南邮《操作系统教程》课后答案.docx
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南邮《操作系统教程》课后答案
南邮《操作系统教程》课后答案
第一章
1.什么是操作系统？
计算机系统中配置操作系统的主要目标是什么？
答（p1）：
操作系统是管理系统资源、控制程序执行、改善人机界面、提供各种服务，合理组织计算机工作流程和为用户有效使用计算机提供良好运行环境的一种系统软件。
配置操作系统的主要目标可归结为：
（1）方便用户使用
（2）扩大机器功能（3）管理系统资源（4）提高系统效率（5）构筑开放环境。
2.计算机系统的资源可分成哪几类？
试举例说明。
资源包括两大类：
硬件资源和信息资源。
硬件资源分为处理器、存储器、I/O设备等；信息资源则分为程序和数据等。
*5、操作系统有哪些类型？
它们有什么特征？
7.什么是多道程序设计？
采用多道程序设计技术有什么特点？
答：
多道程序设计技术是指同时把多个作业（程序）放入内存并允许它们交替执行和共享系统中的各类资源；当一道程序因某种原因（如I/O请求）而暂停执行时，CPU立即转去执行另一道程序。
操作系统在引入多道程序设计技术后，使得系统有了多道，宏观上并行，微观上穿行的特点。
采用多道程序设计减少了CPU时间的浪费，增加了系统吞吐量，提高了系统的效率。
第二章
２. 操作系统提供给用户的接口主要有哪些？
答：
主要通过程序接口和操作接口两种方式把他的服务和功能提供给用户。
３. 什么事系统调用？
系统调用与普通调用的区别是什么？
答：
系统调用本质上是应用程序请求操作系统内核完成某功能的一种过程调用，但它是一种特殊的过程调用，他与一般的过程调用有以下几方面明显差别：
①调用形式不同
②被调代码的位置不同
③提供方式不同
④调用的实现不同
*4、系统调用有哪几种类型？
第三章
2.请描述进程的定义和属性。
答：
进程是具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配、调度和保护的独立单位。
进程的属性有：
结构性•共享性•动态性•独立性•制约性•并发性
3.请描述进程与程序的区别及关系。
答：
程序是静止的，进程是动态的。
进程包括程序和程序处理的对象（数据集），进程能得到程序处理的结果。
进程和程序并非一一对应的，一个程序运行在不同的数据集上就构成了不同的进程。
通常把进程分为“系统进程”和“用户进程”两大类，把完成操作系统功能的进程称为系统进程，而完成用户功能的进程则称为用户进程。
4、进程有哪3种基本状态？
3种进程状态如何变化。
1答：
转换1：
CPU调度算法将CPU分配给此进程
转换2：
执行进程的时间片用完，或被其他更重要的进程抢占CPU
转换3：
等待某种事件（如I/O的完成，或被他人占用的临街资源变成可用状态）
转换4：
进程所等的事件发生（如I/O完成，或所等待的临界资源变成可用状态）
转换5：
进程允许被执行（5态图）
转换6：
进程被终止（5态图）
作业平均周转时间T=（40+50+52+40+35）/5=43.4分钟
（２）如果应用最短作业优先的作业调度算法，试将题表3-11（c）填写完整。
题表3-11（c）
作业
进入系统时间
估计运行时间/分钟
开始时间
结束时间
周转时间/分钟
1
8:
00
40
8:
00
8:
40
40
2
8:
20
30
8:
52
9:
22
62
3
8:
30
12
8:
40
8:
52
22
4
9:
00
18
9:
27
9:
45
45
5
9:
10
5
9:
22
9:
27
17
作业平均周转时间T=（40+62+22+45+17）/5=37.2分钟
12.有一个具有两道作业的批处理系统，作业调度采用短作业优先的非抢式调度算法，进程调度采用以优先数为基础的抢占式调度算法，在题表3-12所示的作业序列中，作业优先数即为进程优先数，优先数越小优先级越高。
题表3-12
作业
进入系统时间
估计运行时间/分钟
优先数
A
10:
00
40
5
B
10:
20
30
3
C
10:
30
50
4
D
10:
50
20
6
（1）列出所有作业进入内存时间及结束时间。
（2）计算平均周转时间。
作业
进入内存时间/分钟
结束时间/分钟
周转时间/分钟
A
10:
00
11:
00
70
B
10:
30
10:
50
30
C
11:
10
12:
00
50
D
10:
50
12:
00
90
平均周转时间=（70+30+50+90）/4=60分
第四章
1.进程间同步和互斥的含义是什么？
答：
同步：
并发进程之间存在的相互制约和相互依赖的关系。
互斥：
若干进程共享一资源时，任何时刻只允许一个进程使用。
14.假定具有5个进程的进程集合P={P0,P1,P2,P3,P4}，系统中有3类资源A，B和C。
其中A类资源有10个,B类资源有5个，C类资源有7个。
假定在某时刻有如题表4-14所示的状态。
题表4-14
Allocation
Max
Available
ABC
ABC
ABC
P0
P1
P2
P3
P4
010
200
302
211
002
753
322
902
222
433
332
试给出Need，并说明当前系统是否处于安全状态，如果是，给出安全序列。
如果不是，说明理由。
答：
当前系统处于安全状态，安全序列如下求解：
work=Available=（3,3,2）
寻找 Needj<=work=（3,3,2）（j=0,1,2,3,4）
j=1Need1=（1,2,2）<=（3,3,2）
work:
=（3,3,2）+（2,0,0）=（5,3,2）
寻找 Needj<=work=（5,3,2）（j=0,2,3,4）
j=3Need3=（0,1,1）<=（5,3,2）
work:
=（5,3,2）+（2,1,1）=（7,4,3）
寻找 Needj<=work=（7,4,3）（j=0,2,4）
j=4Need4=（4,3,1）<=（7,4,3）
work:
=（7,4,3）+（0,0,2）=（7,4,5）
寻找 Needj<=work=（7,4,5）（j=0,2）
j=2Need2=（6,0,0）<=（7,4,5）
work:
=（7,4,5）+（3,0,2）=（10,4,7）
寻找 Needj<=work=（10,4,7）（j=0）
j=0work:
=（10,4,7）+（0,1,0）=（10,5,7）
所以安全序列为＜P1，P3，P4，P2，P0＞。
１６、考虑一个共有150个存储单元的系统，如下分配给三个进程，P1最大需求70,己占有25；P2最大需求60,己占有40；P3最大需求60,己占有45。
使用银行家算法，以确定下面的任何一个请求是否安全。
（1）P4进程到达，P4最大需求60,最初请求25个。
（2）P4进程到达，P4最大需求60,最初请求35。
如果安全，找出所有的安全序列；如果不安全，给出结果分配情况。
答：
（1）由于系统目前还有150-25-40-45=40个单元，P4进程到达，把25个单元分给它。
这时系统还余15个单元，可把15个单元分给P3，它执行完后会释放60个单元。
于是可供P1（还要45个单元），P2（还要20个单元），P4（还要35个单元）任何一个执行。
安全序列为：
P1，P2，P3，P4，P3，P1，P2，P4
P1，P2，P3，P4，P3，P1，P4，P2
P1，P2，P3，P4，P3，P2，P1，P4
P1，P2，P3，P4，P3，P2，P4，P1
P1，P2，P3，P4，P3，P4，P1，P2
P1，P2，P3，P4，P3，P4，P2，P1
（2）P4进程到达，P4最大需求60,最初请求35。
如果把35个单元分给P4，系统还余5个单元，不再能满足任何一个进程的需求，系统进入不安全状态。
18.
Process
Allocation
ABCD
Claim
ABCD
Available
ABCD
Need
ABCD
Finish
Work
ABCD
P0
0032
0044
1622
0012
true
1622
P1
1000
2750
1750
true
1654
P2
1354
361010
2356
true
1986
P3
0332
0984
0652
true
19910
P4
0014
06610
0656
true
29910
因为有着一个{P0,P3,P4,P1,P2}一个安全序列，所以系统是安全的。
Process
Allocation
ABCD
Claim
ABCD
Available
ABCD
Need
ABCD
Finish
Work
ABCD
P0
0032
0044
0400
0012
false
0400
P1
1000
2750
1750
false
P2
2576
361010
1134
false
P3
0332
0984
0652
false
P4
0014
06610
0656
false
根据Work<=Need[i],找不到一个安全序列，所以系统不能分配资源给它。
第五章
*2.什么是地址重定位？
它分为哪几种？
各具有什么特点？
6．试比较分页式存储管理和分段式存储管理。
段式
页式
分段由用户设计划分，每段对应一个相应的的程序模块，有完整的逻辑意义
分页用户看不见，由操作系统为内存管理划分
段面是信息的逻辑单位
页面是信息的物理单位
便于段的共享，执行时按需动态链接装入。
页一般不能共享
段长不等，可动态增长，有利于新数据增长。
页面大小相同，位置不能动态增长。
二维地址空间：
段名、段中地址；段号、段内单元号
一维地址空间
管理形式上象页式，但概念不同
往往需要多次缺页中断才能把所需信息完整地调入内存
实现页（段）的共享是指某些作业的逻辑页号（段号）对应同一物理页号（内存中该段的起始地址）。
页（段）的保护往往需要对共享的页面（段）加上某种访问权限的限制，如不能修改等；或设置地址越界检查，对于页内地址（段内地址）大于页长（段长）的存取，产生保护中断。
*8.说明页式系统中几种常用置换算法的基本思想。
11、一个页式存储管理系统使用FIFO，OPT和LRU页面替换算法，如果一个作业的页面走向为：
2，3,2,1,5,2,4,5,3,2,5和2。
当分配给该作业的物理页框块数为3时，试计算访问过程中发生的缺页中断次数和缺页中断率。
答：
（1）根据所给页面走向，使用OPT算法时，页面置换情况如下表所示：
走向
2
3
2
1
5
2
4
5
3
2
5
2
块1
2
2
2
2
4
4
2
块2
3
3
3
3
3
3
块3
1
5
5
5
5
缺页
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺页中断次数为：
6
缺页中断率为：
6/12
（2）根据所给页面走向，使用FIFO算法时，页面置换情况如下表所示：
走向
2
3
2
1
5
2
4
5
3
2
5
2
块1
2
2
2
5
5
5
3
3
3
块2
3
3
3
2
2
2
5
5
块3
1
1
1
4
4
4
2
缺页
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺页中断次数为：
9
缺页中断率为：
9/12
（3）根据所给页面走向，使用LRU算法时，页面置换情况如下表所示：
走向
2
3
2
1
5
2
4
5
3
2
5
2
块1
2
2
2
2
5
5
5
块2
3
3
5
2
3
3
块3
1
1
4
4
2
缺页
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺页中断次数为：
7
缺页中断率为：
7/12
*12.************************************
13.
段号
段首地址
段长
0
400
600
1
1300
400
2
100
200
给定以下地址为段号和位移数，求物理地址。
1答：
1）[0,430]0<=400<=（600-1）物理地址=400+430=830
2）[2,400]0<=2<=（3-1）0<=400>200-1地址越界
3）[3,100]S=3>3-1段号越界
2答：
（1）物理地址=400+430=830
（2）物理地址=1300+200=1500
（3）地址越界
（4）缺段中断
*14.************************************************
15.
0A5C=0000101001011100
1KB=210B
虚拟地址的高六位为页号，低10位为页内地址
页号=000010B=2,对应的物理块号为4，页内地址=1001011100B=604
物理地址=4*1024+604=4700
093C=0000100100111100页号为2，对应的物理块为4，页内地址=100111100=316
物理地址=4*1024+316=4412
16．设有一页式存储管理系统，向用户提供的逻辑地址空间最大为16页，每页2048字节，内存总共有8个存储块。
试问逻辑地址至少应为多少位？
内存空间有多大？
答：
2^4×2^11=2^15，所以逻辑地址至少应为15位
2^3×2^11=16KB，内存空间为16KB
第六章
*2.操作系统中常见的设备控制方式有哪些？
3．为什么要引入缓冲技术？
其实现的基本思想是什么？
引入缓冲技术的理由：
改善中央处理器与外围设备之间速度不匹配的矛盾。
协调逻辑记录大小与物理记录大小不一致的问题。
提高CPU和I/O设备的并行性。
减少I/O对CPU的中断次数和放宽对CPU中断响应时间的要求。
缓冲技术实现的基本思想：
当一个进程执行写操作输出数据时，先向系统申请一个输出缓冲区，将数据高速送到缓冲区。
若为顺序写请求，则不断把数据填到缓冲区，直到它被装满为止。
此后，进程可以继续它的计算，同时，系统将缓冲区内容写到I/O设备上。
当一个进程执行读操作输入数据时，先向系统申请一个输入缓冲区，系统将一个物理记录的内容读到缓冲区中，根据进程要求，把当前需要的逻辑记录从缓冲区中选出并传送给进程。
*4.********************************************
*5.******************************************
*6.******************************************
7．Spooling如何把独占设备改造成共享设备的？
SPOOLing是SimultaneousPeripheralOperationOn-Line（即外部设备联机并行操作）的缩写，它是关于慢速字符设备如何与计算机主机交换信息的一种技术，也称为假脱机技术。
SPOOLing系统既不同于脱机方式，也不同于直接耦合方式。
它在输入和输出之间增加了“输入井”和“输出井”的排队转储环节，以消除用户的“联机”等待时间。
在系统输入模块收到作业输入请求信号后，输入管理模块中的读过程负责将信息从输入装置中读入输入井缓冲区。
当缓冲区满时，由写过程将信息从缓冲区写到外存的输入井中，读过程和写过程反复循环，直到一个作业输入完毕。
当读过程读到一个硬件结束标志之后，系统再次驱动写过程把最后一批信息写入外存输入井并调用中断处理程序结束该次输入。
然后，系统为该作业建立作业控制块，从而使输入井中的作业进入作业等待队列，等待作业调度程序选中后进入内存运行。
系统在管理输入井过程中可以“不断”读入输入的作业，直到输入结束或输入井满而暂停。
SPOOLing系统并没有为任何进程分配，而只是在输入井和输出井中为进程分配一存储区和建立一张I/O请求表。
这样便把独占设备改造为共享设备。
8．假定磁盘有200个柱面，编号0~199，当前存取臂的位置在143号柱面上，并刚刚完成了125号柱面的服务请求，如果请求队列的先后顺序是：
86，147，91，177，94，150，102，175，130；试问：
为完成上述请求，下列算法存取臂移动的总量是多少？
并算出存取臂移动的顺序。
（1）先来先服务算法FCFS。
（2）最短查找时间优先算法SSTF。
（3）扫描算法SCAN。
（4）电梯调度。
由于当前存取臂的位置在143号柱面上，并刚刚完成125号柱面的服务请求，所以其存取臂的方向如图所示。
（1）先来先服务算法
移动次序依次为143→86→147→91→177→94→150→102→175→130。
存取臂移动次数为
|86-143|+|147-86|+|91-147|+|177-91|+|94-177|+|150-94|+|102-150|+|175-102|+|130-175|
=57+61+56+86+83+56+48+73+45
=565（次）
（2）最短查找时间优先：
总是先执行查找时间最短的那个磁盘请求。
移动次序依次为：
143→147→150→130→102→94→91→86→175→17
存取臂移动次数为
4+3+20+28+8+3+5+89+2=162（次）
（3）扫描算法SCAN：
磁盘臂每次沿一个方向移动，扫过所有的柱面，遇到最近的I/O请求便进行处理，直到最后一个柱面后，再向相反的方向移动回来。
移动次序依次为：
143→147→150→175→177→199→130→102→94→91→86。
存取臂移动次数为|199-143|+|86-199|=56+113=169（次）。
（4）电梯调度算法：
每次总是选择沿臂的移动方向最近的那个柱面，如果同一柱面上有多个请求，还需进行旋转优化。
移动次序依次为：
143→147→150→175→177→130→102→94→91→86。
存取臂移动次数为：
|143-177|+|177-86|=34+91=125（次）
算法
移动次序
存取臂移动次数
FCFS
143→86→147→91→177→94→150→102→175→130
565次
SSTF
143→147→150→130→102→94→91→86→175→17
162次
SCAN
143→147→150→175→177→199→130→102→94→91→86
169次
电梯调度
143→147→150→175→177→130→102→94→91→86
125次
8、假定磁盘有200个柱面，编号0~199，当前存取臂的位置在143号柱面上，并刚刚完成了125号柱面的服务请求，如果请求队列的先后顺序是：
86,147,91,177,94,150,102,175,130；试问：
为完成上述请求，下列算法存取臂移动的总量是多少？
并算出存取臂移动的顺序。
（1）先来先服务算法FCFS；
（2）最短查找时间算法SSTF；
（3）扫描算法SCAN。
答：
FCFS:
顺序是：
143--86--147--91--177--94--150--102--175--130
（143-86）+（147-86）+（147-91）+（177-91）+（177-94）+（150-94）+（150-102）+（175-102）+（175-130）
=565
SSTF:
顺序是：
143--147--150--130--102--94--91--86--175--177
（147-143）+（150-147）+（150-130）+（130-102）+（102-94）+（94-91）+（91-86）+（175-86）+（177-175）
=162
SCAN:
顺序是:
143--147--150--175--177--130--102--94--91--86
（177-143）+（177-86）=125
第七章
*2、什么是文件的逻辑结构？
它有哪几种组织方式？
3．什么是文件的物理结构？
它有哪几种组织方式？
文件的物理结构和组织是指逻辑文件在物理存储空间中的存放方法和组织关系。
组织方式
（1）顺序文件将文件中逻辑上连续的信息存放到存储介质的依次向另的块中便形成顺序结构，这类文件叫顺序文件，又称连续文件。
（2）连接文件使用指针来表示文件中各个记录之间的关系，文件信息存放在外存的若干个物理块中，第一块文件信息的物理地址由文件目录给出，而每一块的指针指出了文件的下一个物理块位置。
通常，指针内容为0时，表示文件至本块结束。
（3）直接文件在直接存取存储设备上，利用hash法把记录的关键字与其它地址之间建立某种对应关系，以便实现快速存取的文件叫直接文件或散列文件。
（4）索引文件系统为每个文件建立了一张索引表，其中，每个表目包含一个记录的键（或逻辑记录号）及其记录数据的存储地址，存储地址可以是记录的物理地址，也可是记录的符号地址，这种类型的文件称索引文件。
索引表的地址可由文件目录指出，查阅索引表先找到的是相应记录键（或逻辑记录号），然后，获得数据存储地址。
*8、***********************************************
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