整理完操作系统原理专升本作业题.docx
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整理完操作系统原理专升本作业题
东北农业大学网络教育学院
操作系统专升本作业题
作业题
（一）
作业题一参考答案：
一、名词解释
操作系统：
是一组系统软件的集成。
在用户程序运行和用户操作时，这组系统软件负责完成所有与硬件相关的和所有应用无关的基本工作，并解决工作中的效率和安全问题，为用户使用计算机系统，从最底层提供帮助和管理。
线程：
是基于进程的一个运行单位;或进程内的一个执行单元；或进程内的一个可调度实体。
死锁：
若系统中存在一组进程（两个或两个以上），它们中的每一个进程都占用了某种资源而又都在等待该组进程中的另一个进程所占用的资源，这种等待永远不能结束。
直接内存存取（DMA）：
数据在内存与I/O设备间的直接成块传送，即在内存与I/O设备间传送一个数据块的过程中，不需要CPU的任何干涉。
二、填空题
1．在进程调度算法中，轮转调度法是指系统赋予每个（进程）一个时间片，允许它运行一个（时间片）。
若时间片结束，该进程还在运行，则它被强行撤出，（CPU）交给另一个进程；若该进程已经结束，则CPU在进程终止时加以切换。
2、一个多任务单处理机的计算机系统，其操作系统是UNIX，PCB表的规模是100行，则任一时刻，最多可能有
（1）个进程处于运行态，最多可能有（99）个进程处于就绪态，最多可能有（100）个进程处于等待态。
3．内核部分可抢先是指当前进程在用户态时可以随时被抢用（CPU），但当在核心态时则大部分时间都不可以被抢用CPU，而只在某些（时刻点）时可以被抢用CPU。
4、多道技术是指（内存）用户区可同时有多个用户（程序）。
5．在进程调度算法中，短作业优先调度算法最先执行占用（CPU）时间最短的进程。
最短的进程第一个执行总是产生最小的（平均响应时间）。
6．在内存管理中，单道下可以采用的内存管理模式有（4）种，它们是（单一分区）、（虚存页式）、（虚存段式）和（虚存段页式）。
三、简答题
1．进程有哪些基本状态？
画出进程的状态转换图？
答：
⑴运行态或执行态（RUN）；
⑵等待态（WAIT）或封锁态（BLOCK）；
⑶就绪态（READY）或可运行态。
2．作业分哪几类？
作业调度的功能？
答：
作业有交互式作业和批处理作业两种
作业调度的功能：
⑴采用JCB表格，记录各作业状况。
⑵按选定的算法，从后备作业队列中选出一个或若干个作业投入运行。
⑶为被选中的作业做好运行前的准备工作。
⑷作业运行结束的善后处理工作。
3．设备与控制器的功能关系？
答：
⑴计算机的每个外部设备包含机械和电子部分。
⑵机械部分负责实际的I/O操作，直接产生结果信息形式，采用的是机械、静电、喷墨、激光等技术，是设备的主体。
⑶电子部分通过电子技术实现设备主体与主机间的连接与通信。
⑷计算机与设备的接口是电子部分而非机械部分。
⑸OS管理的是电子部分而非机械部分。
4．操作系统的6种启动方式？
答：
⑴鼠标点击方式、⑵命令方式、⑶批方式、⑷EXEC方式、⑸由硬件来装入程序和启动执行、⑹自启动方式。
四、一个学生管理系统的主菜单如下：
①学生数据维护
②学生数据查询
③退出
设该系统有一个主程序（MP）和两个子程序（SP1和SP2，分别实现功能①和②）。
设这几部分的长度如下：
MP为60KB；SP1为70KB；SP2为66KB；覆盖驱动程序为10KB。
显然功能①和功能②是不会同时执行的。
试设计一个覆盖结构以保证该学生管理系统的正常运行。
答：
可定义3个覆盖：
①主程序MP，覆盖驱动程序；
②主程序MP，覆盖驱动程序，子程序SP1；
③主程序MP，覆盖驱动程序，子程序SP2。
这样，覆盖②只需要140KB，覆盖③只需要136KB。
五、有这样一个磁盘请求队列，所访问的磁道依次为98、183、37、122、14、124、65、67。
若读写磁头最初位于53道，分别按先来先服务调度算法（FCFS）和循环扫描算法（SCAN），写出对磁盘请求的响应顺序。
答：
FCFS：
98、183、37、122、14、124、65、67
SACN：
37、14、65、67、98、122、124、183
六、段式存储管理的实现原理
答：
⑴程序的逻辑地址空间：
用户程序按自身的逻辑关系分为若干段。
每个段有自己的段名。
系统给每个段规定一个段号。
每个段的地址空间都从0开始编址0、1、2、3……
⑵程序的地址结构：
段模式下，程序的逻辑地址空间是二维的。
每个虚拟地址有两部分组成：
段号S和段内地址W。
⑶内存分配：
段模式的内存分配是以段为单位，每一段分配一块连续的内存分区。
一个用户程序的各段可以分配到不相邻的内存区域。
⑷进程段表：
系统为每个用户程序建立一个段表，以实现动态地址转换。
⑸内存段表：
与可变分区类似，用一张空闲块表来记录整个内存的使用情况。
作业题二参考答案：
一、名词解释
进程：
一个正在执行中的程序。
时间局部性：
最近访问过的程序代码和数据，最近要被访问的可能性也最大。
文件：
是OS提供的、在用户观点中其内容具有连续顺序关系的最大外存逻辑数据空间。
中断：
是指计算机在执行程序过程中，当遇到需要立即处理的事件时，暂停当前运行的程序，转去执行有关服务程序，处理完后自动返回原程序。
二、填空题
1．完全不可抢先或用户态不可抢先是指（当前进程）无论在用户态或核心态时，都不可以被抢用（CPU）。
2．进程通信时，所使用的通信原语主要有（发送）和（接收）。
3．磁臂调度算法的标准是速度、公平、对共享的影响等，不仅要考虑（寻道时间）和（延迟时间），还要考虑用户程序的（等待时间）。
4．在进程调度算法中，最高响应比优先调度算法结合了（先来先服务算法）和（短作业优先调度算法）。
5．采用银行家算法分配资源时，测试进程对（资源）的最大需求量，若系统现存的资源可以满足它的（最大需求量）时，就满足进程的当前申请，否则就推迟分配。
这样可以避免（死锁）。
6．在单处理机系统中实现（并发技术）后，进程间在一个时间段内并行运行，CPU和外设间并行工作。
7．用户的可执行目标程序通过（系统调用指令）来直接调用操作系统。
三、简答题
1．进程调度算法中，多级反馈法的基本思想？
答：
①建立多个队列，同一队列中的进程优先级相同，不同队列中的进程优先级不同；
②最高优先级上的进程运行一个时间片，次高级上的进程运行两个时间片，再下一级运行四个时间片，依次类推；
③每当一个进程在一个优先级队列中用完它的时间片后，就下移一级，进入另一个队列；
④在低优先级队列中等待时间过长的进程，将移入高优先级队列；
⑤调度程序在将进程从等待操作中释放后，会提高该进程的优先级。
2．银行家算法的基本思想？
答：
•当顾客对资金的最大申请量不超过银行家现金时，就可接纳一个新顾客；
•顾客可以分期借款；
•但借款的总数不能超过最大申请量；
•银行家对顾客的借款可以推迟支付，但顾客总能在有限的时间里得到借款；
•当顾客得到需要的全部资金后，他一定能在有限时间里归还所有的资金。
3．设备的电子部分可以完成那些工作？
答：
⑴端口地址译码。
⑵按照主机与设备间约定的格式和过程，接受计算机发来的输出数据和控制信号；向主机发送输入数据和状态信号，即接口寄存器的设备方读写。
⑶将计算机的数字信号，转换为机械部分能够识别的模拟信号；或反之。
⑷实现一些诸如设备内部硬件缓冲存储（用做I/O数据缓冲）、数据加工、DMA等提高性能或增强功能的任务。
4．操作系统的定义？
它完成那四项工作？
答：
操作系统是一组系统软件的集成。
在用户程序运行和用户操作时，这组系统软件负责完成所有与硬件相关的和所有应用无关的基本工作，并解决工作中的效率和安全问题，为用户使用计算机系统，从最底层提供帮助和管理。
OS的工作：
负责所有程序的启动和结束、系统调用和中断、为基本操作提供现成的程序、并发技术等。
四、一个人事管理系统的主菜单如下：
①职工数据维护
②职工数据查询
③退出
设该系统有一个主程序（MP）和两个子程序（SP1和SP2，分别实现功能①和②）。
设这几部分的长度如下：
MP为60KB；SP1为50KB；SP2为56KB；覆盖驱动程序为10KB。
显然功能①和功能②是不会同时执行的。
试设计一个覆盖结构以保证该学生管理系统的正常运行。
答：
可定义3个覆盖：
①主程序MP，覆盖驱动程序；
②主程序MP，覆盖驱动程序，子程序SP1；
③主程序MP，覆盖驱动程序，子程序SP2。
这样，覆盖②只需要120KB，覆盖③只需要126KB。
五、有这样一个磁盘请求队列，所访问的磁道依次为98、183、37、122、14、124、65、67。
若读写磁头最初位于53道，分别按先来先服务调度算法（FCFS）和最短搜索优先调度算法（SSTF），写出对磁盘请求的响应顺序。
答：
FCFS：
98、183、37、122、14、124、65、67
SSTF：
65、67、37、14、98、122、124、183
六、页式存储管理的实现原理
答：
⑴将内存划分为等长的页面（物理页），各页面从0开始编号0、1、2、3……
⑵
将程序划分为与物理页等长的页（逻辑页），各程序的逻辑页均从0开始编号0、1、2、3……
⑶将程序的逻辑页装入内存中空闲的物理页。
⑷程序的逻辑页可不连续地装在内存的物理页中。
⑸逻辑地址结构为（p,d）其中p为逻辑页号，d为该逻辑地址在逻辑页中的偏移量。
⑹页模式分两种：
一是实存页模式，要求程序的所有逻辑页一次全部装入内存；另一是虚存页模式，程序不必全部装入内存。
作业题三参考答案：
一、名词解释
通道：
负责操纵I/O设备的、功能简单专用的、低速低性能的、低造价的专用处理机。
可抢先：
是指当前进程在其时间片未用满时就可被更高优先级的进程抢用CPU，自己则进入就绪态。
分时技术：
当时钟中断发生时且发现当前进程已连续在CPU上运行了一个时间片时，就强制地发生进程切换，使当前进程退出CPU，重新调度，选出另一进程得到CPU运行。
不可抢先：
是指除非自愿或时间片到，当前进程不可以被更高优先级的进程抢用CPU。
二、判断题（对的在括号内打√，错的打×）
1、一个设备的驱动程序是指所有与该设备的软件细节相关和设备相关的代码的集合。
（错）
2、批处理启动方式是由操作系统提供的。
（对）
3、进程调度算法中，轮转调度法的思想是：
系统赋予每个进程一段时间（时间片），允许它运行一个时间片。
若时间片结束，该进程还在运行，则它被强行撤出，CPU交给另一个进程。
（对）
4、进程调度算法中，最高响应比优先算法的响应比为：
1+等待时间/估计运行时间（对）
5、按设备的作用，可以将设备分为输入输出设备和字符设备。
（错）
三、填空题
1、作业是（操作级）用户在计算机上做某件事所需运行的若干（程序）的集合。
2．在进程调度算法中，优先级调度算法给每个（进程）赋予一个优先级，带有（最高优先级）的进程最先执行。
3、局部性原理是指（空间）局部性和（时间）局部性。
4．完全可抢先或内核完全可抢先是指无论（当前进程）处于用户态还是核心态时，都可以随时被抢用（CPU）。
5、DMA是指数据在（内存）与（I/O设备）间的直接成块传送。
四、简答题
1．按照是否完全可抢先及其程度，所有操作系统可分为哪几类？
主要区别？
答：
⑴完全不可抢先或用户态不可抢先：
当前进程无论在用户态或核心态时都不可以被抢用CPU；
⑵内核完全不可抢先：
当前进程在用户态时可以随时被抢用CPU，但当在核心态时则完全不可以被抢用CPU；
⑶内核部分可抢先：
当前进程在用户态时可以随时被抢用CPU，但当在核心态时则大部分时间都不可以被抢用CPU，而只在某些时刻点时可以被抢用CPU；
⑷完全可抢先或内核完全可抢先：
无论当前进程处于用户态还是核心态时，都可以随时被抢用CPU。
2．什么是线程？
线程的作用？
答:
线程（thread）是基于进程的一个运行单位。
线程的作用：
1）、线程模型提高了并行性和运行效率，减少等待时间，加快响应时间；减少实现开销，简化编程。
2）、线程也经常用于客户进程。
3）、有时使用线程模型仅仅是为了简化编程，而与并行、远程过程调用或通信都无关。
4）、在多处理机系统中，特别适合让同一地址空间中的多个线程并行地在多个CPU上执行，这也是在这类系统上共享的一种主要方式。
3．死锁产生的原因？
死锁产生的必要条件？
答：
引起死锁的原因：
①系统提供的资源数比进程要求的资源数少；
②不恰当的资源分配策略和并发进程的执行速度。
系统出现死锁时必须同时保持四个必要条件：
①互斥使用资源②占有且等待资源③非抢夺式分配④循环等待资源
4．CPU管理功能要完成的工作有哪些？
答：
1）启动程序执行；
2）处理程序结束工作；
3）提高对CPU的利用率,实现并发技术；
4）向用户程序提供与CPU使用相关的用户接口；
5）在多CPU硬件背景下负责多个CPU登录、分配和通讯等管理工作。
五、用PV操作实现生产者/消费者之间的同步
答：
定义两个信号量：
SP：
表示是否可以将记录存入缓冲器，由于缓冲器中只能放一个记录，所以SP的初值为1，表示允许存放一个记录。
SG：
表示缓冲中是否存有记录，初值为0，表示没有记录。
生产者和消费者的进程结构如下：
begin
Buffer:
integer;
SP,SG:
semaphore;
SP:
=1;SG=0;
cobegin
processproducer
begin
L1:
produceaproduct;
P（SP）;
Buffer:
=product;
V（SG）;
gotoL1
end;
processconsumer
begin
L2:
P（SG）;
takeaproduct;
V（SP）;
consume;
gotoL2
end;
coend;
end;
六、设某计算机系统中采用段页式内存管理，实际内存大小为4MB，每个程序的地址空间可达64MB，最多可达64段，页长4KB。
现有一程序中地址（1，1024）上的一条指令是“将寄存器A的内容送入内存地址（2，4098）”。
试分析它的访存过程，要求以十进行方式给出具体的逻辑地址和物理地址值。
进程段表和进程页表如下。
注意段号和页号都从0开始。
进程页表
5
66
88
888
9
18
16
99
999
818
918
6
89
666
55
…
…
进程页表
0
5
8
…
…
答：
程序逻辑地址26bit，段号6bit，页号8bit，页内位移12bit；物理地址22bit，访存两次：
取指一次，逻辑地址（1，1024），物理地址18*4096+1024=74652
写数一次，逻辑地址（2，4098），物理地址818*4096+2=3350530
作业题四参考答案：
一、名词解释
临界区：
使用互斥资源的代码。
并发：
是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间，且这几个程序都是在同一个处理机上运行，但任一时刻点上只有一个程序在处理机上运行。
缓冲：
凡是在通信问题中一方比另一方速度快时，为了速度匹配而引入比慢方快而与快方更匹配、但因各种局限性而不能完全代替慢方的中间层。
进程切换：
是指让一个进程暂退出CPU，而让另一个进程运行所需的工作。
二、判断题（对的在括号内打√，错的打×。
）
1、操作系统负责为用户和用户程序完成所有的硬件相关和应用无关的工作。
（对）
2、按设备的作用，可以将设备分为外存设备和块设备。
（错）
3、进程调度算法中，多重队列调度法的特点是：
不同的进程时间片不同；进程采用动态优先级；优先级与时间片是结合在一起的。
（对）
4、操作系统本身是以自启动方式启动的。
（对）
5、覆盖技术与动态装入技术的区别是：
采用动态装入的用户程序的所有子程序地址和位置在执行前都固定了、且连接好了；而采用覆盖的用户程序的子程序地址和位置是在装入时才确定并作连接的。
（错）
三、填空题
1、作业有（批处理）作业和（交互式）作业两种类型。
2、通道接其工作的并行程度可以分为3种类型：
（选择）、（多路）和（成组多路）。
3、内核完全不可抢先是指当前进程在（用户态）时可以随时被抢用CPU，但当在（核心态）时则完全不可以被抢用CPU。
4、磁臂调度算法主要两个方面的考虑：
首先要根据访盘要求所访问的磁道按照某种标准对这些要求排序，旨在减少寻道时间，称为（磁臂调度）；其次对同一磁道的多个要求按扇区顺序排队，旨在减少延迟时间，称为（扇区排队）。
5．在进程调度算法中，（先来先服务算法）只考虑了每个作业的等待时间，而未考虑执行时间的长短；（短作业优先调度算法）只考虑了作业执行时间的长短，而未考虑等待时间的长短。
（最高响应比优先调度算法）则同时考虑了作业的执行时间和等待时间。
四、简答题
1．进程与程序的主要区别是什么？
答：
①进程是动态的；程序是静态的。
②程序仅仅是外存的可执行目标程序的代码文件；进程不仅包含所执行的程序代码，还包含所处理的静态、动态数据与信息。
③多个进程可以执行同一个程序（处理不同的数据）。
④一个进程中不能同时执行多个程序（顺序进程）。
⑤进程概念是针对有并发技术的系统，不用于单任务。
⑥程序可以指源程序，也可以指可执行目标程序；进程只针对可执行目标程序。
2．采用DMA方式读磁盘的过程。
答：
用DMA时，除去块的地址外，CPU还给控制器两项信息：
块要去的存储地址和待转移的字节数。
在把整个块从设备读进它的缓冲区并且校验后，控制器按照DMA存储器地址，把第一个字节写入主存。
然后，它用刚刚传送的字节数增加DMA的地址，并减少DMA的计数。
此过程一直重复到DMA计数等于0为止，此刻控制器才引发一个中断。
当OS来处理中断时，块已经在内存中了。
3．操作系统、文件系统、文件子系统间的关系？
答：
⑴OS与文件系统间是一对一的关系，即一个OS只有一个文件系统，一个文件系统只属于一个OS。
⑵一个文件系统中可以有一到多个文件子系统。
⑶由于可装卸的便携外存介质的存在，一个文件子系统可属于不同的OS。
4．通道的工作过程？
答：
⑴操作系统根据每次I/O操作请求动态产生通道程序，放在主机内存或下载到通道内存；
8、（4分）：
⑵CPU以专用通道I/O指令，向通道发出通道程序地址和启动信息，或将通道程序地址和启动信息由操作系统放在I/O控制块队列中由通道程序自取；
⑶通道执行通道程序，独立控制I/O操作的进行；
⑷通道程序执行结束后，向CPU发完成中断信号，以通知CPU本次I/O操作完成。
五、举例说明页式存储管理的地址变换过程。
答：
六、一个可执行目标程序中的一条指令：
“将内存地址ABCD的内容写至内存地址DCBA”（十六进制）。
在段页式虚存模式下，计算机实际存取的内存物理地址。
页长4KB，每段最大4页。
注意页表和段表都从0号起计数，除特别说明，数字都是十进制的。
内存页表
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
进程段表
页表起址实际段长
（十六进制）
01666
21888
43000
83CCC
……
……
（0为空闲）
答：
因页长4KB，故逻辑地址低12位为页内位移。
因最大段长4页，故逻辑地址中2位（右低0起12—13位）为段内页号。
ABCD共16位，故其高2为段号，A为1010，故段号为10，即2号段（第3段）。
段内页号为10，即2号页（第3页）。
同理，DCBA中，D为1101，故段号为11，即3号段（第4段）。
段内页号为01，即1号页（第2页）。
查表得，ABCD的物理页为128，故物理地址为128+BCD。
DCBA的物理页为-1，分得空闲页6后调入，物理地址为6+CBA。
作业题五参考答案：
一、名词解释
空间局部性：
对一个程序的所有代码和数据而言，在任一时间或任一时间段，通常都只用到其中的一小部分甚至极小一部分。
作业：
是操作级用户在计算机上做某件事所需运行的若干程序的集合。
完全可抢先：
是指在任何时间，不管当前进程处于用户态还是核心态，都可以随时被更高优先级的进程抢用CPU。
磁臂调度：
是指当同时有多个访盘要求在等待时，对这些要求的顺序的确定安排或调整，旨在减少平均磁盘服务时间。
二、判断题（对的在括号内打√，错的打×）
1、操作系统负责为用户和用户程序完成所有的硬件无关和应用相关的工作。
（错）
2、操作系统本身是以自启动方式启动的。
（对）
3、在进程调度算法中，短作业优先调度算法最先执行占用CPU时间最短的进程。
最短的进程第一个执行总是产生最小的平均响应时间。
（对）
4、在内存管理中，动态连接并装入是指一个子程序只有在被调用到时才确定内存位置、连接并装入内存。
（对）
5、进程通信时，Send原语的作用是从指定的信箱中取出一封信件，存放在指定的位置。
（错）
三、填空题
1．计算机系统中的外部设备，按其是否可并发共享使用，分为（独占设备）和（共享设备）。
2．一个设备的驱动程序是指所有与该设备的（硬件）细节相关和设备相关的（代码）的集合。
3．在进程调度算法中，先来先服务算法是指在所有（就绪进程）中，最先进入就绪态的进程，则最先进入（运行态）。
4、磁臂调度算法主要两个方面的考虑：
首先要根据访盘要求所访问的磁道按照某种标准对这些要求排序，旨在减少（寻道时间），称为磁臂调度；其次对同一磁道的多个要求按扇区顺序排队，旨在减少（延迟时间），称为扇区排队。
5、采用（银行家算法）分配资源时，测试进程对资源的最大需求量，若系统现存的资源可以满足它的最大需求量时，就满足进程的当前申请，否则就推迟分配。
这样可以避免死锁。
6、在内存管理各种模式中，内存利用率最高的是（页式）模式；动态扩充实现得最好的（支持大而稀疏内存使用的页式）；保护和共享实现的最好的是（段式）和（段页式）。
四、简答题
1．文件的本质定义？
及其注意的问题？
答：
文件是OS提供的、在用户观点中其内容具有连续顺序关系的最大外存逻辑数据空间。
注意的问题：
四个注意的问题：
OS提供的、连续顺序关系、最大、空间
2．简述用DMA方式读磁盘的过程。
答：
⑴用DMA时，除去块的地址外，CPU还给控制器两项信息：
块要去的存储地址和待转移的字节数。
⑵在把整个块从设备读进它的缓冲区并且校验后，控制器按照DMA存储器地址，把第一个字节写入主存。
⑶然后，它用刚刚传送的字节数增加DMA的地址，并减少DMA的计数。
⑷此过程一直重复到DMA计数等于0为止，此刻控制器才引发一个中断。
⑸当OS来处理中断时，块已经在内存中了。
3．相关临界区的关系要求。
答：
⑴一次至多一个进程能够进入临界区，当有进程在临界区执行时，其它想进入临界区执行的进程必须等待；
⑵不能让一个进程无限制地在临界区执行，即任何一个进入临界区的进程必须在有限的时间内退出临界区；
⑶不能强迫一个进程无限地等待进入它的临界区，
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