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1.在一个请求分页系统中，假定系统分配给一个作业的物理块数为3，并且此作业的页面走向为2、3、2、1、5、2、4、5、3、2、5、2，试用FIFO和LRU两种算法分别计算出程序访问过程中所发生的缺页次数。
2.在某页式虚存储系统中，假定访问内存的时间是10ms，平均缺页中断处理时间为25ms，平均缺页中断率为5%。
试计算在该虚存储系统中，平均有效访问时间是多少?
3.对于一个使用快表的页式虚存，设快表的命中率为70％，内存的存取周期为1us；缺页处理时，若内存有可用空间或被置换的页面在内存未被修改过，则处理一个缺页中断需8ms，否则需20ms。
假定被置换的页面60％是属于后一种情况，则为了保证有效存取时间不超过2us，问可接受的最大缺页率是多少？
4.在分页存储管理系统中，存取一次内存的时间是8us，查询一次快表的时间是1us，缺页中断的时间是20us。
假设页表的查询与快表的查询同时进行，当查询页表时，如果该页在内存但快表中没有页表项，系统将自动把该页页表项送入快表。
一个作业最多可保留3个页面在内存。
现开始执行一作业，系统连续对作业的２、４、5、２、7、6、4、2各页面的数据进行1次存取，如分别采用FIFO算法和最优页面置换算法，求每种算法下存取这些数据需要的总时间？
5．考虑一个由8个页面，每页1K字节组成的逻辑空间，把它映射到由32个物理块组成的存储器。
问：
（1）有效的逻辑地址有多少位？
（2）有效的物理地址有多少位？
6若在一分页存储管理系统中，某作业的页表如下所示。
已知页面大小为1024字节，试将逻辑地址1011，2148，3000，5012转化为相应的物理地址（注：
此处块号即为页面号）。
页号
块号
0
1
2
3
2
3
1
6
7某段式存储管理系统中，有一作业的段表（SMT）如下表所示，求逻辑地址[0，65]，[1，55]，[2，90]，[3，20]对应的主存地址（按十进制）。
（其中方括号中的第一个元素为段号，第二个元素为段内地址）
段号
段长（容量）
主存起始地址
状态
0
1
2
3
200
50
100
150
600
850
1000
—
1
1
1
0
第6章设备管理
一、填空
1．磁带、磁盘这样的存储设备都是以块为单位与内存进行信息交换的。
2．根据用户作业发出的磁盘I/O请求的柱面位置，来决定请求执行顺序的调度，被称为移臂调度。
3．DMA控制器在获得总线控制权的情况下能直接与内存储器进行数据交换，无需CPU介入。
4．在DMA方式下，设备与内存储器之间进行的是成批数据传输。
5．通道程序是由通道执行的。
6．通道是一个独立与CPU的、专门用来管理输入/输出操作的处理机。
7．缓冲的实现有两种方法：
一种是采用专门硬件寄存器的硬件缓冲，一种是在内存储器里开辟一个区域，作为专用的I/O缓冲区，称为软件缓冲。
8．设备管理中使用的数据结构有系统设备表（SDT）和设备控制块（DCB）。
9．基于设备的分配特性，可以把系统中的设备分为独享、共享和虚拟三种类型。
10．引起中断发生的事件称为中断源。
二、选择
1．在对磁盘进行读/写操作时，下面给出的参数中，C是不正确的。
A．柱面号B．磁头号C．盘面号D．扇区号
2．在设备管理中，是由B完成真正的I/O操作的。
A．输入/输出管理程序B．设备驱动程序
C．中断处理程序D．设备启动程序
3．在下列磁盘调度算法中，只有D考虑I/O请求到达的先后次序。
A．最短查找时间优先调度算法B．电梯调度算法
C．单向扫描调度算法D．先来先服务调度算法
4．下面所列的内容里，C不是DMA方式传输数据的特点。
A．直接与内存交换数据B．成批交换数据
C．与CPU并行工作D．快速传输数据
5．在CPU启动通道后，由A执行通道程序，完成CPU所交给的I/O任务。
A．通道B．CPUC．设备D．设备控制器
6．利用SPOOL技术实现虚拟设备的目的是A。
A．把独享的设备变为可以共享B．便于独享设备的分配
C．便于对独享设备的管理D．便于独享设备与CPU并行工作
7．通常，缓冲池位于C中。
A．设备控制器B．辅助存储器C．主存储器D．寄存器
8．B是直接存取的存储设备。
A．磁带B．磁盘C．打印机D．键盘显示终端
9．SPOOLING系统提高了A的利用率。
A．独享设备B．辅助存储器C．共享设备D．主存储器
10．按照设备的D分类，可将系统中的设备分为字符设备和块设备两种。
A．从属关系B．分配特性C．操作方式D．工作特性
三、问答
1．基于设备的从属关系，可以把设备分为系统设备与用户设备两类。
根据什么来区分一个设备是系统设备还是用户设备呢？
答：
所谓“系统设备”，是指在操作系统生成时就已被纳入系统管理范围的设备；所谓“用户设备”是指在完成应用任务过程中，用户特殊需要的设备。
因此，判定一个设备是系统设备还是用户设备，依据是它在系统生成时，是否已经纳入了系统的管理范围。
如果是，它就是系统设备；如果不是，它就是用户设备。
2．设备管理的主要功能是什么？
答：
设备管理的主要功能是：
（1）提供一组I/O命令，以便用户进程能够在程序中提出I/O请求，这是用户使用外部设备的“界面”；
（2）记住各种设备的使用情况，实现设备的分配与回收；（3）对缓冲区进行管理，解决设备与设备之间、设备与CPU之间的速度匹配问题；（4）按照用户的具体请求，启动设备，通过不同的设备驱动程序，进行实际的I/O操作；I/O操作完成之后，将结果通知用户进程，从而实现真正的I/O操作。
3．试分析最短查找时间优先调度算法的“不公平”之处。
例如例4-1里，原来磁臂移到16柱面后，下一个被处理的I/O请求是柱面1。
假定在处理16柱面时，到达一个对柱面8的I/O新请求，那么下一个被处理的就不是柱面1而是柱面8了。
这有什么弊端存在？
答：
最短查找时间优先调度算法，只考虑各I/O请求之间的柱面距离，不去过问这些请求到达的先后次序。
这样一来，可能会出现的弊端是磁头总是关照邻近的I/O请求，冷待了早就到达的、位于磁盘两头的I/O请求。
这对于它们来说，当然是“不公平”的。
4．总结设备和CPU在数据传输的4种方式中，各自在“启动、数据传输、I/O管理以及善后处理”各个环节所承担的责任。
答：
使用“程序循环测试”的方式来进行数据传输，不仅启动、I/O管理和善后处理等工作要由CPU来承担，即使在数据传输时，CPU也要做诸如从控制器的数据寄存器里取出设备的输入信息，送至内存；将输出的信息，从内存送至控制器的数据寄存器，以供设备输出等工作。
因此，在这种方式下，CPU不仅要花费大量时间进行测试和等待，并且只能与设备串行工作，整个计算机系统的效率发挥不出来。
使用“中断”的方式来进行数据传输，启动、I/O管理以及善后处理等工作仍然要由CPU来承担，但在设备进行数据传输时，CPU和外部设备实行了并行工作。
在这种方式下，CPU的利用率有了一定的提高。
使用“直接存储器存取（DMA）”的方式来进行数据传输，I/O的启动以及善后处理是CPU的事情，数据传输以及I/O管理等事宜均由DMA负责实行。
不过，DMA方式是通过“窃取”总线控制权的办法来工作的。
在它工作时，CPU被挂起，所以并非设备与CPU在并行工作。
因此，在一定程度上影响了CPU的效率。
使用“通道”方式来进行数据传输，在用户发出I/O请求后，CPU就把该请求全部交由通道去完成。
通道在整个I/O任务结束后，才发出中断信号，请求CPU进行善后处理。
这时CPU对I/O请求只去做启动和善后处理工作，输入/输出的管理以及数据传输等事宜，全部由通道独立完成，并且真正实现了CPU与设备之间的并行操作。
5．用户程序中采用“设备类，相对号”的方式使用设备有什么优点？
答：
在用户程序中采用“设备类，相对号”的方式使用设备的优点是：
第一，用户不需要记住系统中每一台设备的具体设备号，这是非常麻烦的事情；第二，在多道程序设计环境下，用户并不知道当前哪一台设备已经分配，哪一台设备仍然空闲。
通过“设备类，相对号”来提出对设备的使用请求，系统就可以根据当前的具体情况来分配，从而提高设备的使用效率；第三，用户并不知道设备的好坏情况。
如果是用“绝对号”指定具体的设备，而该设备正好有故障时，这次I/O任务就不可能完成，程序也就无法运行下去。
但通过“设备类，相对号”来提出对设备的使用请求，系统就可以灵活处理这种情况，把好的设备分配出去。
6．启动磁盘执行一次输入/输出操作要花费哪几部分时间？
哪个时间对磁盘的调度最有影响？
答：
执行一次磁盘的输入/输出操作需要花费的时间包括三部分：
（1）查找时间；
（2）等待时间；（3）传输时间。
在这些时间中，传输时间是设备固有的特性，无法用改变软件的办法将它改进。
因此，要提高磁盘的使用效率，只能在减少查找时间和等待时间上想办法，它们都与I/O在磁盘上的分布位置有关。
由于磁臂的移动是靠控制电路驱动步进电机来实现，它的运动速度相对于磁盘轴的旋转来讲较缓慢。
因此，查找时间对磁盘调度的影响更为主要。
7．解释通道命令字、通道程序和通道地址字。
答：
所谓“通道命令字”，是指通道指令系统中的指令。
只是为了与CPU的指令相区别，才把通道的指令改称为“通道命令字”。
若干条通道命令字汇集在一起，就构成了一个“通道程序”，它规定了设备应该执行的各种操作和顺序。
通常，通道程序存放在通道自己的存储部件里。
当通道中没有存储部件时，就存放在内存储器里。
这时，为了使通道能取得通道程序去执行，必须把存放通道程序的内存起始地址告诉通道。
存放这个起始地址的内存固定单元，被称为“通道地址字”。
8．何为DMA？
通道与DMA有何区别？
答：
所谓“DMA”，是指“直接存储器存取”的数据传输方式，其最大特点是能使I/O设备直接和内存储器进行成批数据的快速传输。
适用于一些高速的I/O设备，如磁带、磁盘等。
通道方式与DMA方式之间的区别如下。
（1）在DMA方式下，数据传输的方向、传输长度和地址等仍然需要由CPU来控制。
但在通道方式下，所需的CPU干预大大减少。
（2）在DMA方式下，每台设备要有一个DMA控制器。
当设备增加时，多个DMA控制器的使用，显然不很经济；但在通道方式下，一个通道可以控制多台设备，这不仅节省了费用，而且减轻了CPU在输入/输出中的负担。
（3）在DMA方式下传输数据时，是采用“窃取”总线控制权的办法来工作的。
因此，CPU与设备之间并没有实现真正的并行工作；在通道方式下，CPU把I/O任务交给通道后，它就与通道就真正并行工作。
9．解释记录的成组与分解。
为什么要这样做？
答：
往磁带、磁盘上存放信息时，经常是把若干个记录先在内存缓冲区里拼装成一块，然后再写到磁带或磁盘上。
存储设备与内存储器进行信息交换时，就以块为单位。
这个把记录拼装成块的过程，被称为是“记录的成组”。
从磁带、磁盘上读取记录时，先是把含有那个记录的块读到内存的缓冲区中，在那里面挑选出所需要的记录，然后把它送到内存存放的目的地。
这个把记录从缓冲区里挑选出来的过程，被称为是“记录的分解”。
之所以这样做，一是为了提高存储设备的存储利用率；二是减少内、外存之间信息交换次数，提高系统的效率。
10．试述SPOOL系统中的3个组成软件模块各自的作用。
答：
SPOOLING系统中的3个软件模块是预输入程序、缓输出程序和井管理程序。
它们各自的作用如下。
（1）预输入程序预先把作业的全部信息输入到磁盘的输入井中存放，以便在需要作业信息以及作业运行过程中需要数据时，可以直接从输入井里得到，而无需与输入机交往，避免了等待使用输入机的情况发生。
（2）缓输出程序总是查看“输出井”中是否有等待输出的作业信息。
如果有，就启动输出设备（如打印机）进行输出。
因此，由于作业的输出是针对输出井进行的，所以不会出现作业因为等待输出而阻塞的现象。
（3）井管理程序分为“井管理读程序”和“井管理写程序”。
当作业请求输入设备工作时，操作系统就调用井管理读程序，把让输入设备工作的任务，转换成从输入井中读取所需要的信息；当作业请求打印输出时，操作系统就调用井管理写程序，把让输出设备工作的任务，转换成为往输出井里输出。
四、计算
1．在例4-1里，对电梯调度算法只给出了初始由外往里移动磁臂时的调度结果。
试问如果初始时假定是由里往外移动磁臂，则调度结果又是什么？
解：
这时调度的顺序是11→9→1→12→16→34→36，总共划过的柱面数是：
2+8+11+4+18+2=45
2．磁盘请求以10、22、20、2、40、6、38柱面的次序到达磁盘驱动器。
移动臂移动一个柱面需要6ms，实行以下磁盘调度算法时，各需要多少总的查找时间？
假定磁臂起始时定位于柱面20。
（a）先来先服务；
（b）最短查找时间优先；
（c）电梯算法（初始由外向里移动）。
解：
（a）先来先服务时，调度的顺序是20→10→22→20→2→40→6→38，总共划过的柱面数是：
10+12+2+18+38+34+32=146
因此，总的查找时间为：
146×6=876ms。
（b）最短查找时间优先时，调度的顺序是20→22→10→6→2→38→40（由于磁臂起始时定位于柱面20，所以可以把后面第20柱面的访问立即进行），总共划过的柱面数是：
2+12+4+4+36+2=60
因此，总的查找时间为：
60×6=360ms。
（c）电梯算法（初始由外向里移动）时，调度的顺序是20→22→38→40→10→6→2（由于磁臂起始时定位于柱面20，所以可以把后面第20柱面的访问立即进行），总共划过的柱面数是：
2+16+2+30+4+4=58
因此，总的查找时间为：
58×6=348ms。
3．假定磁盘的移动臂现在处于第8柱面。
有如下表所示的6个I/O请求等待访问磁盘，试列出最省时间的I/O响应次序。
序号
柱面号
磁头号
扇区号
1
9
6
3
2
7
5
6
3
15
20
6
4
9
4
4
5
20
9
5
6
7
15
2
解：
由于移动臂现在处于第8柱面，如果按照“先来先服务”调度算法，对这6个I/O的响应次序应该是8→9→7→15→9→20→7；如果是按照“最短查找时间优先”调度算法，对这6个I/O的响应次序可以有两种，一是8→9→7→15→20（到达9时完成1和4的请求，到达7时完成2和6的请求），二是8→7→9→15→20（到达7时完成2和6的请求，到达9时完成1和4的请求）；如果按照“电梯”调度算法，对这6个I/O的响应次序可以有两种，一是8→9→15→20→7（由里往外的方向，到达9时完成1和4的请求，到达7时完成2和6的请求），二是8→7→9→15→20（由外往里的方向，到达7时完成2和6的请求，到达9时完成1和4的请求）；如果按照“单向扫描”调度算法，对这6个I/O的响应次序是8→9→15→20→0→7。
对比后可以看出，实行8→7→9→15→20的响应次序会得到最省的时间，因为这时移动臂的移动柱面数是：
1+2+6+5=14
第六章文件系统
6.3习题
6.3.1单项选择题
1．操作系统对文件实行统一管理，最基本的是为用户提供（ ）功能。
A．按名存取B．文件共享 C．文件保护D．提高文件的存取速度
2．按文件用途分类，编译程序是（ ）。
A．系统文件B．库文件C．用户文件 D．档案文件
3．（ ）是指将信息加工形成具有保留价值的文件。
A．库文件 B．档案文件 C．系统文件 D．临时文件
4．把一个文件保存在多个卷上称为（ ）。
A．单文件卷 B．多文件卷C．多卷文件 D．多卷多文件
5．采取哪种文件存取方式，主要取决于（ ）。
A．用户的使用要求 B．存储介质的特性
C．用户的使用要求和存储介质的特性 D．文件的逻辑结构
6．文件系统的按名存取主要是通过（ ）实现的。
A．存储空间管理 B．目录管理 C．文件安全性管理 D．文件读写管理
7．文件管理实际上是对（ ）的管理。
A．主存空间B．辅助存储空间 C．逻辑地址空间 D．物理地址空间
8．如果文件系统中有两个文件重名，不应采用（ ）结构。
A．一级目录 B．二级目录 C．树形目录 D．一级目录和二级目录
9．树形目录中的主文件目录称为（ ）。
A．父目录 B．子目录 C．根目录 D．用户文件目录
10．绝对路径是从（）开始跟随的一条指向制定文件的路径。
A．用户文件目录B．根目录C．当前目录D．父目录
11．逻辑文件可分为流式文件和（）两类。
A．索引文件 B．链接文件C．记录式文件 D．只读文件
12．由一串信息组成，文件内信息不再划分可独立的单位，这是指（ ）。
A．流式文件B．记录式文件 C．连续文件 D．串联文件
13．记录式文件内可以独立存取的最小单位是由（）组成的。
A．字 B．字节 C．数据项 D．物理块
14．在随机存储方式中，用户以（）为单位对文件进行存取和检索。
A．字符串B．数据项 C．字节 D．逻辑记录
15．数据库文件的逻辑结构形式是（）。
A．链接文件B．流式文件 C．记录式文件 D．只读文件
16．文件的逻辑记录的大小是（）。
A．恒定的 B．相同的 C．不相同的 D．可相同也可不同
17．能用来唯一标识某个逻辑记录的数据项为记录的（）。
A．主键 B．次键 C．索引 D．指针
18．在文件系统中，（）要求逻辑记录顺序与磁盘块顺序一致。
A．顺序文件B．链接文件C．索引文件D．串联文件
19．下列文件中，（ ）的物理结构不便于文件的扩充。
A．顺序文件B．链接文件C．索引文件D．多级索引文件
20．（ ）的物理结构对文件随机存取时必须按指针进行，效率较低。
A．连续文件 B．链接文件 C．索引文件 D．多级索引文件
21．链接文件解决了顺序结构中存在的问题，它（ ）。
A．提高了存储空间的利用率 B．适合于随机存取方式
C不适用于顺序存取 D．指针存入主存，速度快
22．索引结构为每个文件建立一张索引表，用来存放（）。
A．逻辑记录的地址B．部分数据信息C．主键内容D．逻辑记录存放位置的指针
23．文件系统可以为某个文件建立一张（），其中存放每个逻辑记录存放位置的指针。
A．位示图B．索引表C．打开文件表D．链接指针表
24．文件系统中，要求物理块必须连续的物理文件是（ ）。
A．顺序文件B．链接文件C．串联文件D．索引文件
25．进行成组操作时必须使用主存缓冲区，缓冲区的长度等于（ ）。
A．逻辑记录长度 B．最小逻辑记录长度乘以成组块因子
C．最大逻辑记录长度乘以成组块因子D．平均逻辑记录长度乘以成组块因子
26．记录的成组和分解提高了存储介质的利用率和减少启动设备的次数，但（ ）为代价。
A．以设立主存缓冲区B．以操作系统增加成组分解功能
C．以设立主存缓冲区和操作系统增加成组分解功能D．没有额外系统消耗
27．在文件系统中设置一张（ ），它利用二进制的一位表示磁盘中一个块的使用情况。
A．空闲块表B．位示图C．链接指针表D．索引表
28．“打开文件”操作要在系统设置的（）中登记该文件的有关信息。
A．索引表B．链接指针表C．已开文件表Ｄ．空闲块表
29．对顺序文件做读文件操作时，总是从（ ）按顺序读出信息。
A文件头部向后B．文件尾部向前 C．文件中部开始 D．当前位置开始
30．有的系统为了方便用户，提供一种隐式使用文件的方法，但用户对（ ）还是必须显式地提出。
A．建立文件 Ｂ．打开文件C．关闭文件 D．读文件
31．允许多个用户同时使用同—个共享文件时，下列（ ）做法是不对的。
A．允许多个用户同时打开共享文件执行读操作B．允许读者和写者同时使用共享文件C．不允许读者和写者同时使用共享文件D．不允许多个写者同时对共享文件执行写操作
32．用（ ）可以防止共享文件可能造成的破坏，但实现起来系统开销太大。
A．用户对树形目录结构中目录和文件的许可权规定B．存取控制表C．定义不同用户对文件的使用权 Ｄ．隐蔽文件目录
33．UNIX系统中，对新建的文件默认的许可权力为：
文件主一可读可写，伙伴一可读，一般用户一可读，则表示这种使用权限的3位8进制数为（ ）。
A．755B，644C．522 D．622
34．单靠（ ）并不能达到文件保密的目的。
A．隐蔽文件目录B．设置口令 C使用密码 D．规定文件使用权限
35．为了文件的保密,可以用（）的方法使某些文件的目录不在显示器上显示出来。
A.存取控制表B．隐蔽文件目录C．设置口令D．使用密码
6.3.2填空题
1．文件系统是操作系统中的重要组成部分，它对进行管理。
2．文件管理的主要工作是管理用户信息的存储、、更新、和保护。
3．文件管理为用户提供存取文件的功能。
4．文件是逻辑上具有完整意义的．
5．文件存取有多种方式，采用哪一种方式与用户的使用要求和的特征有关．
6．存储介质上连续信息所组成的—个区域称为，它是存储设备与主存之间信息交换的物理单位。
7．从对文件信息的存取次序考虑，存取方法可分为和两类。
8．磁带机是适合于的存储设备，而磁盘上的文件既能又能。
9．文件系统对文件统一管理的目的是方便用户且保证。
10．用户按信息的使用和处理方式组成文件，称为。
11．当用户要求读写文件时，文件系统实现和之间的转换。
12．文件目录是用于文件的，它是文件系统实现按名存取的重要手段。
13．一级目录结构在文件目录中登记的各个文件都有文件名。
14．在二级目录结构中，第一级为，第二级为。
15．在树形目录结构中，是从根目录出发到某文件的通路上所有各级子目录名和该文件名的顺序组合。
16．指出了从当前日录出发到指定文件的路径。
17．逻辑文件可分为的和两类。
18是指用户对文件内的信息不再划分可独立的单位，整个文件由依次的一串信息组成。
19．记录式文件中，是文件内可以独立存取的最小信息单位．
20．磁带上的每个文件都有文件头标、都三部分组成。
21．在磁盘上常用的组织方式有顺序结构、和。
22．是具有逻辑记录顺序与磁盘块顺序相一致的文件结构的文件。
23．顺序文件把逻辑上连续的信息存放在磁盘相邻的块上，所以它不适于文件的．
24．用指针把不连续的磁盘块按所存放的逻辑记录的顺序链接起来，形成文件的结构。
25．链接文件采用方式是高效的，而采用方式是低效的。
26．索引结构为每个文件建立一张，把指示每个逻辑记录存放位置的指针集中在这张表中。
27．对索引文件，既可采用方式，又可采用方式。
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