第四版计算机操作系统第四、五章习题资料
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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。
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。
计算机操作系统第四版课后习题参考答案集团标准化办公室:[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]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3.为什么说OS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.试说明推劢多道批处理系统形成和収展的主要劢力是什么?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.试说明推劢分时系统形成和収展的主要劢力是什么?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:CPU的分时使用缩短了作业的平均周转时间;人机交互能力使用户能直接控制自己的作业;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,可以在系统中设臵多路卡,使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据;为每个终端配臵缓冲区,暂存用户键入的命令或数据。
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。
①为什么发明计算机系统:方便、有效、可扩充、开放计算机系统作用:做接口、管理资源、资源的抽象发展计算机系统的动力:提高利用率、更加方便、应用.体系.硬件更新都要跟上②计算机系统发展史一、无操作系统(一)人工操作:单用户、CPU.内存长期空闲(二)脱机输入输出(OFF-LINE I/0):装好卡片再上机。
节约CPU空闲时间、提高I/O速度二、单道批操作系统描述:有个监督程序将磁带上的作业调入计算机缺点:I/O太慢,CPU太快三、多道批操作系统描述:A在I/0,B趁机CPU优点:肯定提高资源利用率、系统吞吐量变大缺点:每个程序都要很久才处理完(作业要排队)、无交互能力未解难题:内存、处理机争用、I/O设备、文件的组织和管理、作业管理、用户和系统的接口四、分时系统描述:解决人机交互问题优点:终于有人机交互、多用户共享主机实际问题:由于多用户,所以要有“多路卡”、作业直接入内存、有个“时间片”调度作业特征:多路、独立、及时(用户可接受)、交互五、实时系统描述:工业(武器)控制系统、信息查询系统、多媒体系统、嵌入式系统类型1:周期性实时:真的很周期;非周期性实时:有开始截止时间和完成截止时间类型2:硬实时:工业、武器系统;软实时:信息查询系统和多媒体系统与分时系统比较:多路、独立、及时(毫秒级)、交互、可靠六、微机时代(一)单用户单任务:8位机的CP/M、16位机的MS-DOS(二)单用户多任务:目前的32位系统,如Windows(三)多用户多任务:UNIX、Solaris、Linux③操作系统共同特性:一、并发(一)并发和并行宏观上一样,并发:单处理机系统,微观上交替运行并行:多处理机系统,微观上同时运行(二)引入进程进程:在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位,由机器指令、数据和堆栈等组成,能独立运行的活动实体特点:用进程就可以并发执行了二共享、(一)互斥共享方式例子:临界资源,打印机、磁带机描述:你要先申请才能获得资源(二)同时访问方式描述:微观上还是并发例子:多用户磁盘设备条件:系统允许进程并发、系统能有效管理资源三、虚拟(一)时分复用技术(利用空闲时间服务其他用户)虚拟处理机技术:分身之术虚拟设备:又是分身之术,骗用户以为有专人服务时分复用:速度:V1/N(二)空分复用技术描述:将程序、电话线分成若干部分,然后各部分分时进入内存运行空分复用:空间:V1/N四、异步描述:因为要并发,所以需要一个机制调度进程④操作系统主要功能一、处理机管理功能(一)进程控制描述:要并发,就要进程、要进程,就要管理(二)进程同步进程互斥方式:临界资源要互斥进程同步方式:合作完成共同任务,同步机构要协调先后次序(信号量控制)(三)进程通信描述:对合作进程而言,需要交换信息。
现代操作系统第四版答案SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#第五章输入/输出习题1.芯片技术的进展已经使得将整个控制器包括所有总线访问逻辑放在一个便宜的芯片上成为可能。
这对于图1-5的模型具有什么影响?答:(题目有问题,应该是图1-6)在此图中,一个控制器有两个设备。
单个控制器可以有多个设备就无需每个设备都有一个控制器。
如果控制器变得几乎是自由的,那么只需把控制器做入设备本身就行了。
这种设计同样也可以并行多个传输,因而也获得较好的性能。
2.已知图5-1列出的速度,是否可能以全速从一台扫描仪扫描文档并且通过802.1lg网络对其进行传输请解释你的答案。
答:太简单了。
扫描仪最高速率为400KB/Sec,而总线程和磁盘都为16.7MB/sec,因此磁盘和总线都无法饱和。
3.图5-3b显示了即使在存在单独的总线用于内存和用于I/O设备的情况下使用内存映射I/O的一种方法,也就是说,首先尝试内存总线,如果失败则尝试I/O总线。
一名聪明的计算机科学专业的学生想出了一个改进办法:并行地尝试两个总线,以加快访问I/O设备的过程。
你认为这个想法如何?答:这不是一个好主意。
内存总线肯定比I/O总线快。
一般的内存请求总是内存总线先完成,而I/O总线仍然忙碌。
如果CPU要一直等待I/O总线完成,那就是将内存的性能降低为I/O总线的水平。
4.假设一个系统使用DMA将数据从磁盘控制器传送到内存。
进一步假设平均花费t2ns获得总线,并且花费t1ns在总线上传送一个字(t1>>t2)。
在CPU对DMA控制器进行编程之后,如果(a)采用一次一字模式,(b)采用突发模式,从磁盘控制器到内存传送1000个字需要多少时间?假设向磁盘控制器发送命令需要获取总线以传输一个字,并且应答传输也需要获取总线以传输一个字。
答:(a)1000×[(t1+t2)+(t1+t2)+(t1+t2)];第一个(t1+t2)是获取总线并将命令发送到磁盘控制器,第二个(t1+t2)是用于传输字,第三个(t1+t2)是为了确认。
《计算机操作系统》课后习题答案注:课本为《计算机操作系统(第四版)》,汤小丹梁红兵哲凤屏汤子瀛编著,西安电子科技大学出版社出版第一章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3.为什么说。
故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:月^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女?地满足用户的需要。
主要表现在:CPU的分时使用缩短了作业的平均周转时间;人机交互能力使用户能直接控制自己的作业;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。
第五章输入/输出习题1.芯片技术的进展已经使得将整个控制器包括所有总线访问逻辑放在一个便宜的芯片上成为可能。
这对于图1-5 的模型具有什么影响?答:(题目有问题,应该是图1-6 )在此图中,一个控制器有两个设备。
单个控制器可以有多个设备就无需每个设备都有一个控制器。
如果控制器变得几乎是自由的,那么只需把控制器做入设备本身就行了。
这种设计同样也可以并行多个传输,因而也获得较好的性能。
2.已知图5-1 列出的速度,是否可能以全速从一台扫描仪扫描文档并且通过802.1 lg 网络对其进行传输?请解释你的答案。
答:太简单了。
扫描仪最高速率为400 KB/Sec ,而总线程和磁盘都为16.7MB/sec ,因此磁盘和总线都无法饱和。
3.图5-3b 显示了即使在存在单独的总线用于内存和用于I/O 设备的情况下使用内存映射I/O 的一种方法,也就是说,首先尝试内存总线,如果失败则尝试I/O总线。
一名聪明的计算机科学专业的学生想出了一个改进办法:并行地尝试两个总线,以加快访问I/O 设备的过程。
你认为这个想法如何?答:这不是一个好主意。
内存总线肯定比I/O 总线快。
一般的内存请求总是内CPU 要一直等待I/O 总线完成,那存总线先完成,而I/O 总线仍然忙碌。
如果就是将内存的性能降低为I/O 总线的水平。
4.假设一个系统使用DMA 将数据从磁盘控制器传送到内存。
进一步假设平均花费t2ns 获得总线,并且花费t1ns 在总线上传送一个字(t1>>t2 )。
在CPU 对DMA 控制器进行编程之后,如果(a)采用一次一字模式,(b)采用突发模式,从磁盘控制器到内存传送1000 个字需要多少时间?假设向磁盘控制器发送命令需要获取总线以传输一个字,并且应答传输也需要获取总线以传输一个字。
答:(a)1000 ×[(t1+t2)+(t1+t2)+(t1+t2)];第一个(t1+t2) 是获取总线并将命令发送到磁盘控制器,第二个(t1+t2) 是用于传输字,第三个(t1+t2) 是为了确认。
第四章1.为什么说多级反馈队列调度算法能较好地满足各类用户的需要(来自百度):答案一:多级反馈队列调度算法能较好地满足各种类型用户的需要。
对终端型作业用户而言,由于他们所提交的大多属于交互型作业,作业通常比较短小,系统只要能使这些作业在第1级队列所规定的时间片内完成,便可使终端型作业用户感到满意;对于短批处理作业用户而言,他们的作业开始时像终端型作业一样,如果仅在第1级队列中执行一个时间片即可完成,便可以获得与终端型作业一样的响应时间,对于稍长的作业,通常也只需要在第2级队列和第3级队列中各执行一个时间片即可完成,其周转时间仍然较短;对于长批处理作业用户而言,它们的长作业将依次在第1,2,…,直到第n级队列中运行,然后再按时间片轮转方式运行,用户不必担心其作业长期得不到处理。
答案二:(惠州学院操作系统课后题)与答案一基本相似,可看做精简版。
答:(1)终端型作业用户提交的作业大多属于较小的交互型作业,系统只要使这些作业在第一队列规定的时间片内完成,终端作业用户就会感到满足。
(2)短批处理作业用户,开始时像终端型作业一样,如果在第一队列中执行一个时间片段即可完成,便可获得与终端作业一样的响应时间。
对于稍长作业,通常只需在第二和第三队列各执行一时间片即可完成,其周转时间仍然较短。
(3)长批处理作业,它将依次在第1 ,2 ,…,n个队列中运行,然后再按轮转方式运行,用户不必担心其作业长期得不到处理。
所以,多级反馈队列调度算法能满足多用户需求。
2.分别对以上两个进程集合,计算使用先来先服务(FCFS)、时间片轮转法(时间片q=1)、短进程优先(SPN)、最短剩余时间优先(SRT,时间片q=1)、响应比高者优先(HRRN)及多级反馈队列(MFQ,第1个队列的时间片为1,第i(i<1)个队列的时间片q=2(i-1))算法进行CPU调度,请给出各进程的完成时间、周转时间、带权周转时间,及所有进程的平均周转时间和平均带权周转时间。
第五章输入/输出习题1.芯片技术的进展已经使得将整个控制器包括所有总线访问逻辑放在一个便宜的芯片上成为可能。
这对于图1-5的模型具有什么影响?答:(题目有问题,应该是图1-6)在此图中,一个控制器有两个设备。
单个控制器可以有多个设备就无需每个设备都有一个控制器。
如果控制器变得几乎是自由的,那么只需把控制器做入设备本身就行了。
这种设计同样也可以并行多个传输,因而也获得较好的性能。
2.已知图5-1列出的速度,是否可能以全速从一台扫描仪扫描文档并且通过802.1lg网络对其进行传输请解释你的答案。
答:太简单了。
扫描仪最高速率为400KB/Sec,而总线程和磁盘都为16.7MB/sec,因此磁盘和总线都无法饱和。
3.图5-3b显示了即使在存在单独的总线用于内存和用于I/O设备的情况下使用内存映射I/O的一种方法,也就是说,首先尝试内存总线,如果失败则尝试I/O 总线。
一名聪明的计算机科学专业的学生想出了一个改进办法:并行地尝试两个总线,以加快访问I/O设备的过程。
你认为这个想法如何?答:这不是一个好主意。
内存总线肯定比I/O总线快。
一般的内存请求总是内存总线先完成,而I/O总线仍然忙碌。
如果CPU要一直等待I/O总线完成,那就是将内存的性能降低为I/O总线的水平。
4.假设一个系统使用DMA将数据从磁盘控制器传送到内存。
进一步假设平均花费t2ns获得总线,并且花费t1ns在总线上传送一个字(t1>>t2)。
在CPU对DMA控制器进行编程之后,如果(a)采用一次一字模式,(b)采用突发模式,从磁盘控制器到内存传送1000个字需要多少时间?假设向磁盘控制器发送命令需要获取总线以传输一个字,并且应答传输也需要获取总线以传输一个字。
答:(a)1000×[(t1+t2)+(t1+t2)+(t1+t2)];第一个(t1+t2)是获取总线并将命令发送到磁盘控制器,第二个(t1+t2)是用于传输字,第三个(t1+t2)是为了确认。