操作系统第五章(新)

第五章一填空题1.对打印机的I/O控制方式常采用中断驱动I/O控制方式，对磁盘的I/O控制方式常采用直接存储器访问I/O方式。

2.DMA是指允许CPU和I/O设备之间直接交换数据的设备。

在DMA中必须设置地址寄存器，用于存放由内存到设备的内存源地址，还必须设置数据寄存器，用来暂存交换的数据。

3.设备控制器是CPU和I/O设备之间的接口，它接受来自CPU的I/O命令，并用于控制I/O设备的工作。

4.缓冲池中的每个缓冲区由缓冲首部和缓冲体两部分组成。

5.I/O软件通常被组织成用户层软件、设备独立性软件、设备驱动程序和中断处理程序四个层次6.驱动程序与I/O设备的I/O控制方式紧密相关，如果计算机中连有3个同种类型的彩色终端和2个同种类型的黑白终端，则可以为它们配置2个设备驱动程序。

7.为实现设备分配，系统中应配置设备控制表和系统设备表的数据结构，为实现控制器和通道的分配，系统还应配置控制器控制表和通道控制表的数据结构。

8.除了设备的独立性外，在设备分配时还应考虑设备的固有属性、设备分配算法和设备分配的安全性三种因素。

9.为实现设备独立性，在系统中必须设置逻辑设备表，通常它包括逻辑设备名、物理设备名和设备驱动程序的入口地址三项。

10.SPOOLing系统是由磁盘中的输入井和输出井,内存中的输入缓冲区和输出缓冲区以及输入进程SPi和输出进程SPo组成的。

11.实现后台打印时，SPOOLing系统中的输出进程只为请求I/O的进程做两件事：(1)为之在输出井中申请一空闲磁盘块区，并将要打印的数据送入其中；(2)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表中，再将排在请求打印队列中。

12.磁盘的访问时间由寻道时间、旋转延迟时间和传输时间三部分组成，其中占比重比较大的是寻道时间，故从磁盘调度的目标为使磁盘的平均寻道时间最少。

13.在磁盘调度中，选择优先为离当前磁头最近的磁道上的请求服务的算法为最短寻道时间优先(SSTF)算法，这种算法的缺点是会产生饥饿现象，选择优先为当前磁头移动方向上，离当前磁头最近的磁道上请求服务的算法为扫描(SCAN)算法。

第五章参考答案1、设备控制器位于设备与CPU之间，它要与CPU、设备进行通信。

设备控制器一般都由3部分构成：设备控制器与CPU的接口、设备控制器与设备的接口、I/O逻辑。

2、设备控制器应具备下列功能1）接收与识别命令：接收与识别CPU发送的命令，这些命令放在寄存器中。

由设备驱动程序进行解释与执行。

2）交换数据：3）标识与报告设备状态4）地址识别：如内存的每一个单元都有地址，每个设备已都有一个地址。

CPU就是通过这些地址来控制与识别设备。

5）数据缓冲：由于CPU和内存的速度较高，而I/O设备的速度较低，因此在他们中间必要通过缓冲区进行速度匹配。

6）差错控制9、引入缓冲主要原因有（1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。

凡是数据到达和离去速度不匹配的地方均可采用缓冲技术。

在操作系统中采用缓冲是为了实现数据的I/O操作，以缓解CPU与外部设备之间速度不匹配的矛盾，提高资源利用率（2）减少对CPU的中断次数（频率）。

14、1）安全分配方式：当进程发出I/O请求后，便进入阻塞状态，直到I/O完成才被唤醒。

不可能造成死锁2）不安全分配方式：在这种方式中，当进程提出I/O请求后，仍然进行运行，需要时又提出第二个I/O请求。

可能造成死锁。

设备独立性是指应用程序独立于具体使用的物理设备。

引入设备独立性有二：1）设备分配具有灵活性：当进程以物理设备名来请求某设备时，如果该设备已经分配，而尽管这是还有其它的相同设备正在空闲（但名字不同），该进程仍然要被阻塞。

但如果用逻辑设备名来请求，系统就会从这类设备中进行分配。

2）易于实现I/O重定向：/O重定向—用于I/O操作的设备可以更换（即重定向）而不必改变应用程序。

为了实现设备独立性必须引入逻辑设备与物理设备（设备的独立性是通过逻辑设备来实现的）。

在应用程序中使用的是逻辑设备（通过逻辑设备名来请求设备）；而系统执行时，是使用的物理设备。

因此必须有将逻辑设备转化为物理设备的功能（OS要做的事情）将一台物理I/O设备虚拟为多个逻辑I/O设备，让多个用户共享一台物理I/O设备，实现设备虚拟的关键技术是SPOOLing技术。

第五章存储管理作业答案2、6、10、13、15、162、解释下列概念：物理地址、逻辑地址、逻辑地址空间、内存空间、重定位、静态重定位、动态重定位、碎片、紧缩、可重定位地址。

物理地址——内存中各存储单元的地址由统一的基地址顺序编址，这种地址称为物理地址。

逻辑地址——用户程序经编译之后的每个目标模块都以0为基地址顺序编址，这种地址称为逻辑地址。

逻辑地址空间——由程序中逻辑地址组成的地址范围叫做逻辑地址空间。

内存空间——由内存中的一系列存储单元所限定的地址范围称作内存空间。

重定位——把逻辑地址转变为内存物理地址的过程叫做重定位。

静态重定位——在目标程序装入内存时所进行的重定位。

动态重定位——在程序执行期间，每次访问内存之前进行的重定位。

碎片——在分区法中，内存出现许多容量太小、无法被利用的小分区称作“碎片”。

紧缩——移动某些已分配区的内容，使所有作业的分区紧挨在一起，而把空闲区留在另一端，这种技术称为紧缩。

可重定位地址——当含有它的程序被重定位时，将随之被调整的一种地址。

6、什么是虚拟存储器？它有哪些基本特征？参考答案：虚拟存储器是用户能作为可编址内存对待的虚拟存储空间，在这种计算机系统中实现了用户逻辑存储器与物理存储器分离，它是操作系统给用户提供的一个比真实内存空间大得多的地址空间。

虚拟存储器的基本特征是：虚拟扩充——不是物理上，而是逻辑上扩充了内存容量；部分装入——每个作业不是全部一次性地装入内存，而是只装入一部分；离散分配——不必占用连续的内存空间，而是“见缝插针”；多次对换——所需的全部程序和数据要分成多次调入内存。

10、某虚拟存储器的用户编程空间共32个页面，每页为1KB，内存为16KB。

假定某时刻一个用户页表已调入内存的页面页号和物理块号如表5-1所示。

则逻辑地址0A5C(H)所对应的物理地址为。

表5-1 页表中页号和物理块号对照表参考答案：0A5C(H)换成二进制：页号为2，查表，对应物理块号为4，与页内地址拼接成物理地址：再转换为十六进制，即125C(H)13、已知段表如表5-2所示。

第五章一、问答题1、简述页式虚拟存储管理的基本原理。

2、交换扩充了内存，因此，交换也实现了虚拟存储器。

这句话对吗？不对。

交换是把各个进程完整地调入内存，运行一段时间，再放回磁盘上。

虚拟存储器是使进程在只有一部分在内存的情况下也能运行。

交换是把整个进程换入换出主存。

而虚拟存储器的基本思想是程序的大小可以超过物理内存的大小，操作系统把程序的一部分调入主存来运行，而把其他部分保留在磁盘上。

故交换并未实现虚拟存储器。

3、简述虚拟存储器的实现原理。

4、简述快表的作用。

5、什么是紧凑？什么时候紧凑？6、比较存储管理中的连续分配和离散分配方式。

7、当系统中的地址空间非常大时（例如32位），会给页表的设计带来什么问题？请给出一个方案并分析其优缺点。

答：会导致页表过长从而很难找到一块连续的存储空间存放页表，此外如果页表中的行不连续也会加大访问页表的查找时间。

可以用多级页表解决这个问题，将页表分页，离散地存储在不同区域，同时建立另一张页表映射原来页表的每一页。

优点是不需要大块的连续空间，但并没有减少页表的空间，同时也增加了访存次数。

8、缺页中断和一般中断有什么区别？9、简述分页存储管理的基本思想和页表的作用。

10、交换扩充了内存，因此，交换也实现了虚拟存储器。

这句话对吗？11、叙述简单Clock置换算法的实现方案。

12、解释静态重定位与动态重定位。

13、什么叫紧凑，什么时候紧凑？14、为了实现虚拟页式存储管理，页表应该包含哪些内容？15、页和段有哪些区别？16、覆盖技术和交换技术的特点是什么？17、简述分页和分段的区别。

18、什么是紧凑？什么时候紧凑？19、简述虚拟存储器的定义。

20、简述分页和分段的区别21什么叫可重入代码？22、局部性原理可以体现在哪两个方面，其具体含义是什么？23、分页和分段的主要区别是什么？二、计算题1、现有一分页虚拟存取管理系统，其页表保存在寄存器中。

若有一个可用的空页或被替换的页未被修改，则它处理一个缺页中断需要8ms。