计算机操作系统第四版18章课后答案全.docx

1、计算机操作系统第四版18章课后答案全计算机操作系统(第四版)1-8章-课后答案(全)第一章 操作系统引论1.设计现代OS的主要目标是什么答：方便性，开放性，有效性，可扩充性的作用可表现在哪几个方面答：OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口；OS作为计算机系统资的管理者；OS实现了对计算机资源的抽象。3.为什么说操作系统实现了对计算机资源的抽象答：OS首先在裸机上覆盖一层1/0设备管理软件，实现了对计算机硬件操作的第一层次抽象；在第一层软件上再覆盖文件管理软件，实现了对硬件资源操作的第二层次抽象。0s通过在计算机硬件上安装多层系统软件，增强了系统功能，隐藏了对硬件操作的细节，由它们共同实现了对计

2、算机资源的抽象。4说明推动分时系统形成和发展的主要动力是什么答：主要动力是提高资源利用率和系统吞吐里，为了满足用户对人一机交互的需求和共享主机。5.何谓脱机I/O和联机I/O答：脱机1/0是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机，在外围机的控制下，把纸带或一片上的数据或程序输入到殖带上。该方式下的输入输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进行的。而耽机1/0方式是指程序和数据的輸入输出都是在主机的直接控制下进行的。6.试说明推动分时系统形成和发展的主要动力是什么答：推动分时系统形成和发展的主要动力是更好地满足用户的需要。主要表现在：CPU的分时使用缩短了作业的平均周转

3、时间；人机交互能力使用户能直接控制自己的作业；主机的共享使多用户能同时使用同一台计算机，独立地处理自己的作业。7.实现分时系统的关键问题是什么应如何解决答：关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及寸接收并及时处理该命令，在用户能接受的时采内将结果返回给用户。解决方法：针对及时接收问题，可以在系统中设路多路卡，健主机能同时接收用户从各个终端上轮入的数据；为每个终端配路缓冲区，暂存用户捷入的命令或教据。针对反时处理问题，应便所有的用户作业都直接进入内存，并且为每个作业分配一个时间片，允许作业只在自己的时间片内运行，这样在不长的时间内，能使每个作业都运行一次。8.为什么要引入实时OS答：

4、实时操作系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。引入实时OS是为了满足应用的需求，熏好地满足实时控制领域和实时信息处涯领域的需要。9.什么是硬实时任务和款实时任务试举例说明。答：硬实时任务是指系统必须满足任务对截止时间的要求，否则可能出现难以预测的结是。举例来说，运载火箭的控制等。软实时任务是指它的截止时间并不严格，偶尔错过了任务的截止时间，对系统产生的影响不大。举例：网页内容的更新、火车售票系统。10.试从交互性、及时性以及可靠性方面，将分时系统与实时系统进行比较。答：（1）及时性：实时信息处理系统对实时性的要求与分时系统类似

5、，都是以人所能受的等待时间来确定；而实时控制系统的及时性，是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的，一般为秒级到毫秒级，甚至有的要低于100微妙。（2）交互性：实时信息处理系统具有交互性，但人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。不像分时系统那样能向终端用户提供数据和资源共享等服务。（3）可靠性：分时系统也要求系统可靠，但相比之下，实时系统则要求系统具有高度的可靠性。因为任何差错都可能带未巨大的经济损失，甚至是灾难性后，所以在实时系统中，往往都采取了多级容结措施保障系统的安全性及数据的安全性。有哪几大特征其最基本的特征是什么答：并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本

6、特征；景基本的特征是并发性12.在多道程序技术的OS环境下的资源共享与一般情况下的资源共享有何不同对独占资源应采取何种共享方式答：一般情况下的资源共享只是说明某种资源能被大家使用，只要经过适当的安排，用户之间并不会产生对资源的竞争，因此资源管理是比较简单的。而os环境下的资源共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用，这里在宏观上既限定了时间，也限定了地点，其管理要复杂的多，因为系统中的资源远少于多道程序需求的总和，会形成对共享资源的争夺。对独占资源应该采取互斥共享方式。13什么是时分复用技和举例说明它能提高资源利用率的根本原因是什么答：时分复用技术：将资源在不同的时间片内分配给

7、各进程以使该资源被重复利用，从而提高资源的利用率。如采用时分复用技术的虚拟处理机，能够在不同的时间片内处理多个用户的请求，从而使得用户感觉自己独占主机，而处理机在这期间也被充分的利用。14.是什么原因使操作系统具有异步性特征答：在多道、单处理机环境下，内存中的每个进程在何时能获得处理机运行，何时又因提出某种资源请求而暂停，以及进程以怎样的速度向前推进，每道程序总共需多少时间才能完成，等等，都是不可预知的。或者说，进程是以人们不可预知的速度向前推进，此即进程的异步性。操作系统在单处理机环境下通过处理机管理而实现多道功能，这就造成了操作系统的异步性特征。15.处理机管理有哪些主要功能它们的主要任务

8、是什么答：处理机管理的主要功能是：进程管理、进程同步、进程通信和处理机调度（1）进程管理：为作业创建进程，撤销已结束进程，控制进程在运行过程中的状态转换（2）进程同步：为程（）的运行进行协调（3）进程通信：用来实现在相互合作的进程之间的信息交换（4）处理机调度：0作业调度：从后备队里按照一定的算法，选出若干个作业，为他们分配运行所需的资源，首选是分配内存进程调度：从进程的就绪队列中，按照一定算法选出一个进程把处理机分配给它，并设置运行现场，使进程投入执行。16.内存管理有哪些主要功能他们的主要任务是什么答：内存管理的主要功能有：内存分配、内存保护、地址映射和内存扩充。内存分配：为每道程序分配内

9、存。内存保护：确保每道用户程序都只在自己的内存空间运行，彼此互不干扰地址映射：将地址空间的逻辑地址转换为内存空间与对应的物理地址。内存扩充：用于实现请求调用功能、置换功能等。17.设备管理有哪些主要功能其主要任务是什么答：主要功能有：缓冲管理、设备分配和设备处理以及虚拟设备等。主要任务：完成用户提出的1/0请求、为用户分配1/0设备、提高CPU和1/0设备的利用率、提高I/O速度以及方便用户使用1/0设备。18.文件管理有哪些主要功能其主要任务是什么答：文件管理主要功能：文件存储空间的管理、目录管理、文件的读/写管理和保护。文件管理的主要任务：管理用户文件和系统文件、方便用户使用、保证文件安全

10、性。19.试说明推动传统OS演变为现代OS的主要因素是什么答：系统安全、网络的功能和服务、支持多媒体。20.什么是微内核OS 答：足够小的内核；基于客户服务器模式；应用机制与策略分离原理；采用面向对象技术。 21.微内核的操作系统有哪些优点它为何能有这些优点 答；a提高了系统的可扩展性；b增强了系統的可靠性；c可移植性；d易子改編应用軟件。 22.现代操作系統较之传统操作系統又增强了哪些功能和特征 答：进程管理、低級存储器管理。中斷和陷入处理。23.在微内核OS中，为什么要采用客户服务器模式 答：CS有独特的优点：数据的分布和存储；便于集中管理；灵活性和叮扩充性；易于改编应用软件。 24.在基

11、于微内核结构的OS中，应用了哪些技术 答：在基于微内核的OS中采用了面向对象的程序设计技术。25.何谓微内核技术在微内核中通常提供了哪些功能 答：把操作系統中更多的成分和功能放到更高的层次（即用户模式）中去运行，而留下一个尽量小的内核，用它来完成操作系统最基本的核心功能，称这种技术为微内核技术，在微内核中通常提供了进程管理，低級存储器管理，中斯和陷入处理等功能。第二章 进程的描述与控制1.什么是前趋图为什么要引入前趋图 答：前趋图(Precedence Graph)是一个有向无循环图，记为DAG(DirectedAcyclicGraph)，用于描述进程之间执行的前后关系。 2.试画出下面四条语

12、句的前驱图：S1:2=x+;s2:b=z+1;s3:c=a-b;S4: w=c+1:3. 什么程序并发执行会产生间断性特征 答：程序在并发执行时，由于它们共享系统资源，为完成同一项任务需要相互合作，致使这些并发执行的进程之间，形成了相互制约关系，从而使得进程在执行期间出现间断性。 4程序并发执行时为什么会失去封闭性和可再现性 答：程序并发执行时，多个程序共享系统中的各种资源，因而这些资源的状态由多个程序改变，致使程序运行失去了封闭性，也会导致其失去可再现性。5在操作系统中为什么要引入进程概念它会产生什么样的影响 答：为了使程序在多道程序环境下能并发执行，并对并发执行的程加以控制和描述，在操作系

13、统中引入了进程概念。影响: 使程序的并发执行得以实行。 6试从动态性，并发性和独立性上比较进程和程序 答：(1)动态性是进程最基本的特性，表现为由创建而产生，由调度而执行，因不到资源而暂停执行，由撤销而消亡。进程有一定的生命期，而程序只是一组有序的指令集合，是静态实体。(2)并发性是进程的重要特征，同时也是OS 的重要特征。引入进程的目的正是为了使其程序能和其它进程的程序并发执行，而程序是不能并发执行的。(3)独立性是指进程实体是一个能独立运行的基本单位，也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位。对于未建立任何进程的程序，不能作为独立单位参加运行。 7试说明PCB 的作用，为什么说PCB 是

14、进程存在的惟一标志 答：PCB 是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序，成为一个能独立运行的基本单位，成为能与其它进程并发执行的进程。OS是根据PCB对并发执行的进程进行控制和管理的。 提供了进程管理和进程调度所需要的哪些信息 答：进程标识符、处理机状态、进程调度信息、进程控制信息。9.进程控制块的组织方式有哪几种 答：组织方式有三种：线性方式，链接方式，索引方式。 10.何谓操作系统内核内核的主要功能是什么 答：操作系统内核是指大多数操作系统的核心部分。它由操作系统中用于管理存储器、文件外设和系统资源的那些部分组成。操作系统内核

15、通常运行进程，并提供进程间的通信。 11.试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因。 答： （1）就绪状态执行状态：进程分配到CPU资源（2）执行状态就绪态：时间片用完（3）执行状态阻塞状态：I/O请求（4）阻塞状态就绪状态：I/O完成 12.为什么要引入挂起状态该状态有哪些性质 答：引入挂起状态处于五种不同的需要: 终端用户需要，父进程需要，操作系统需要对换需要和负荷调节需要。处于挂起状态的进程不能接收处理机调度。 13.在进行进程切换时，所要保存的处理机状态信息有哪些 答：进行进程切换时，所要保存的处理机状态信息有：（1）进程当前暂存信息（2）下一指令地址信息（3）进程状态信息（4）过程

16、和系统调用参数及调用地址信息。 14.试说明引起进程创建的主要事件。 答：引起进程创建的主要事件有：用户登录、作业调度、提供服务、应用请求。 15.试说明引起进程被撤销的主要事件。 答：引起进程被撤销的主要事件有：正常结束、异常结束（越界错误、保护错、非法指令、特权指令错、运行超时、等待超时、算术运算错、I/O 故障）、外界干预（操作员或操作系统干预、父进程请求、父进程终止）。16.在创建一个进程时所要完成的主要工作是什么答：（1）OS 发现请求创建新进程事件后，调用进程创建原语Creat()；（2）申请空白PCB；（3）为新进程分配资源；（4）初始化进程控制块；（5）将新进程插入就绪队列.1

17、7在撤销一个进程时所要完成的主要工作是什么答：（1）根据被终止进程标识符，从PCB 集中检索出进程PCB，读出该进程状态。（2）若被终止进程处于执行状态，立即终止该进程的执行，置调度标志真，指示该进程被终止后重新调度。（3）若该进程还有子进程，应将所有子孙进程终止，以防它们成为不可控进程。（4）将被终止进程拥有的全部资源，归还给父进程，或归还给系统。（5）将被终止进程PCB 从所在队列或列表中移出，等待其它程序搜集信息。18试说明引起进程阻塞或被唤醒的主要事件是什么答：a. 请求系统服务；b. 启动某种操作；c. 新数据尚未到达；d. 无新工作可做.19为什么要在OS 中引入线程答：在操作系统

18、中引入线程，则是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销，使OS具有更好的并发性，提高CPU的利用率。进程是分配资源的基本单位,而线程则是系统调度的基本单位。20试说明线程具有哪些属性答：（1)轻型实体（2）独立调度和分派的基本单位（3）可并发执行（4）共享进程资源。21.试从调度性、并发性、拥有资源及系统开销方面对进程和线程进行比较。答：（1）调度性。线程在OS 中作为调度和分派的基本单位，进程只作为资源拥有的基本单位。（2）并发性。进程可以并发执行，一个进程的多个线程也可并发执行。（3）拥有资源。进程始终是拥有资源的基本单位，线程只拥有运行时必不可少的资源，本身基本不拥有系统资源，但可以访

19、问隶属进程的资源。（4）系统开销。操作系统在创建、撤消和切换进程时付出的开销显著大于线程。22.线程控制块TCB中包含了哪些内容 答：一般TCB中的内容较少，因为有关资源分配等多数信息已经记录于所属进程的PCB中.TCB中的主要信息包括线程标识、线程状态、调度参数、现场、链接指针，其中现场信息主要包括通用寄存器、指令计数器PC以及用户栈指针，对于操作系统支持的线程，TCB中还应包含系统栈指针。23.何谓用户级线程和内核支持线程答：（1）用户级线程：仅存在于用户空间中的线程，无须内核支持。这种线程的创建、撤销、线程间的同步与通信等功能，都无需利用系统调用实现。用户级线程的切换通常发生在一个应用进

20、程的诸多线程之间，同样无需内核支持。（2）内核支持线程：在内核支持下运行的线程。无论是用户进程中的线程，还是系统线程中的线程，其创建、撤销和切换等都是依靠内核，在内核空间中实现的。在内核空间里还为每个内核支持线程设置了线程控制块，内核根据该控制块感知某线程的存在并实施控制。24.试说明用户级线程的实现方法。答：用户级线程是在用户空间中的实现的，运行在“运行时系统”与“内核控制线程”的中间系统上。运行时系统用于管理和控制线程的函数的集合。内核控制线程或轻型进程LWP可通过系统调用获得内核提供服务，利用LWP进程作为中间系统。25.试说明内核支持线程的实现方法。答：系统在创建新进程时，分配一个任务

21、数据区PTDA，其中包括若干个线程控制块TCB空间。创建一个线程分配一个TCB，有关信息写入TCB，为之分配必要的资源。当PTDA中的TCB 用完，而进程又有新线程时，只要所创建的线程数目未超过系统允许值，系统可在为之分配新的TCB；在撤销一个线程时，也应回收线程的所有资源和TCB。26.多线程模型有哪几种类型多对一模型有何优缺点 答：链接：多对一模型、一对一模型和多对多模型。 多对一模型的主要缺点在于，如果一个线程在访问内核时发生阻塞，则整个进程都会被阻塞；此外，在任一时刻，只有一个线程能够访问内核，多个线程不能同时在多个处理机上运行。第三章 处理机调度与死锁1.高级调度与低级调度的主要任务

22、是什么为什么要引入中级调度答：高级调度的主要任务是根据某种算法，把外存上处于后备队列中的那些作业调入内存。低级调度是保存处理机的现场信息，按某种算法先取进程，再把处理器分配给进程。引入中级调度的主要目的是为了提高内存利用率和系统吞吐量。使那些暂时不能运行的进程不再占用内存资源，将它们调至外存等待把进程状态改为就绪驻外存状态或挂起状态。2.处理机调度算法的共同目标是什么批处理系统的调度部目标又是什么答：答：共同目标：资源利用率，公平性，平衡性，策略强制执行。批处理系统的调度目标：平均周转时间短，系统吞吐量高，处理机利用率高。3.何谓作业、作业步和作业流答：作业包含通常的程序和数据，还配有作业说明

23、书。系统根据该说明书对程序的运行进行控制。批处理系统中是以作业为基本单位从外存调入内存。作业步是指每个作业运行期间都必须经过若干个相对独立相互关联的顺序加工的步骤。作业流是指若干个作业进入系统后依次存放在外存上形成的输入作业流；在操作系统的控制下，逐个作业进程处理，于是形成了处理作业流。4.在什么情况下需要使用作业控制块JCB其中包含了哪些内容答：每当作业进入系统时，系统便为每个作业建立一个作业控制块JCB，根据作业类型将它插入到相应的后备队列中。JCB 包含的内容通常有：1) 作业标识2)用户名称3)用户账户4)作业类型（CPU繁忙型、I/O芳名型、批量型、终端型）5)作业状态6)调度信息（

24、优先级、作业已运行）7)资源要求8)进入系统时间9) 开始处理时间10)作业完成时间11) 作业退出时间12) 资源使用情况等5.在作业调度中应如何确定接纳多少个作业和接纳哪些作业答:作业调度每次接纳进入内存的作业数，取决于多道程序度。应将哪些作业从外存调入内存，取决于采用的调度算法。最简单的是先来服务调度算法，较常用的是短作业优先调度算法和基于作业优先级的调度算法。6.为什么要引入高响应比优先调度算法它有何优点答：在批处理系统中，FCFS算法所考虑的只是作业的等待时间，而忽视了作业的运行时间。而SJF算法正好与之相反，只考虑作业的运行时间，而忽视了作业的等待时间。高响应比优先调度算法则是既考

25、虑了作业的等待时间，又考虑作业运行时间的调度算法，因此既照顾了短作业，又不致使长作业的等待时间过长，从而改善了处理机调度的性能。7.试说明低级调度的主要功能。答：（1）保存处理机的现场信息（2）按某种算法选取进程（3）把处理机分配给进程。8在抢占调度方式中，抢占的原则是什么答：抢占的原则有：时间片原则、优先权原则、短作业优先权原则等。9在选择调度方式和调度算法时，应遵循的准则是什么答：（1）面向用户的准则：周转时间短、响应时间快、截止时间的保证、优先权准则。（2）面向系统的准则：系统吞吐量高、处理机利用率好、各类资源的平衡利用。10在批处理系统、分时系统和实时系统中，各采用哪几种进程（作业）调

26、度算法答：批处理系统的调度算法：短作业优先、优先权、高响应比优先、多级反馈队列调度算法。分时系统的调度算法：时间片轮转法。实时系统的调度算法：最早截止时间优先即EDF、最低松弛度优先即LLF算法。11何谓静态和动态优先级确定静态优先级的依据是什么答：静态优先级是指在创建进程时确定且在进程的整个运行期间保持不变的优先级。动态优先级是指在创建进程时赋予的优先权，可以随进程推进或随其等待时间增加而改变的优先级，可以获得更好的调度性能。确定进程优先级的依据：进程类型、进程对资源的需求和用户要求。12试比较FCFS和SPF两种进程调度算法。答：相同点：两种调度算法都可以用于作业调度和进程调度。不同点：F

27、CFS调度算法每次都从后备队列中选择一个或多个最先进入该队列的作业，将它们调入内存、分配资源、创建进程、插入到就绪队列。该算法有利于长作业/进程，不利于短作业/进程。SPF算法每次调度都从后备队列中选择一个或若干个估计运行时间最短的作业，调入内存中运行。该算法有利于短作业/进程，不利于长作业/进程。13在时间片轮转法中，应如何确定时间片的大小答：时间片应略大于一次典型的交互需要的时间。一般应考虑三个因素：系统对相应时间的要求、就绪队列中进程的数目和系统的处理能力。14通过一个例子来说明通常的优先级调度算法不能适用于实时系统答：实时系统的调度算法很多，主要是基于任务的开始截止时间和任务紧急/松弛

28、程度的任务优先级调度算法，通常的优先级调度算法不能满足实时系统的调度实时性要求而不适用。15为什么说多级反馈队列调度算法能较好地满足各方面用户的需求答：（1）终端型作业用户提交的作业大多属于较小的交互型作业，系统只要使这些作业在第一队列规定的时间片内完成，终端作业用户就会感到满足。（2）短批处理作业用户，开始时像终端型作业一样，如果在第一队列中执行一个时间片段即可完成，便可获得与终端作业一样的响应时间。对于稍长作业，通常只需在第二和第三队列各执行一时间片即可完成，其周转时间仍然较短。（3）长批处理作业，它将依次在第1，2，n个队列中运行，然后再按轮转方式运行，用户不必担心其作业长期得不到处理。

29、所以，多级反馈队列调度算法能满足多用户需求。16.为什么说传统的调度算法都不能算是公平的调度算法 答：传统的几种调度算法，都只能满足单条调度需求,对其他则不满足，如FCFS不利于短作业和IO型作业；SJF则不利于长作业和紧迫作业的运行；PSA不利于优先权低的作业;RR不利于紧迫作业。17.保证调度算法是如何做到调度的公平性的 答：保证调度算法是另外一种类型的调度算法，它向用户所做出的保证并不是优先运行，而是明确的性能保证，该算法可以做到调度的公平性。一种比较容易实现的性能保证是处理机分配的公平性。如果在系统中有n个相同类型的进程同时运行，为公平起见，须保证每个进程都获得相同的处理机时间1/n。

30、18.公平分享调度算法又是如何做到调度的公平性的 答： 在公平分享调度算法中，调度的公平性主要是针对用户而言，使所有用户能获得相同的处理机时间，或所要求的时间比例。19为什么在实时系统中，要求系统（尤其是CPU）具有较强的处理能力答：实时系统中通常有着多个实时任务。若处理机的处理能力不够强，有可能因为处理机忙不过来而使某些实时任务得不到及时处理，导致发生难以预料的后果。20.按调度方式可将实时调度算法分为哪几种 答：按调度方式不同，可分为非抢占调度算法和抢占调度算法两种。21.什么是最早截止时间优先调度算法，请举例说明之。答：根据任务的开始截止时间确定的任务优先级调度算法。截止时间越早则优先级

31、越高。该算法要求在系统中保持一个实时任务就绪队列，该队列按各任务截止时间的先后排序。22.什么是最低松弛度优先调度算法，请举例说明之。答：该算法是根据任务的紧急（或松弛）程度，来确定任务的优先级。任务的紧急程度越高，为该任务所赋予的优先级就越高，以使之优先执行。例如，一个任务在200ms时必须完成，而它本身所需的运行时间就有100ms，因此，调度程序必须在100ms之前调度执行，该任务的紧急程度（松弛程度）为100ms。又如，另一任务在400ms时必须完成，它本身需要运行150ms，则其松弛程度为250ms。最早截止时间优先调度算法：任务要求的截止时间越早，其优先级就越高。最低松弛度优先调度算

32、法：任务的紧急程度越高，其优先级就越高。23.何谓“优先级倒置”现象，可采取什么方法来解决答：当前0S广泛采用优先级调度算法和抢占方式，然而在系统中存在着影响进程运行的资源而可能产生“优先级倒置”的现象，即高优先级进程（或线程）被低优先级进程（或线程）延迟或阻塞。24.试分别说明可重用资源和可消耗资源的性质。 答： 可重用性资源：每一个可重用性资源中的单元只能分配给一个进程使用，不允许多个进程共享。进程在使用可重用性资源时，须按照这样的顺序：请求资源、使用资源、释放资源。系统中每一类可重用性资源中的单元数目是相对固定的，进程在运行期间既不能创建也不能删除它。可消耗性资源：每一类可消耗性资源的单元数目在进程运行期间是可以不断变化的，有时它可以有许多，有时可能为0。进程在运行过程中，可以不断创造可消耗性资源的单元，将它们放入该资源类的缓冲区中，以增加该资源类的单元数目。进程在运行过程中，可以请求若干个可消耗性资源单元，用于进程自己的消耗，不再将它们返回给该资源类中。25.试举例说明竞争不可抢占资源所引起的死锁。答：例如，系统中有两个进程P1和P2，它们都准备写两个文件F1和F2，