计算机科学与技术《操作系统》第四版课后习题答案完整版

2023年12月910:28:14发布者:EMT 261 views 举报
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第一章习题解析

1.设计现代 OS 的主要目标是什么?

答: (1)有效性 ( 2)方便性 ( 3)可扩充性 ( 4)开放性

2 OS 的作用可表现在哪几个方面?

答: (1) OS 作为用户与计算机硬件系统之间的接

(2)作为计算机系统资源的管理者

(3)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 I/O 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。OS 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算机资源的抽象。

4 .试说明推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是什么?

答: 主要动力来源于四个方面的社会需求与技术发展:

(1 )不断提高计算机资源的利用率;

(2 )方便用户;

(3 )器件的不断更新换代;

(4 )计算机体系结构的不断发展。

5.何谓脱机 I/O 和联机 I/O ?

答: 脱机 I/O 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,把纸带或卡片

上的数据或程序输入到磁带上。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。

而联机 I/O 方式是指程序和数据的输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:

(1)CPU 的分时使用缩短了作业的平均周转时间;

(2)人机交互能力使用户能直接控制自己的作业;

(3) 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,系统应能及时接收并及时处理该命令,在用户能接受的时延内将结果返

回给用户。

解决方法:

针对及时接收问题,可以在系统中设置多路卡,使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据; 为每个终端配置缓冲区,

暂存用户键入的命令或数据。针对及时处理问题, 应使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: 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,更好地满足实时控制领域和实时信息处理领域的需要。

9.什么是硬实时任务和软实时任务?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果。举例来说,运 载火箭 的控制

软实时任务是指 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 响不 。举例: 网页 的更新 、火

车售票 系统。

1 0 . 试从交互性 , 及时性以及可 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 ,都是以人所能接受

等待 时间来 定; 实时控制系统的及时性,是以控制对象所要求的开 截止时间或完成截止时间来 定的,一 秒级

毫秒级 甚至 有的要 于 1 00 微秒

(2 )交互性:实时信息处理系统 有交互性, 人与系统的交互 仅限 访 问系统中 某些特 定的 务程序。不

时系统 样能 终端用户提 数据和资源 共享等服 务。

(3 )可 性:分时系统 要求系统可 但相比 之下,实时系统则要求系统 有高

的可 性。 为任何 差错 都可能带来 巨大 经济损失 甚至 难性 果,所以在实时系统中, 往往 采取 了多 级容错措

施保障 系统的 安全 性及数据的 安全 性。

11 OS 有哪几 大特征 其最基本 特征 是什么 ?

答: 并发性 、共享 、虚拟 性和 异步 性四个 基本特征 最基本 特征 是并发性和 共享 性。

12 . 在多 程序技术的 OS 环境 下的资源 共享 与一 情况下的资源 共享 有何不同 ? 独占 资源应 采取 种共享 方式 ?

答: 一般情况下的共享与操作系统环境下的共享其含义并不完全相同。前者只是说明某种资源能被大家使用 , 图书馆 中的

图书 能提 大家借阅,但 未限 借阅 者必须在同一时间 ( 隔) 和同一地 点阅读 ,学校 中的计算机机 房供全校学生

, 或者说 ,全校学生共享 该机 中的计算机设备 ,虽然 所有 班级 的上机地 同的 ,但 的上机时间并不 同。对于这样的

资源 共享 方式 , 只要 通过适 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。

而在 0 S 环境 下的资源 共享 为资源 用,是指系统中的资源可 中多个并发 行的进程 同使用。这 宏观

定了时间(进程在内 存期 间), 也限 定了地 (内 )。对于这 资源 共享 方式, 管理 复杂得 多, 为系统中的资

于多 程序需求的 和,会形成 它们 共享 资源的 争夺 。所以,系统必须对资源 共享 进行 妥善 管理。

独占 资源 用互 斥共享 方式。

13 . 什么是时分 用技术 ? 举例说明 能提高资源利用率的 根本原因 是什么 ?

: 时分复用技术 : 将资源在不同的时间片内分 给各进程以使该资源 被重复 利用 , 提高资源的利用率。如 用时分

技术的 虚拟 处理机 , 在不同的时间片内处理多个用户的请求 , 使 用户 感觉 自己 独占 主机 ,而 处理机在这 也被 充分

的利用。

14 . 是什么 原因 使操作系统 异步 特征

答: 操作系统的 异步 性体现在 个方面:

一是进程的异步性,进程以人们不可预知的速度向前推进,

二是程序的不可再现性, 程序 行的结果有时是不 定的,

是程序 行时间的不可预 性, 每个程序何时 行, 序以及完成时间是不 定的。

15 .处理机管理有哪 主要 能? 它们 的主要任务是什么?

答: 处理机管理的主要 能是:进程管理 进程同 步、 进程 信和处理机调

进程管理:为作业 创建 进程, 撤销已 进程,控制进程在运行 程中的 状态 转换。进程同 :为多个进程( 含线 程)的运

行进行协调。

进程 信:用来实现在 作的进程之间的信息交换。

处理机调

(1 )作业调 。从 队里按照 一定的算法 , 若干 个作业,为 他们 运行所需

的资源(首 是分 )。

(2 )进程调 :从进程的 就绪队列 中, 按照 一定算法 出一个进程,把处理机分 ,并设置运行现 ,使进程

行。

16 .内 管理有哪 主要 ? 他们 的主要任务是什么?

答: 管理的主要 能有:内 配、 存保护、 址映射 和内 扩充。内 :为每 程序分

存保护 确保 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 转换为内 存空

间与对应的 理地

扩充:用于实现请求调用 能,置换

17 .设备管理有哪 主要 能? 主要任务是什么?

答: 主要 能有 : 缓冲 管理 设备分 和设备处理以及 虚拟 设备

主要任务 : 完成用户提出的 I/O 请求,为用户分 I/O 设备;提高 CPU 和 I/O 设备的利用率;提高 I/O 速度 ;以及方便

用户使用 I/O 设备 .

18 .文件管理有哪 主要 能? 主要任务是什么?

答: 文件管理主要 能:文件 存储空 间的管理 管理 文件的 / 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 性。

19 . 试说明推动传统 OS 演变 为现在 OS 的主要 因素 是什么 ?

答: ( 1 ) 系统 安全 ( 2 )网络 能和 务。 ( 3 )支持 多体。

2 0 . 什么是 核 0 S ?

: 1 ) 够小 的内

2 ) 基于客户 / 务器

3 ) 应用机制与 策略 分离

4 ) 用面 对象技术。

21 . 操作系统 有哪 些优点?它 为何能有这 些优点?

: ( 1 ) 提高了系统的可扩展性 ;

( 2 ) 增强了系统的可靠性 :

( 3 ) 移植

( 4 ) 提供了对分布式系统的支持 :

( 5 )融 入了面 对象技术

22 . 现代操作系统 统操作系统 又增加 了哪 些功 能和 特征?

答: ( 1 ) 进程 (线 ) 管理。

( 2 ) 低级存储 器管理。

( 3 ) 中断和 入处理。

23 . OS 中 , 为什么要 户/ 务器 ?

: C/S 独特 优点:

( 1 ) 数据的分 处理和 存储

( 2 ) 便于 中管理。

( 3 ) 灵活性和可扩充性。

( 4 ) 改编 应用软件。

24 . 结构的 OS 中 , 应用了哪 新技术 ?

: 在基于微内核结构的 OS ,采 用面 对象的程序设计技术。

25 . 何谓 技术 ? 通常 了哪 些功 ?

: 把操作系统中更多的成分和功能放到更高的层次 (即 用户 ) 运行 , 而留 下一个 尽量小 的内 核, 来完成操作系统

基本 核心功 ,称 技术为 技术。在 通常 了进程 (线 ) 管理 、低级存储 器管理 中断和 入处理 等功

能。

第二章习题解析

1 . 什么是 前趋图 ?为什么要引入 前趋图

答: 前趋图 ( P recedence Graph) 是一个有 向无循环图 DAG(DirectedAcyclic Graph) ,用于 描述 进程之间 行的

关系。

2 . 出下面四 条语句 前趋图:

S1 =a: =x+y;

S2 = b := z + 1 ;

S3 =c:=a –b ;

S4 = w :=c+ 1 ;

答: 其前趋图 为:

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3 . 什么程序并发 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 行时为什么会 失去 封闭 性和可再现性?

答:程序并发 行时,多个程序 共享 系统中的各 资源, 因而 资源的 状态 由多个程序 改变 ,致使程序运行 失去 封闭 性,

其失去 可再现性。

5.在操作系统中为什么要引入进程 概念 产生 什么样的 ?

答:为了使程序在多 程序 环境 下能并发 行,并对并发 行的程序 以控制和 描述 ,在操作系统中引入了进程 概念

影响 : 使程序的并发 以实行。

6.试从动 性,并发性和 性上 比较 进程和程序。

答: ( 1 ) 性是进程 最基本 性,表现为由 创建而产生 ,由调 度而执 行, 因得 不到资源 暂停 行,由 撤销而 消亡 。进

程有一定的 程序只是一 有序的指令 集合 ,是 实体。

( 2 ) 并发性是进程的 特征 ,同时 是 OS 的 特征 。引入进程的目的 是为了使 程序能和 其它 进程的程序并发

行, 程序是不能并发 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 PC B 的作用,为什么说 PC B 是进程 在的 一标

答: PC B 是进程实体的一部分,是操作系统中 最重 要的 记录 数据结构 。作用是使一个在多 程序 环境 下不能 运行的

程序,成为一个能 运行的 基本单

成为能与 其它 进程并发 行的进程。OS 是 据 PC B 对并发执行的进程进行控制和管理的。

8.PC B 了进程管理和进程调 所需要的哪 信息 ?

答: 进程管理 :通 指令计数器 程序 状态 用户 指针

进程调度 : 进程 状态、 进程 级、 事件 、其他 信息

9. 进程控制块的组织方式有哪几种 ?

答: 线 性方式 接方式 引方式

1 0 何谓操作系统内核 ? 的主要 能是什么 ?

答:现在操作系统一般将 0 S 分为 若干 层次 , 再将 0 s 的不同 能分 设置在不同的层次中。 通常 将一 与硬件 紧密 关的

( 如中断处理程序 等)、 种常 用设备的 动程序以及运行 ( 如时 管理

进程调 和许多 用的一 些基本 操作 ), 安排 硬件的软件层次中 , 它们常 存,即通常被称 为的 0 S 内

支撑功能: 中断处理 管理 、原语 操作

资源管理功能: 进程管理 、存储 器管理 设备管理

11.试说明进程在 基本状态 之间转换的 典型 原因

答:( 1) 就绪状态 状态 :进程分 到 CPU 资源

2) 状态 就绪状态 :时间片用完

3) 状态 阻塞 状态 :I/ 0 请求

4) 阻塞 状态 就绪状态 :I/ 0 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 不同的需要:终端用户需要, 进程需要,操作系统需要,对换需要和 负荷 需要。处于 挂起

状态 的进程不能接收处理机调

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 换时 , 所要 保存 的处理机 状态 信息有 :

( 1 ) 进程当 信息

( 2 ) 下一指令地 信息

( 3 ) 进程 状态 信息

( 4 )过 程和系统调用 数及调用地 信息。

14 . 试说明引起进程创建的主要事件。

: 进程 创建 的主要事件有 : 用户 录、 作业调 度、 供服 应用请求。

15 .试说明引 进程 被撤销 的主要事件。

答:引 进程 被撤销 的主要事件有: 束、异常 越界 、保护错、 法指令 、特 指令 错、 运行 、等待

算术运算 错、 I/ 0 预(操作 或操作系统 进程请求 进程终止)。

16 .在 创建 一个进程时所要完成的主要 作是什么?

答:( 1) 0 S 发现请求 创建 新进程事件 ,调用进程 创建原语 C reat()

(2) 申请空白 PC B

(3)为新进程分 资源;

(4 ) 进程控制

(5)将新进程 就绪队列

17 . 撤销 一个进程时所要完成的主要 作是什么?

答:( 1) 终止进程标 识符 ,从 PC B 检索 出进程 PC B 出该进程 状态

2) 若被 终止进程处于 状态 终止该进程的 行,置调 志真 ,指 该进程 终止 后重 新调

3) 该进程 进程,应将所有 子孙 进程终止,以 它们 成为不可控进程。

4)将 终止进程 有的 部资源, 归还 进程,或 归还 给系统。

(5) 终止进程 PC B 从所在 队列 表中 出, 等待其它 程序 信息。

18 . 试说明引 进程 阻塞戒 唤醒 的主要事件是什么?

答: a. 请求系统 务; b . 某种 操作; c. 新数据 d.无 作可

19 . 为什么要在 0 S 中引入 线 ?

答:在操作系统中引入线程,则是为了减少程序在并发执行时所 出的时空 开销 ,使 0 S 有更好的并发性,提高 CPU 的利

用率。进程是分 资源的 基本单 而线 程则是系统调 基本单

2 0. 试说明 线 有哪 ?

答:( 1) 轻型 实体(2 ) 和分 基本单 (3 ) 可并发 行(4 )共享 进程资源。

21 . 试从调 性,并 性, 有资源及系统开 方面对进程和 线 程进行 比较

答:( 1 ) 性。 线 程在 0 S 中作为调 和分 基本单 ,进程只作为资源 有的 基本单

2)并发性。进程可以并发 行,一个进程的多个 线 可并发 行。

3) 有资源。进程 终是 有资源的 基本单 线 程只 有运行时必不可 的资源, 基本 有系统资源,

可以 访 隶属 进程的资源。

4)系统开 。操作系统在 创建、撤 换进程时 出的开 显著 线 程。

22 . 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 间中的 线 程, 须内 核支持 。这 种线 程的 创建、撤销、线 程间的同 等功 能,

需利用系统调用实现。用户 级线 程的 通常 在一个应用进程的 线 程之间,同样 需内 核支持

2)内 核支持线 程:在内 核支持 下运行的 线 程。 是用户进程中的 线 程, 是系统 线 程中的 线 程, 其创建、撤销

都是 ,在内 核空 间中实现的。

在内 核空 为每个内 核支持线 程设置了 线 程控制 ,内 核根 据该控制 感知某线 程的 在并实 控制。

23 . 试说明用户 级线 程的实现方法。

答:用户 线程是在用户空间中的实现的,运行在 运行时系统 控制 线 的中间系统上。运行时系统用于管理

和控制 线 程的 数的 集合 。内 控制 线 程或 轻型 进程 LW P 可 通过 系统调用 供服 务,利用 LW P 进程作为中间系

统。

24 . 试说明内 核支持线 程的实现方法。

答:系统在创建 进程时,分配一个任务数据区 P T DA 包括 若干 线 程控制 块 T C B 间。 创建 一个 线 程分 一个

T C B ,有关信息 T C B ,为之分 必要的资源。

当 P T DA 中的 T C B 用完, 进程 有新 线 程时,只要所 创建 线 程数目 系统允许 ,系统可在为之分 新的 T C B

撤销 一个 线 程时, 应回收 线 程的所有资源和 T C B

25 . 线 有哪几 种类 ?多对一 有何

答:多对一 一对一 和多对多

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 个进程都 阻塞;此外 ,在任一时 ,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。

第三章习题解析

1 . 调度不 低级 调度的主要任务是什么?为什么要引入中 调度?

答:高 调度的主要任务是 据某种算 ,把 存上处于 后备队列 中的 些作业调入内存。 低级 调度是 存处理机的现

场信息 某种算 法先取 进程, 把处理 分配 进程。

引入中 调度的主要 的是为了提高内存 和系统 吞吐量 。使 些暂时不能运行的进程不 再占 用内存资源,将它们

至外 等待 ,把进程状态 就绪驻外 存状态或挂起状态。

2 . 处理机调度算 的共同 目标 是什么?批处理系统的调度 目标又 是什么?

答: 共同 目标 :资源 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 ,系统 吞吐量 高,处理机 高。

3 . 何谓作业 作业步和作业

答:作业 含通 的程序和数据, 配有作业说明 。系统 据该说明 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 存调入内存。

作业步是指每个作业运行期间都 必须经 若干 个相对独立相互关联的 序加 的步

作业 是指 若干 个作业进入系统 后依 次存放在 存上形成的 入作业 流; 在操作系统的控制下, 个作业进程处理,

于是形成了处理作业

4 . 在什么情况下需要使用作业控制块 JCB? 其中 含了哪些内

答:每 作业进入系统时,系统 便 为每个作业建立一个作业控制块 J C B 据作业 类型 将它 入到相应的 后备队列 中。

J C B 含的内 有: 1 )作业 标识 2 )用户 名称 3 )用户 4 )作业 类型 CPU 繁忙型、 I/0 芳名型、

量型、 终端 5 )作业状态 6 )调度 信息 优先级、 作业 运行)

7 )资源要 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

5. 在作业调度中应 确定 多少个作业和接 哪些作业?

答:作业调度每次接 进入内存的作业数, 取决 于多道程序度。应将哪些作业从 存调入内存, 取决 用的调度算

最简 单的是 先来服 务调度算 较常 用的是 作业 优先 调度算 和基于作业 优先级 的调度算

7 . 试说明 低级 调度的主要功能。

答:( 1 存处理机的现 场信息 2 某种算 法选取 进程( 3 )把处理机分配 进程。

8 . 抢占 调度方式中, 抢占 则是什么?

答: 抢占 则有:时间片 、优先权原 、短 作业 优先权原

9 . 选择 调度方式和调度算 时,应 遵循 则是什么?

答:( 1 向用户的 则: 周转 时间 短、 响应时间 快、截止 时间的 保证、优先权准 则。

2 向系统的 则:系统 吞吐量 处理机 率好、各类 资源的 平衡利 用。

1 0. 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)调度算

答:批处理系统的调度算 作业 优先、优先权、 高响应 比优先、 级反馈队列 调度算

分时系统的调度算 :时间片 轮转法

实时系统的调度算 最早截止 时间 优先即 E D F 、最低松弛 优先即 LLF

11 . 何谓 态和动态 优先级 确定静 优先级 据是什么?

答: 优先级 是指在创建进程时 确定 且在进程的 个运行期间 持不 优先级

动态 优先级 是指在创建进程时 赋予 优先权 ,可以 进程推进或 等待 时间增加而 改变 优先级 ,可以获得更

的调度性能。

确定 进程 优先级 据:进程 类型、 进程对资源的需 和用户要

12 . 比较 FCFS SPF 种进程调度算

答:相同 种调度算 都可以用于作业调度和进程调度。

不同 F C F S 调度算 每次都从 后备队列 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 作业 / 进程,不 作业 / 进程。 SPF 每次调度都从 后备队列 选择 一个或 若干 计运行时间

最短 的作业,调入内存中运行。该算 作业 / 进程,不 作业 / 进程。

13 . 在时间片 轮转法 中,应 确定 时间片的大 ?

答:时间片应 大于一次 典型 互需要的时间。一般应 考虑三 因素 :系统对相应时间的要 求、就绪队列 中进程的数

和系统的处理能力。

14 . 通过一个 例子来 说明通 优先级 调度算 不能 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 程度的任务 优先级 调度算 ,通

先级 调度算 不能 满足 实时系统的调度实时性要 而不 用。

15 . 为什么说多 级反馈队列 调度算 较好 满足各 用户的需要?

答: 终端 用户:由于终端 用户提 的作业多 作业,通 常较小 ,系统只要能使这些作业在 队列规定

时间片内完成, 便 可使终端 用户 满意

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