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第一章操作系统简介一、单项选择题1.linux操作系统是（）A.单用户单任务操作系统B.单用户多任务操作系统C.多用户单任务操作系统D.分时操作系统2.操作系统内核中文件系统模块的主要功能是（）A.实现虚拟存储B.保存系统文档和用户文档C.保护系统数据D.实现对文件的按名存取和文件的存储3.下列关于批处理系统的叙述中，正确的是（）A.批处理系统允许多个用户与计算机直接交互B.批处理系统分为单道批处理系统和多道批处理系统。
C.单道批处理系统也可能同时是分时系统。
D.多道程序系统就是指多道批处理系统。
二、填空题1.单道批处理系统的内存中只能驻留_______________ 道用户作业，CPU和内存资源被用户作业独占。
2.单道批处理系统与无操作系统的计算机系统相比而言，减少了的时间。
3.操作系统是一组控制和管理计算机________________ 和___________ 资源、合理地对各类作业进行调度，以及方便用户的程序集合。
4.并发是指两个或两个以上的事件在_________________________ 的发生。
5._____________________________________ 现代操作系统的特征包括并发、、虚拟和异步。
三、简答题1 •请说明操作系统的作用和功能。
作用：操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、合理有效地组织计算机系统的工作，为用户提供一个使用方便可扩展的工作环境，从而起到连接计算机和用户的接口作用功能：处理器管理、作业管理、存储器管理、设备管理、文件管理。
2.请说明单道批处理系统、多道批处理系统、分时系统的特点及优缺点。
1）单道批处理系统：最早出现的一种OS,具有单道性、自动性和顺序性。
与无操作系统的计算机系统相比而言，减少了人工操作的时间。
但由于作业独占CPU 和内存，当作业进行I/O时，CPU只能等待I/O完成而无事可做，导致CPU资源不能得到充分利用。
第四章参考答案4、为了实现对空闲分区的分配和链接，在每个分区的起始部分，用两个字段设置一些用于控制分区分配的信息（如分区的大小和状态位），以及用于链接其它分区的前向指针；在分区尾部，用两个字段设置了一个后向指针，为了检索方便也设置了控制分区分配的信息。
然后，通过前、后向指针将所有的分区链接成一个双向链表。
5、在连续分配内存方式中，会出现不能被利用的“零头”或“碎片”，为了利用这些“零头”或“碎片”，就必须进行数据或程序的移动—“紧凑”，因此相应的这些程序或数据在内存中的位置就必须进行修改，否则就无法执行。
从本质上讲引入动态重定位，就是在连续分配内存方式下，进一步提高内存利用率的一种方法。
实现技术动态重定位必须获得硬件支持。
只有具有动态重定位硬件机构的计算机系统，才有可能采取动态重定位可变分区多道管理技术，系统的硬件包括重定位寄存器和加法器8、为了实现进程对换，系统必须具备对换空间的管理，进程换入、换出等三项功能。
9、p113.不是，只换出进程的程序与数据，PCB不换出（只进行修改，表示该进程在外边）。
10、页表寄存器11、分段存储管理方式的引入是为了满足用户下列要求（1）便于编程通常用户常常把自己的作业按照逻辑关系划分成若干个段，每个段都有自己的名字，且都从零开始编址，这样，用户程序在执行中可用段名和段内地址进行访问。
例如：LOAD 1，[A] | <D> 这条指令的含义是将分段A中的D单元内的值读入寄存器1。
（2）信息共享（分段共享）在实现程序和数据的共享时，常常以信息的逻辑单位为基础，而分页系统中的每一页只是存放信息的物理单位，其本身没有完整的意义，因而不便于实现信息的共享，而段却是信息的逻辑单位，有利于信息的共享。
（3）分段保护信息保护是对相对完整意义的逻辑单位（段）进行保护。
（4）动态连接通常一个源程序经过编译后所形成的若干个目标程序，还需再经过链接，形成可执行代码后才能运行，这种在装入时进行的链接称为静态链接。
第4章存储管理“练习与思考”解答1．基本概念和术语逻辑地址、物理地址、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、碎片紧缩、虚拟存储器、快表、页面抖动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，这种地址称为相对地址或逻辑地址。
内存中各物理存储单元的地址是从统一的基地址开始顺序编址的，这种地址称为绝对地址或物理地址。
由程序中逻辑地址组成的地址范围叫做逻辑地址空间，或简称为地址空间。
由内存中一系列存储单元所限定的地址范围称作内存空间，也称物理空间或绝对空间。
程序和数据装入内存时，需对目标程序中的地址进行修改。
这种把逻辑地址转变为内存物理地址的过程称作重定位。
静态重定位是在目标程序装入内存时，由装入程序对目标程序中的指令和数据的地址进行修改，即把程序的逻辑地址都改成实际的内存地址。
动态重定位是在程序执行期间，每次访问内存之前进行重定位。
这种变换是靠硬件地址转换机构实现的。
内存中这种容量太小、无法被利用的小分区称作“碎片”或“零头”。
为解决碎片问题，移动某些已分配区的内容，使所有进程的分区紧挨在一起，而把空闲区留在另一端。
这种技术称为紧缩（或叫拼凑）。
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，它使用户逻辑存储器与物理存储器分离，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。
为了解决在内存中放置页表带来存取速度下降的矛盾，可以使用专用的、高速小容量的联想存储器，也称作快表。
若采用的置换算法不合适，可能出现这样的现象：刚被换出的页，很快又被访问，为把它调入而换出另一页，之后又访问刚被换出的页，……如此频繁地更换页面，以致系统的大部分时间花费在页面的调度和传输上。
此时，系统好像很忙，但实际效率却很低。
这种现象称为“抖动”。
2．基本原理和技术（1）存储器一般分为哪些层次？各有何特性？存储器一般分为寄存器、高速缓存、内存、磁盘和磁带。
CPU内部寄存器，其速度与CPU一样快，但它的成本高，容量小。
超流水线以增加流水线级数的方法来缩短机器周期，使相同时间内超流水线能执行更多的机器指令。
3.4第4章习题解答1、简要解释下列名词述语虚拟存储器：依靠操作系统的支持来实现的，为用户提供一个比实际内存大的可访问存储器空间，即在软件编程上可使用的存储器，称为虚拟存储器。
随机存储器RAM：按给定地址随机地访问任一存储单元，访问时间与单元位置无关。
只读存储器ROM：在正常工作中只能读出，不能写入的存储器。
存取周期：指存储器做连续访问操作过程中一次完整的存取操作所需的全部时间。
数据传输率：是数据传入或传出存储器的速率。
动态刷新：对动态存储器中原存信息为1的电容补充电荷，称为动态刷新。
直接映像Cache：将主存与Cache的存储空间划分为若干大小相同的页，每个主存页只能复制到某一个固定的Cache页中。
全相联映像Cache：将主存与Cache的存储空间划分为若干大小相同的页，主存的每一页可以映象到Cache的任一页上。
组相联映像Cache：将主存与Cache都分组，主存中一个组内的页数与Cache的分组数相同。
每一组Cache中含有若干页（一般页数较少）；则主存中的各页与Cache的固定组号有映象关系，可自由映象到对应的Cache组中任一页。
段页式虚拟存储器：将程序按其逻辑结构分段，每段再分为若干大小相同的页，主存空间也划分为若干同样大小的页。
相应地建立段表与页表，分两级查表实现虚实地址的转换。
以页为单位调进或调出主存，按段共享与保护程序及数据。
相联存储器：是一种按内容寻址的存储器，它是根据所存信息的全部特征或部分特征进行存取的存储器，称为相联存储器。
2．请简计算机系统中的三级存储体系结构模式，并分析这种模式的优点和缺点。
答：三级存储体系包括缓存（cache）、内存和外存，这种模式的优点是层次体系清晰、便于设计实现，也利于系统调度管理，能提高存储系统性能；缺点是结构复杂，管理和控制都比较复杂，硬件成本高。
3．何谓随机存取？何谓顺序存取？何谓直接存取？请各举一例进行说明。
P152第四章作业5. 运行时动态链接方式，是装入时链接方式的一种改进，将对某些模块的链接推迟到程序执行时才进行。
亦即，在执行过程中，当发现一个被调用模块尚未装入内存时，立即由 OS 去找到该模块，并将之装入内存，将其链接到调用者模块上。
优点：凡是在执行过程中未被用到的目标模块，都不会被调入内存和被链接到装入模块上，这样不仅能加快程序的装入过程，而且可节省大量的内存空间。
7.程序在运行过程中经常要在内存中移动位置，为了保证这些被移动了的程序还能正常执行，必须对程序和数据的地址加以修改，即重定位。
引入重定位的目的就是为了满足程序的这种需要。
要在不影响指令执行速度的同时实现地址变换，必须有硬件地址变换机构的支持，即须在系统中增设一个重定位寄存器，用它来存放程序在内存中的起始地址。
程序在执行时，真正访问的内存地址是相对地址与重定位寄存器中的地址相加而形成的。
13.在多道环境下，一方面，在内存中的某些进程由于某事件尚未发生而被阻塞，但它却占用了大量的内存空间，甚至有时可能出现在内存中所有进程都被阻塞而迫使 CPU 停止下来等待的情况；另一方面，却又有着许多作业在外存上等待，因无内存而不能进入内存运行的情况。
显然这对系统资源是一种严重的浪费，且使系统吞吐量下降。
为了解决这一问题，在操作系统中引入了对换(也称交换)技术。
可以将整个进程换入、换出，也可以将进程的一部分(页、段)换入、换出。
前者主要用于缓解目前系统中内存的不足，后者主要用于实现虚拟存储。
15.系统应具备三方面功能：对换空间管理，进程换出，进程换入。
24.在段页式系统中，为了便于实现地址变换，须配置一个段表寄存器，其中存放段表始址和段长TL。
进行地址变换时，首先利用段号 S，将它与段长TL 进行比较。
若 STL，表示未越界，利用段表始址和段号来求出该段所对应的段表项在段表中的位置，从中得到该段的页表始址，并利用逻辑地址中的段内页号 P 来获得对应页的页表项位置，从中读出该页所在的物理块号 b，再利用块号 b 和页内地址来构成物理地址。
第四章存储器管理一、单项选择题1、存储管理的目的是（C ）。
A.方便用户B.提高内存利用率C.方便用户和提高内存利用率D.增加内存实际容量2、在（ A）中，不可能产生系统抖动的现象。
A.固定分区管理B.请求页式管理C.段式管理D.机器中不存在病毒时3、当程序经过编译或者汇编以后，形成了一种由机器指令组成的集合，被称为（B ）。
A.源程序B.目标程序C.可执行程序D.非执行程序4、可由CPU调用执行的程序所对应的地址空间为（D ）。
A.符号名空间B.虚拟地址空间C.相对地址空间D.物理地址空间5、存储分配解决多道作业[1C]划分问题。
为了实现静态和动态存储分配，需采用地址重定位，即把[2C]变成[3D]，静态重定位由[4D]实现，动态重定位由[5A]实现。
供选择的答案：[1]：A 地址空间 B 符号名空间 C 主存空间 D 虚存空间[2]、[3]： A 页面地址 B 段地址 C 逻辑地址 D 物理地址 E 外存地址 F 设备地址[4]、[5]： A 硬件地址变换机构 B 执行程序 C 汇编程序D 连接装入程序E 调试程序F 编译程序G 解释程序6、分区管理要求对每一个作业都分配（A ）的内存单元。
A.地址连续B.若干地址不连续C.若干连续的帧D.若干不连续的帧7、（C ）存储管理支持多道程序设计，算法简单，但存储碎片多。
A.段式B.页式C.固定分区D.段页式8、处理器有32位地址，则它的虚拟地址空间为（ B）字节。
A.2GBB.4GBC.100KBD.640KB9、虚拟存储技术是（ A）。
A.补充内存物理空间的技术B.补充相对地址空间的技术C.扩充外存空间的技术D.扩充输入输出缓冲区的技术10、虚拟内存的容量只受（ D）的限制。
A.物理内存的大小B.磁盘空间的大小C.数据存放的实际地址D.计算机地址字长11、虚拟存储技术与（A ）不能配合使用。
A.分区管理B.动态分页管理C.段式管理D.段页式管理12、（B ）是指将作业不需要或暂时不需要的部分移到外存，让出内存空间以调入其他所需数据。
1、管理对象是内存及作为内存的扩展和延伸的后援存储器（外存）。
基本任务：a.按某种算法分配和回收存储空间。
b.实现逻辑地址到物理地址的转换。
c．由软硬件共同实现程序间的相互保护。
2、程序中通过符号名称来调用、访问子程序和数据，这些符号名的集合被称为“名字空间”，简称名空间。
当程序经过编译或者汇编以后，形成了一种由机器指令组成的集合，被称为目标程序，或者相对目标程序。
这个目标程序指令的顺序都以0为一个参考地址，这些地址被称为相对地址，或者逻辑地址，有的系统也称为虚拟地址。
相对地址的集合称为相对地址空间，也称虚拟地址空间。
目标程序最后要被装入系统内存才能运行。
目标程序被装入的用户存储区的起始地址是一个变动值，与系统对存储器的使用有关，也与分配给用户使用的实际大小有关。
要把以0作为参考地址的目标程序装入一个以某个地址为起点的用户存储区，需要进行一个地址的对应转换，这种转换在操作系统中称为地址重定位。
也就是说将目标地址中以0作为参考点的指令序列，转换为以一个实际的存储器单元地址为基准的指令序列，从而才成为一个可以由CPU调用执行的程序，它被称为绝对目标程序或者执行程序。
这个绝对的地址集合也被称为绝对地址空间，或物理地址空间。
用户程序的装入，是一个从外存空间将用户已经编译好的目标程序，装入内存的过程。
在这个过程中，要进行将相对地址空间的目标程序转换为绝对地址空间的可执行程序，这个地址变换的过程称为地址重定位，也称地址映射，或者地址映象。
覆盖：是利用程序内部结构的特征，以较小的内存空间运行较大程序的技术。
交换：是指内外存之间交换信息。
3、一旦一个区域分配给一个作业后，其剩余空间不能再用（内零头或内碎片），另外当一区域小于当前所有作业的大小时，便整个弃置不用（外零头或外碎片）。
4、（1）2.4us (2)1.5us5、为了给大作业（其地址空间超过主存可用空间）用户提供方便，使他们摆脱对主存和外存的分配和管理。
“操作系统概论”习题解答之第4章文件管理第4章习题解答1、什么叫文件？答：所谓文件是指逻辑上具有完整意义的信息集合。
2、文件系统应具有哪些功能？答：文件系统主要是实现“按名存取”。
为了能正确地按名存取，文件系统具有如下功能：①、实现从逻辑文件到物理文件间的转换。
②、有效地分配文件的存储空间。
③、建立文件目录。
④、提供合适的存取方法以适应各种不同的应用。
⑤、实现文件的安全性。
⑥、提供一组文件操作。
3、解释下列术语并说明它们之间的关系：存储介质、卷、块、记录、文件。
答：存储介质：指信息的载体，可用来记录信息的磁带、硬磁盘组、软磁盘片、光盘、卡片等称为存储介质。
卷：存储介质的物理单位定义为卷。
块：存储介质上可连续存储信息的一个区域称为块，也叫物理记录。
记录：记录分为逻辑记录和物理记录，逻辑记录指按逻辑上独立的含义划分的信息单位；物理记录即块。
文件：把逻辑上具有完整意义的信息集合称为文件。
一卷存储介质可以被分成若干个块，能用来存放一个或多个文件；一个文件可以由多个记录组成，这样的文件被称为记录式文件；一个记录可占用存储介质上的一块，或一块中可以存放多个记录。
4、什么是文件的逻辑结构和存储结构？答：用户是从使用的角度来组织文件，用户把能观察到的且可以处理的信息根据使用要求构造成文件，这种构造方式称为文件的逻辑结构。
文件系统是从文件的存储和检索的角度来组织文件，在存储媒介上的文件构造方式称为文件的存储结构。
5、解释顺序文件、链接文件和索引文件。
答：1、顺序结构：将一个文件逻辑上连续的信息存放在存储介质（磁盘）中相邻的块上，这种存储结构保证了逻辑记录顺序和物理块顺序相一致。
（磁带上的文件只能是顺序结构的，因为磁带机本身就是个顺序存取的设备。
）2、链接结构（串联结构）：文件所占用的存储介质物理块不再要求连续（相邻）的，可以分散在存储媒介上。
在结构上，采用链表的结构方式，将每一块的最后一个单元用来存放下一个物理块的地址，形成指针链。
最后一块的最后一个单元为0表示结束。
3、索引结构：和链接结构一样，也是一个非连续存储的结构，但它不采用链接方式，而是为每一个文件建立一张索引表，索引表中存放文件中每一个记录存放的物理地址。
6、解释记录的成组和分解操作。
采用这种技术有什么优点？答：1、当文件的一个逻辑记录的长度小于一个物理块的长度的时候，我们可以把若干个逻辑记录合并成一组存到一个物理块中，这个工作称为成组。
访问某个记录的时候，需要把这个记录从它所在的块中的一组记录中分离出来，这一工作称为分解。
2、记录的成组和分解可以提高存储空间的利用率，并且可以减少存储设备的启动次数。
因为I/O操作每次都要读进来一块，成组后，就意味着一次读进来多个连续的记录，当顺序访问记录的时候，可以节省I/O次数。
但是，成组和分解都需要设立缓冲区，成组时先在缓冲区中将记录成组，然后再将组存放到物理块中，分解的时候是将块读到缓冲区中，再进行访问记录的分离。
缓冲区的建立增加了系统的开销。
其次，成组与分解需要软件做额外的工作。
7、假定某个文件由长度为80个字符的100个逻辑记录组成，磁盘存储空间被划分成长度为2048个字符的块，为有效地使用磁盘空间，你可采用成组方式把文件存放到磁盘上，回答下列问题：①、该文件至少占用多少磁盘存储块？②、若该文件是以链接结构形式在磁盘上的，现用户要求使用第28个逻辑记录，写出系统为满足用户要求而应做的主要工作。
答：①、每块能存放的记录个数为「2048／80」＝25个。
一共需要 100／25＝4块。
②、首先系统计算出第28个记录在第2个物理块上，然后系统通过文件目录读出第一块物理块，在该块最后单元找到第二物理块的地址，读出第二物理块，再按第28个记录在第二块中的位置读出该记录。
8、页式存储管理中用位示图表示主存空间的分配情况，磁盘存储空间的分配也可用位示图来表示，两者能合用一张位示图吗？答：不行，主存空间和磁盘存储空间是两种不同的存储空间，应该使用不同的位示图来表示分配情况。
9、假定有一个盘组共有100个柱面，每个柱面上有8个磁道，每个盘面被分成8个扇区。
现采用位示图的方法管理磁盘空间。
请回答下列问题：（1）、该盘组共被划分成多少个物理块？（2）、若采用字长为32位的字来组成位示图，共需多少个字？（3）、若从位示图中查找到第50个字的第16位对应的位是“0”，那么其对应的空闲块应在哪个柱面上？应对应哪个扇区？应当那个磁头来完成信息的传送？答：（1）、该盘组共被划分为100×8×8=6400个物理块。
（2）、若采用字长为32位的字来组成位示图，则共需6400／32=200个字。
（3）位示图中第 50个字的第 16位对应的存储块号为：50×32＋16=1616，故它在盘组上的位置为：柱面号=[块号／柱面上块数]=[1616／64]=25 （商25余数16）磁头号=[（块号 mod 柱面上块数）／盘面上扇区数]=〔（1616 mod 64）／8〕=〔16／8〕=2扇区号=（块号 mod 柱面上块数）mod 盘面上扇区数=（1616 mod 64）mod 8＝16 mod 8＝010、设某文件由5个逻辑记录组成，每个逻辑记录的长度均为510字节。
该文件采用链接结构存储在磁盘上，磁盘块大小为512字节，用2个字节存放链接指针，存放该文件的磁盘块号依次为第50、121、75、80、63块。
现要使用含有文件中第1569个字节的逻辑记录，请问应读出哪个磁盘块中的信息？答：由于每个记录为510字节，另用2个字节存放指针，则512字节的磁盘块正好可以存放一个记录。
1569字节所在的逻辑记录是第四个记录，（0－512－1024－1536－2048），也就是第四个逻辑盘块，应该存放在磁盘的80（物理块号）块上。
11、为了实现按名存取，文件目录应包含哪些内容？答：为了实现按名存取，文件目录至少要包括文件的名字和文件存放的物理地址，除此之外，目录中还可以包含其他的控制和管理文件的信息，如：文件类型、记录长度、记录个数、口令、建立日期、保存期限、上次修改时间等。
12、怎样才能防止不同的用户可能给各自的文件取了相同的名字而造成混乱？答：可以采用二级目录或多级目录结构。
在主目录中登记每个用户的名字和用户文件目录的存放地址；在第二级用户文件目录中登记用户的每个文件的文件名及文件存放位置。
这样，不同的用户有同名文件时，由于文件的路径是不一样的，所以不会产生混乱。
多级目录是在二级目录的基础上，在用户目录下，根据项目和应用领域再建立子目录和孙目录，这样可以避免同一个用户的同名文件造成的混乱。
13、有一个文件可供两个用户共享，但这两个用户却对这个文件定义了不同的名字，为了保证两个用户都能存取该文件，应怎样设置文件目录？简单画出目录结构关系并加以解释。
答：采用二级目录结构。
如图所示，用户A和用户B对一个共享文件分别定义了不同的名字a－1和b－2，只要在它们各自的目录表中把相应的文件存放地址填上共享文件在存储介质上的起始位置，当用户A存取a－1文件，用户B存取b－2文件时，文件系统按照目录查找文件时得到相同的文件存放位置。
于是各用户使用了不同的文件名，却仍能共享同一文件。
13、总结文件的存取方式、文件的存储结构、存储设备类型之间的关系。
答：文件的存取方法有两种：顺序存取和随机存取。
15、区分文件的保护和保密。
答：文件的保护是指防止文件被破坏。
文件的保密是指防止他人窃取文件。
16、怎样防止由于系统故障而造成的文件被破坏？答：防止系统故障而造成的文件被破坏的方法有两种：1、一种方法是采用建立副本的办法来解决，可以建立在同类型的不同存储介质上，也可以建立在不同类型的存储介质上，当系统出现故障时，根据系统故障的具体情况来选取副本。
2、另一种方法是采取定时转储，定时把文件转储到其它存储介质上，当文件发生故障时，就用转储的文件来复原。
17、怎样防止用户共享文件可能造成的文件被破坏？答：为了防止在使用共享文件时有意无意的破坏，可对每个文件规定存取权限。
如：只读，可读写，只允许执行，不能删除等。
对多用户可共享的文件采用树形目录结构，在目录项中设置存取权限，规定按存取权限去使用目录和文件。
典型的例子是在UNIX系统中，用户被分为三类：文件主，同组用户，其他用户。
系统中各类用户对文件的存取权限有读、写、执行三种操作的组合。
18、文件系统提供的基本文件操作有哪些？答：“建立”操作、“打开”操作、“读/写”操作、“关闭”操作、“删除”操作。
19、文件系统中为什么要设置“建立”、“打开”和“关闭”操作？答：要把一个文件存放到存储介质上或使用一个已经建立在某存储介质上的文件前，首先应该把文件的属性（文件名、文件类型、可访问性、记录大小等），文件的管理信息（口令、建立日期、保存期限等）以及存取方式，通过特定的形式告诉文件系统。
“建立”。
“打开”和“关闭”操作就是为此目的而设置的。
用“建立”操作向系统提出生成一个新文件的要求。
用“打开”操作向系统申请读一指定文件的权力。
用“关闭”操作表示已经不再要读／写某个文件了，向系统归还使用文件的权力。
20、当用户要读一个尚未打开的文件的时候，系统怎么处理？答：当用户要读一个文件的时候，系统先要验证该用户是否有使用权力，所以任何一个用户如果要读文件前都要执行“打开”操作。
系统不允许隐式使用，那么当读一个还没有打开的文件，系统不会执行读操作，而是返回一个“文件未打开”的错误信息。
如果系统允许隐式使用，那么系统将会替用户做打开文件的工作。
21、文件系统能允许用户去“关闭”一个不是自己“打开”或“建立”的文件吗？答：不能！一个不是自己“打开”或“建立”的文件，是没有权力使用和强行关闭的。
