完整版计算机操作系统教程第三版张尧学张高史美林著清华大学出版社课后答案.docx
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完整版计算机操作系统教程第三版张尧学张高史美林著清华大学出版社课后答案
第一章绪论
I.什么是操作系统的幕本功能?
答:
操作系统的职能是管理和控制汁算机系统中的所有硬、软们资源，合理地组织计算
机工作流程，并为用户提供一个良好的工作环境和友好的接u.操作系统的基本功能包括:
处理机管理、存储管理、设备管理、信息管理（文们骡统管理）和用户接Ii等.
2.什么是批处理、分时和实时系统?
各有什么特征?
答:
批处理系统（batchprocessingsystem）:
操作员把用户提交的作收分类.把一批作收编成一
个作业执行序列，由专门编制的监督程序（monitor）自动依次处理.其主要特征是:
用户脱机
使用计算机、成批处理、多道程序运行.
分时系统（timcsharingopcrationsystcm）:
把处理机的运行时（fnJ分成很短的时fFIJ片，按I<"tfnJ片轮
转的方式，把处理机分配给各进程使用.其主要特征是:
交互性、多用户同时性、独立性。
实时系统（rcaltimcsystcm）:
在被控对象允许时间范围内作出响应.其主要特征是:
对实时信
息分析处理速度要比进入系统快、要求安全可靠、资源利用率低。
3.多道程序（multiprogramming）和多爪处理（multiprocessing）有何区别?
答:
多道程序（multiprogramming）是作收之间自动调度执行、共享系统资源.并不是真正地
同时俏行多个作业:
而多熏处W..（multiprocessing）系统配置多个CPU，能真正同时执行多道
程序。
要有效使用多重处理，必须采用多道程序设计技术，而多道程序设计原则上不一定要
求多重处理系统的支持.
第二章作业管理和用户接口
1.什么是作业?
.作业步？
答：
把在一次应用业务处理过程中，从输入开始到输出结束，用户要求计算机所做的有关该次业务的处理的全部工作称为一个作业。
作业由不同的顺序相连的作业步组成。
作业步是在一个作业的处理过程中，计算机所做的相对独立的工作。
如.编辑愉入是一个作业步.它产生源程序文件:
编译也是一个作业步.它产生目标代码文件.
2.作业山几部分组成?
各有什么功能?
荞:
作业山三部分组成:
程序、数据和作业说明书.程序和数据完成用户所要求的业务处理
工作.作业说明书则体现用户的控制愈图.
3.作业的愉入方式有哪JL种?
各有何特点
谷:
作业的输入方式有5种:
联机输入方式、脱机袖入方式、直接棍合方式、SPOOLING
（SimultancousPeripheralOperationsOnlinc）系统和网络愉入方式.各有如卜特点:
（1）联机输入方式:
用户和系统通过交互式会话来怕入作业.
（2）脱机输入方式，又称预输入方式，利用低档个人计甘机作为外幽处理极进行钧入处理，
存储在后备存储器I:
.然后将此后援存储器连接到高速外围设备1二和上机相连。
从而在较短
的时间内完成作业的愉入工作。
（3）直接祸合方式:
把上机和外围低档机通过一个公用的人容量外存六接祸合起来，从而省去了在脱机愉入中那种依靠人工干预末传递后援存储雄的过程.
（4）SPOOLING系统nl译为外田设备同时联机摊作。
在SPOOLING系统中.多台外团设备通好道或DMA器件和主机与外存连接起来作业的愉入愉出过程由土机中的掩作系统控
翻。
（5）网络怕入方式:
网络愉入方式以上述几仲泊入方式为赞拙.当用户需要把在计算机网络中某一台主机上输入的信息传送到同一网中另台主机上进行摊作成执行时.就构成了网络输入方式。
4.试述SPOOLING系统的_I-作原理。
答:
在s阳OLIN6系统巾，多台外围设备通过通逝或DMA器件和主机与外存连接起来，
作业的输入输出过程由主机中的操作系统控制.操作系统中的输入程序包一含两个独立的过
程，一个过程负责从外部设备把信息读入缓冲区，另一个过程是写过程，负责把缓冲区中的
信息送入到外存输入井巾。
在系统输入模块收到作业输入请求后，输入管理模块中的读过积
负责将信息从愉入装置读入缓冲区。
当缓冲V满时，由写过程将信息从缓冲区写到外存输入
井中。
读过程和写过程反复循环.直到一个作业愉入完毕。
当读过程读到一个硬件结束标志
后，系统再次驱动写过程把最后一批信息写入外存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JCB，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。
5.作业说明书和作业控制块有何异同?
答:
作业说明书主要包含三方面内容:
作业的基本描述、作业控制描述和资源要求描述.作
业基本描述主要包括用户名、作业名、使用的编程语言名、允许的最大处理时间等，而作业
控制描述则大致包括作业在执行过程中的控制方式，例如是脱机控制还是联机控制、各作业
步的操作顺序以及作业不能正常执行时的处理等.资源要求描述包括要求内存大小、外设种类和台数、处理机优先级、所需处理时间、所需库A数或实用程序等.而作业控制块是作业
说明书在系统中生成的一张表格，该表格迁记该作业所要求的资源情况、预计执行时间和执
行优先级等。
从而，操作系统通过该表了解到作业要求，并分配资源和控制作业中R序和数
据的编译、链接、装入和执行等.
6.操作系统为用户提供哪些接门?
它们的区别是什么?
答:
操作系统为用户提供两个接l]，一个是系统为用户提供的各种命令接口.用户利用这些
操作命令来组织和控制作业的执行或管理计算机系统，另一个接门是系统调用，编程人员使
用系统调用来请求a作系统提供服务。
例如申请和释放外设等类资源、控制程序的执行速度
等.。
7.作业控制方式有哪几种?
调查你周围的计算机的作业控制方式。
答:
作业控制的主要方式有两种:
脱机方式和联机方式。
脱机控制方式利用作业控制语言来编写表示用户控制意图的作业控制程序，也就是作业说明
书。
作业控制语言的语句就是作业控制命令。
不同的批处理系统提供不同的作业控制语言。
联机控制方式不同于脱机控制方式，它不要求用户填写作业说明书，系统只为用户提供一组
键盘或其他操作方式的命令。
用户使用操作系统提供的操作命令和系统会话，交互地控制程
序执行和管理计算机系统。
8.什么是系统调用?
系统调用与一般用户程序有什么区别?
与库函数和实用程序又有什么区
别?
答:
系统调用是操作系统提供给编程人员的唯一接口。
编程人员利用系统调用，在源程序一
级动态请求和释放系统资源，调用系统中己有的系统功能来完成那些与机器硬件部分相关的
工作以及控制程序的执行速度等。
因此，系统调用像一个黑箱子那样，对用户屏蔽了操作系
统的具体动作而只提供有关的功能。
它与一般用户程序、库函数和实用程序的区别是:
系统
调用程序是在核心态执行，调用它们需要一个类似于硬件中断处理的I一卜断处理机制来提供系统服务。
9.简述系统调用的实现过程。
答:
用户在程序中使用系统调用，给出系统凋用名和函数后，即产生一条相应的陷入指令，
通过陷入处理机制调用服务，引起处理机中断，然后保护处理机现场，取系统调用功能号并
寻找子程序入口，通过入口地址表来调用系统子程序，然后返回用户程序继续执行。
10.为什么说分时系统没有作业的概念?
答:
因为在分时系统中，每个用户得到的时问片有限，用户的程序和数据信息直接输入到内
存工作区中和其他程序一起抢占系统资源投入执行，而不必i
序选择.因此，分时系统没有作业控制表，也没有作业调度
存输入并等待作业调度程
11.试述UNIX的主要特点.
答:
UNIX的主要特点是:
（1）UNIX系统是一个可供多用户同时操作的交互式分时操作系统，
（2）为了向用厂’提供交互式功能和使得用）”可以利用UNIX系统的功能，UNIX系统向用户提
供了两种友好的界面或接口:
系统调用和命令;
（3）UNIX系统具有一个可装卸的分层树型结构文件系统，该文件系统使用方便、搜索简单，
（4）UNIX系统把所有外部设备都当成文件，并分别赋予它们对应的文件名。
从而，用厂’可以
像使用文件那样使用任一设备而不必了解该设备的内部特性，这既简化了系统设计，又方便
了用）”，
（5）UNIX系统核心程序的绝大部分源代码和系统_L的支持软件都用C语言编写。
且UNIX
系统是一个开放式系统，即具有统一的用户接口，使得UNIX用户的应用程序可在不同的执
行环境下运行。
正是由于UNIX具有.上述这些特点，使得UNIX系统得到了广泛的应用和发展.
12.UNIX操作系统为用户提供哪些接口?
试举例说明.
答;UNIX系统为用户提供两个接口，即面向操作命令的接口Shell和面向编程用户的接口:
系统调用。
常见的Shell命令如:
login,logout,vi,ernacs.印，rm,Is,cc，link,adducer,chown,dbx,date等;常见的系统调用如:
ioctl,read,write,open,close,
crest,excel,flock,stat,mount,fork,wait,exit,socket等.
13·在你周围装有UNIX系统的计算机上，练习使用后台命令，管道命令等Shell的基木命
令。
吞甘k，二
答:
例1:
用Shell谱言编制一Shell程序.该程序在用户输入年、月之后，自动打印输出该
年该月的日历:
echo"Pleaseinputthemonth:
”
readmonth
echo'Pleaseinputtheyear:
”
readyear
第三章用户V理和配置份理
1.有A说，一个进程是山伪处理机执行的一个程序，这话对吗?
为什么?
答:
对。
因为伪处理机的概念只有在执行时刁存在，它表示多个进程在单处理机上并发执行的二个调
度单位。
因此，尽V进程是动态概念，是程序的执行过程，但是，在多个进程并行执行时，
仍然只有一个进程占据处理机执行，而其他并发进程则处于就绪或等待状态。
这些并发进程
就相当干由伪处理机执行的程序。
2.试比较进程和程序的区别。
答:
（1）进程是一个动态概念。
而程序是一个静态概念.积序是指令的有序集介.无执行含
义.进程则强调执行的过程
（2）进程具有并行特征（独立性，异步性）.程序则没有.
（3）不同的进程可以包含同一个程序，同一程序在执行中也可以产生多个进程。
3.我们说程序的并发执行将导致最终结果失去封闭性广这话对所有的程序都成立吗?
举例说
明.
答:
并非所有程序均成立。
如:
Begin
local"Z
K:
:
10
print（x）
End
上述程序中x是内部变量，不可能被外部程序访问，因此这段程序的运行不会受外部环境影
晌.
4.试比较作业和进程的区别。
答:
一个进程是一个程序对某个数据集的执行过程，是分配资源的摹本单位。
作业是用于需
要计算机完成某项任务，而要求计算机所做工作的集合。
一个作业的完成要经过作业提交，
作业收容、作业执行和作业完成4个阶段。
而进程是己提交完毕的程序所执行过程的描述，
足资源分配的4本单位.其主要区别关系如下:
（I）作业是用户向计算机提交任务的任务实体.在用户向计算机提交作业之后，系统将存储
在外存中的作业等待队列中等待执行。
而进程则是完成用户任务的执行实体，是向系统申请
分配资源的基本单位。
任一进积.只要它被创建，总有相应的部分存在于内存巾
（2）一个作业可由多个进程组成.且必须至少由一个进积组成.但反过来不成立.
（3）作业的概念主要用在批处理系统中.像Unix这样的分时系统中，则没有作」日
而进
程的概念则用在几乎所有的多道程序系统巾。
5.UNIXSystcmV中.系统程序所对应的正文段未被考虑成进程一上下文的一部分，为什么?
答:
因为系统程序的代码被用户程序所共享，因此如果每个进程在保存进程I下文时，都将
系统程序代码放到其进程上下文中.则大大浪费了资源.因此系统程序的代码不放在进程上
下文中，而是统一放在核心程序所处的内存中.
6.什么是临界区?
试举一临界区的例子.
答:
临界区是指不允许多个并发进程交叉执行的一段程序。
它是由于不同并发进程的程序段
共享公用数据或公用数据变量而引起的.所以它又被称为访问公用数据的那段程序。
例如:
getspace:
Beginlocalg
top=top-I
End
release（ad）:
Begin
top-top+1
stack[top]=ad
End
7.并发进程间的制约有哪两种?
引起制约的原因是什么?
答:
并发进程所受的制约有两种:
直接制约和间接制约。
直接制约是由并发进程互相共享对方的私有资源所引起的。
间接制约是由竞争共有资源而引起的。
8.什么是进程间的互斥?
什么是进程间同步?
答:
进程间的互斥是指:
一组并发进程中的一个或多个程序段，因共享某一公有资源而导致
它们必须以一个不许交叉执行的单位执行，即不允许两个以_L的共李该资源的并发进程同时
进入临界区。
进程间的同步是指:
异jIIJF境下的一组并发进程因直接制约互相发送消息而进行互相合作、
互相等待，各进程按一定的速度执行的过程。
9.试比较P,V原语法和加锁法实现进程间互斥的区别。
答:
互斥的加锁实现是这样的:
当某个进程进入临界X之后，它将锁土临界区，直到它退出
临界区时为止。
并发进程在申请进入临界区时.首先测试该临界区是否是I几锁的.如果该临
界区已被锁住.则该进V要等到该临界区开锁之后才有可能获得临界区。
但是加锁法存在如
下弊端:
（1）循环测试锁定位将报耗较多的CPU计算时间:
（2）产生不公平现象.为此，P,
V原语法采用信号量管理相应临界区的公有资源.信号量的数值仅能由PIV原语操作改变
而P,V原语执行期间不允许中断发生。
其过程是这样的:
当某个进程正在临界区内执行时.
其他进程如果执行了P原语.则该进程并不像lock时那样因进不了临界区而返回到lock的
起点.等以后重新执行测试，而是在等待队列中等待山其他进程做V原语操作释放资源后，
进入临界V，这时P原语才算真正结束。
若有多个进程做P原语操作而进入等待状态之后
一旦有V原语释放资源，则等待进程中的一个进入临界区，其余的继续等待。
总之，加锁法是采用反堑测试lock而实现互斥的。
存在CPU浪费和不公平现像，P.V原
语使用了信号量，克服了加锁法的弊端·r，
14.设有5个哲学家.共享一张放有五把椅子的桌子，每人分得一把椅子。
但是.’桌子总共只有5支筷子，在每人两边分开各放一支。
哲学家们在肚子饥饿时才试图分两次从两边抬
起筷子就餐。
条件:
（I）只有拿到两支筷子时，哲学家才能吃饭.
（2）如果筷子己在他人手上，则该哲学家必须等待到他人吃完之后才能拿到筷子。
（3）任，哲学家在自己未拿到两支筷子吃饭之前，决不放下自己手中的筷子。
试
（1）描述一个保证不会出现两个邻座同时要求吃饭的通信算法.
（2）描述一个既没有两邻座同时吃饭.又没有人饿死（永远拿不到筷子）的算法.
（3）在什么情况下.5个哲学家全部吃不上饭?
解答:
（l）、设信号量c[Ol-c[41.初始值均为1.分别表示i号筷子被拿（i=O.I.2.3.4）.
send（i）:
第i个哲学家要吃饭
begin
P（c[il）;
P（c[i+lmod5]）:
eat;
V（cfi+Imod51）;
V（c[i]）:
End;
该过程能保证两邻座不同时吃饭.但会出规5个哲学家一人拿一只筷子.谁也吃不.1几饭的死倾
情况。
（2）.解决的思路如下:
让奇数号的哲学家先取右手边的筷子，让偶数号的哲学家先取左手边
的筷子.这样，任何一个哲学家拿到一只筷子之后，就己经阻止了他邻座的一个哲学家吃饭的
企图，除非某个哲学家一直吃下去，否则不会有人会饿死.
send（i）:
第i个哲学家要吃饭
Begin
Ifimod2==0then
]P（c[i]）,P（c[i+1]mod5））
eat;
V（c[i],c[i+lmod5]）
}
Else
考
P（c[i+1mod5]）
P（c[i]）
Eat
V（c[i+lmod5]）
V（c[iI）
}
End
15.什么是线程?
试述线程与进程的区别，
答:
线程是在进程内用于调度和占有处理机的笨本单位.它山线程控制表、存储线程上下文
的用户栈以及核心栈组成.线程可分为用户级线程、核心级线程以及用户，/核心混合型线程
等类型。
其巾用户级线程在用户态下执行，CPU调度算法和各线程优先级都由用户设置，
与操作系统内核无关。
核心级线程的调度算法及线程优先级的控制权在操作系统内核。
混合
型线程的控制权则在用户和操作系统内核二者。
线程与进程的主要区别有:
（1）进程是资源管理的基本单位，它拥有自己的地址空间和各种资源，例如内存空间、外部
没备等了线程只是处理机调度的基本单位，它只和其他线程一起共享进程资源，胆自己没有
任何资源。
（2）以进积为单位进行处理机切换和调度时，山于涉及到资源转移以及现场保护等问题，将
导致处理机切换时间变长，资源利用率降低。
以线程为单位进行处理机切换和调度时，由于
不发生资源变化，特别是地）II空H7的变化，处理机切换的时间较短，从而处理机效率也较高。
（3）对用户米说，多线程可减少用户的等待时间。
提高系统的响应速度。
例如，当一个进程
需要对两个不同的服务器进行远程过程调用时，对一无线程系统的操作系统米说AWN序等
待两个不同调用返回结果后才能继续执行，月.在等待巾容易发生进程调度.对于多线程系统
而言，则可以在同一进程中使用不同的线程同时进行远程过程调用，从而缩短进程的等待时
间。
（4）线程和进程一样，都有自己的状态.也有相应的同步机制，不过，由于线程没有单独的
数据和程序空间，因此，线程不能像进程的数据与程序那样.交换到外存存储空间.从而线
程没有挂起状态。
（5）进程的调度、同步等控制大多山操作系统内核完成，而线程的控制既可以Ill操作系
统内核进行，也可以山用户控制进行.
第四章进程管理
1什么是分级调度?
分时系统中有作业调度的概念吗?
如果没有，为什么?
答:
处理机调度问趣实际上也是处理机的分配问题。
显然只有那些参与竞争处理及所必需的
资源都己得到满足的进程才能享有竞争处理机的资格。
这时它们处于内存就绪状态.这些必
需的资源包括内存、外设及有关数据结构等。
从而，在进程有资格竞争处理机之前，作业调
1变程序必须先调用存储管理、外设管理程序，并按一定的选择顺序和策略从输入井中选择出
几个处于后备状态的作业.为它们分配资源和创建进程.使它们获得竞争处理机的资格.另
外，由于处于执行状态下的作业一般包括多个进程，而在单机系统中.每一时刻只能有一个
进程占有处理机.这样，在外存中，除了处于后备状态的作业外，还存在处于就绪状态而等
待得到内存的作业。
我们需要有一定的方法和策略为这部分作业分配空间。
因此处理机调度
需要分级.
一般来说.处理机调度可分为4级:
（I）作业调度:
又称宏观调度，或高级调度。
（2）交换调度:
又称中级调度.其主要任务是按照给定的原则和策略，将处于外存交换区中
的就绪态或等待状态或内存等待状态的进程交换到外存交换区。
交换调度主要涉及到内存管
理与扩充。
因此在有些书本中也把它归入内存管理部分。
（3）进程调度:
又称微观调度或低级调度.共主要任务是按照某种策略和方法选取一个处干
就绪状态的进程占用处理机。
在确立了占用处理机的进程之后，系统必须进行进程上下文切
换以建立与占用处理机进程相适应的执行环境。
（4）线程调度:
进积中相关堆找和控制表等的调度.
在分时系统中，一般不存在作业调度，而只有线程调度、进程调度和交换调度。
这是因为在
分时系统中，为了缩短响应时间，作业不是建立在外存.而是直接建立在内存中.在分时系
统中，一旦用户和系统的交互开始，用户马上要进行控制。
因此，分时系鱿g，没有作业提交
状态和后备状态。
分时系统的输入信息经过终端缓冲区为系统直接接收，或立即处理，或经
交换调度暂存外存中.
2.试述作业调度的主要功能。
答:
作业调度的主要功能是:
按一定的原则对外存输入井上的大量后备作业进行选择.给选
出的作业分配内存、输入输出设备等必要的资源，并建立相应进程，使该作业的相关进程获
褥竟争处理机的权利。
“另外，当作业执行完毕时，还负责回收系统资源.
3.作业调度的性能评价标准有哪些?
这些性能评价标准在任何悄况下都能反映调度策略的优
劣吗?
答:
对于批处理系统.山于主要用于计算，因而对于作业的周转时间要求较高。
从而作业的
平均周转时间或平均带权周转时间被用来衡量调度程序的优劣。
但对于分时系统米说，平均
响应时间又被用来衡量调度策略的优劣.对于分时系统，除了要保证系统吞吐量大、资源
利用率高之外，还应保证用户能够容忍的响应时间.因此，在分时系统中.仅仅用周转时间
或带权周转时间来衡量调度性能是不够的。
对于实时系统，衡量调度算法优劣的主要标志则是满足用户要求的时限时间。
4.进积调度的功能有哪些?
答:
进程调度的功能有:
（1）tidnRR4系统中所有进程的执行情况；
（2）选择占有处理机的进程；
（3）进行进程_L下文切换。
5.进V调度的时机有哪几种?
答:
进程调度的时机有:
（1）正在执行的进程执行完毕.这时如果不选择新的就绪进程执行，将浪费处理机资源.
（2）执行中进程自己调用阻塞原语将自己阻塞起来进入睡眠等待状态.
（3）执行中进程调用了P原语操作.从而因资源不足而被阻塞:
或调用了V原语操作激活了
等待资源的进程队列。
（4）执行中进程提出I/O请求后被阻塞.
（5）在分时系统中时间片己经用完。
（6）在执行完系统调用等系统程序后返回用户程序时，可看做系统进程执行完毕，从而调度
选择一新的用户进积执行。
（7）在CPU执行方式是可剥夺时，还有:
就绪队列巾的某进程的优先级变得高于当前执行进
程的优先级，从而也将引发进程调度.
6.进积上下文切换山哪几部分组成?
描述进程上下文切换过程。
答:
进49上下文切换.I{以下4-7步骤组成:
（1）决定是否作上下文切换以及是否允许作上下文切换.包括对进程调度原因的检六分析，
以及当前执行进程的资格和CPU执行方式的检查等.在操作系统中，上下文切换程序并不
是每时侮刻都在检查和分析是否可作上下文切换，它们设置有适当的时机。
（2）保存当前执行进程的上下文.这里所说的当前执行进程，实际上是指调用一L下文切换程
序之前的执行进程。
如果_L下文切换不是被那个当前执行进程所调用.且不属于该进程.则
所保存的上下文应是先前执行进程的上下文.或称为“老”进程上下文。
显然.上下文切换程
序不能破坏，.老”进程的_L下文结构。
（3）使用进程调度算法，选择一处于就绪状态的进程。
（4）恢父或装配所选进程的上下文.将CPU控制权交到所选进程手中。
7.为什么说在进程上下文切换过程巾.上下文切换程序不能破坏“老"进程的上下文结构?
:
因为如果在进程上下文切换中破坏了老的进程上下文，等到CPU调度到该老进程执行
，就不能正确地恢复其停止执行前的状态了。
第五章处理器管理
1.存储管理的主要功能是什么?
答:
存储管理的主要功能包括以下几点:
（1）在硬件的支持下完成统一管理内存和外存之间数据和程序段自动交换的虚拟存储
（2）将多个虚存的一维线性空间或多维线性空间变换到内存的唯一的一维物理线性地
（3）控制内外存之间的数据传输。
（4）实现内存的分配和回收.
（5）实现内存信息的共享与保护.
2.什么是虚
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