2022年计算机操作系统课后答案完整版.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章个人资料整理仅限学习使用操作系统引论1. 设计现代 OS的主要目标是什么 . 便利性,有效性,可扩充性和开放性 . 2. OS 的作用可表现为哪几个方面 . a. OS 作为用户与运算机硬件系统之间的接口；b. OS 作为运算机系统资源的治理者；c. OS 实现了对运算机资源的抽象 . 7. 实现分时系统的关键问题是什么 .应如何解决 . a. 关键问题：使用户能与自己的作业进行交互,即当用户在自己的终端上 键入命令时,系统应能准时接收并准时处理该命令,再将结果返回给用 户；b. 解决方法：-对于准时接收,只需在系统中设置一多路卡,使主机

2、能同时接收用 户从各个终端上输入的数据；此外,仍须为每个终端配置一个缓冲 区,用来暂存用户键入的命令 或数据）；-对于准时处理,应使全部的用户作业都直接进入内存,并且为每个 作业安排一个时间片,答应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；. 12. 试在交互性,准时性和牢靠性方面,将分时系统与实时系统进行比较 a. 分时系统是一种通用系统,主要用于运行终端用户程序,因而它具有较 强的交互才能；而实时系统虽然也有交互才能,但其交互才能不及前；b. 实时信息系统对有用性的要求与分时系统类似,都是以人所能接收的等 待时间来确定；而实时掌握系统的准时性就是以掌握对象所

3、要求的开头 截止时间和完成截止时间来确定的,因此实时系统的准时性要高于分时 系统的准时性；c. 实时系统对系统的牢靠性要求要比分时系统对系统的牢靠性要求高；13. OS 具有哪几大特点 .它的最基本特点是什么 . a. 并发性、共享性、虚拟性、异步性；b. 其中最基本特点是并发和共享；,成为一个能独立运行的基本单位,一个能和其它进程并发执行的进程；b. 在进程的整个生命周期中,系统总是通过其PCB对进程进行掌握,系统是依据进程的 PCB而不是任何别的什么而感知到该进程的存在的,所以说,PCB是进程存在的唯独标志；8. 试说明进程在三个基本状态之间转换的典型缘由 . a. 处于就绪状态的进程,当

4、调度程序为之安排了处理机后,该进程便由就绪状态变为执行状态；b. 当前进程因发生某大事而无法执行,如拜访已被占用的临界资源,就会 使进程由执行状态转变为堵塞状态；c. 当前进程因时间片用完而被暂停执行,该进程便由执行状态转变为就绪 状态；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用9. 为什么要引入挂起状态？该状态有哪些性质？a. 引入挂起状态主要是出于 4 种需要 ：当 S.value0 时,表示目前系统中这类资源仍有可用的,执行一次 wait 操作,意味着进程恳求一个单位的该类资源,是系统中 可

5、供安排的该类资源削减一个,因此描述为 S.value:=S.value-1；当 S.value：执行一次signal操作,意味着释放一个单位的可用资源,使系 统 中 可 供 分 配 的 该 类 资 源 数 增 加 一 个 , 故 执 行S.value:=S.value+1操作；如加 1 后 S.value 0,就表示在该信号量链表中,仍有等待该资源的进程被堵塞,因此应调用wakeup原语,将 S.L 链表中的第一个等待进程唤醒；22. 试写出相应的程序来描述图2-17 所示的前驱图； a. Var a, b, c, d, e, f, g, h； semaphore:= 0, 0, 0, 1,

6、0, 0, 0, 0begin parbegin begin S1； signala； signalb； end ； begin waita； S2； signalc； signald； end ； begin waitb； S3； signale； end ； begin waitc； S4； signalf； end ；begin waitd； S5； signalg； end ；begin waite； S6； signalh； end ；begin waitf； waitg ； waith； S7； end ； parend end b.略signalfull或 signalempty

7、 ,23. 在生产者消费者问题中,假如缺少了对执行结果将会有何影响？名师归纳总结 假如缺少了signalfull,那么说明从第一个生产者进程开头就没有第 3 页,共 19 页对信号量full值转变,即使缓冲池存放的产品已满了,但full的值仍是- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用0,这样消费者进程在执行 waitfull 时会认为缓冲池是空的而取不到产品,那么消费者进程就会始终处于等待状态；假如缺少了 signalempty ,例如在生产者进程向 n 个缓冲区投满产品后消费者进程才开头从中取产品,这时 empty=0,full=

8、n,那么每当消费者进程取走一个产品时empty 并没有被转变,直到缓冲池中的产品都取走了,empty 的值也始终是0,即使目前缓冲池有n 个空缓冲区,生产者进程要想再往缓冲池中投放产品会因申请不到空缓冲区而被堵塞；24. 在 生 产 者 消 费 者 问 题 中 , 如 果 将 两 个 wait 操 作 即 waitfull 和waitmutex 互换位置,或者将 signalmutex 和 signalfull 互换位置,结果会如何？在 生 产 者 消 费 者 问 题 中 , 如 果 将 两 个 wait 操 作 , 即 waitfull 和waitmutex 互换位置后,可能引起死锁；考虑系

9、统中缓冲区全满时,如一生 产 者 进 程 先 执 行 了waitmutex操 作 并 获 得 成 功 , 就 当 再 执 行waitempty 操作时,它将因失败而进入堵塞状态,它期望消费者进程执行signalempty 来唤醒自己,在此之前,它不行能执行 signalmutex 操作,从而使试图通过执行 waitmutex 操作而进入自己的临界区的其他生产者和全部消费者进程全部进入堵塞状态,这样简洁引起系统死锁；如 signalmutex 和 signalfull互换位置后只是影响进程对临界资源的释放次序,而不会引起系统死锁,因此可以互换位置；25. 我们为某临界资源设置一把锁W,当 W=1

10、时表示关锁；当W=0时表示锁已打开,试写出开锁和关锁原语,并利用它们去实现互斥；整型信号量： lockW: while W=1 do no-op W:=1； unlockW: W:=0记录型信号量： lockW: W:=W+1； ifW1 then blockW.L unlockW: W:=W-1； ifW0 then wakeupW.L 例子： Var W:semaphore:=0； begin repeat lockW； critical section unlockW remainder section until false； end 26. 试修改下面生产者消费者问题解法中的错误：名

11、师归纳总结 producer: repeat 第 4 页,共 19 页 begin - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理仅限学习使用；in produce an item in repeat nextp ； waitmutex； waitmutex； waitfull； waitempty；bufferin:=nextp； nextc:=bufferoutout:=out+1 ；signalmutex ；signalmutex ； until false；consume item end nextc ； until false； consum

12、er: endbegin 27. 试利用记录型信号量写出一个不会显现死锁的哲学家进餐问题的算法；三种解决方法中的任意一种即可 ；gather data in nextp； waitmutex；waitempty ；nextc:=buffer；waitmutex ；signalmutex ；buffer:=nextp；signalempty ；signalmutex ； compute data signalfull；nextc ；until false；until false；end end compute: b. Var empty, full: semaphore:=1, 名师归纳总结 0

13、；compute: in 第 5 页,共 19 页 gather: begin begin repeat repeat waitfull；gather data in nextp； nextc:=buffer； waitempty ；signalempty ；buffer:=nextp； compute data signalfull；nextc ；until false；until false； end end33. 试比较进程间的低级通信工具与高级通信工具. - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用用户用低级通信工具实现进程通信

14、很不便利,由于其效率低,通信对用户不透亮,全部的操作都必需由程序员来实现,而高级通信工具就可弥补这些缺陷,用户可直接利用操作系统所供应的一组通信命令,高效地传送大量的数据；36. 为什么要在 OS中引入线程？在 OS中引入进程的目的,是为了使多个程序能并发执行,以提高资源利用率和系统吞吐量；在 时所付出的时空开销,使OS中再引入线程,就是为了削减程序在并发执行 OS具有更好的并发性；38. 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 . a. 调度性；在传统的操作系统中,拥有资源的基本单位和独立调度、分派的基本单位都是进程,在引入线程的 OS中,就把线程作为调度和分派的基本

15、单位,而把进程作为资源拥有的基本单位；b. 并发性；在引入线程的OS中,不仅进程之间可以并发执行,而且在一个进程中的多个线程之间,亦可并发执行,因而使 OS具有更好的并发 性；c. 拥有资源；无论是传统的操作系统,仍是引入了线程的操作系统,进程 始终是拥有资源的一个基本单位,而线程除了拥有一点在运行时必不行 少的资源外,本身基本不拥有系统资源,但它可以拜访其隶属进程的资 源；d. 开销；由于创建或撤销进程时,系统都要为之安排和回收资源,如内存 空间等,进程切换时所要储存和设置的现场信息也要明显地多于线程,因此,操作系统在创建、撤消和切换进程时所付出的开销将显著地大于 线程；名师归纳总结 - -

16、 - - - - -第 6 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用第三章 处理机调度与死锁 1. 高级调度与低级调度的主要任务是什么？为什么要引入中级调度？高级调度的主要任务：用于打算把外存上处于后备队列中的哪些作业调入 内存,并为它们创建进程,安排必要的资源,然 后,再将新创建的进程插入就绪队列上,预备执 行；低级调度的主要任务：用于打算就绪队列中的哪个进程应获得处理机,然 后再由分派程序执行将处理机安排给该进程的具体 操作；引入中级调度的主要目的：是为了提高系统资源的利用率和系统吞吐量；10. 试比较 FCFS和 SPF两种进程调度算法

17、 相同点：两种调度算法都是既可用于作业调度,也可用于进程调度；不同点： FCFS调度算法每次调度都是从后备队列中挑选一个或是多个最先 进入该队列的作业,将它们调入内存,为它们安排资源,创建进 / 进程,不利 程,然后插入到就绪队列中；该算法有利于长作业 于短作业 / 进程；SPF调度算法每次调度都是从后备队列中挑选一个或如干个估量运行时间 最短的作业,将它们调入内存中运行；该算法有利于短作业/ 进程,不利于长作业 / 进程；15. 按调度方式可将实时调度算法分为哪几种？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；18. 何谓死锁？产生死锁的缘由和必要条件是什么？a. 死锁是指多个进

18、程因竞争资源而造成的一种僵局,如无外力作用,这些进 程都将永久不能再向前推动；b. 产生死锁的缘由有二,一是竞争资源,二是进程推动次序非法；c. 必要条件是 : 互斥条件,恳求和保持条件,不剥夺条件和环路等待条件；19在解决死锁问题的几个方法中,哪种方法最易于实现？哪种方法是资源利 用率最高？解决 / 处理死锁的方法有预防死锁、防止死锁、检测和解除死锁,其中预防 死锁方法最简洁实现,但由于所施加的限制条件过于严格,会导致系统资源利 用率和系统吞吐量降低；而检测和解除死锁方法可是系统获得较好的资源利用 率和系统吞吐量；20. 请具体说明可通过哪些途径预防死锁 . a. 摒弃 恳求和保持 条件：系

19、统规定全部进程开头运行之前,都必需一次性 地申请其在整个运行过程所需的全部资源,但在安排资源时,只要有一种 资源不能满意某进程的要求,即使其它所需的各资源都闲暇,也不安排给 该进程,而让该进程等待；b. 摒弃 不剥夺 条件：系统规定,进程是逐个地提出对资源的要求的；当一 个已经保持了某些资源的进程,再提出新的资源恳求而不能立刻得到满意 时,必需释放它已经保持了的全部资源,待以后需要时再重新申请；c. 摒弃 环路等待 条件：系统将全部资源按类型进行线性排序,并给予不同 的序号,且全部进程对资源的恳求必需严格按序号递增的次序提出,这 样,在所形成的资源安排图中,不行能再显现环路,因而摒弃了 环路等

20、 待 条件；名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用22. 在银行家算法中,如显现下述资源安排情：Process Allocation Need Available P00032 0012 1622 P11000 1750 P21354 2356 P30332 0652 P40014 0656 试问： 该状态是否安全？它？ 如进程P2 提出恳求Request1 ,2,2,2后,系统能否将资源安排给该状态是安全的,由于存在一个安全序列；下表为该时刻的安全序列表；资源Work Need Alloca

21、tion Work+Allocation Finish 情形进程1622 0012 0032 1654 true P0P31654 0652 0333 1987 true P41987 0656 0014 199 11 true P11 9 9 1750 1000 2 9 9 11 true P211 2 3 5 1 3 5 4 3 12 14 17 true 2 9 9 6 11 如进程P2 提出恳求Request1 ,2,2,2后,系统不能将资源安排给它,如安排给进程P2,系统仍剩的资源情形为 的需要,在实现共享和爱护方面优于分页式存 储治理,而段页式储备治理就是将两者结合起来,取长补短,

22、即具有分 段系统便于实现,可共享,易于爱护,可动态链接等优点,又能像分页 系统那样很好的解决外部碎片的问题,以及为各个分段可离散安排内存 等问题,明显是一种比较有效的储备治理方式；c. 综上可见,连续安排方式和离散安排方式各有各自的特点,应依据实际 情形加以改进和利用 . 19. 虚拟储备器有哪些特点 .其中最本质的特点是什么？特点：离散性、多次性、对换性、虚拟性；最本质的特点：离散性；最重要的特点：虚拟性；20. 实现虚拟储备器需要哪些硬件支持？a. 对于为实现恳求分页储备治理方式的系统,除了需要一台具有肯定容量 的内存及外存的运算机外,仍需要有页表机制,缺页中断机构以及地址变换机构；b.

23、对于为实现恳求分段储备治理方式的系统,除了需要一台具有肯定容量 的内存及外存的运算机外,仍需要有段表机制,缺段中断机构以及地址变换机构；21. 实现虚拟储备器需要哪几个关键技术？a. 分页和分段都采纳离散安排的方式,且都要通过地址映射机构来实现地 址变换,这是它们的共同点；25. 在恳求分页系统中,通常采纳哪种页面安排方式物理块安排策略？三种安排方式：固定安排局部置换、可变安排全局置换、可变安排局部置 换；26. 在一个恳求分页系统中,采纳FIFO 页面置换算法时,假如一个作业的页面走向为 4、3、2、1、4、3、5、4、3、2、1、5,当安排给该作业的物理块 数 M分别为 3 和 4 时,试

24、运算在拜访过程中所发生的缺页次数和缺页率,并比较所得结果；4 3 2 1 4 3 5 4 3 2 1 5 M=3 4 4 4 1 1 1 5 5 5 3 3 3 4 4 4 2 2 M=4 4 2 2 2 3 3 3 1 4 4 4 5 5 5 5 1 1 3 3 3 3 4 4 4 4 5 M=3 时,采纳2 2 2 2 3 3 3 3 1 1 1 1 2 2 2 FIFO 页面置换算法的缺页次数为9 次,缺页率为75%；M=4 时,采纳FIFO 页面置换算法的缺页次数为10 次,缺页率为83%；由此可见,增加安排给作业的内存块数,反而增加了缺页次数,提名师归纳总结 - - - - - -

25、-第 11 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用高了缺页率,这种现象被称为是 Belady 现象；28. 试说明改进型 Clock 置换算法的基本原理；基本原理：在将一个页面换出时,假如该页已被修改过,便须将该页重新写回到磁盘 上；但假如该页未被修改过,就不必将它写回磁盘上；在改进型算法中,除需考虑页面的使用情形外,仍须再增加一个因素,即置换代价,这样,挑选页面换出时,既要是未使用过的页面,又要是未被修改过的页面；15 什么是抖动 . 产生抖动的缘由是什么 . a. 抖动 Thrashing 就是指当内存中已无闲暇空间而又发生缺页中断时,

26、需 要从内存中调出一页程序或数据送磁盘的对换区中,假如算法不适当,刚被换出的页很快被拜访,需重新调入,因此需再选一页调出,而此时 被换出的页很快又要被拜访,因而又需将它调入,如此频繁更换页面,使得系统把大部分时间用在了页面的调进换出上,而几乎不能完成任何 有效的工作,我们称这种现象为 抖动 ；b. 产生抖动的缘由是由于 CPU的利用率和多道程序度的对立统一冲突关系引起的,为了提高CPU利用率,可提高多道程序度,但单纯提高多道程名师归纳总结 序度又会造成缺页率的急剧上升,导致CPU的利用率下降,而系统的调第 12 页,共 19 页度程序又会为了提高CPU利用率而连续提高多道程序度,形成恶性循环,

27、我们称这时的进程是处于 抖动 状态；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理仅限学习使用I/O 设备第五章设备治理3. 什么是字节多路通道？什么是数组挑选通道和数组多路通道？a. 字节多路通道含有很多非安排型子通道分别连接在低、中速上,子通道按时间片轮转方式共享主通道,按字节方式进行数据传送；当第一个子通道掌握其I/O 设备完成一个字节的交换后,便立刻腾出字节多路通道 主通道）,让给其次个子通道使用；当其次个子通道也交换 完一个字节后,又依样把主通道让给第三个子通道使用,以此类推；转 轮一周后,重又返回由第一个子通道去使用主通道；b. 数组挑选通道只含有一个安排型子通道,一段时间内只能执行一道通道 程序、掌握一台设备按数组方式进行数据传送；通道被某台设备占用 后,便始终处于独占状态,直至设备数据传输完毕释放该通道,故而通 道利用率较低,主要用于连接多台高速设备；c. 数组多路通道是将数组挑选通道传输速率高和字节多路通道能使各子通 道分时并行操作的优点相结合而形成的一种新通道；其含有多个非安排型子通道分别连接在高、中速I/O 设备上,子通道按时间片轮转方式共享主通道,按数组方式进行数据传送,因而既具有很高的数据传输速 率,又能获得令人中意的通道利用率；4. 如何解决因通道不足而产生的瓶颈问题？解决因通道不足而产生的瓶颈问题