、栈段等。
5、用进程运行现场初始值设置处理机现场保护区。
造一个进程运行栈帧。
6、置好父进程等关系域。
7、将进程置成就绪状态。
8、将PCB表挂入就绪队列，等待时机被调度运行。
3.7详细说明几个引起进程调度的原因。
（P62）
1、进程主动放弃处理机时：
正在执行的进程执行完毕。
操作系统在处理进程结束系统调用后应请求重新调度。
正在执行的进程发出I/O请求，当操作系统代其启动外设I/O后，在I/O请求没有完成前要将进程变成阻塞状态，应该请求重新调度。
正在执行的进程要等待其它进程或系统发出的事件时。
如等待另一个进程通讯数据，这时操作系统应将现运行进程挂到等待队列，并且请求重新调度。
正在执行的进程得不到所要的系统资源，如要求进入临界区，但没有得到锁时，这时等锁的进程应自动放弃处理机或者阻塞到等锁队列上，并且请求重新调度。
2、为了支持可剥夺的进程调度方式，在以下情况发生时，因为新就绪的进程可能会按某种调度原则剥夺正运行的进程，因此也应该申请进行进程调度：
当中断处理程序处理完中断，如I/O中断、通讯中断，引起某个阻塞进程变成就绪状态时，应该请求重新调度。
当进程释放资源，走出临界区，引起其他等待该资源进程从阻塞状态进入就绪状态时，应该请求重新调度。
当进程发系统调用，引起某个事件发生，导致等待事件的进程就绪时。
其它任何原因引起有进程从其它状态变成就绪状态，如进程被中调选中时。
3、为了支持可剥夺调度，即使没有新就绪进程,为了让所有就绪进程轮流占用处理机，可在下述情况下申请进行进程调度：
当时钟中断发生,时钟中断处理程序调用有关时间片的处理程序，发现正运行进程时间片到，应请求重新调度。
以便让其他进程占用处理机。
在按进程优先级进行进程调度的操作系统中，任何原因引起进程的优先级发生变化时，应请求重新调度。
如进程通过系统调用自愿改变优先级时或者系统处理时钟中断时，根据各进程等待处理机的时间长短而调整进程的优先级。
3.8什么时候进行进程调度最为合适？
请说明理由。
（P63）
进程调度的时机：
当发生引起调度条件，且当前进程无法继续运行下去时（如发生各种进程放弃处理机的条件）可以马上进行调度与切换。
当中断处理结束或自陷处理结束返回被中断进程的用户态程序执行前，若请求调度标志置上，即可马上进行进程调度与切换。
如果操作系统支持这种情况下运行调度程序，即实现了剥夺方式的调度。
3.10对于三类进程（I/O为主、CPU为主和I/O与CPU均衡），应如何赋予它们的运行优先级并说明理由。
（P67）
对于这三类进程，赋予的优先级由高到低分别为：
I/O为主、I/O与CPU均衡、CPU为主。
理由：
为了充分利用外部设备，以及对终端交互用户及时地予以响应，通常将I/O型进程列为最高优先级队列。
3.11假设在单处理机上有五个进程（1、2、3、4、5）争夺运行，其运行时间分别为10，1，2，1，5秒，其优先级分别为3，1，3，4，2，这些进程几乎同时到达，但在就绪队列中的次序依次为1，2，3，4，5，试回答：
①给出这些进程分别适用轮转法、SPF和非剥夺优先级调度法调度时的运行进度表，其中，轮转法中的时间片取值为2。
②在上述各算法的调度下每个进程的周转时间和等待时间为多少？
③具有最短平均等待时间的算法是哪个？
轮转法：
时间片
2
1
进程
3
4
5
进程的周转时间：
进程1：
19，进程2：
3，进程3：
5，进程4：
6，进程5：
15
进程的等待时间：
9，进程2：
2，进程3：
3，进程4：
5，进程5：
10
平均等待时间（9+2+3+5+10）/5=5.8
SPF算法：
提交时间
结束时间
等待时间
周转时间
9
19
平均等待时间：
16/5=3.2
非剥夺优先级算法
11
18
13
43/5=8.6
SPF算法具有最短平均等待时间。
3.19什么是批处理作业和交互式作业？
它们的特点是什么？
系统如何管理？
批处理作业是指用户将若干用户任务合成一批，一起提交给系统进行处理的任务集合。
交互式作业是指用户的一次上机交互过程，用户通过命令语言逐条地与系统进行应答式的交互，提交作业步。
特点：
批处理作业的处理过程由计算机自动运行，不需人为干预，用户也看不到中间结果。
交互式作业需要系统提供终端供用户与系统交互，作业的运行由人控制，便于作业的调试以及将作业按人预想的方向进行。
4.1并行任务如何在程序中表示？
（P74）
并行任务在程序中主要通过并发语句来表示。
如Parbegin/Parend语句
4.2并行任务并行（并发）运行的操作系统支持基础是什么？
支持基础是进程和线程的引入。
在多道程序设计系统中，进程之间可以并发执行，这就使多任务并行执行成为可能。
同时，线程的引入，同一进程内的多个线程也可以并行运行，这也提供了任务内部的并行。
提高了效率。
4.3题略
进程P0在flag[0]=false后，进程P1跳出循环，此时刚好来了一个中断。
中断使得进程P0又再次执行，此时由于P1并没有给turn赋值，从而P0可以顺利进入临界段，在P0进入临界段时产生中断，P1恢复执行，将turn赋值为1，从而P1也可以进入临界段。
从而产生错误。
4.4何谓原语？
它与系统调用有何区别？
如何实现原语执行的不可分割性？
原语是指完成某种功能且不被分割、不被中断执行的操作序列。
有时也称为原子操作。
它与系统调用的区别：
原语和系统调用是两个不同的概念，原语主要强调操作的不可分割性，可以认为是一个不可中断的子程序调用，但是系统调用是由用户态进入核心态，虽然系统调用一般也不被中断，但是如果有更高更紧迫的系统调用的话，还是能够打断原来的系统调用的。
实现原语执行的不可分割性：
通常由硬件来实现，也可以由软件通过中断屏蔽的方法来实现。
4.6如果P，V操作不作为原语（可分割执行），那么是否还可用于解决互斥问题？
如果不能，则举例说明。
如果P，V操作不作为原语，那么不可用于解决互斥问题。
因为如果那样的话，则：
程序语言s=s-1;
翻译成机器语言为：
loadR1,s;
loadR2,1;
subR1,R2;
此时，他们之间的操作可以分割执行，假设有两个进程P1、P2，s初值为1，当P1进入P操作时，s大于0，可以进入，因此会执行上面的机器语言，将s的值取出来，放入R1寄存器中，而此时，有可能P2进程要进入临界段，因此，它也比较s的值是否小于0，因为此时s的值仍为1，所以P2也进入临界段，出现错误。
4.13题略
①
empty1=1;
empty2=1;
full1=0;
full2=0;
parbegin
P:
While
（1）
{P（empty1）;
puttobuffer1;
V（full1）;
}
Q:
{P（full1）;
getfrombuffer1;
V（empty1）;
P（empty2）;
puttobuffer2;
V（full2）;
R:
{P（full2）;
getfrombuffer2;
V（empty2）;
parend;
②
empty1=m;
empty2=n;
mutex1=1;
mutex2=1;
{P（empty1）;
P（mutex1）;
V（mutex1）;
{P（full1）;
P（mutex2）;
V（mutex2）;
parend;
4.14题略
P1:
Sa;
V（ac）;
V（ae）;
Sb;
P（cd）;
Sd;
P（fe）;
Sf;
V（fh）;
Sg;
P2:
P（ac）;
Sc;
V（cd）;
P3:
P（ae）;
Se;
V（fe）;
P（fh）;
Sh;
4.23题略
解题方法，找出可能死锁的资源最多的情况。
假设n个进程需要的资源数分别为：
a1,a2,….an，则占有资源数最多却刚好形成死锁的情况是：
每个进程都占有比所需资源数少一个的资源数量，而此时刚好资源用光。
所以是：
（a1-1）+（a2-1）+……+（an-1）=m，整理得a1+a2+…+an=m+n，而要想使得系统无死锁，则必须有a1+a2+…+an<
m+n。
命题得证。
4.28题略
1、Need的内容为：
[0000，0750，1002，0020，0642]
2、系统是处于安全状态。
3、进程2请求0420，不能立即得到满足，因为如果给进程2分配了0420的话，系统将处于不安全状态。
所以不能立即得到满足。
4.11多元信号量机构允许P，V操作同时对多个信号量进行操作。
这种机构对同时申请或释放若干个资源是非常有用的。
假设二元信号量机构中的P原语定义为：
P（S,R）:
While（S≤0orR≤0）;
S=S-1;
R=R-1;
试用一元信号量机构加以实现。
mutex:
semaphore
P（mutex）;
P（S）;
P（R）;
V（mutex）;
⏹4.15“理发师睡觉”问题
可以将此题看作N个生产者和一个消费者问题。
顾客作为生产者，每到来一个，就将自己放入计数器RC，以便让理发师消费至最后一个产品（顾客），因此顾客进程执行的第一个语句便是RC=RC+1。
而第一个到来的顾客应该负责唤醒理发师，理发师此时正在信号量WAKEUP上等待（（P（WAKEUP）;
该信号量的初值为0），由第一个顾客执行V（WAKEUP）。
若顾客不是第一个到达，则在信号量WAIT上等待（P（WAIT）该信号量的初值为0），等理发师理完一个顾客后，执行V（WAIT）操作便可叫出该顾客理发。
以上过程循环反复，理发师没每理完一个顾客，就令计数器减1，RC=0时便知此时无顾客，理发师可以继续睡觉，等待下一批顾客到达。
在设信号量MUTEX（初值为1），保证对计数器RC的互斥作用。
顾客进程：
begin
rc=rc+1;
ifrc=1thenV（wakeup）;
elseP（wait）;
理发；
end;
理发师进程：
begin
P（wakeup）;
repeat
rc=rc-1;
if（rc!
=0）thenV（wait）;
untilrc=0;
4.21题略
进程数
资源总数
是否可能死锁
不会
可能会
5.5答：
需要的硬件支持可以选择两种：
1、上、下界寄存器和地址检查机制；
2、基地址寄存器、长度寄存器和动态地址转换机制。
地址转换的过程也即是地址重定位的过程，也有两种方法实现地址重定位：
1、静态重定位，用户代码中使用相对地址，在将目标代码加载到主存时，装配链接程序通过如下的方法将其装配成绝对地址：
原地址+目标代码所在主存起始地址；
2、动态重定位，它首先将程序在主存的起始地址及其总长度存放于基地址寄存器和长度寄存器，当在执行访存指令时，首先进行越界检查，若不越界，则将地址改成“原地址+目标代码所在主存起始地址”，然后进行访问。
实现存储保护：
当使用第一种硬件机制时，每访问一次主存，地址检查机制将CPU提供的访存地址与上、下界寄存器的值进行比较。
若介乎上下界之间，则可用该地址访问存储器，否则终止程序的运行。
当使用第二种硬件机制时，，每访问一次主存，它将CPU提供的访存地址与长度寄存器的值进行比较。
若越界，则终止程序，否则与基地址寄存器中的值相加成为访问贮存的绝对物理地址。
5.6为什么要引进页式存储管理方法？
在这种管理方法中硬件应提供哪些支持？
原因在于连续分配存储空间存在许多存储碎片和空间管理复杂的问题，而连续分配要求把作业放在主存的一片连续区域中，这往往容易出现连续空间因不能容纳作业或进程而不可用。
而页式存储管理方法可以避免这种情况的发生。
硬件应提供的支持：
动态地址转换机构，页表长度寄存器，联想存储器（页表以及访问权限域均在主存中）。
5.7题略
（1）访问一次页面单元需要访问两次主存，因此访问时间为：
1.2*2=2.4us；
（2）等效存储访问时间为：
1.2*75%+2.4*25%=1.5us；
5.11在页式存储管理系统中怎样使多个作业共享一个程序或数据？
在每个作业的页表中，将需要共享的程序映射到存放该共享程序或数据的相同的物理页帧上。
5.17题略
系统得到物理地址的过程：
由题设可得，虚存地址的逻辑页号为：
11123，页内偏移为456；
从联想存储器中查找逻辑页号为11123对应的物理页帧号，如果有，则将物理页帧号和页内偏移合成成物理地址进行访问，否则从页表中查找。
在页表中找到相应项，查看该页的合法位是否置上，若为1，则将该项指出的页帧号和页内偏移合成成物理地址进行访问，若合法位为0，则产生页故障，系统将页表项所指的辅存块号调入主存，然后合成物理地址进行访问。
硬件完成的工作：
获得页帧号，合成物理地址，以及合法位是否置上等。
软件完成的工作：
接收缺页异常，对缺页故障进行处理，返回现场。
5.18题略
访问的相应逻辑页号为：
0，0，1，1，0，3，1，2，2，4，4，3。
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