电大本科操作系统.docx
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电大本科操作系统
操作系统——应用
1.操作系统为什么要引入进程？
进程与程序的关系是怎样的？
（7分）
解：
（共7分）
现代计算机系统中程序并发执行和资源共享的需要，使得系统的工作情况变得非常复杂，而程序作为机器指令集合，这一静态概念已经不能如实反映程序并发执行过程的动态性，因此，引入进程的概念来描述程序的动态执行过程。
这对于我们理解、描述和设计操作系统具有重要意义。
（2分）
进程定义为程序在并发环境中的执行过程，它与程序是完全不同的概念。
主要区别是：
（1）程序是静态的，而进程是动态的；
（2）程序是永久的，进程是短暂的；（3）程序的组成是代码，进程由程序、数据和进程控制块组成；（4）一个程序可以对应多个进程，通过调用关系，一个进程也可以包括多个程序；（5）进程可以生成其他进程，而程序不能生成新的程序。
（5分）
2.作业调度和进程调度有何区别？
（4分）
答：
作业调度与进程调度之间的差别主要是：
作业调度是宏观调度，它所选择的作业只是具有获得处理机的资格，但尚未占有处理机，不能立即在其上实际运行；而进程调度是微观调度，动态地把处理机实际地分配给所选择的进程，使之真正活动起来。
另外，进程调度相当频繁，而作业调度执行的次数一般很少。
（4分）
3.考虑一个由8个页面，每页有1024个字节组成的逻辑空间，把它装入到有32个物理块的存储器中，问：
（1）逻辑地址需要多少二进制位表示？
（2）物理地址需要多少二进制位表示？
（5分）
解：
（共5分）
因为页面数为8=23，故需要3位二进制数表示（1分）。
每页有1024个字节，1024=210，于是页内地址需要10位二进制数表示（1分）。
32个物理块，需要5位二进制数表示（32=25）（1分）。
（1）页的逻辑地址由页号和页内地址组成，所以需要3+10=13位二进制数表示。
（1分）
（2）页的物理地址由块号和页内地址的拼接，所以需要5+10=15位二进制数表示。
（1分）
4.某虚拟存储器的用户编程空间共32个页面，每页为1KB，内存为16KB。
假定某时刻一用户页表中已调入内存的页面的页号和物理块号的对照表如下：
页号
物理块号
0
5
1
10
2
4
3
7
请计算逻辑地址0A5C（H）所对应的绝对地址。
（4分）
答：
页式存储管理的逻辑地址分为两部分：
页号和页内地址。
由已知条件“用户编程空间共32个页面”，可知页号部分占5位；由“每页为1KB”，1K=210，可知内页地址占10位。
由“内存为16KB”，可知有16块，块号为4位。
逻辑地址0A5C（H）所对应的二进制表示形式是：
000101001011100，根据上面的分析，下划线部分为页内地址，编码“00010”为页号，表示该逻辑地址对应的页号为2。
查页表，得到物理块号是4（十进制），即物理块地址为：
0100，拼接块内地址1001011100，得01001001011100，即125C（H）。
（4分）
1.什么叫通道技术？
通道的作用是什么？
解：
通道是一个独立于CPU的专管输入/输出控制的处理机，它控制设备与内存直接进行数据交换。
它有自己的通道指令，这些通道指令受CPU启动，并在操作结束时向CPU发中断信号。
通道方式进一步减轻了CPU的工作负担，增加了计算机系统的并行工作程度。
2.什么是线程？
它与进程有什么关系？
解：
线程是进程中执行运算的最小单位，即处理机调度的基本单位。
线程与进程的关系是：
一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程；资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的所有资源；处理机分给线程，即真正在处理机上运行的是线程；线程在运行过程中，需要协作同步，不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。
3.设有进程A、B、C、D依次进入就绪队列（相隔一个时间单位），它们的优先级如下表所示：
进程
运行时间
优先数
A
20
3
B
15
1
C
8
4
D
10
3
试问采用“先来先服务”、“静态优先数法”调度算法（注：
优先数大的优先级高），选中进程的执行次序。
解：
采用先来先服务调度算法，按照进程进入就绪队列的先后次序占有CPU，其执行次序是A-B-C-D。
采用静态优先数法，进程A最先就绪，在0时刻先占有CPU运行，随后1时刻进程B进入就绪队列，2时刻进程C进入就绪队列，3时刻进程D进入就绪队列。
由于采用静态优先数法，不容许随时间的推移改变进程的优先级，所以当进程A运行结束时，系统的就绪队列中有B、C、D三个进程，而进程C优先级最高，于是选中C；这样分析下去，进程的执行次序是A-C-D-B。
1.简述请求页式存储管理的优缺点。
优点：
（1）虛存量大，适合多道程序运行，用户不必担心内存不够的调度操作。
动态页式管理提供了内存与外存统一管理的虚存实现方式。
（2）内存利用率高，不常用的页面尽量不留在内存。
（3）不要求作业连续存放，有效地解决了“碎片”问题。
与分区式比，不需移动作业；与多重分区比，无零星碎片产生。
UNIX操作系统较早采用。
缺点：
（1）要处理页面中断、缺页中断处理等，系统开销较大。
（2）有可能产生“抖动”。
（3）地址变换机构复杂，为提高速度采用硬件实现，增加了机器成本。
2.简述UNIX/Linux文件系统的主要特点。
解：
（1）UNIX或Linux文件系统的目录组织是一个树形结构；
（2）文件本身是无结构的字符流；（3）UNIX或Linux文件系统把外部设备做成特殊文件，与普通文件一并进行管理。
3.四个进程A、B、C、D都要读一个共享文件F，系统允许多个进程同时读文件F。
但限制是进程A和进程C不能同时读文件F，进程B和进程D也不能同时读文件F。
为了使这四个进程并发执行时能按系统要求使用文件，现用PV操作进行管理，请回答下面的问题：
（1）请说明应定义的信号量及初值。
（2）在下列的程序中填上适当的P、V操作，以保证它们能正确并发工作：
解：
（1）定义二个信号量S1、S2，初值均为1，即：
S1=1，S2=1。
其中进程A和C使用信号量S1，进程B和D使用信号量S2。
（2）从[1]到[8]分别为：
P（S1）V（S1）P（S2）V（S2）P（S1）V（S1）P（S2）V（S2）。
1．用如下图所示的进程状态转换图能够说明有关处理机管理的大量内容。
试回答：
进程状态转换图
（1）图中标识的4种进程状态的变迁是由什么事件引起的？
（2）下述进程状态变迁的因果关系能否发生？
为什么？
A.21B.3-*2C.4-*1
1．解：
（共10分）
（1）（4分）
就绪一运行：
CPU空闲，就绪态进程被调度程序选中。
运行一就绪：
正在运行的进程用完了本次分配给它的CPU时间片。
运行一阻塞：
运行态进程因某种条件未满足而放弃对CPU的占用，如等待读文件。
阻塞一就绪：
阻塞态进程所等待的事件发生了，例如读数据的操作完成。
（2）下逑进程状态变迁：
（6分）
（A）2—1：
可以。
运行进程用完了本次分配给它的时间片，让出CPU，然后操作系统按照某种算法从就绪队列中选出一个进程投入运行。
（B）3--2：
不可以。
任何时候一个进程只能处于一种状态，它既然由运行态变为阻塞态，就不能再变为就绪态。
（C）4一l：
可以。
某一阻塞态进程等待的事件出现了，而且此时就绪队列为空，该进程进入就绪队列后马上又被调度运行。
2．考虑下面存储访问序列，该程序大小为460字：
10,11,104,170,73,309,185,245,246,434,458,364
设页面大小是100字，请给出该访问序列的页面走向。
又设该程序的基本可用内存是200字，如果采用最近最少使用置换算法（LRU）置换算法，缺页率是多少？
（注：
缺页率=缺页次数／访问页面总数，要求给出计算过程）
解：
（共10分）
根据已知条件页面大小是100字，将页面访问序列简化为：
0,0,1,1,0,3,1,2,2,4,4,3（2分）
又因为该程序基本可用内存是200字，可知内存块数为2。
（1分）
采用最近最少使用置换算法（LRU），总共有7欢缺页（2分），缺页率为7/12=58%（2分），具体算法如下：
（过程3分）
3．设A，B为两个并发进程，它们共享一个临界资源。
其运行临界区的算法框图如下图所示。
判断其算法是否正确？
若有错，请指出错误原因并予以改正。
两个并发进程临界区的算法框图
解：
（共10分）
这个算法不对。
（2分）
因为A、B两个进程是并发的，它们共享一个临界资源，所以二者应互斥地使用该临界资源，在进入临界区时不存在先A后B的时序关系，而是哪个进程先到一步就先进入自己的临界区。
（2分）
改正：
A、B两个进程应互斥地进入临界区。
为此，设立一个信号量：
互斥信号量mutex，其初值为1。
（2分）
算法框图如下图所示。
（各2分）
4．考虑下述页面走向：
1,2,3,4,2,1,5,6,2,1,2,3,7,6,3,2,1,2,3,6
当内存块数量为3时，试问最近最少使用置换算法（LRU）的缺页次数是多少？
（注意，所有内存块最初都是空的，所以凡第一次用到的页面都产生一次缺页。
并给出解题过程。
）
解：
（共IO分）
使用最近最少使用置换算法LRU，内存块为3，共产生缺页中断15次。
页面走向
1
2
3
4
2
1
5
6
2
l
2
3
7
6
3
2
l
2
3
6
块1
1
l
1
4
4
5
b
5
1
l
7
7
2
2
2
块2
2
2
2
2
2
6
6
6
3
3
3
3
3
3
块3
3
3
1
1
1
2
2
2
2
6
6
1
6
缺页
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺
5．假定在单CPU条件下有下列要执行的作业：
作业
运行时间
优先级
l
10
3
2
l
1
3
2
3
4
1
4
5
5
2
作业到来的时间是按作业编号顺序进行的（即后面作业依次比前一个作业迟到一个时间单位）。
（l）用一个执行时间图描述非抢占式优先级算法条件下这些作业的执行情况（提示：
数值大的优先级高）。
（2）计算各个作业的周转时间是多少？
平均周转时间是多少？
（3）计算各个作业的带权周转时间是多少？
平均带权周转时间是多少？
（1）（3分）
作业
到达时间
运行时间
完成时间
周转时间
带权周转时间
1
O
10
10
10
1.0
2
1
1
19
18
18.0
3
2
2
13
11
5.5
4
3
l
II
8
8.0
5
4
5
18
14
2.8
平均周转时间
12.2
平均带权周转时间
7.06
6．设Linux文件系统中的目录结构如下图所示：
（l）Linux的文件系统采用的是哪一种目录结构？
有什么优点？
（2）设当前工作目录是/usr，那么，访问文件ml.c的绝对路径名和相对路径名各是什么？
（3）现在想把工作目录改到liu，应使用什么命令（写出完整命令行）?
（4）如果用Is-l/usr/mengqc命令列出指定目录的内容，其中有如下所示的一项：
-rw-r-2mengqcgroup198Jun232007m2.c
那么，该文件m2．c对文件主、同组用户、其他用户分别规定了什么权限？
（1）UNIX的文件系统采用的是带链接的树形目录结构，即非循环图目录结构。
其优点是易于实现文件共享。
（2分）
（2）访问文件ml.c的绝对路径名是：
／usr/mengqc/subl／ml.c（2分）
访问文件ml.c的相对路径名是：
mengqc/subl/ml.c（2分）
（3）cd/usr/liu或者cdliu（2分）
（4）文件主权限是可读、可写，但不可执行；同组用户权限是只可读；其他用户权限是无，即不能读、写或执行。
（2分）
7．设A、B两个进程共用一个缓冲区Q，A向Q写入信息，B从Q读出信息，算法框图如图所示。
判断该同步问题的算法是否正确？
若有错，请指出错误原因并予以改正。
图1进程A和B的算法框图
这个算法不对。
（1分）
因为A、B两进程共用一个缓冲区Q，如果A先运行，且信息数量足够多，那么缓冲区Q中的信息就会发生后面的冲掉前面的，造成信息丢失，B就不能从Q中读出完整的信息。
（1分）
进行改正：
A、B两进程要同步使用缓冲区Q。
为此，设立两个信号量：
empty表示缓冲区Q为空，初值为1；（2分）
full表示缓冲区Q为满，初值为O。
（2分）
算法框图如图所示。
（每个图正确各2分，共4分）
使用最近最少使用置换算法LRU，内存块为3，共产生缺页中断15次。
页面走向
1
2
3
4
2
1
5
6
2
1
2
3
7
6
3
2
1
2
3
6
块1
1
1
1
4
4
5
5
5
1
1
7
7
2
2
2
块2
2
2
2
2
2
6
6
6
3
3
3
3
3
3
块3
3
3
1
1
1
2
2
2
2
6
6
1
6
缺页
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺
缺
09年1月：
应用
1.假定在单CPU条件下有下列要执行的作业：
作业到来的时间是按作业编号顺序进行的（即后面作业依次比前一个作业迟到一个时间单位）。
（1）用一个执行时间图描述非抢占式优先级算法条件下这些作业的执行情况（数值大的优先级高）。
（2）计算各个作业的周转时间是多少？
平均周转时间是多少？
（3）计算各个作业的带权周转时间是多少？
平均带权周转时间是多少？
答：
画一个大箭头，上面分别写作业1作业四作业三作业五作业二，下面分别写0、10、11、13、18、19、1。
作业
到达时间
运行时间
完成时间
周转时间
带权周转时间
1
0
10
10
10
1.0
2
1
1
19
18
18.0
3
2
2
13
11
5.5
4
3
1
11
8
8.0
5
4
5
18
14
2.8
平均周转时间
12.2
平均带权周转时间
7.06
2.设Linux文件系统中的目录结构如下图所示：
（1）Linux的文件系统采用的是哪一种目录结构？
有什么优点？
（2）设当前工作目录是/usr，那么，访问文件m1.c的绝对路径名和相对路径名各是什么？
（3）现在想把工作目录改到liu，应使用什么命令（写出完整命令行）？
（4）如果用ls–l/usr/mengqc/mub1命令列出指定目录的内容，其中有如下所示的一项：
-rw-r-----2mengqcgroup198Jun232007m2.c
那么，该文件m2.c对文件主、同组用户、其他用户分别规定了什么权限？
解：
（1）unix的文件系统采用的是带连接的树形目录结构，即非循环图目录结构，其优点是易于实现文件共享。
（2）访问文件ml.c的绝对路径名是：
/usr/mengqc/subl/ml.c；访问文件ml.c的相对路径名是：
mengqc/subl/ml.c
（3）cd/usr/liu或者cdliu
（4）文件主权限是可读、可写，但不可执行；同组用户权限是只可读；其他用户权限是无，即不能读、写或执行。
09年7月：
应用
1.设ab两个选项进程共用一个缓冲区q，a想q写入信息，b从q读出信息，算法框图如图所示。
判断该同步问题的算法是否正确？
若有错，请指出错误原因并予以改正。
这个算法不对.（1分）
因为A,B两进程共用—一个缓冲区Q,如果A先运行,且信息数量足够多,那么缓冲区Q中的信息就会发生后面的冲掉前面的,造成信息丢失,B就不能从Q中读出完整的信息.（1分）
进行改正:
A,B两进程要同步使用缓冲区Q.为此,设立两个信号量:
empty表示缓冲区Q为空,初值为1;（2分）
full表示缓冲区Q为满,初值为o.（2分）
2考虑下述页面走向，当内存块数量为3时，试问最近最少使用置换算法LRU的缺页次数是多少。
.
使用最近最少使用置换算法LRU,内存块为3，共产生缺页中断15次。
页面
走向12342156212376321236
块1111445551177222
块222222666333333
块33311122226616
缺页缺缺缺缺缺缺缺缺缺缺缺缺缺缺缺
08年7月：
应用
1.设UNIX文件系统中的目录结构如下图所示:
（1）设当前工作目录是/usr,那么,访问文件file_a的绝对路径名和相对路径名各是什么
（2）现在想把工作目录改到liu,应使用什么命令（写出完整命令行）
（3）如果用ls—l/usr/mengqe命令列出指定目录的内容,其中有如下所示的一项:
—rw—r—————2mengqc......m2.c
那么,该文件m2.c对文件主,同组用户,其他用户分别规定了什么权限（10分）
解
（1）访问文件file』l的绝对路径名是:
/usr/mengqc/subl/file_a（1分）
访问文件filea的相对路径名是:
mengqc/subl/file_a（1分）
（2）cd/usr/liu或者cdliu（2分）
（3）文件主权限是:
可读,可写,但不可执行（3分）
同组用户权限是:
只可渎（1分）
其他用户权限是:
无（即:
不能读,写或执行（2分）
2.生产者一消费者问题表述如下:
一组生产者进程和一组消费者进程通过缓冲区发生联系.生产者进程将生产的产品送人缓冲区,消费者进程则从中取出产品.假定环形缓冲池中共有N个缓冲区,编号为0一N一1.
为了描述生产者进程和消费者进程,设指针in和out分别指向生产者进程和消费者进程当前所用的缓冲区（buffer）,初值均为0.（10分）
（1）应设置三个信号量实现两类进程的同步,分别是full,empty和mutex.请说出它们的含义及初值.
（2）下面是生产者进程的算法描述,请填写相应的P,V操作语句.
解
（1）full表示放有产品的缓冲区数,初值为0;
emp!
y表示可供使用的缓冲区数,初值为N;
illtlleX为互斥信号量,初值为l,表示互斥进入临界区.（6分）
（2）P（empty）,P（muTex）,V（mutex）,V（full）.（4分）
10年1月：
应用
1.
假定在单CPU条件下有下列要执行的作业:
作业到来的时间是按作业编号顺序进行的（即后面作业依次比前一个作业迟到一个时间单位）.
（1）用一个执行时间图描述非抢占式优先级算法条件下这些作业的执行情况（提示:
数值大的优先级高）.
（2）计算各个作业的周转时间是多少平均周转时间是多少
（3）计算各个作业的带权周转时间是多少平均带权周转时间是多少
解：
（1）就绪—运行：
CPU空闲，就绪态进程被调度程序选中。
运行—就绪：
正在运行的进程用完了本次分配给它的CPU时间片。
运行—阻塞：
运行态进程因某种条件未满足而放弃对CPU的占用，如等待该文件。
阻塞—就绪：
阻塞态进程所等待的事件发生了，例如读数据的操作完成。
（2）下述进程状态变迁
（A）2-1：
可以。
运行进程用完了本次分配给它的时间片，让出CPU，然后操作系统按照某种算法从就绪队列中选出一个进程投入运行。
（B）3-2：
不可以。
任何时候一个进程只能处于一种状态，它既然由运行变为阻塞态，就不能变为就绪态。
（C）4-1：
可以。
某一阻塞态进程等待的时间出现了，而且此时就绪队列为空，该进程进入就绪队列后马上又被调度运行。
解：
根据已知条件页面大小是100字，将页面访问序列简化为：
0,0,1,1,0,3,1,2,2,4,4,3
又因为该程序基本可用内存是200字，可知内存块数为2.
采用最近最少使用置换算法（LRU），总共有7次缺页，缺页率为7/12=58%，具体算法如下：
页面走向001103122443
块10001144
块2133223
缺页缺缺缺缺缺缺缺
2.设Linux文件系统中的目录结构如下图所示:
（1）Linux的文件系统采用的是哪一种目录结构有什么优点
（2）设当前工作目录是/usr,那么,访问文件mi.c的绝对路径名和相对路径名各是什么
（3）现在想把工作目录改到liu,应使用什么命令（写出完整命令行）
（4）如果用ls—l/usr/mengqc命令列出指定目录的内容,其中有如下所示的一项:
—rw—r---—2mengqcgroup198Jun232007m2.c
那么,该文件m2.c对文件主,同组用户,其他用户分别规定了什么权限
2.进程控制快（CPU）的作用是什么？
答：
进程控制快（CPU）是进程组成中最关键的部分。
每个进程有唯一的PCB；操作系统根据PCB对进程实施控制和管理，进程的动态、并发等特征是利用PCB表现出来的；PCB是进程存在的唯一标志。
1.设备分配技术主要有哪些？
独占分配、共享分配和虚拟分配
2.要存取磁盘中的信息，一般要用哪三部分时间？
其中哪个时间最影响系统的性能？
答：
需要三部分时间：
寻道时间、旋转延迟时间和传输时间，其中减少平均寻道时间可以显著改善系统的性能
4.中断响应主要做哪些工作？
由谁来实施？
答：
中断响应主要做的工作是：
中止当前程序的执行；保存原程序的断点信息（主要是程序计数器PC和程序状态寄存器PS的内容）；转到相应的处理程序。
中断响应由硬件实施。
5.分页存储管理的基本方法是什么？
答：
逻辑空间分页，内存空间分块，块与页的大小相等。
页连续而块离散，用页号查页表，由硬件作转换。
7.处理I/O请求的主要步骤是什么？
答：
处理I/O请求的主要步骤是；用户进程发出I/O请求；系统接受这个I/O请求，转去执行操作系统的核心程序；设备驱动程序具体完成I/O操作；I/O完成后，系统进行I/O中断处理，然后用户进程重新开始执行。
8.多机系统主要包括哪四种类型?
答：
多处理器系统、多计算机系统、网络系统和分布系统。
1.设A.B为两个并发进程，它们共享一个临界资源。
其运行临界区的算法框图如下图所示。
判断其算法是否正确？
如有
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