2022年操作系统第五章答案 3.pdf

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1、第五章设备管理1、试说明设备控制器的组成。P163 答：设备控制器的组成由设置控制器与处理机的接口；设备控制器与设备的接口；I/O 逻辑。2、为了实现 CPU 与设备控制器间的通信，设备控制器应具备哪些功能？P162-P163 答：基本功能：接收和识别命令；数据交换；标识和报告设备的状态；地址识别；数据缓冲；差错控制。3、什么是字节多路通道？什么是数组选择通道和数组多路通道？P164-P165 答：1、字节多路通道：这是一种按字节交叉方式工作的通道。它通常都含有许多非分配型子通道，其数量可从几十到数百个，每个子通道连接一台I/O 设备，并控制该设备的 I/O 操作。这些子通道按时间片轮转方式共

2、享主通道。只要字节多路通道扫描每个子通道的速率足够快，而连接到子通道上的设备的速率不是太高时，便不致丢失信息。2、数组选择通道：字节多路通道不适于连接高速设备，这推动了按数组方式进行数据传送的数组选择通道的形成。3、数组多路通道：数组选择通道虽有很高的传输速率，但它却每次只允许一个设备数据。数组多路通道是将数组选择通道传输速率高和字节多路通道能使各子通道（设备）分时并行操作的优点相结合而形成的一种新通道。它含有多个非分配型子通道，因而这种通道既具有很多高的数据传输速率，又能获得令人满意的通道利用率。4、如何解决因通道不足而产生的瓶颈问题？P166 答：解决“瓶颈”问题的最有效的方法，便是增加设

3、备到主机间的通路而不增加通道，就是把一个设备连接到多个控制器上，而一个控制器又连接到多个通道上。多通路方式不仅解决了“瓶颈”问题。而且提高了系统的可靠性，因为个别通道或控制器的故障不会使设备和存储器之间没有通路。5、试对VESA 及PCI两种总线进行比较。P167 答：1、VESA 该总线的设计思想是以低价位迅速点领市场。VESA 总线的带宽为32 位，最高传输速率为 132Mb/s。VESA 总线仍存在较严重的缺点，它所能连接的设备数仅为 24 台，在控制器中无缓冲，故难于适应处理器速度的不断提高，也不能支持后来出现的 Pentium 微机。2、PC 随着Pentium 系列芯片的推出，PC

4、I 在CPU 和外设间插入一复杂的管理层，用于协调数据传输和提供一致的接口。在管理层中配有数据缓冲，通过该缓冲可将线路的驱动能力放大，使PCI 最多能支持10 种外设，并使高时钟频率的 CPU 能很好地运行，最大传输速率可达 132Mb/s。PCI 即可连接 ISA、EISA 等传统型总线，又可支持 Pentium 的64 位系统，是基于奔腾等新一代微处理器而发展的总线。6、试说明推动 I/O 控制发展的主要因素是什么？P167 答：在I/O 控制方式的整个发展过程中，始终贯穿着这样一条宗旨，即尽量减少主机对 I/O 控制的干预，把主机从繁杂的 I/O 控制事务中解脱出来，以便更多地去完成数据

5、处理任务。7、有哪几种 I/O 控制方式？各适用于何种场合？P167-P170 答：1、程序 I/O 方式：2、中断驱动 I/O 控制方式：3、直接存储器访问（DMA）4、I/O 通道控制方式：8、试说明 DMA 的工程流程。P170图要画答：当CPU 要从磁盘读入一数据块时，便向磁盘控制器发送一条读命令。该命令被送到其中的命令寄存器（CR）中。同时，还须发送本次要将数据读入的内存起名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 4 页 -始目标地址，该地址被送入内存地址寄存器（MAR）中；本次要读数据的字（节）数则送入数据计数器（DC）中，还须将磁盘中的源地址直接送至DMA 控

6、制器的 I/O 控制逻辑上，然后启动 DMA 控制器进行数据传送，以后CPU 便可去处理其它任务。此后，整个数据传送过程便由DMA 控制器进行控制。当 DMA 控制器已从磁盘中读入一个字（节）的数据送入数据寄存器（DR）后，再挪用一个存储器周期，将该字（节）传送到 MAR 所指示的内存单元中。按着便对 MAR 内容加 1，将DC 内容减1.若减1 后，DC 内容不为 0，表示传送未完，便继续传送下一个字（节）；否则，由DMA 控制器发出中断请求。9、引入缓冲的主要原因是什么？P172答：1、缓和 CPU 和I/O 设备间速度不匹配的矛盾。2、减少对 CPU 的中断次数。3、提高 CPU 和I/

7、O 设备之间的并行性。10.在单缓冲情况下，为什么系统对一块数据的处理时间为max(C,T)+M?？答：在块设备输入时，假定从磁盘把一块数据输入到缓冲区的时间为T；操作系统将缓冲区数据传送给用户区的时间为M；而CPU 对这一块数据进行计算得时间为C。在单缓冲情况下，由于设备的输入操作和CPU 的处理操作可以并行，所以系统对每一整块数据的处理时间为max(C,T)+M。11.为什么在双缓冲情况下，系统对一块数据的处理时间为max(C,T)？答：该方式又称缓冲对换方式，在设备输入时，先将数据送入第一缓冲区，装满后便转向第二缓冲区。此时操作系统可以从第一缓冲区移出数据，并送入用户进程。接着由 CPU

8、 对数据进行计算。在双缓冲区中，不仅设备的输入操作和 CPU 的处理操作可以并行，设备的输入操作和数据的传送操作也可以并行，因此耗时大约为max(C+M,T)。考虑到 M 是内存中数据块的“搬家”耗时，非常短暂可以省略，因此近似地认为是：max(C,T)。12、试绘图说明把多缓冲用于输出时的情况？P174答：图略。13、试说明收容输入工作缓冲区和提取输出工作缓冲区的工作情况？P177答：收容输入：在输入进程需要输入数据时，变调用Getbuf(emq)过程，从空缓冲队列 emq 的队首摘下一空缓冲区，把它作为收容输入工作缓冲区hin。然后，把数据输入其中。提取输出：由输出进程调用 Getbuf(

9、outq)过程，从输出队列的队首取得一装满输出数据的缓冲区，作为提取输出工作缓冲区sout。在数据提取完后，再调用Putbuf(emq,sout)过程，将该缓冲区挂在空缓冲队列末尾。14、何谓安全分配方式和不安全分配方式？P188答：安全分配方式：在这种方式中，每当进程发出 I/O 请求后，便进入阻塞状态，直到其 I/O 操作完成时才被唤醒。即CPU 与I/O 设备是串行工作。不安全分配方式：在这种分配方式中，进程在发出I/O 请求后仍继续运行，需要时又发出第二个 I/O 请求，第三个 I/O 请求等。从而可能造成死锁。15、为何要引入设备独立性？如何实现设备的独立性？P184-P185答：应

10、用程序独立于具体使用的物理设备。为了实现设备独立性而引入逻辑设备和特理设备这两个概念。在应用程序中，使用逻辑设备名称来请求使用某类设备；而系统在实际执行时，还必须使用物理设备名称。因此，系统须具有将逻辑设备名称转换为某物理设备名称的功能，这非常类似于存储器管理中所介绍的逻辑地址和物理地址的概念。在应用程序中的使用的是逻辑地址，而系统在分配和使用名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 4 页 -内存时，必须使用物理地址。1、对独立设备的分配与回收；2、将逻辑设备名映射为物理设备名，进一步可以找到相应物理设备的驱动程序；3、对设备进行保护，禁止用户直接访问设备；4、缓冲管理，

11、即对字符设备和块设备的缓冲区进行有效的管理，以提高 I/O 的效率；5、差错控制，由于在 I/O 操作中的绝大多数错误都与设备无关，故主要由设备驱动程序处理，而设备独立性软件只处理那些设备驱动程序无法处理的错误；6、提供独立于设备的逻辑块，不同类型的设备信息交换单位是不同的，读取和传输速率也各不相同，即使同一类型的设备，其信息交换单位大小也是有差异的，如不同磁盘由于扇区大小的不同，可能造成数据块大小的不一致，因此设备独立性软件应负责隐藏这些差异，对逻辑设备使用并向高层软件提供大小统一的逻辑数据块。16、在考虑到设备的独立性时，应如何分配独享设备？P189 答：1、分配设备；分配控制器；分配通道

12、；2、增加设备的独立性；考虑多通路情况；17、何谓设备虚拟？实现设备虚拟时所依赖的关键技术是什么？P187P188 答：设备虚拟是指设备本身虽是独占设备，但经过某种技术处理，可以把它改造成虚拟设备。实现设备邪虚拟：由于可虚拟设备是指一台物理设备在采用虚拟技术后，可变成多台逻辑上的所谓虚拟设备，因而说，一台可虚拟 _设备是可共享的设备，可以将它同时分配给多个进程使用，并对这些访问该（物理）设备的先后次序进行控制。18、试说明 SPOOLing 系统的组成。P190 答：1、输入井和输出井：这是在磁盘上开辟的两个大存储空间。2、输入缓冲区和输出缓冲区：为了缓和CPU 和磁盘之间速度不匹配的矛盾，在

13、内存中要开辟两个缓冲区，输入缓冲区和输出缓冲区。3、输入进程 SPi 和输出进程 SP0：这里利用两个进程来模拟脱机 I/O 时的外围控制机。19在实现后台打印时，SPOOLING系统应为请求 I/O 的进程提供哪些服务？答：在实现后台打印时，SPOOLing 系统应为请求 I/O 的进程提供以下服务：（1）由输出进程在输出井中为之申请一空闲盘块区，并将要打印的数据送入其中；（2）输出进程再为用户进程申请一张空白的用户打印表，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。（3）一旦打印机空闲，输出进程便从请求打印队列的队首取出一张请求打印表，根据表中的要求将要打印的数据从输出井传送到

14、内存缓冲区，再由打印机进行打印。20、试说明设备驱动程序具有哪些优点？P182答：1、设备驱动程序主要是指在请求I/O 的进程与设备控制器之间的一个通信和转移程序。2、驱动程序与设备控制器和I/O 设备的硬件特性紧密相关，因而对不同类型的设备应配置不同的驱动程序。3、驱动程序与 I/O 设备所采用的 I/O 控制方式紧密相关。4、由于驱动程序与硬件紧密相关，因而其中的一部分必须用汇编语言书写。5、驱动程序应允许可重入。21、试说明设备驱动程序应完成哪些功能？P182答：1、接收由设备独立性软件发来的命令和参数，并将命令中的抽象要求转换为具体要求。2、检查用户 I/O 请求的合法性，了解 I/O

15、 设备的状态，传递有关参数，设置设备的工作方式。3、发出 I/O 命令。4、及时响应由控制器和通道发来的中断请求，并根据其中断类型调用相应的中断处理程序进行处理。5、对于设名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 4 页 -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，自动的构成通道程序。22、设备中断处理程序通常需完成哪些工作？P180 答：1、唤醒被阻塞的驱动进程。2、保护被中断进程的 CPU 环境。3、转入相应的设备处理程序。4、中断处理。5、恢复被中断进程的现场。23、磁盘访问时间由哪几部分组成？每部分时间应如何计算？P193 答：1、寻道时间 Ts

16、：Ts=m*n+s.2、旋转延迟时间 Tr:3、传输时间 Tt:Tt=b/rN 24、目前常用的磁盘调度算法有哪几种？每种算法优先考虑的问题是什么？P194 答：1、先来先服务，公平简单。2、最短寻道时间优先，访问的磁道与当前磁头所在的磁道距离。3、扫描算法，防止老进程出现“饥饿”现象。4、循环扫描算法，磁头自里向外移动，到达最外的并访问后，立即返回到嘴里的欲访问的磁道。25、为什么要引入磁盘高速缓冲？何谓磁盘高速缓冲？P197答：磁盘的 I/O 已成为计算机系统的瓶颈。于是，人们便千方百计地去提高磁盘I/O 的速度，其中最主要的技术便是采用磁盘高速缓存。26、在设置磁盘高速缓冲时，如何实现数

17、据交付？P198答：由核心先去查看磁盘高速缓冲器，看其中是否存在进程所需访问的盘块数据的拷贝。若有其拷贝，便直接从高速缓存中提取数据交付给请求者进程，这样，就避免了访盘操作，西欧那个人使本次访问速度提高4-6个数量级；否则，应先从磁盘中将要访问的数据读入并交付给请求者进程，同时也将数据送高速缓存。27、何谓提前读、延迟写、虚拟盘？P199 答：提前读：在读当前块的同时，还要求将下一个盘块中的数据也读入缓冲区。延迟写：是指在缓冲区 A中的数据，本应立即写回磁盘，但考虑到该缓冲区中的数据在不久之后可能还会再被本进程或其它进程访问，因而并不立即将该缓冲区A中的数据写入磁盘，而是将它挂在空闲缓冲区队列的末尾。虚拟盘：是指利用内存空间去仿真磁盘，又称为RAM 盘。28、廉价磁盘冗余阵列是如何提高对磁盘的访问速度和可靠性的？P201 答：可靠性：除了 RAID 0级外，其余各级都采用容错技术。访问速度：采用并行交叉存取方式。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 4 页 -