作系统结构课后习题参考答案.pdf

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1、第 三 章 操 作 系 统 结 构 3.1 操 作 系 统 关 于 进 程 管 理 的 五 个 主 要 活 动 是 什 么？答：（1）创 建 和 删 除 用 户 进 程 和 系 统 进 程；（2）暂 停 和 重 启 进 程；（3）提 供 进 程 同 步 机 制；（4）提 供 进 程 通 信 机 制；（5）提 供 死 锁 处 理 机 制。3.2操 作 系 统 关 于 内 存 管 理 的 三 个 主 要 活 动 是 什 么？答：（1）记 录 内 存 的 哪 部 分 正 在 被 使 用 及 被 谁 使 用；（2）当 内 存 空 间 可 用 时.，决 定 哪 些 进 程 可 以 装 入 内 存；（3）

2、根 据 需 要 分 配 和 释 放 内 存 空 间。3.3 操 作 系 统 关 于 二 级 存 储 管 理 的 三 个 主 要 活 动 是 什 么？答：（1）空 闲 空 间 管 理；（2）存 储 空 间 分 配；（3）硬 盘 调 度。3.4 操 作 系 统 关 于 文 件 管 理 的 五 个 主 要 活 动 是 什 么？答：（1）创 建 和 删 除 文 件；（2）创 建 和 删 除 目 录：（3）提 供 操 作 文 件 和 目 录 的 原 语；（4）将 文 件 映 射 到 二 级 存 储 器（辅 存）上；（5）在 稳 定（非 易 失 的）存 储 媒 介 上 备 份 文 件。3.5 命 令 解

3、释 器 的 用 途 是 什 么？为 什 么 它 经 常 与 内 核 是 分 开 的？答：（1）命 令 解 释 器 的 用 途：从 用 户 或 命 令 文 件 读 入 命 令 并 执 行 它，通 常 将 其 变 成 一 个 或 多 个 系 统 调 用 它 们。（2）它 通 常 不 是 内 核 的 一 部 分，因 为 命 令 解 释 是 会 改 变 的，不 是 固 定 的。3.7系 统 调 用 的 用 途 是 什 么？答：（1）系 统 调 用 提 供 了 进 程 与 操 作 系 统 之 间 的 接 口，即 允 许 用 户 级 进 程 要 求 操 作 系 统 的 服 务。3.10 系 统 程 序 的

4、 用 途 是 什 么？答：（1）系 统 程 序 可 以 被 认 为 是 有 用 的 系 统 调 用 的 捆 绑。它 们 给 用 户 提 供 了 基 本 功 能 以 使 用 户 不 需 要 写 自 己 的 程 序 来 解 决 共 同 的 问 题。第 四 章 进 程 4.2 论 述 短 期、中 期 和 长 期 调 度 之 间 的 区 别。答：（1）短 期 调 度：从 就 绪 可 执 行 的 进 程 中 选 择 进 程，并 为 其 中 之 一 分 配 CPU。（2）中 期 调 度：特 别 用 于 分 时 系 统 中 作 为 中 等 程 度 调 度 程 序。能 将 进 程 移 出 内 存（并 移 出

5、对 C P U 的 激 烈 竞 争），因 此 降 低 多 道 程 序 设 计 的 程 度。之 后 进 程 能 被 重 新 调 入 内 存，并 从 中 断 处 继 续 执 行。（3）长 期 调 度：从 缓 冲 池 中 选 择 进 程，并 将 它 们 装 入 内 存 以 执 行。它 们 的 主 要 区 别 是 执 行 的 频 率。短 期 调 度 程 序 必 须 频 繁 地 为 C P U选 择 新 进 程 执 行；长 期 调 度 程 序 执 行 并 不 频 繁，用 于 控 制 多 道 程 序 设 计 的 程 度，即 内 存 中 的 进 程 数 量；中 期 调 度 程 序 介 于 两 者 之 间。4

6、.4 描 述 一 下 内 核 在 两 个 进 程 间 进 行 上 下 文 切 换 的 动 作。答：通 常，操 作 系 统 必 须 保 存 正 在 运 行 的 进 程 的 关 联 状 态 并 装 入 经 调 度 要 执 行 的 新 进 程 的 已 保 存 的 关 联 状 态。保 存 的 状 态 通 常 包 括 除 了 内 存 分 配 之 外 的 所 有 C P U寄 存 器 的 值。上 下 文 切 换 还 执 行 许 多 体 系 结 构 的 具 体 操 作，包 括 包 括 冲 厕 数 据 和 指 令 缓 存。4.6 第 4.4节 中 的 正 确 的 生 产 者-消 费 者 算 法 在 任 一 时

7、 刻 只 允 许 装 满 n-1个 缓 冲 区。修 改 这 个 算 法 让 它 能 够 充 分 利 用 所 有 的 缓 冲 区。答：参 照 P142第 七 章 进 程 同 步。第 五 章 线 程 5.3用 户 级 线 程 与 内 核 级 线 程 的 两 个 不 同 点 是 什 么？在 什 么 情 况 下 一 种 类 型 比 另 一 种 类 型 更 好？答：(1)用 户 级 线 程 对 内 核 来 说 是 未 知 的，而 内 核 线 程 对 内 核 是 已 知 的；(2)用 户 级 线 程 山 线 程 库 调 度 管 理，而 内 核 级 线 程 所 有 线 程 管 理 山 核 心 完 成。(3)

8、内 核 线 程 不 需 要 与 进 程 关 联 即 以 线 程 为 基 础 进 行 调 度，而 每 个 用 户 线 程 必 须 从 属 于 一 个 进 程。5.4描 述 一 下 内 核 采 取 行 动 进 行 内 核 级 线 程 上 下 文 切 换 的 过 程。答：内 核 线 程 之 间 的 上 下 文 切 换 通 常 需 要 保 存 被 转 出 线 程 的 C P U 寄 存 器 的 值 和 恢 复 被 调 度 要 执 行 的 新 线 程 的 C P U 寄 存 器 的 值。第 六 章 CPU调 度 6.3 答:FCFSSJF非 抢 占 Priority0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

9、 10 11 12 13 14 19P11,2P314PsP 1P3 Pl Ps Pl P5Pl P5Pl(2)每 个 进 程 在 每 种 调 度 算 法 卜 的 周 转 时 间 为:法 进 程 FCFS SJF 非 抢 占 Priority RRPl10 19 16 19P211 1 1 2P313 4 18 7P414 2 19 4Ps19 9 6 14(3)每 个 进 程 在 每 种 调 度 算 法 卜 的 等 待 时 间 为:法 进 程 FCFS SJF 非 抢 占 Priority RRPl0 9 6 9p210 0 0 1P311 2 16 5P413 1 18 3P514 4 1

10、 9(4)由 上 可 知，SJF算 法 的 平 均 等 待 时 间 最 小。6.4 答:a.10.53(8+11.6+12)/3)b.9.53(8+8+12.6)/3)c.6.86(1+5.6+14)/3)第 七 章 进 程 同 步 7.1 术 语 忙 等 的 含 义 是 什 么？操 作 系 统 里 其 他 种 类 的 等 待 有 哪 些？忙 等 能 否 完 全 避 免？为 什 么？答：忙 等 的 含 义 是 当 一 个 进 程 位 于 其 临 界 区 内 时，任 何 试 图 进 入 其 临 界 区 的 进 程 都 必 须 在 其 进 入 代 码 中 连 续 地 循 环。操 作 系 统 里 其

11、 他 种 类 的 等 待 有：等 待 1/0,等 待 信 号 被 释 放 等 等。忙 等 可 以 通 过 使 用 同 步 原 语，如：互 斥 锁、信 号 量 或 条 件 变 量。7.2 解 释 自 旋 锁 对 单 处 理 器 系 统 不 合 适 而 对 多 处 理 器 系 统 合 适？答：在 单 处 理 系 统 中，因 为 只 有 唯 一 的 一 个 C P U,因 此 在 一 个 进 程 等 待 外 部 事 件 时 造 成 C P U资 源 的 浪 费。而 在 多 处 理 系 统 中，由 于 自 旋 锁 的 优 点 是 在 进 程 必 须 等 待 一 个 锁 时 无 需 上 下 文 切 换，

12、因 此 当 锁 只 保 留 较 短 时 间 时，就 非 常 有 用。7.8 理 发 店 问 题。参 考 解 答：使 用 三 个 信 号 量：custom ers,用 来 记 录 等 候 理 发 的 顾 客 数（不 包 括 正 在 理 发 的 顾 客）；barbers,记 录 正 在 等 候 顾 客 的 理 发 师 数，为 0 或 1；mutex用 于 互 斥。另 外 还 需 要 一 个 变 量 waiting,也 用 于 记 录 等 候 的 顾 客 数，实 际 上 是 customers的 个 副 本。之 所 以 使 用 waiting是 因 为 无 法 读 取 信 号 量 的 当 前 值。在

13、 该 解 法 中，进 入 理 发 店 的 顾 客 必 须 先 检 查 等 候 的 顾 客 数 量，如 果 顾 客 数 量 少 于 椅 子 数，他 就 留 下 来 等，否 则 就 离 开。理 发 师 进 程 结 构 为：do wait(customers);wait(mutex);waitint=waiting-l;signal(barbers);signal(mutex);cut_hair();while(l);顾 客 进 程 结 构 为：wait(mutex);if(waitingCHAIRS)waitint=waiting+1;signal(customers);signal(mutex)

14、;wait(barbers);get_hair();elseSignal(mutex);如 果 等 待 的 顾 客 数 为 0 则 进 入 睡 眠 状 态 获 得 对 waiting的 访 问 权 将 等 待 的 顾 客 数 减 1一 个 理 发 师 现 在 一 经 做 好 理 发 的 准 备 释 放 waiting的 访 问 权 理 发（临 界 区 以 外）进 入 临 界 区 如 果 没 有 空 闲 的 座 椅，离 开 将 等 待 理 发 的 顾 客 数 加 1如 果 需 要，唤 醒 理 发 师 释 放 waiting的 访 问 权 如 果 空 闲 理 发 师 为 0 则 进 入 睡 眠 状

15、 态 就 座 并 接 受 理 发 服 务 理 发 店 已 满；不 等 待第 八 章 死 锁 8.1 列 出 三 个 与 计 算 机 系 统 环 境 相 关 的 死 锁 的 例 子。答：(1)两 辆 汽 车 从 相 反 方 向 通 过 一 座 单 行 的 桥 梁；(2)一 人 想 爬 上 梯 子 而 另 一 人 想 从 梯 子 上 下 来；(3)两 列 火 车 企 图 在 同 一 轨 道 上 相 向 而 行。8.2死 锁 是 否 可 能 只 涉 及 一 个 进 程？为 什 么？答：不 可 能。这 违 反 了 占 有 并 等 待 条 件。8.9假 设 有 一 个 系 统 有 m 个 资 源 被 n

16、 个 进 程 共 享，进 程 每 次 只 请 求 和 释 放 一 个 资 源。证 明 只 要 系 统 符 合 下 面 两 个 条 件，就 不 会 发 生 死 锁：a.每 个 进 程 需 要 资 源 的 最 大 值 在 1到 m 之 间。b.所 有 进 程 需 要 资 源 的 最 大 值 的 和 小 于 m+n。答：假 设 进 程 i需 要 的 最 大 值 为 Max(i),已 分 配 的 资 源 实 例 数 为 Alloc(i),还 需 要 资 源 数 为 Need(i)o则 a.1 M 芍 1 for all i锁，则 A l,.c.Allocationj=m Necdj+Allocatio

17、ni=Max,ni+u Need+m m+n-Needi V n可 以 得 出 至 少 存 在 一 个 进 程 Pi,其 Need=0,因 为 Max 21,因 此 该 进 程 能 正 常 运 行 结 束 并 释 放 一 个 资 源，死 锁 也 就 不 会 发 生。8.13答：(1)Need 矩 阵 内 容 分 别 为：(0,0,0,0)；(0,7,5,0)；(1,0,0,2)；(0,0,2,0)；(0,6,4,2)(2)该 系 统 处 于 安 全 状 态。(3)P1请 求 为(0,4,2,0),止 匕 时 Available为(1,1,0,0),该 请 求 能 立 刻 被 满 足。第 九 章

18、 内 存 管 理 9.2 说 明 内 部 碎 片 与 外 部 碎 片 的 区 别。答：内 部 碎 片 是 指 在 一 个 分 区 或 一 个 页 内，但 是 没 有 被 占 有 这 个 分 区 或 页 的 进 程 使 用 的 内 存。即 分 配 给 作 业 的 存 储 空 间 中 未 被 利 用 的 部 分，直 到 该 作 业 完 成 并 释 放 该 分 区 或 页 时 才 能 被 使 用。而 外 部 碎 片 是 指 系 统 中 无 法 利 用 的 小 存 储 块，只 要 通 过 合 理 的 移 动 使 所 有 空 闲 空 间 合 并 成 一 整 块 便 可 分 配 给 作 业。9.3 描 述

19、 卜 列 分 配 算 法：首 次 适 应、最 佳 适 应、最 差 适 应 答：（1）首 次 适 应：搜 索 空 闲 内 存 列 表 分 配 第 一 个 足 够 大 小 要 求 的 空 闲 分 区。（2）搜 索 整 个 内 存 列 表 分 配 最 小 的 足 够 大 小 要 求 的 空 闲 分 区。（3）最 差 适 应：搜 索 整 个 内 存 列 表 分 配 最 大 的 空 闲 分 区。9.5如 果 有 内 存 划 分 100KB、500KB,200KB、300KB和 600KB（按 顺 序），首 次 适 应、最 佳 适 应 与 最 差 适 应 算 法 各 自 将 怎 样 放 置 大 小 分 别

20、 为 212KB、417KB、112KB和 426KB（按 顺 序）的 进 程？哪 一 种 算 法 的 内 存 利 用 率 最 高？答：（1）首 次 适 应：212K放 在 500K分 区（剩 余 288K）；417K放 在 600K分 区；112K放 在 剩 余 的 288K分 区；而 426K进 程 必 须 等 待。（2）最 佳 适 应：212K放 在 300K分 区；417K放 在 500K分 区；112K放 在 200K分 区；426K放 在 600K分 区。（3）最 差 适 应：212K放 在 600K分 区（剩 余 388K）；417K放 在 500K分 区；112K放 在 剩 余

21、 388K分 区；而 426K进 程 必 须 等 待。从 上 可 看 出，最 佳 适 应 算 法 的 内 存 利 用 率 最 高。9.8假 设 一 个 有 8 个 1024字 页 面 的 逻 辑 地 址 空 间，映 射 到 一 个 有 32帧 的 物 理 内 存。问：a.逻 辑 地 址 多 少 位？b.物 理 地 址 多 少 位？答:逻 辑 地 址 13位；物 理 地 址 15位。9.10 假 设 一 个 将 页 表 放 在 内 存 的 分 页 系 统。a.如 果 一 次 内 存 访 问 用 200ns,访 问 一 页 内 存 需 要 多 少 时 间？b.如 果 加 入 TLB,并 且 75%

22、的 页 表 引 用 发 生 在 TLB,内 存 有 效 访 问 时 间 是 多 少？（假 设 在 TLB中 寻 找 页 表 项 占 用 零 时 间，如 果 页 表 项 在 其 中）。答：a.访 问 一 页 内 存 需 要 200ns+200ns=400ns。b.有 效 内 存 访 问 时 间：0.75x200+0.25x400=250nso9.16 答：a.0430逻 辑 地 址 的 物 理 地 址 是：219+430=649b.110逻 辑 地 址 的 物 理 地 址 是：2300+10=2310c.2500逻 辑 地 址 的 长 度 越 界，产 生 中 断 d.3400逻 辑 地 址 的

23、物 理 地 址 是：1327+400=1727e.4122逻 辑 地 址 的 长 度 越 界，产 生 中 断第 十 章 虚 拟 内 存 10.1 在 什 么 情 况 下 出 现 页 错 误？描 述 一 下 发 生 页 错 误 时 操 作 系 统 做 了 哪 些 动 作？答：当 进 程 试 图 访 问 那 些 尚 未 调 入 到 内 存 的 页 时，对 标 记 为 无 效 的 访 问 会 产 生 页 错 误 陷 阱。处 理 页 错 误 的 程 序：(1)操 作 系 统 检 查 进 程 的 页 表，以 确 定 该 引 用 是 合 法 还 是 非 法 的 地 址 访 问；(2)如 果 引 用 非 法

24、，那 么 终 止 进 程。如 果 引 用 有 效 但 是 尚 未 调 入 页 面，那 么 现 在 应 调 入；(3)找 到 一 个 空 闲 帧；(4)调 度 一 个 磁 盘 操 作，以 便 将 所 需 要 的 页 调 入 刚 分 配 的 帧；(5)当 磁 盘 读 操 作 完 成 后，修 改 进 程 的 内 部 表 和 页 表，以 表 示 该 页 已 在 内 存 中；(6)重 新 开 始 因 非 法 地 址 陷 阱 而 中 断 的 指 令。10.10答：由 题 目 所 给 条 件 可 知，数 组 A 有 100 x100=10000个 整 数，系 统 中 共 有 2 个 内 存 页 用 于 存

25、放 数 组 信 息，数 组 中 的 元 素 按 行 编 址。若 每 页 存 放 200个 整 数，则 一 个 内 存 页 中 可 以 存 放 2 行 数 组 元 素，对 于 程 序 a,数 组 元 素 的 访 问 顺 序 为：A00,A0l,A0199Al0,All.Al99A990,A99l.A 9999显 然 程 序 a 对 数 组 A 的 访 问 顺 序 与 存 储 顺 序 一 致，也 是 按 行 进 行 的。因 此 程 序 a 每 访 问 2 行 数 组 元 素 都 会 产 生 一 次 缺 页 中 断，则 访 问 整 个 数 组 会 产 生 100/2=50次 缺 页 中 断。对 于

26、程 序 b,数 组 元 素 的 访 问 顺 序 为：A00,Al0.A99JIOJA0l,All,A99lAf099,Al99,A9999显 然 程 序 b 对 数 组 A 的 访 问 顺 序 与 存 储 顺 序 不 一 致。因 此 程 序 b 每 访 问 2 个 元 素 将 产 生 一 次 缺 页 中 断，则 访 问 整 个 数 组 会 产 生 10000/2=5000次 缺 页 中 断。10.II答:帧 数 最 近 最 少 使 用(LRU)FIFO页 置 换 最 优 页 置 换 1 20 20 202 18 18 153 15 16 114 10 14 85 8 10 76 7 10 77

27、 7 7 7第 十 一 章 文 件 系 统 接 口 11.1 假 设 有 一 个 文 件 系 统，它 里 面 的 文 件 被 删 除 后，当 连 接 到 该 文 件 的 链 接 依 然 存 在 时，文 件 的 磁 盘 空 间 会 再 度 被 利 用。如 果 一 个 新 的 文 件 被 创 建 在 同 一 个 存 储 区 域 或 具 有 同 样 的 绝 对 路 径 名，这 会 产 生 什 么 问 题？如 何 才 能 避 免 这 些 问 题？答：假 设 F1是 旧 文 件 而 F2是 新 文 件，一 个 用 户 本 来 想 访 问 F1而 实 际 通 过 链 接 访 问 的 却 是 F2。这 个

28、问 题 可 以 通 过 确 保 在 删 除 文 件 的 同 时 删 除 连 接 到 该 文 件 的 链 接 实 现。具 体 实 现 可 通 过 以 下 几 种 方 法：(1)保 留 卷 个 文 件 的 链 接 列 表，当 文 件 被 删 除 时 搜 索 这 些 链 接 并 删 除 它 们。(2)暂 时 保 留 链 接 指 针，直 到 试 图 访 问 已 删 除 的 文 件 时 删 除 它 们。(3)保 留 文 件 直 到 删 除 其 所 有 引 用 为 止。11.2 一 些 系 统 当 一 个 用 户 注 销 或 作 业 中 止 时 会 自 动 删 除 所 有 的 用 户 文 件，除 非 用 户 显 式 地 要 求 文 件 被 保 留。另 外 的 系 统 保 留 所 有 的 文 件，除 非 用 户 显 式 删 除 它 们，论 述 每 种 方 法 的 相 对 优 点。答：删 除 没 有 具 体 由 用 户 保 存 的 所 有 文 件 通 过 不 保 存 不 想 要 的 或 不 必 要 的 文 件，因 此 具 有 最 小 化 文 件 空 间 的 优 势。保 存 所 有 文 件 除 非 显 式 删 除 它 们 这 种 方 法 对 用 户 来 说 更 安 全，因 为 它 们 不 可 能 因 为 忘 了 保 存 而 无 意 中 丢 失 了 文 件。