操作系统原理第3章

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：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，可以在系统中设置多路卡，使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据；为每个终端配置缓冲区，暂存用户键入的命令或数据。

第一章绪论1、操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理的对各类作业进行调度以方便用户的程序集合※2、操作系统的目标：方便性、有效性、可扩展性、开发性※3、操作系统的作用：作为计算机硬件和用户间的接口、作为计算机系统资源的管理者、作为扩充机器4、单批道处理系统：作业处理成批进行，内存中始终保持一道作业（自动性、顺序性、单道性）5、多批道处理系统：系统中同时驻留多个作业，优点：提高CPU利用率、提高I/O设备和内存利用率、提高系统吞吐量（多道性、无序性、调度性）6、分时技术特性：多路性、交互性、独立性、及时性，目标：对用户响应的及时性7、实时系统：及时响应外部请求，在规定时间内完成事件处理，任务类型：周期性、非周期性或硬实时任务、软实时任务※8、操作系统基本特性：并发、共享、虚拟、异步性并行是指两或多个事件在同一时刻发生。

并发是两或多个事件在同一时间间隔内发生。

互斥共享：一段时间只允许一个进程访问该资源同时访问：微观上仍是互斥的虚拟是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。

异步是指运行进度不可预知。

共享性和并发性是操作系统两个最基本的特征※9、操作系统主要功能：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理、用户管理第二章进程的描述和控制※1、程序顺序执行特征：顺序性、封闭性、可再现性※2、程序并发执行特征：间断性、失去封闭性、不可再现性3、前趋图：有向无循环图，用于描述进程之间执行的前后关系表示方式：（1）p1--->p2（2）--->={(p1,p2)| p1 必须在p2开始前完成}节点表示：一条语句，一个程序段，一进程。

（详见书P32）※4、进程的定义：(1)是程序的一次执行过程，由程序段、数据段、程序控制块（PBC）三部分构成，总称“进程映像”(2)是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动(3)是程序在一个数据集合上的运行过程(4)进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位进程特征：动态性、并发性、独立性、异步性由“创建”而产生，由“调度”而执行；由得不到资源而“阻塞”，由“撤消”而消亡※5、进程与程序关系※6、进程的三种状态：就绪、阻塞、执行转换：增加挂起：7、进程控制块（PCB）的作用：进程存在的唯一标志。

操作系统原理第二次离线作业（第3章）-1应用题1．在一个请求分页系统中，采用FIFO页面置换算法时，假如一个作业的页面访问顺序为4，3，2，1，4，3，5，4，3，2， l，5，当分配给该作业的物理块数M为4时，试试写出页面访问的过程，并计算访问中所发生的缺页次数和缺页率？解：FIFO置换算法用FIFO置换算法产生缺页次数 10 次缺页率83%2.某采用页式存储管理的系统，假如系统分配给一个作业的物理块数为4，作业执行时依次访问的页为： 2，3，2，1，5，2，4，5，3，2，5，2。

采用LRU页面置换算法时，计算出程序访问过程中所发生的缺页过程和缺页次数。

解：LRU算法问答题1.试述在设有快表的分页存贮管理系统的地址变换机构和地址变换过程。

在CPU给出有效地址（逻辑地址）后，系统将有效地址分离为页号和页内地址。

系统将页号与页表长度进行比较，如果页号大于页表寄存器中的页表长度，则访问越界，产生越界中断。

地址变换机构又自动地将页号送入高速缓存，确定所需要的页是否在快表中。

若是，则直接读出该页所对应的物理块号，送入物理地址寄存器；与此同时，将有效地址（逻辑地址）寄存器中页内地址直接装入物理地址寄存器的块内地址字段中，这样便完成了从逻辑地址到物理地址的变换。

若在快表中未找到对应的页表项，则根据页表寄存器中的页表始址和页号计算出该页在页表项中的位置，通过查找页表，得到该页的物理块号，将此物理块号装入物理地址寄存器中，与有效地址寄存器中页内地址组合成物理地址；同时，把从页表中读出的页表项存入快表中的一个寄存器单元中，以取代一个旧的页表项。

2.试述动态分区、分页和分段三种存储管理方案中如何实现信息的存储保护。

1. 越界保护在动态分区的保护的常用方法是由系统提供硬件：一对界限寄存器。

这可以是上界限寄存器、下界限寄存器，或者是基址寄存器、限长寄存器。

基址寄存器存放起始地址，作为重定位（地址映射）使用；限长寄存器存放程序长度，作为存贮保护使用。

第三章处理机调度与死锁1，高级调度与低级调度的主要任务是什么？为什么要引入中级调度？【解】（1）高级调度主要任务是用于决定把外存上处于后备队列中的那些作业调入内存，并为它们创建进程，分配必要的资源，然后再将新创建的进程排在就绪队列上，准备执行。

（2）低级调度主要任务是决定就绪队列中的哪个进程将获得处理机，然后由分派程序执行把处理机分配给该进程的操作。

（3）引入中级调度的主要目的是为了提高内存的利用率和系统吞吐量。

为此，应使那些暂时不能运行的进程不再占用宝贵的内存空间，而将它们调至外存上去等待，称此时的进程状态为就绪驻外存状态或挂起状态。

当这些进程重又具备运行条件，且内存又稍有空闲时，由中级调度决定，将外存上的那些重又具备运行条件的就绪进程重新调入内存，并修改其状态为就绪状态，挂在就绪队列上，等待进程调度。

3、何谓作业、作业步和作业流？【解】作业包含通常的程序和数据，还配有作业说明书。

系统根据该说明书对程序的运行进行控制。

批处理系统中是以作业为基本单位从外存调入内存。

作业步是指每个作业运行期间都必须经过若干个相对独立相互关联的顺序加工的步骤。

作业流是指若干个作业进入系统后依次存放在外存上形成的输入作业流；在操作系统的控制下，逐个作业进程处理，于是形成了处理作业流。

4、在什么情冴下需要使用作业控制块JCB？其中包含了哪些内容？【解】每当作业进入系统时，系统便为每个作业建立一个作业控制块JCB，根据作业类型将它插入到相应的后备队列中。

JCB 包含的内容通常有：1) 作业标识2)用户名称3)用户账户4)作业类型（CPU 繁忙型、I/O芳名型、批量型、终端型）5)作业状态6)调度信息（优先级、作业已运行）7)资源要求8)进入系统时间9) 开始处理时间10) 作业完成时间11) 作业退出时间12) 资源使用情况等5．在作业调度中应如何确定接纳多少个作业和接纳哪些作业？【解】作业调度每次接纳进入内存的作业数，取决于多道程序度。

第3章处理器管理(1) 为什么程序并发执行会产生间断性特征，并失去封闭性和可再现性？解：之所以产生间断性特征是因为多个程序在并发执行时，需要为了完成同一项任务而相互合作，并发执行的程序间的这种相互制约导致了“暂停—执行—暂停”的间断性运行规律。

失去封闭性是因为程序在并发执行时，多个程序需要共享系统中的多种资源。

所以，这些资源的状态是由多个程序改变的，从而使程序的运行失去了封闭性。

失去可再现性是因为程序在并发执行时，由于失去了封闭性，从而导致其失去可再现性。

(2) 什么是进程？为什么要在操作系统中引入进程？解：进程是可并发执行且具有独立功能的程序在一个数据集合上的运行过程，它是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。

“进程”概念是人们为了使程序能够并发执行，并且能对并发的程序加以描述和控制而引入的。

(3) 试从并发性、独立性、动态性上比较程序和进程的不同。

解：●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。

●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参加运行。

●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，因而进程有一定的生命期；而程序只是一组有序指令的集合，是静态实体。

(4) 什么是PCB？它具有什么作用？为什么说PCB是进程存在的唯一标识？解：进程控制块(Process Control Block，PCB)是操作系统为了管理进程而设置的一个专门的数据结构，用它来记录进程的外部特征，描述进程的运动变化过程。

它的作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序(含数据)，成为一个能独立运行的基本单位，一个能和其它进程并发执行的进程.因为系统利用PCB来控制和管理进程，所以PCB是系统感知进程存在的唯一标志。