操作系统第5章练习题.doc

第5章 设备管理5.1 典型例题解析【例1】为什么要在操作系统中引入缓冲？答：缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制。提高CPU和I/O设备的并行性。【例2】设备控制器的主要功能是什么？答：设备控制器的主要功能是控制一个或多个I/O设备，以实现I/O设备和计算机之间的数据交换。它是CPU和I/O设备之间的接口，它接收从CPU发出的命令，并控制I/O设备工作。设备控制器主要完成以下功能：接收和识别命令。接收从CPU发来的命令，并识别这些命令。数据交换。指实现CPU与设备控制器之间、控制器与设备之间的数据交换。地址识别。系统中每一个设备都有一个地址，设备控制器必须能够识别它所控制的每个设备的地址。标识和报告设备的状态。控制器应记下设备的状态供CPU了解。数据缓冲。由于I/O设备的速度较低而CPU和内存的速度较高，故在控制器中可以设置一缓冲。以缓和I/O设备和CPU、内存之间的速度矛盾。差错控制。设备控制器还兼管对由I/O设备传来的数据进行差错检测。【例3】什么是设备驱动程序？设备驱动程序的主要功能是什么？答：设备驱动程序是I/O进程与设备控制器之间的通信程序。设备驱动程序的主要功能如下：将接收到的抽象要求转换为具体要求。检查用户I/O请求的合法性，了解I/O设备的状态，传递有关参数，设置设备的工作方式。发出I/O命令，启动分配到的I/O设备，完成指定的I/O操作。及时响应由控制器或通道发来的中断请求，并根据其中断类型（正常、异常结束的中断或其他类型中断）调用相应的中断处理程序进行处理。对于设置有通道的计算机系统，驱动程序还应能够根据用户的I/O请求，自动地构成通道程序。【例4】什么叫设备独立性？怎么实现设备独立性？答：设备独立性的含义是：应用程序独立于具体使用的物理设备。为了实现设备的独立性，在操作系统中引入了逻辑设备名和物理设备名两个概念。在实现了设备独立性的系统中，I/O进程申请设备是以逻辑设备名申请的。【例5】设备分配算法有哪些？答：在设备管理中设备的分配算法比较简单，主要有两种算法：先来先服务算法。当有多个进程申请一个设备时，该算法根据进程申请设备的先后次序，将这些进程排列成一个设备请求队列，设备分配程序总是把设备首先分配给队首进程。优先权高者优先算法。这种算法中，系统首先把设备分配给优先权高的进程，使高优先权的进程能够尽快完成。对于同优先权的进程，系统按照先来先服务的方法分配设备。【例6】什么是Spooling技术？Spooling系统有哪几部分组成？答：Spooling技术是一种虚拟设备技术，它可以把一台独占设备改造为虚拟设备，在进程所需的物理设备不存在或被占用的情况下，使用该设备。Spooling技术是对脱机输入、输出系统的模拟，所以又叫作假脱机操作。Spooling系统主要有以下三部分组成：输入井和输出井、输入缓冲区和输出缓冲区、输入进程和输出进程。5.2 练习题及答案一、选择题1（）是操作系统中采用的以空间换时间的技术。A、缓冲技术 B、并行技术C、通道技术 D、虚拟存储技术2CPU输出数据的速度远远高于打印机的打印速度，为解决这一矛盾，可采用（）。A、并行技术 B、通道技术C、缓冲技术 D、虚拟存储技术3为了使多个进程能有效地同时处理输入和输出，最好使用_结构的缓冲技术。 A、缓冲池B、闭缓冲区环 C、单缓冲区 D、双缓冲区 答：A 4缓冲技术中的缓冲池在（）中A、外存 B、内存C、ROM D、寄存器5通道又称I/O处理机，它用于实现（）之间的信息传输。A、主存与外设 B、CPU与外设C、主存与外存 D、CPU与外存6通道是一种（）A、I/O断口 B、共享文件C、I/O专用处理器 D、数据通道7_用作连接大量的低速或中速I0设备。 A、数据选择通道 B、字节多路通道 C、数据多路通道D、字节选择通道 答；B 8在操作系统中，_指的是一种硬件机制。 A、通道技术B、缓冲池 C、SPOOLING技术D、内存覆盖技术 答：A 9通过硬件和软件的功能扩充，把原来独占的设备改造成若干用户共享的设备，这种设备称为（）。A、存储设备 B、系统设备C、虚拟设备 D、用户设备10对于磁盘来说，输入输出操作的信息传送单位为（）。A、字节 B、字C、文件 D、块11_是直接存取的存储设备。 A、磁盘B、磁带 C、打印机D、键盘显示终端 12按_分类可将设备分为块设备和字符设备。 A、从属关系B、操作特性 C、共享属性D、信息交换单位 13设备管理程序对设备的管理是借助一些数据结构来进行的，下面的（）不属于设备管理的数据结构。A、DCT B、JCBC、COCT D、CHCT14（）算法是设备分配常用的一种算法。A、短作用优先 B、最佳适应C、首次适应 D、先来先服务15下列设备不属于系统设备的是（）A、鼠标 B、键盘C、扫描仪 D、磁盘系统设备：指在操作系统生成时已登记于系统中的标准设备。如键盘、鼠标、磁盘等。用户设备：指在系统生成时未登入系统的非标准设备。通常这类设备是由用户提供的，用户必须用某种方式把这类设备交给系统统一管理。如绘图仪、扫描仪等。16如果I/O设备与存储设备进行数据交换不经过CPU来完成，这种数据交换方式是（）。A、中断方式 B、无条件存取方式C、DMA方式 D、程序查询方式17在采用SPOOLING技术的系统中，用户的打印数据首先被送到（）。A、打印机 B、磁盘的输入井C、磁盘的输出井 D、终端18. 在一般大型计算机系统中，主机对外围设备的控制可通过通道、控制器和设备三个层次来实现。下面的叙述中哪一条正确的（）。A、控制器可控制通道，设备在通道控制下工作 B、通道控制控制器，设备在控制器控制下工作C、通道和控制器分别控制设备 D、控制器控制通道和设备的工作19. 假定把磁盘上一个数据块中的信息输入到一单缓冲区的时间T为100s，将缓冲区中的数据传送到用户区的时间M为50s，而CPU对这一块数据进行计算的时间C为50s。这样，系统对每一块数据的处理时间为（）；如果将单缓冲改为双缓冲，则系统对每一块数据的处理时间为（）。A、50µs B、100µsC、150µs D、200µs20. 下列算法中，用于磁盘调度的是（）A、时间片轮转B、LRUC、最短寻道时间优先D、优先级高者优先21下列那种磁盘调度算法不存在“磁臂粘着”现象（ ）。A、SSTFB、SCANC、FSCAND、CSCAN22. 如果有多个中断同时发生，系统将根据中断优先级响应优先级最高的中断请求。若要调整中断事件的响应次序，可以利用_。 A. 中断向量 B中断嵌套 C. 中断响应 D中断屏蔽 二、填空题1I/O控制方式的发展经历了4个阶段，分别是 、 、 和 。2从资源分配角度出发，I/O设备可以分为 、 和 三种类型。3按设备所属关系分类，可分为 和用户设备两类。4通道指专门用于负责输入/输出工作的处理机，通道所执行的程序称为 。5通道是一个独立于 的专管 的处理机，它控制 与内存之间的信息交换。6虚拟设备是通过 技术把 设备变成能为若干用户 的设备。7UNIX系统中，键盘、终端、打印机等以 为单位组织和处理信息的设备称为 ；而磁盘、磁带等以 为单位组织和处理信息的设备称为 。8根据信息交换方式，通道可分成3种类型，分别是 、 和 。9设备驱动程序是 和 之间的一个 程序。10设备独立性的含义是 。11磁盘调度算法中 和 算法可能会随时改变移动臂的运动方向。12在实现了设备独立性的系统中，I/O进程申请设备是以 来申请的。13设备分配算法有 和 两种。14现代计算机I/O系统的结构，由 、 和 三级组成。15 SPOOLING系统由 、 和 三部分组成。三、问答题1简述独占设备的一般分配过程2I/O控制方式有几种？各有什么特点？3设备分配策略与哪些因素有关？4什么虚拟设备？简述共享打印机的工作原理。5. 有5个记录A、B、C、D、E存放在磁盘的某个磁道上，且每个磁道正好可以存放5个记录。设磁盘旋转速度为30ms/转，处理程序每读出一个记录后用6ms的时间进行处理，则（1）当记录A、B、C、D、E按顺序存放在磁道上时，顺序处理这5个记录花费的总时间是多少？（2）如何采取优化方法使处理这些记录所花费的总时间最短？求出该最短时间。6. 当前磁盘读写位于柱面号20，此时有多个磁盘请求以下列柱面号顺序送至磁盘驱动器；10，22，20，2，40，6，38。寻道时，移动一个柱面需6ms，按下列三种算法计算所需寻道时间（柱面移动顺序及总寻道时间）。（1）先到先服务；（2）最短寻道优先；（3）电梯算法（当前状态：向上）。参考答案一、选择题1.A 2.C 3.A 4.A 5.A 6.C 7.B 8.A 9.C 10.D 11.A 12.D13.B 14.D 15.C 16.C 17.C 18.B 19.CB 20.C 21.C 22.D二、填空题1程序查询方式 I/O中断方式 DMA方式 I/O通道方式2独占设备 共享设备 虚拟设备3系统设备4通道程序5CPU 输入/输出的处理机 外设6虚拟 独占 共享7字符、字符设备、块、块设备 8字节多路通道 数组选择通道 数组多路通道9I/O进程 设备控制器 通信10应用程序独立于具体使用的物理设备11FCFS、SSTF12逻辑设备名13先来先服务 优先权高者优先14通道 设备控制器 设备15输入井输出井 输入缓冲区输出缓冲区 输入进程输出进程三、问答题1对于具有通道的系统，在进程提出I/O请求后，系统的设备分配程序可按下述步骤进行设备分配： 分配设备。首先根据物理设备名、查找系统设备表SDT，从中找出该设备的DCT，根据表中的设备状态字段，可知该设备是否正忙。若忙，便将请求I/O的进程的PCB挂在设备队列上；否则，便按照定的算法来计算本次设备分配的安全性，如果不会导致系统进入不安全状态，便将设备分配给请求进程；否则，仍将其PCB插入设备等待队列。分配控制器。在系统把设备分配给请求I/O的进程后，再到其DCT中找出与该设备连接的控制器的控制器表（COCT），从表内的状态字段中可知该控制器是否忙碌。若忙，便将请求I/O的进程的PCB挂在该控制器的等待队列上；否则，将该控制器分配给进程。分配通道。在该COCT中又可找到与该控制器连接的通道的通道表（CHCT），再根据CHCT内的状态信息可知该通道是否忙碌，若忙，便将请求I/O的进程挂在该通道的等待队列上；否则，将该通道分配给进程。只有在设备、控制器和通道三者都分配成功时，这次的设备分配才算成功；然后、便可启动该I/O设备进行数据传送。2I/O控制方式的发展经历了四个阶段：程序查询方式，I/O中断方式，DMA方式和I/O通道方式。程序查询方式在早期计算机或现代一些简单的微型计算机系统中，采用程序查询I/O方式。程序查询是一种用程序直接控制I/O操作的方式。CPU与外设的活动本质上是异步的，为了实现CPU与外设间的信息传送，CPU必须重复测试外设的状态，仅当外设是处在准备好的状态时，CPU才能与外设交换信息。所以，在程序查询I/O方式的接口电路中必须设置一状态端口，以使CPU通过执行输入指令了解外设的状态。当采用程序查询传送方式时，每当程序要使用某一外设进行I/O操作时，CPU要执行一段循环测试程序，以实现在外设准备好时执行一条输入/输出指令，进行一个字节或字的数据传送操作。在这种方式下，CPU的大量时间消耗在等待输入输出的循环检测上，使CPU与外设串行工作，严重影响了CPU和外设的使用效率，致使整个系统效率很低。I/O中断方式引入中断技术后，每当设备完成I/O操作时，便向CPU发出中断请求信号，通知CPU外设已准备好，可以进行数据传送操作。这样，CPU一旦启动I/O设备后便可执行其它程序，仅在收到I/O中断请求时才执行其中断服务程序，进行I/O处理和I/O操作。程序中断传送方式改善了CPU的利用率，并使CPU与外设并行操作。但I/O数据的处理和I/O操作的控制都是由CPU承担的，仍然消耗了CPU不少时间。直接存储器访问（DMA）方式虽然I/O中断方式比程序查询方式更有效，但须注意，它仍是以字节或字为单位进行输入输出的，每当完成一个字节或字时，控制器便要向CPU请求一次中断。换言之，采用I/O中断方式时的CPU，是以字节或字为单位进行干预的。如果将这种方式用于块设备的I/O，显然是低效的。例如，为了从磁盘中读出1KB的数据块，需要中断CPU 1K次。为了进一步减少CPU对I/O的干预而引入了直接存储器访问（DMA）方式。I/O通道方式I/O通道方式时DMA方式的发展，它会进一步较少对CPU的干预，即把对一个数据块的读（或写）为单位的干预，减少为对一组数据块的读（或写）即有关的控制和管理为单位的干预。I/O通道有自己的指令系统，即通道程序，可以与CPU并行操作，独立管理外设和实现主存和外设之间的信息传输，使CPU摆脱了繁忙的I/O操作。在配置通道的计算机系统中，不仅能实现CPU与通道的并行操作，而是通道与通道、各通道的外设之间均能实现并行操作，因而有效地提高了整个系统的使用效率。3.设备分配策略与下列因素有关：（1）I/O设备的固有属性，对于独占设备，共享设备、虚拟设备等具有不同属性的设备，通常采用相应的分配算法。（2）设备分配算法，常见的有先来先服务算法、优先级高者优先算法（3）设备分配的安全性，即避免死锁的产生。（4）设备独立性，设备独立性指应用程序独立于具体使用的物理设备。4虚拟设备是通过某种技术将一台独占设备改造为可以供多个用户共享的共享设备。共享打印机的工作流程如下：当用户进程请求打印输出时，Spooling系统同意为他打印输出，但并不真正把打印机分配给该用户进程，而只为它做两件事：由输出进程在输出井中为之申请空闲盘块区，并将要打印的数据送人其中；输出进程再为用户进程申请一张空白的用户请求打印表，并将用户的打印要求填入其中，再将该表挂到请求打印队列上。如果还有进程要求打印输出，系统仍可接受该请求，也同样为该进程做上述两件事。如果打印机空闲，输出进程将从请求打印队列的队首取出张请求打印表，根据表中的要求将要打印的数据从输出井传送到内存缓冲区，再由打印机进行打印。打印完毕，输出进程再查看请求打印队列中是否还有等待要打印的请求表。若有，再取出一张表，并根据其中的要求进行打印，如此下去，直至请求队列空为止，输出进程才自己阻塞起来、等待下次再有打印请求时才被唤醒。5.（1）磁盘旋转速度是30ms、转，共分成5个扇区，因此每个扇区的读写时间为30/5=6ms;若按顺序编号，每读出一个扇区后用6ms的时间进行处理，此时磁盘仍在转动，处理完A扇区后，磁头已到达C扇区，因此要等磁盘再转一圈后才可读B（见图），以此类推，顺序处理5个扇区的时间花费是（其中A是第一个，因此处理有别于其他扇区）：A: 6ms+6ms BD:6ms*4+6ms+6ms，共计156ms。（2）采用的优化方法是扇区交替编号，使得A扇区在处理完后可以在最短的时间内定位B扇区，排列方式如下图。求出的花费时间是：12ms*5=60ms。6. 方法一：（1）FCFS:从20号柱面（磁道）开始柱面移动顺序磁头移动距离（磁道数）1022202406381012218383432总寻道时间：146*6 = 876ms（2）SSTF:从20号柱面（磁道）开始柱面移动顺序磁头移动距离（磁道数）202210623840021244362总寻道时间：60*6 = 360ms（3）SCAN:从20号柱面（磁道）开始，向上柱面移动顺序磁头移动距离（磁道数）202238401062021623044总寻道时间：58*6 = 348ms方法二：首先画出磁头在盘面上的运动轨迹（访问柱面即为访问磁道）。总寻道时间：（10+12+20+38+34+32）*6=876ms总寻道时间：（2+20+38）*6=360ms总寻道时间：（20+38）*6=348ms