计算机操作系统(第三版) 第4章

注意：1)“本章要点”部分，用红字标注的不是期末考试出题范围。

2)“习题部分”用蓝字标注的是重点习题，期末考试50%的题目是这些习题的原题。

红字标注的习题期末考试不考，仅供考研的同学参考。

3）大部分习题答案只给出要点，同学们可以自行适当补充，但一定要简明扼要。

4）如“本章要点”部分用红字标注的非考试内容，在“习题”部分有相关的重点习题，则对该部分内容只需做该习题即可。

------------------------------------------------------------第四章存储器管理要点4.1 存储器的层次结构理解P116图4-1的存储器层次结构，知道这种结构从经济上考虑，具有好的性能/价格比。

了解P117-118高速缓存CACHE和磁盘缓存，知道它们使用的淘汰算法与虚拟内存的页面置换算法是基本相同的。

4.2 程序的装入和链接这一小节的内容是一些重要的专业常识。

应了解本小节介绍的各种装入和链接方法，要求结合Windows操作系统及C 语言的实际去理解上述装入和链接方法（联系实际部分可上网查询）。

4.3 连续分配方式通用操作系统大都不用连续分配方式，有些嵌入式OS可能使用这种分配方式。

这一小节只需阅读P121-124即可。

4.4 基本分页存储管理方式这是本章最重要的一小节，要求全读。

重点理解页面、物理块、页表、页表的访存、物理地址、逻辑地址、快表（TLB）等概念及相互关系。

4.5 基本分段存储管理方式阅读4.5.1，知道为什么要分段。

阅读4.5.2 知道分段的原理。

考研的同学要知道段表、地址变换，知道分段和分页的主要区别。

阅读4.5.3 知道分段有利于信息共享，知道“纯代码”的概念。

阅读4.5.4 知道什么是段页式存储。

需要补充说明的是：教材说过，分段方便编程，主要是指方便汇编语言程序员，和设计高级语言编译器的程序员。

对使用高级语言进行应用编程的程序员来说，段是透明的，一般不能用高级语言代码去操作段。

第四章存储器管理第0节存储管理概述一、存储器的层次结构1、在现代计算机系统中，存储器是信息处理的来源与归宿，占据重要位置。

但是，在现有技术条件下，任何一种存储装置，都无法从速度、容量、是否需要电源维持等多方面，同时满足用户的需求。

实际上它们组成了一个速度由快到慢，容量由小到大的存储装置层次。

2、各种存储器•寄存器、高速缓存Cache：少量的、非常快速、昂贵、需要电源维持、CPU可直接访问；•内存RAM：若干(千)兆字节、中等速度、中等价格、需要电源维持、CPU可直接访问；•磁盘高速缓存：存在于主存中；•磁盘：数千兆或数万兆字节、低速、价廉、不需要电源维持、CPU 不可直接访问；由操作系统协调这些存储器的使用。

二、存储管理的目的1、尽可能地方便用户；提高主存储器的使用效率，使主存储器在成本、速度和规模之间获得较好的权衡。

(注意cpu和主存储器，这两类资源管理的区别)2、存储管理的主要功能：•地址重定位•主存空间的分配与回收•主存空间的保护和共享•主存空间的扩充三、逻辑地址与物理地址1、逻辑地址(相对地址，虚地址)：用户源程序经过编译/汇编、链接后，程序内每条指令、每个数据等信息，都会生成自己的地址。

●一个用户程序的所有逻辑地址组成这个程序的逻辑地址空间(也称地址空间)。

这个空间是以0为基址、线性或多维编址的。

2、物理地址(绝对地址，实地址)：是一个实际内存单元(字节)的地址。

●计算机内所有内存单元的物理地址组成系统的物理地址空间，它是从0开始的、是一维的；●将用户程序被装进内存，一个程序所占有的所有内存单元的物理地址组成该程序的物理地址空间(也称存储空间)。

四、地址映射(变换、重定位)当程序被装进内存时，通常每个信息的逻辑地址和它的物理地址是不一致的，需要把逻辑地址转换为对应的物理地址----地址映射；地址映射分静态和动态两种方式。

1、静态地址重定位是程序装入时集中一次进行的地址变换计算。

物理地址= 重定位的首地址+ 逻辑地址•优点：简单，不需要硬件支持；•缺点：一个作业必须占据连续的存储空间；装入内存的作业一般不再移动；不能实现虚拟存储。

第一章操作系统概述课后习题1. 硬件将处理机划分为两种状态，即管态和目态，这样做给操作系统设计带来什么好处 ? 答：便于设计安全可靠的操作系统。

管态和目态是计算机硬件为保护操作系统免受用户程序的干扰和破坏而引入的两种状态。

通常操作系统在管态下运行，可以执行所有机器指令；而用户程序在目态下运行，只能执行非特权指令。

如果用户程序企图在目态下执行特权指令，将会引起保护性中断，由操作系统终止该程序的执行，从而保护了操作系统。

2. 何为特权指令?举例说明之。

如果允许用户执行特权指令，会带来什么后果？答：只能在态下才能执行的指令称为特权指令。

如开关中断、置程序状态寄存器等。

如果允许用户执行特权指令，它将不仅影响当前运行的程序，而且还有可能影响操作系统的正常运行，甚至整个系统。

3. 中断向量在机器中的存储位置是由硬件确定的，还是由软件确定的 ? 答：中断向量在机器中的位置是由硬件确定的。

例如，在 INTEL 80x86 CPU 中，内存空间0x00000——0x003ff为中断向量空间。

4. 中断向量的内容是由操作系统程序确定的还是由用户程序确定的？答：中断向量的内容是由操作系统程序确定的。

向量的内容包括中断处理程序的入口地址和程序状态字（中断处理程序运行环境），中断处理程序是由操作系统装入内存的，操作系统将根据装入的实际地址和该中断处理程序的运行环境来填写中断向量。

5. 中断向量内的处理机状态位应当标明是管态还是目态 ? 为什么? 答：应当标明是管态。

该状态由系统初试化程序设置，这样才能保证中断发生后进入操作系统规定的中断处理程序。

6. 中断和程序并发之间的关系是什么？答：中断是程序并发的必要条件。

如果没有中断，操作系统不能获得系统控制权，无法按调度算法对处机进行重新分配，一个程序将一直运行到结束而不会被打断。

7. 说明“栈”和“堆”的差别．答：栈是一块按后进先出（FIFO）规则访问的存储区域，用来实现中断嵌套和子程序调用的参数和返回断点。

第一章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口（2）OS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12．试从交互性、及时性以及可靠性方面，将分时系统不实时系统进行比较。

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，都是以人所能接受的等待时间来确定；而实时控制系统的及时性，是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的，一般为秒级到毫秒级，甚至有的要低于100微妙。

（2）交互性：实时信息处理系统具有交互性，但人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。

不像分时系统那样能向终端用户提供数据和资源共享等服务。

（3）可靠性：分时系统也要求系统可靠，但相比之下，实时系统则要求系统具有高度的可靠性。

因为任何差错都可能带来巨大的经济损失，甚至是灾难性后果，所以在实时系统中，往往都采取了多级容错措施保障系统的安全性及数据的安全性。

13．OS有哪几大特征？其最基本的特征是什么？答：并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征；最基本的特征是并发性。

第二章6．试从动态性，并发性和独立性上比较进程和程序？答：（1）动态性是进程最基本的特性，表现为由创建而产生，由调度而执行，因得不到资源而暂停执行，由撤销而消亡。

进程有一定的生命期，而程序只是一组有序的指令集合，是静态实体。

（2）并发性是进程的重要特征，同时也是OS的重要特征。

引入进程的目的正是为了使其程序能和其它进程的程序并发执行，而程序是不能并发执行的。

（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PCB的作用，为什么说PCB是进程存在的惟一标志？答：PCB是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。

一、单项选择题1．要保证一个程序在主存中被改变了存放位置后仍能正确执行,则对主存空间应采用（）技术。

A．动态重定位B．静态重定位C．动态分配D．静态分配2．固定分区存储管理把主存储器划分成若干个连续区，每个连续区称一个分区。

经划分后分区的个数是固定的，各个分区的大小（）。

A．是一致的B．都不相同C．可以相同，也可以不相同,但根据作业长度固定D．在划分时确定且长度保持不变3．采用固定分区方式管理主存储器的最大缺点是（）。

A．不利于存储保护B．主存空间利用率不高C．要有硬件的地址转换机构D．分配算法复杂4．采用可变分区方式管理主存储器时，若采用最优适应分配算法，宜将空闲区按（）次序登记在空闲区表中。

A．地址递增B．地址递减C．长度递增D．长度递减5．在可变分区存储管理中，某作业完成后要收回其主存空间，该空间可能要与相邻空闲区合并。

在修改未分配区表时，使空闲区个数不变且空闲区始址不变的情况是（)空闲区。

A．无上邻也无下邻B．无上邻但有下邻C．有上邻也有下邻D．有上邻但无下邻6．在可变分区存储管理中，采用“紧凑"技术可以（）。

A．汇集主存中的空闲区B．增加主存容量C．缩短访问周期D．加速地址转换7．页式存储管理中的页表是由（）建立的。

A．操作员B．系统程序员C．用户D．操作系统8．采用页式存储管理时，重定位的工作是由（）完成的。

A．操作系统B．用户C．地址转换机构D．主存空间分配程序9．采用段式存储管理时，一个程序如何分段是在（）决定的。

A．分配主存时B．用户编程时C．装人作业时D．程序执行时10．采用段式存储管理时,一个程序可以被分成若干段，每一段的最大长度是由( ）限定的。

A．主存空闲区的长度B．硬件的地址结构C．用户编程时D．分配主存空间时11．实现虚拟存储器的目的是（)。

A．扩充主存容量B．扩充辅存容量C．实现存储保护D．加快存取速度12．LRU页面调度算法是选择( ）的页面先调出.A．最近才使用B．最久未被使用C．驻留时间最长D．驻留时间最短13．若进程执行到某条指令时发生了缺页中断，经操作系统处理后，当该进程再次占用处理器时,应从（）指令继续执行。

第四章存储器管理1. 为什么要配置层次式存储器？这是因为：a.设置多个存储器可以使存储器两端的硬件能并行工作。

b.采用多级存储系统，特别是Cache技术，这是一种减轻存储器带宽对系统性能影响的最佳结构方案。

c.在微处理机内部设置各种缓冲存储器，以减轻对存储器存取的压力。

增加CPU中寄存器的数量，也可大大缓解对存储器的压力。

2. 可采用哪几种方式将程序装入内存？它们分别适用于何种场合？将程序装入内存可采用的方式有：绝对装入方式、重定位装入方式、动态运行时装入方式；绝对装入方式适用于单道程序环境中，重定位装入方式和动态运行时装入方式适用于多道程序环境中。

3. 何为静态链接？何谓装入时动态链接和运行时动态链接？a.静态链接是指在程序运行之前，先将各自目标模块及它们所需的库函数，链接成一个完整的装配模块，以后不再拆开的链接方式。

b.装入时动态链接是指将用户源程序编译后所得到的一组目标模块，在装入内存时，采用边装入边链接的一种链接方式，即在装入一个目标模块时，若发生一个外部模块调用事件，将引起装入程序去找相应的外部目标模块，把它装入内存中，并修改目标模块中的相对地址。

c.运行时动态链接是将对某些模块的链接推迟到程序执行时才进行链接，也就是，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，把它链接到调用者模块上。

4. 在进行程序链接时，应完成哪些工作?a.对相对地址进行修改b.变换外部调用符号6. 为什么要引入动态重定位?如何实现?a.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。

b.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。

计算机操作系统（第三版）课后习题答案第一章操作系统引论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13．OS有哪几大特征？其最基本的特征是什么？答：并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征；最基本的特征是并发性。

14．处理机管理有哪些主要功能？答：处理机管理的主要功能是：进程管理、进程同步、进程通信和处理机调度；15．内存管理有哪些主要功能?答：内存管理的主要功能有：内存分配、内存保护、位置映射和内存扩充。

内存分配：为每道程序分配内存。

16．设备管理有哪些主要功能？答：主要功能有: 缓冲管理、设备分配和设备处理以及虚拟设备等。

17．文件管理有哪些主要功能？答：文件管理主要功能：文件存储空间的管理、目录管理、文件的读/写管理和保护。

计算机操作系统第二章进程管理2. 画出下面四条诧句的前趋图:S1=a：=x+y; S2=b：=z+1; S3=c：=a –b；S4=w：=c+1;答：其前趋图为：8．试说明迚程在三个基本状态之间转换的典型原因。

图P38答：（1）就绪状态→执行状态：进程分配到CPU资源（2）执行状态→就绪状态：时间片用完（3）执行状态→阻塞状态：I/O请求（4）阻塞状态→就绪状态：I/O完成16．进程在运行时存在哪两种形式的制约？答：（1）间接相互制约关系。

同处于一个系统中的进程，通常都共享着某种系统资源，也叫资源共享（2）直接相互制约关系。

这种资源于进程间的合作。

互斥：指几个并发进程若共享同一个临界资源，它们必须错开使用这个临界资源，即当一个进程正在使用临界资源且尚未使用完毕之前，其他进程不能抢夺使用该临界资源18. 同步机构应遵循哪些基本准则？答：同步机构应遵循的基本准则是空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待。

19. 试从物理概念上说明记录型信号量wait 和signal。

答：wait(S)：当S.value>0 时，表示目前系统中这类资源还有可用的。

第二章进程管理5. 在操作系统中为什么要引入进程概念？它会产生什么样的影响?为了使程序在多道程序环境下能并发执行，并能对并发执行的程序加以控制和描述，从而在操作系统中引入了进程概念。

影响: 使程序的并发执行得以实行。

6. 试从动态性，并发性和独立性上比较进程和程序?a. 动态性是进程最基本的特性，可表现为由创建而产生，由调度而执行，因得不到资源而暂停执行，以及由撤销而消亡，因而进程由一定的生命期；而程序只是一组有序指令的集合，是静态实体。

b. 并发性是进程的重要特征，同时也是OS的重要特征。

引入进程的目的正是为了使其程序能和其它建立了进程的程序并发执行，而程序本身是不能并发执行的。

c. 独立性是指进程实体是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位。

而对于未建立任何进程的程序，都不能作为一个独立的单位来运行。

13.在创建一个进程时所需要完成的主要工作是什么？（1）操作系统发现请求创建新进程事件后，调用进程创建语句2,申请空白PCB （进程控制块）3,为新进程分派资源；4初始化PCB；d,将新进程插入就绪队列；14. 在撤销一个进程时所需要完成的主要工作是什么？A．os调用进程终止语句B．根据被终止进程的标识符，从PCB集合中检索出该进程的PCB从中读出该进程状态C.若被终止进程正处于执行状态，应立即终止该进程的执行并设置调度标志为真D．若该进程还有子孙进程还应经所有子孙进程终止E．将该进程所拥有的全部资源或者归还给其父进程，或者还给系统F将被终止的进程从所在的队列移出，等待其他进程搜索信息15：试说明引起进程阻塞或被唤醒的主要事件是什么？A．请求系统服务 B.启动某种操作 C.新数据尚未到达 D无新工作可做26. 试修改下面生产者——消费者问题解法中的错误：producer:beginrepeat……produce an item in nextp; wait(mutex);wait(full);buffer(in):=nextp;……signal(mutex);until false;endconsumer:beginrepeat……wait(mutex);wait(empty);nextc:=buffer(out);out:=out+1;signal(mutex);consume item in nextc; until false;e36. 为什么要在OS中引入线程？在OS中引入进程的目的，是为了使多个程序能并发执行，以提高资源利用率和系统吞吐量。

操作系统复习题一、选择题1、在可变式分区分配方案中，某一作业完成后系统收回其主存空间，并与相邻空闲区合并，为此修改空闲区表，造成空闲区数减一的情况是（）。

A 无上邻空闲区，也无下邻空闲区B 有上邻空闲区，但无下邻空闲区C 有下邻空闲区，但无上邻空闲区D 有上邻空闲区，也有下邻空闲区2、分区式存储器管理方式，每个程序（）。

A 一定在分区中连续，部分存放B 一定在分区中连续，整体存放C 可以在分区中不连续，整体存放D 可以在分区中连续，部分存放3、下列选项中对分段存储管理叙述正确的是（）A 分段存储管理中每个段必须是大小相等的。

B 每一段必须是连续的存储区C 每一段不必是连续的存储区D 段间的存储区必须是连续的4、下列对重定位的叙述中，正确的选项是（）。

A 经过静态重定位后，指令地址并不发生变化。

B 经过静态重定位后，数据地址和指令地址发生了变化C 经过动态重定位后，指令代码中的操作码和操作数地址都要发生变化。

D 经过动态重定位后，数据地址发生了变化而指令地址没有发生变化。

5、虚拟存储器功能的管理方法包括（）。

A 可变分区存储管理B 基本分页存储管理C 请求分段存储管理D 段页式存储管理6、虚拟存储器的最大容量（）。

A 由作业的地址空间决定B 是任意的C 由计算机的地址结构决定的D 为内、外容量之和7、操作系统为（）分配内存空间。

A线程B高速缓冲存储器（Cache） C 进程 D 快表8、下面的页面置换算法中会产生所谓Belady 异常现象的是（）。

(注1)A 最佳页面置换算法（OPT）B 先进先出页面置换算法(FIFO)C 最近最久未使用页面置换算法(LRU)D 最少使用页面置换算法（LFU）9、采用（）不会产生内部碎片。

A 分页式存储管理B 分段式存储管理C 固定分区式存储管理D 段页式存储管理10、最佳适应算法的空闲区是（）。

A 按大小递减顺序连在一起B 按大小递增顺序连在一起C 按地址由小到大排列D 按地址由大到小排列11、在可变式分区存储管理中的拼接技术可以（）。