操作系统第7-8章习题2015讲解

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1、目前常用的外存有哪几种组织方式？（1）连续组织方式。

为每一个文件分配一组位置相邻接的盘块,由此形成的文件物理结构是顺序式的文件结构.(2）链接组织方式。

为每个文件分配一组位置离散的盘块,通过给每个盘块设置一个指针，将属于同一个文件的盘块链接在一起，链接的顺序和文件的逻辑页的顺序一致。

由此形成的文件物理结构是链接文件。

（3) 索引组织方式。

为每个文件分配一组位置离散的盘块，为每个文件建立一个物理结构的索引表，记录分配给该文件的物理盘块,以及这些盘块和文件逻辑页顺序的对应关系。

由此形成的文件物理结构是索引文件。

10、为了快速访问，又易于更新，当数据为以下形式时，应选择何种文件组织方式: (1）不经常更新,经常随机访问:顺序文件结构。

（2）经常更新，经常按一定顺序访问：显式链接文件结构。

(3) 经常更新，经常随机访问：索引文件结构。

14有一计算机系统利用P277图8—19所示的位示图来管理空闲盘块。

盘块的大小为1K。

现要为某文件分配两个盘块,试说明盘块的具体分配过程。

(1) 顺序检索位示图,找到第一个空闲块，它的i=3，j=3；（2）计算第一个盘块的编号:b=16＊（3—1)+3=35(3) 将第35号盘块分配给申请的文件，将位示图中的第3行第3列单元置0.（4) 顺序检索位示图，找到下一个空闲块，它的i=4,j=7;(5) 计算第一个盘块的编号：b=16*（4—1）+7=55(6）将第55号盘块分配给申请的文件,将位示图中的第4行第7列单元置0。

第七章参考答案1、操作系统为用户提供的接口有：作业级接口与程序级接口。

作业级接口：操作系统为用户对作业运行全过程控制提供的功能(1) 联机接口（交互式）(2) 脱机接口程序级接口：系统为用户在程序一级提供有关服务而设置，由一组系统调用命令组成•负责管理和控制运行的程序•并在这些程序与系统控制的资源和提供的服务间实现交互作用•用汇编语言：在程序中直接用系统调用命令•用高级语言：可在编程时使用过程调用语句2、接口包括3部分：一组联机命令，终端处理程序，命令解释程序3、联机命令通常有以下几类：（1）系统访问类，包括Login、Password等命令；（2）磁盘操作类，包括Format，Diskcopy，Diskcomp，Bakeup等命令；（3）文件操作类，包括Type、Copy、Comp、Rename、Del等命令；（4）目录操作类，包括Mkdir、dir、rmdir、tree、chdir等命令；（5）通信类；（6）其它命令（见书P222-223）。

4、I/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。

例如：我们正在调试一个应用程序，可将程序的所有输出送到屏幕；而程序调试后，如果需要将程序的结果进行打印，此时需要将I/O重定向的数据结构—逻辑设备表中的显示终端改为打印机，而不修改程序。

I/O重定向具有很大的使用价值，现已经被广泛应用在各种OS 中。

（在UNIX与DOS中有具体的实现形式，可见P230）。

5、就是把第一个命令的输出作为第二个命令的输入；类似地，又把第二个命令的输出作为第三个命令的输入；这样，就由两条已上的命令形成一条管道。

在DOS与UNIX中用“|”作为管道符号。

其格式为 command1| command2| command3|…. commandn 6、见书P22311、COPY命令13、系统调用方式与程序中一般的调用方式的相同点：（1）改变指令流程；（2）重复执行和公用；（3）改变指令流程后需要返回原处系统调用方式与程序中一般的调用方式的不同点：（1）运行在不同的系统状态：一般过程调用，其调用程序和被调用程序都运行在相同状态（核心态或用户态）；系统调用：调用程序在用户态，被调用程序在系统态。

计算机操作系统(第四版)1-8章-课后答案(全)第四版计算机操作系统课后答案第一章1. 操作系统的定义操作系统是一种软件，它管理着计算机系统的硬件和软件资源，并为用户和应用程序提供接口，以方便他们的使用。

2. 操作系统的功能操作系统具有以下功能：- 进程管理：负责创建、执行和终止进程，并管理它们的资源分配。

- 存储管理：管理计算机系统的内存资源，包括内存分配、虚拟内存和页面置换等。

- 文件系统管理：管理计算机系统中的文件和文件夹，包括文件的存储、读写和保护等。

- 设备管理：负责管理计算机系统中的各种设备，如打印机、键盘和鼠标等。

- 用户接口：提供用户与计算机系统进行交互的接口，如命令行界面和图形用户界面。

3. 操作系统的类型操作系统可以分为以下类型：- 批处理操作系统：按照一系列预先定义的指令集来运行任务。

- 分时操作系统：多个用户可以同时使用计算机系统。

- 实时操作系统：对任务的响应时间要求非常高，用于控制系统和嵌入式系统。

- 网络操作系统：支持多台计算机之间的通信和资源共享。

- 分布式操作系统：在多台计算机上分布式地管理和调度任务。

第二章1. 进程与线程的区别进程是计算机系统中正在运行的程序实例，而线程是进程内的一个执行单元。

进程拥有独立的地址空间和资源，而线程共享进程的地址空间和资源。

多个线程可以在同一进程内并发执行，从而提高系统的效率和资源利用率。

2. 进程的状态转换进程可以处于以下状态：- 创建状态：进程正在被创建。

- 就绪状态：进程准备好执行，等待分配CPU资源。

- 运行状态：进程占用CPU资源执行。

- 阻塞状态：进程等待某种事件发生。

- 终止状态：进程完成执行或被终止。

3. 进程调度算法操作系统使用进程调度算法来决定哪个进程应该被执行。

常见的调度算法有：- 先来先服务（FCFS）调度算法：按照进程到达的顺序进行调度。

- 最短作业优先（SJF）调度算法：选择运行时间最短的进程进行调度。

操作系统--精髓与设计原理（第⼋版）第⼋章复习题答案8.操作系统--精髓与设计原理（第⼋版）第⼋章复习题答案8.1 简单分页与虚拟内存分页有何区别?进程运⾏时，简单分页的所有页必须都在内存中，除⾮使⽤了覆盖技术，虚存分页并⾮所有页都须在内存页框中，仅在需要时才读⼊页，把⼀页读⼊内存可能需要把另⼀页写出到磁盘。

8.2 什么是抖动?当操作系统读取⼀块内存时，它必须把另⼀块换出。

如果⼀块正好在将要⽤到之前换出，操作系统就不得不很快地把它取回。

这类操作通常会导致⼀种称为系统抖动( thrashing)的情况。

这样会使处理器的⼤部分时间都⽤于交换块⽽⾮执⾏指令。

8.3 为何在使⽤虚拟内存时，局部性原理⾄关重要?局部性原理描述了⼀个进程中程序和数据引⽤的集簇倾向。

因此，假设在很短的时间内仅需要进程的⼀部分块是合理的。

同时，还可以对将来可能会访问的块进⾏猜测，从⽽避免系统抖动。

局部性原理表明虚拟内存⽅案是可⾏的。

8.4 哪些元素是页表项中能找到的典型元素?简单定义每个元素。

页号: 虚拟地址的页号部分。

进程标志符:使⽤该页的进程。

页号和进程标志符共同标志-个特定进程的虚拟地址空间的⼀页。

控制位: 该域包含⼀些标记，⽐如有效、访问和修改，以及保护和锁定信息。

链指针: 若某项没有链项，则该域为空(或⽤⼀个单独的位来表⽰)。

否则，该域包含链中下⼀项的索引值(0~2^m -1之间的数字)。

8.5 转换检测缓冲区的⽬的是什么?原则上，每次虚存访问都可能会引起两次物理内存访问：⼀次取相应的页表项，另⼀次取需要的数据。

因此，简单的虚拟内存⽅案会导致内存访问时间加倍。

为克服这个问题，⼤多数虚拟内存⽅案都为页表项使⽤了⼀个特殊的⾼速缓存，通常称为转换检测缓冲区(TranslationLookaside Buffer, TLB)。

8.6 简单定义两种可供选择的页⾯读取策略。

请求分页，只有当访问到某页中的⼀个单元时才将该页取⼊内存。

操作系统（7）1．何谓数据项、记录和文件?1、数据项是最低级的数据组织形式，可分为基本数据项和组合数据项。

基本数据项是用于描述一个对象某种属性的字符集，是数据组织中可以命名的最小逻辑数据单位，即原子数据，又称为数据元素或字段。

组合数据项则由若干个基本数据项构成。

2、记录是一组相关数据项的集合,用于描述一个对象某方面的属性。

3、文件是指有创建者所定义的、具有文件名的一组相关信息的集合提。

2．文件系统的模型可分为三层，试说明其每一层所包含的基本内容。

答:1最低层为对象及其属性说明，主要包括物理文件相关功能，包括文件和目录、磁盘存储空间等对象。

（2）中间层是对对象进行操纵和管理的软件集合，是文件系统的核心部分，主要是逻辑文件相关功能。

包括文件存储空间管理、文件目录管理、逻辑文件到物理文件的映射、文件读写管理及文件共享与保护等诸多功能。

(3）最高层是文件系统提供给用户的接口,分为命令接口、图形化用户接口、程序接口（C语言函数形式）和等三种类型。

3.与文件系统有关的软件可分为那几个层次答:1、I/O控制层;2、基本文件系统层;3、基本管理程序;4、逻辑文件系统。

4.试说明用户可以对文件施加的主要操作有哪些?答:1、最基本的文件操作:创建文件、删除文件、读文件、写文件、截断文件设置文件的读/写位置;2、文件的“打开”和“关闭”操作;3、其它文件操作;5、为什么在大多数OS中都引入"打开“这一文件系统调用?打开的含义是什么答:当用户要求对一个文件实施多次读/写或其它操作时，每次都要从检索目录开始，浪费时间，低效。

为了避免多次重复地检索目录，在大多数OS中都引入“打开”这一文件系统调用。

当用户第一次请求对某文件进行操作时，先利用“打开”系统调用将该文件打开磁盘索引结点被拷贝到内存中，后面的目录检索都在内存中进行。

6、何谓文件逻辑结构?何谓文件的物理结构?答:文件的逻辑结构是指从用户的观点出发所观察到的文件组织形式，也就是用户可以直接处理的数据及其结构，它独立于物理特性,;而文件的物理结构则是指文件在外存上的存储组织形式，与存储介质的存储性能有关。

7.1假设有如图7.1所示的交通死锁。

a.证明这个例子中实际上包括了死锁的四个必要条件。

b.给出一个简单的规则用来在这个系统中避免死锁。

a.死锁的四个必要条件: (1)互斥；（2）占有并等待；（3）非抢占；（4）循环等待。

互斥的条件是只有一辆车占据道路上的一个空间位置。

占有并等待表示一辆车占据道路上的位置并且等待前进。

一辆车不能从道路上当前的位置移动开（就是非抢占）。

最后就是循环等待，因为每个车正等待着随后的汽车向前发展。

循环等待的条件也很容易从图形中观察到。

b.一个简单的避免这种的交通死锁的规则是，汽车不得进入一个十字路口如果明确地规定，这样就不会产生相交。

7.2考虑如下的死锁可能发生在哲学家进餐中，哲学家在同个时间获得筷子。

讨论此种情况下死锁的四个必要条件的设置。

讨论如何在消除其中任一条件来避免死锁的发生。

死锁是可能的，因为哲学家进餐问题是以以下的方式满足四个必要条件：1）相斥所需的筷子， 2 ）哲学家守住的筷子在手，而他们等待其他筷子， 3 ）没有非抢占的筷子，一个筷子分配给一个哲学家不能被强行拿走，4 ）有可能循环等待。

死锁可避免克服的条件方式如下： 1 ）允许同时分享筷子， 2 ）有哲学家放弃第一双筷子如果他们无法获得其他筷子，3 ）允许筷子被强行拿走如果筷子已经被一位哲学家了占有了很长一段时间4 ）实施编号筷子，总是获得较低编号的筷子，之后才能获得较高的编号的筷子。

7.3一种可能以防止死锁的解决办法是要有一个单一的，优先于任何其他资源的资源。

例如，如果多个线程试图访问同步对象A•…E，那么就可能发生死锁。

（这种同步对象可能包括互斥体，信号量，条件变量等），我们可以通过增加第六个对象来防止死锁。

每当一个线程希望获得同步锁定给对象A•••E，它必须首先获得对象F的锁.该解决方案被称为遏制：对象A•••E的锁内载对象F的锁。

对比此方案的循环等待和Section7.4.4的循环等待。

这很可能不是一个好的解决办法，因为它产生过大的范围。

第七章
一、问答题
1、设备驱动程序的主要功能是什么？
2、设备分配策略与哪些因素有关？
3、什么是设备驱动程序？设备驱动程序的功能是什么？
4、什么是设备独立性？为什么要实现设备独立性？
5、在操作系统中引入缓冲的原因是什么？
6、什么是设备独立性，如何实现设备独立性？
7、简述共享打印机的工作流程。

8、简述具有通道的系统中独占设备的一般分配过程。

9、什么是通道？
10、系统实现了设备独立性，在设备分配中所访问的数据结构依次是什么？
11、什么是SPOOLing系统？简述SPOOLing系统的组成。

12、设备分配中何谓安全分配方式和不安全分配方式
13、设备管理的目标和任务是什么？
14、试说明中断处理程序的处理过程。

15、何谓安全分配方式和不安全分配方式。

二、设计题
给出一种缓冲池的实现方案，包括组成和基本操作。

第一章操作系统概述1．试从操作系统的设计目标、作用、分类、功能、特性、组织结构等方面分析目前的操作系统（如windows、Mac OS X、Andriod、Linux发行版或Unix操作系统）答：windows：Windows采用了图形化模式，比起从前的DOS需要键入指令使用的方式更为人性化。

随着电脑硬件和软件的不断升级，微软的Windows也在不断升级，从架构的16位、32位再到64位，系统版本从最初的Windows 1.0到大家熟知的Windows 95、Windows98、Windows 2000、Windows XP、Windows Vista、Windows 7、Windows 8，Windows8.1和Server服务器企业级操作系统，不断持续的在更新！Mac OS X：OS X 是先进的操作系统。

基于坚如磐石的UNIX 基础，设计简单直观，让处处创新的Mac 安全易用，高度兼容，出类拔萃。

UNIX 之威力，Mac 之简单OS X 既简单易用且功能强大。

所有的一切- 从启动Mac 后所看到的桌面，到你日常使用的应用程序，都设计得简约精致。

无论是浏览网络、查看邮件和外地朋友视频聊天，所有事情都简单高效、趣味盎然。

当然，简化复杂任务要求尖端科技，而OS X 正拥有这些尖端科技。

它不仅使用基础坚实、久经考验的UNIX 系统提供空前的稳定性，还提供超强性能、超炫图形并支持互联网标准。

Andriod：root通常是针对Android系统的手机而言，它使得用户可以获取Android操作系统的超级用户权限。

root通常用于帮助用户越过手机制造商的限制，使得用户可以卸载手机制造商预装在手机中某些应用，以及运行一些需要超级用户权限的应用程序。

Android系统的root与Apple iOS系统的越狱类似。

Linux：Linux是一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统，是一个基于POSIX和UNIX的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。

虚拟内存8.1 简单分页与虚拟分页有什么区别？简单分页：一个程序中的所有的页都必须在主存储器中程序才能正常运行，除非使用覆盖技术。

虚拟内存分页：不是程序的每一页都必须在主存储器的帧中来使程序运行，页在需要的时候进行读取。

8.2 解释什么是抖动。

虚拟内存结构的震动现象，在这个过程中处理器大部分的时间都用于交换块，而不是执行指令。

8.3 为什么在使用虚拟内存时，局部性原理是至关重要的？可以根据局部性原理设计算法来避免抖动。

总的来说，局部性原理允许算法预测哪一个当前页在最近的未来是最少可能被使用的，并由此就决定候选的替换出的页。

8.4 哪些元素是页表项中可以找到的元素？简单定义每个元素。

帧号：用来表示主存中的页来按顺序排列的号码。

存在位（P）：表示这一页是否当前在主存中。

修改位（M）：表示这一页在放进主存后是否被修改过。

8.5 转移后备缓冲器的目的是什么？转移后备缓冲器（TLB）是一个包含最近经常被使用过的页表项的高速缓冲存储器。

它的目的是为了减少从磁盘中恢复一个页表项所需的时间。

8.6 简单定义两种可供选择的页读取策略。

在请求式分页中，只有当访问到某页中的一个单元时才将该页取入主存。

在预约式分页中，读取的并不是页错误请求的页。

8.7 驻留集管理和页替换策略有什么区别？驻留集管理主要关注以下两个问题：（1）给每个活动进程分配多少个页帧。

（2）被考虑替换的页集是仅限在引起页错误的进程的驻留集中选择还是在主存中所有的页帧中选择。

页替换策略关注的是以下问题：在考虑的页集中，哪一个特殊的页应该被选择替换。

8.8 FIFO和Clock页替换算法有什么区别？时钟算法与FIFO算法很接近，除了在时钟算法中，任何一个使用位为一的页被忽略。

8.9 页缓冲实现的是什么？（1）被替换出驻留集的页不久又被访问到时，仍在主存中，减少了一次磁盘读写。

（2）被修改的页以簇的方式被写回，而不是一次只写一个，这就大大减少了I/O操作的数目，从而减少了磁盘访问的时间。

操作系统--精髓与设计原理（第⼋版）第七章复习题答案操作系统--精髓与设计原理（第⼋版）第七章复习题答案7.1内存管理需要满⾜哪些需求?重定位保护共享逻辑组织物理组织7.2为何需要重定位进程的能⼒?在多道程序设计系统中，可⽤的内存空间通常被多个进程共享。

通常情况下，程序员事先并不知道在某个程序执⾏期间会有其他哪些程序驻留在内存中。

此外，我们还希望提供⼀个巨⼤的就绪进程池，以便把活动进程换⼊或换出内存，进⽽使处理器的利⽤率最⼤化。

程序换出到磁盘中后，下次换⼊时要放到与换出前相同的内存区域会很困难。

相反，我们需要把进程重定位（relocate）到内存的不同区域。

7.3 为何不可能在编译时实施内存保护?由于程序在内存中的位置不可预测，因⽽在编译时不可能检查绝对地址来确保保护。

此外，⼤多数程序设计语⾔允许在运⾏时进⾏地址的动态计算。

因此必须在运⾏时检查进程产⽣的所有内存访问。

7.4允许两个或多个进程访问内存某⼀特定区域的原因是什么?任何保护机制都必须具有⼀定的灵活性，以允许多个进程访问内存的同⼀部分。

例如，多个进程正在执⾏同⼀个程序时，允许每个进程访问该程序的同⼀个副本，要⽐让每个进程有⾃⼰单独的副本更有优势。

合作完成同⼀个任务的进程可能需要共享访问相同的数据结构。

因此，内存管理系统在不损害基本保护的前提下，必允许对内存共享区域进⾏受控访问。

我们将会看到⽤于⽀持重定位的机制也⽀持共享。

7.5 在固定分区⽅案中，使⽤⼤⼩不等的分区有何好处?可缓解因程序太⼤⽽⽆法放到固定⼤⼩的分区和因程序太⼩产⽣⼤量内部碎⽚的问题。

7.6 内部碎⽚和外部碎⽚有何区别?内部碎⽚：由于装⼊的数据块⼩于分区⼤⼩，因⽽导致分区内部存在空间浪费，这种现象称为内部碎⽚( internal fragmentation)。

外部碎⽚：随着时间的推移，内存中形成了越来越多的碎⽚，内存的利⽤率随之下降。

这种现象称为外部碎⽚(external fragmentation),指在所有分区外的存储空间变成了越来越多的碎⽚，这与前⾯所讲的内部碎⽚正好对应。

1.目前常用的外存有哪几种组织方式?答；(1)连续组织方式。

为每一个文件分配--组位置相邻接的盘块，由此形成的文件物理结构是顺序式的文件结构。

(2)链接组织方式。

为每个文件分配一组位置离散的盘块，通过给每个盘块设置一个指针，将属于同-一个文件的盘块链接在一起，链接的顺序和文件的逻辑页的顺序一致。

由此形成的文件物理结构是链接文件。

(3)索引组织方式。

为每个文件分配--组位置离散的盘块，为每个文件建立一个物理结构的索引表，记录分配给该文件的物理盘块，以及这些盘块和文件逻辑页顺序的对应关系。

由此形成的文件物理结构是索引文件。

2 •山连续组织方式所形成的顺序文件的主要优缺点是什么？它主要应用于何种场合？(1)连续组织方式所形成的顺序文件的主要优点①顺序访问容易②顺序访问速度快(2)连续组织方式所形成的顺序文件的主要缺点①要求为一个文件分配连续的存储空间②必须事先知道文件的长度;③不能灵活地删除和插入记录④对于那些动态增长的文件，山于事先很难知道文件的最终大小，因而很难为分配空间，而即使事先知道文件的最终大小，在采用预分配存储空间的方法时也会使大量的存储空间长期空闲。

(3)主要适用场合:连续组织方式所形成的顺序文件是一种最简单、最常用的文件组织方法，它适用于许多资料处理的场合，如磁带文件，打印文件都是常用的顺序文件。

3.在链接式文件中常用哪种链接方式?为什么？答:链接方式分为隐式链接和显式链接两种形式。

隐式链接是在文件U录的每U 录项中，都含有指向链接文件第一个盘块和最后一个盘块的指针。

显式链接贝把用于链接文件各物理块的指针，显式地存放在内存的一张链接表中。

4•在文件分配表中为什么要引入“簇”的概念？以“簇"为基本的分配单位有什么好处？(1)引入“簇”的原因：为了适应磁盘容量不断增大的需要，在进行盘块分配时不再以盘块而是以簇(Cluster)为基本单位。

一个簇应包含扇区的数量与磁盘量的大小直接有关。