操作系统宗大华版课后习题答案.docx

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操作系统宗大华版课后习题答案

第1章操作系统概述

二、选择

1．操作系统是一种B。

A．通用软件B．系统软件C．应用软件D．软件包

2．操作系统是对C进行管理的软件。

A系统软件B．系统硬件C．计算机资源D．应用程序

3．操作系统中采用多道程序设计技术，以提高CPU和外部设备的A。

A．利用率B．可靠性C．稳定性D．兼容性

4．计算机系统中配置操作系统的目的是提高计算机的B和方便用户使用。

A．速度B．利用率C．灵活性D．兼容性

5．C操作系统允许多个用户在其终端上同时交互地使用计算机。

A．批处理B．实时C．分时D．多道批处理

6．如果分时系统的时间片一定，那么D，响应时间越长。

A．用户数越少B．内存越少C．内存越多D．用户数越多

三、问答

1．什么是“多道程序设计”技术？

它对操作系统的形成起到什么作用？

答：

所谓“多道程序设计”技术，即是通过软件的手段，允许在计算机内存中同时存放几道相互独立的作业程序，让它们对系统中的资源进行“共享”和“竞争”，以使系统中的各种资源尽可能地满负荷工作，从而提高整个计算机系统的使用效率。

基于这种考虑，计算机科学家开始把CPU、存储器、外部设备以及各种软件都视为计算机系统的“资源”，并逐步设计出一种软件来管理这些资源，不仅使它们能够得到合理地使用，而且还要高效地使用。

具有这种功能的软件就是“操作系统”。

所以，“多道程序设计”的出现，加快了操作系统的诞生。

2．怎样理解“虚拟机”的概念？

答：

拿操作系统来说，它是在裸机上加载的第一层软件，是对计算机硬件系统功能的首次扩充。

从用户的角度看，计算机配置了操作系统后，由于操作系统隐蔽了硬件的复杂细节，用户会感到机器使用起来更方便、容易了。

这样，通过操作系统的作用使展现在用户面前的是一台功能经过扩展了的机器。

这台“机器”不是硬件搭建成的，现实生活中并不存在具有这种功能的真实机器，它只是用户的一种感觉而已。

所以，就把这样的机器称为“虚拟机”。

3．对于分时系统，怎样理解“从宏观上看，多个用户同时工作，共享系统的资源；从微观上看，各终端程序是轮流运行一个时间片”？

答：

在分时系统中，系统把CPU时间划分成许多时间片，每个终端用户可以使用由一个时间片规定的CPU时间，多个用户终端就轮流地使用CPU。

这样的效果是每个终端都开始了自己的工作，得到了及时的响应。

也就是说，“从宏观上看，多个用户同时工作，共享系统的资源”。

但实际上，CPU在每一时刻只为一个终端服务，即“从微观上看，各终端程序是轮流运行一个时间片”。

第2章习题解答

一、填空

1．进程在执行过程中有3种基本状态，它们是运行态、就绪态和阻塞态。

2．系统中一个进程由程序、数据集合和进程控制块（PCB）三部分组成。

3．在多道程序设计系统中，进程是一个动态概念，程序是一个静态概念。

4．在一个单CPU系统中，若有5个用户进程。

假设当前系统为用户态，则处于就绪状态的用户进程最多有4个，最少有0个。

注意，题目里给出的是假设当前系统为用户态，这表明现在有一个进程处于运行状态，因此最多有4个进程处于就绪态。

也可能除一个在运行外，其他4个都处于阻塞。

这时，处于就绪的进程一个也没有。

5．总的来说，进程调度有两种方式，即不可剥夺方式和剥夺方式。

6．进程调度程序具体负责中央处理机（CPU）的分配。

7．为了使系统的各种资源得到均衡使用，进行作业调度时，应该注意CPU忙碌作业和I/O忙碌作业的搭配。

8．所谓系统调用，就是用户程序要调用操作系统提供的一些子功能。

9．作业被系统接纳后到运行完毕，一般还需要经历后备、运行和完成三个阶段。

10．假定一个系统中的所有作业同时到达，那么使作业平均周转时间为最小的作业调度算法是短作业优先调度算法。

11．在引入线程的操作系统中，所谓“线程”，是指进程中实施处理机调度和分配的基本单位。

12．有了线程概念后，原来的进程就属于是单线程的进程情形。

二、选择

1．在进程管理中，当C时，进程从阻塞状态变为就绪状态。

A．进程被调度程序选中B．进程等待某一事件发生

C．等待的事件出现D．时间片到

2．在分时系统中，一个进程用完给它的时间片后，其状态变为A。

A．就绪B．等待C．运行D．由用户设定

3．下面对进程的描述中，错误的是D。

A．进程是动态的概念B．进程的执行需要CPU

C．进程具有生命周期D．进程是指令的集合

4．操作系统通过B对进程进行管理。

A．JCBB．PCBC．DCTD．FCB

5．一个进程被唤醒，意味着该进程D。

A．重新占有CPUB．优先级变为最大

C．移至等待队列之首D．变为就绪状态

6．由各作业JCB形成的队列称为C。

A．就绪作业队列B．阻塞作业队列

C．后备作业队列D．运行作业队列

7．既考虑作业等待时间，又考虑作业执行时间的作业调度算法是A。

A．响应比高者优先B．短作业优先

C．优先级调度D．先来先服务

8．作业调度程序从处于D状态的队列中选取适当的作业投入运行。

A．就绪B．提交C．等待D．后备

9．A是指从作业提交系统到作业完成的时间间隔。

A．周转时间B．响应时间

C．等待时间D．运行时间

10．计算机系统在执行C时，会自动从目态变换到管态。

A．P操作B．V操作C．系统调用D．I/O指令

11．进程状态由就绪变为运行，是由于C引起的。

A．中断事件B．进程状态变迁

C．进程调度D．为作业创建进程

三、问答

1．在多道程序设计系统中，如何理解“内存中的多个程序的执行过程交织在一起，大家都在走走停停”这样一个现象？

答：

在多道程序设计系统中，内存中存放多个程序，它们以交替的方式使用CPU。

因此，从宏观上看，这些程序都开始了自己的工作。

但由于CPU只有一个，在任何时刻CPU只能执行一个进程程序。

所以这些进程程序的执行过程是交织在一起的。

也就是说，从微观上看，每一个进程一会儿在向前走，一会儿又停步不前，处于一种“走走停停”的状态之中。

2．什么是“原语”、“特权指令”、“系统调用命令”和“访管指令”？

它们之间有无一定的联系？

答：

特权指令和访管指令都是CPU指令系统中的指令，只是前者是一些只能在管态下执行的指令，后者是一条只能在目态下执行的指令。

原语和系统调用命令都是操作系统中的功能程序，只是前者执行时不能被其他程序所打断，后者没有这个要求。

操作系统中有些系统调用命令是以原语的形式出现的，例如创建进程就是一条原语式的系统调用命令。

但并不是所有系统调用命令都是原语。

因为如果那样的话，整个系统的并发性就不可能得到充分地发挥。

3．操作系统是如何处理源程序中出现的系统调用命令的？

答：

编译程序总是把源程序中的系统调用命令改写成为一条访管指令和相应的参数。

这样在程序实际被执行时，就通过访管指令进入操作系统，达到调用操作系统功能子程序的目的。

4．系统调用与一般的过程调用有什么区别？

答：

系统调用是指在用户程序中调用操作系统提供的功能子程序；一般的过程调用是指在一个程序中调用另一个程序。

因此它们之间有如下三点区别。

（1）一般的过程调用，调用者与被调用者都运行在相同的CPU状态，即或都处于目态（用户程序调用用户程序），或都处于管态（系统程序调用系统程序）；但发生系统调用时，发出调用命令的调用者运行在目态，而被调用的对象则运行在管态，即调用者与被调用者运行在不同的CPU状态。

（2）一般的过程调用，是直接通过转移指令转向被调用的程序；但发生系统调用时，只能通过访管指令提供的一个统一的入口，由目态进入管态，经分析后，才转向相应的操作系统命令处理程序。

（3）一般的过程调用，在被调用者执行完后，就径直返回断点继续执行；但系统调用可能会导致进程状态的变化，从而引起系统重新分配处理机。

因此，系统调用处理结束后，不一定是返回调用者断点处继续执行。

5．试述创建进程原语的主要功能。

答：

创建进程原语的主要功能有以下三项。

（1）为新建进程申请一个PCB。

（2）将创建者（即父进程）提供的新建进程的信息填入PCB中。

（3）将新建进程设置为就绪状态，并按照所采用的调度算法，把PCB排入就绪队列中。

6．处于阻塞状态的一个进程，它所等待的事件发生时，就把它的状态由阻塞改变为就绪，让它到就绪队列里排队，为什么不直接将它投入运行呢？

答：

只要是涉及管理，就应该有管理的规则，没有规则就不成方圆。

如果处于阻塞状态的一个进程，在它所等待的事件发生时就径直将它投入运行（也就是把CPU从当前运行进程的手中抢夺过来），那么系统就无法控制对CPU这种资源的管理和使用，进而也就失去了设置操作系统的作用。

所以，阻塞状态的进程在它所等待的事件发生时，必须先进入就绪队列，然后再去考虑它使用CPU的问题。

7．作业调度与进程调度有什么区别？

答：

作业调度和进程调度（即CPU调度）都涉及到CPU的分配。

但作业调度只是选择参加CPU竞争的作业，它并不具体分配CPU。

而进程调度是在作业调度完成选择后的基础上，把CPU真正分配给某一个具体的进程使用。

8．系统中的各种进程队列都是由进程的PCB链接而成的。

当一个进程的状态从阻塞变为就绪状态时，它的PCB从哪个队列移到哪个队列？

它所对应的程序也要跟着移来移去吗？

为什么？

答：

当一个进程的状态从阻塞变为就绪时，它的PCB就从原先在的阻塞队列移到就绪队列里。

在把进程的PCB从这个队列移到另一个队列时，只是移动进程的PCB，进程所对应的程序是不动的。

这是因为在进程的PCB里，总是记录有它的程序的断点信息。

知道了断点的信息，就能够知道程序当前应该从哪里开始往下执行了。

这正是保护现场所起的作用。

9．为什么说响应比高者优先作业调度算法是对先来先服务以及短作业优先这两种调度算法的折中？

答：

先来先服务的作业调度算法，重点考虑的是作业在后备作业队列里的等待时间，因此对短作业不利；短作业优先的作业调度算法，重点考虑的是作业所需的CPU时间（当然，这个时间是用户自己估计的），因此对长作业不利。

“响应比高者优先”作业调度算法，总是在需要调度时，考虑作业已经等待的时间和所需运行时间之比，即：

该作业已等待时间/该作业所需CPU时间

不难看出，这个比值的分母是一个不变的量。

随着时间的推移，一个作业的“已等待时间”会不断发生变化，也就是分子在不断地变化。

显然，短作业比较容易获得较高的响应比。

这是因为它的分母较小，只要稍加等待，整个比值就会很快上升。

另一方面，长作业的分母虽然很大，但随着它等待时间的增加，比值也会逐渐上升，从而获得较高的响应比。

根据这种分析，可见“响应比高者优先”的作业调度算法，既照顾到了短作业的利益，也照顾到了长作业的利益，是对先来先服务以及短作业优先这两种调度算法的一种折中。

10．短作业优先调度算法总能得到最小的平均周转时间吗？

为什么？

答：

短作业优先调度算法只有在所有作业同时到达后备作业队列时，才能得到最小的平均周转时间。

如果各作业不是同时到达，这个结论是不成立的。

可以用反例说明，例如，教材上举有如下例子：

考虑有5个作业A到E，运行时间分别是2、4、1、1、1；到达时间分别是0、0、3、3、3。

按照短作业优先的原则，最初只有A和B可以参与选择，因为其他3个还没有到达。

于是，运行顺序应该是A、B、C、D、E。

它们每个的周转时间分别是2、6、4、5、6，平均周转时间是4.6。

但如果按照顺序B、C、D、E、A来调度，它们每一个的周转时间成为9、4、2、3、4，平均周转时间是4.4。

结果比短作业优先调度算法好。

之所以会这样，就是因为这5个作业并没有同时到达。

四、计算

1．有三个作业：

作业

到达时间

所需CPU时间

1

0.0

8

2

0.4

4

3

1.0

1

分别采用先来先服务和短作业优先作业调度算法。

试问它们的平均周转时间各是什么？

你是否还可以给出一种更好的调度算法，使其平均周转时间优于这两种调度算法？

解：

（1）采用先来先服务作业调度算法时的实施过程如下。

作业

到达时间

所需CPU时间

开始时间

完成时间

周转时间

1

0.0

8

0.0

8.0

8.0

2

0.4

4

8.0

12.0

11.6

3

1.0

1

12.0

13.0

12.0

这时，作业的调度顺序是1→2→3。

其平均周转时间为：

（8+11.6+12）/3=10.53

（2）采用短作业优先作业调度算法时的实施过程如下。

作业

到达时间

所需CPU时间

开始时间

完成时间

周转时间

1

0.0

8

0.0

8.0

8.0

3

1.0

1

8.0

9.0

8.0

2

0.4

4

9.0

13.0

12.6

这里要注意，在作业1运行完毕进行作业调度时，作业2和3都已经到达。

由于是实行短作业优先作业调度算法，因此先调度作业3运行，最后调度作业2运行。

所以，这时的作业调度顺序是1→3→2。

其平均周转时间为：

（8+8+12.6）/3=9.53

（3）还可以有更好的作业调度算法，使其平均周转时间优于这两种调度算法。

例如，如果知道在作业1后面会来两个短作业，那么作业1到达后，先不投入运行。

而是等所有作业到齐后，再按照短作业优先作业调度算法进行调度，具体实施过程如下。

作业

到达时间

所需CPU时间

开始时间

完成时间

周转时间

3

1.0

1

1.0

2.0

1.0

2

0.4

4

2.0

6.0

5.6

1

0.0

8

6.0

14.0

14.0

这时的作业调度顺序是3→2→1。

其平均周转时间为：

（1+5.6+14）/3=6.87

2．设有一组作业，它们的到达时间和所需CPU时间如下所示。

作业号

到达时间

所需CPU时间

1

9:

00

70分钟

2

9:

40

30分钟

3

9:

50

10分钟

4

10:

10

5分钟

分别采用先来先服务和短作业优先作业调度算法。

试问它们的调度顺序、作业周转时间以及平均周转时间各是什么？

解：

（1）采用先来先服务作业调度算法时的实施过程如下。

作业号

到达时间

所需CPU时间

开始时间

完成时间

周转时间

1

9:

00

70分钟

9:

00

10:

10

70分钟

2

9:

40

30分钟

10:

10

10:

40

60分钟

3

9:

50

10分钟

10:

40

10:

50

60分钟

4

10:

10

5分钟

10:

50

10:

55

45分钟

这时，作业的调度顺序是1→2→3→4。

其平均周转时间为：

（70+60+60+45）/4=58.75

（2）采用短作业优先作业调度算法时的实施过程如下。

作业号

到达时间

所需CPU时间

开始时间

完成时间

周转时间

1

9:

00

70分钟

9:

00

10:

10

70分钟

4

10:

10

5分钟

10:

10

10:

15

5分钟

3

9:

50

10分钟

10:

15

10:

25

35分钟

2

9:

40

30分钟

10:

25

10:

55

75分钟

这时，作业的调度顺序是1→4→3→2。

其平均周转时间为：

（70+5+35+75）/4=46.25

3．某系统有三个作业：

作业号

到达时间

所需CPU时间

1

8.8

1.5

2

9.0

0.4

3

9.5

1.0

系统确定在它们全部到达后，开始采用响应比高者优先调度算法，并忽略系统调度时间。

试问对它们的调度顺序是什么？

各自的周转时间是多少？

解：

三个作业是在9.5时全部到达的。

这时它们各自的响应比如下：

作业1的响应比=（9.5–8.8）/1.5=0.46

作业2的响应比=（9.5–9.0）/0.4=1.25

作业3的响应比=（9.5–9.5）/1.0=0

因此，最先应该调度作业2运行，因为它的响应比最高。

它运行了0.4后完成，这时的时间是9.9。

再计算作业1和3此时的响应比：

作业1的响应比=（9.9–8.8）/1.5=0.73

作业3的响应比=（9.9–9.5）/1.0=0.40

因此，第二个应该调度作业1运行，因为它的响应比最高。

它运行了1.5后完成，这时的时间是11.4。

第三个调度的是作业3，它运行了1.0后完成，这时的时间是12.4。

整个实施过程如下。

作业号

到达时间

所需CPU时间

开始时间

完成时间

周转时间

2

9.0

0.4

9.5

9.9

0.9

1

8.8

1.5

9.9

11.4

2.6

3

9.5

1.0

11.4

12.4

2.9

作业的调度顺序是2→1→3。

各自的周转时间为：

作业1为0.9；作业2为2.6；作业3为2.9。

第3章（大本）习题解答

一、填空

1．将作业相对地址空间的相对地址转换成内存中的绝对地址的过程称为地址重定位。

2．使用覆盖与对换技术的主要目的是提高内存的利用率。

3．存储管理中，对存储空间的浪费是以内部碎片和外部碎片两种形式表现出来的。

4．地址重定位可分为静态重定位和动态重定位两种。

5．在可变分区存储管理中采用最佳适应算法时，最好按尺寸法来组织空闲分区链表。

6．在分页式存储管理的页表里，主要应该包含页号和块号两个信息。

7．静态重定位在程序装入时进行，动态重定位在程序执行时进行。

8．在分页式存储管理中，如果页面置换算法选择不当，则会使系统出现抖动现象。

9．在请求分页式存储管理中采用先进先出（FIFO）页面淘汰算法时，增加分配给作业的块数时，缺页中断的次数有可能会增加。

10．在请求分页式存储管理中，页面淘汰是由于缺页引起的。

11．在段页式存储管理中，每个用户作业有一个段表，每段都有一个页表。

二、选择

1．虚拟存储器的最大容量是由B决定的。

A．内、外存容量之和B．计算机系统的地址结构

C．作业的相对地址空间D．作业的绝对地址空间

2．采用先进先出页面淘汰算法的系统中，一进程在内存占3块（开始为空），页面访问序列为1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5、6。

运行时会产生D次缺页中断。

A．7B．8C．9D．10

从图3-1中的“缺页计数”栏里可以看出应该选择D。

图3-1选择题2配图

3．系统出现“抖动”现象的主要原因是由于A引起的。

A．置换算法选择不当B．交换的信息量太大

C．内存容量不足D．采用页式存储管理策略

4．实现虚拟存储器的目的是D。

A．进行存储保护B．允许程序浮动

C．允许程序移动D．扩充主存容量

5．作业在执行中发生了缺页中断，那么经中断处理后，应返回执行B指令。

A．被中断的前一条B．被中断的那条

C．被中断的后一条D．程序第一条

6．在实行分页式存储管理系统中，分页是由D完成的。

A．程序员B．用户C．操作员D．系统

7．下面的A页面淘汰算法有时会产生异常现象。

A．先进先出B．最近最少使用C．最不经常使用D．最佳

8．在一个分页式存储管理系统中，页表的内容为：

页号

块号

0

2

1

1

2

7

若页的大小为4KB，则地址转换机构将相对地址0转换成的物理地址是A。

A．8192B．4096

C．2048D．1024

注意，相对地址0肯定是第0页的第0个字节。

查页表可知第0页存放在内存的第2块。

现在块的尺寸是4KB，因此第2块的起始地址为8192。

故相对地址0所对应的绝对地址（即物理地址）是8192。

9．下面所列的存储管理方案中，A实行的不是动态重定位。

A．固定分区B．可变分区C．分页式D．请求分页式

10．在下面所列的诸因素中，不对缺页中断次数产生影响的是C。

A．内存分块的尺寸B．程序编制的质量

C．作业等待的时间D．分配给作业的内存块数

11．采用分段式存储管理的系统中，若地址用24位表示，其中8位表示段号，则允许每段的最大长度是B。

A．224B．216C．28D．232

三、问答

1．什么是内部碎片？

什么是外部碎片？

各种存储管理中都可能产生何种碎片？

答：

所谓“内部碎片”，是指系统已经分配给用户使用、用户自己没有用到的那部分存储空间；所谓“外部碎片”，是指系统无法把它分配出去供用户使用的那部分存储空间。

对于教材而言，单一连续区存储管理、固定分区存储管理、分页式存储管理和请求页式存储管理都会出现内部碎片。

只是前两种存储管理造成的内部碎片比较大，浪费较为严重；后两种页式存储管理，平均来说每个作业都会出现半页的内部碎片。

教材中，只有可变分区存储管理会产生外部碎片。

2．叙述静态重定位与动态重定位的区别。

答：

静态重定位是一种通过软件来完成的地址重定位技术。

它在程序装入内存时，完成对程序指令中地址的调整。

因此，程序经过静态重定位以后，在内存中就不能移动了。

如果要移动，就必须重新进行地址重定位。

动态重定位是一种通过硬件支持完成的地址重定位技术。

作业程序被原封不动地装入内存。

只有到执行某条指令时，硬件地址转换机构才对它里面的地址进行转换。

正因为如此，实行动态重定位的系统，作业程序可以在内存里移动。

也就是说，作业程序在内存中是可浮动的。

3．一个虚拟地址结构用24个二进制位表示。

其中12个二进制位表示页面尺寸。

试问这种虚拟地址空间总共多少页？

每页的尺寸是多少？

答：

如下图所示，由于虚拟地址中是用12个二进制位表示页面尺寸（即页内位移），所以虚拟地址空间中表示页号的也是12个二进制位。

这样，这种虚拟地址空间总共有：

212=4096（页）

每页的尺寸是：

212=4096=4K（字节）

4．什么叫虚拟存储器？

怎样确定虚拟存储器的容量？

答：

虚拟存储器实际是一种存储扩充技术。

它把作业程序存放在辅助存储器里，运行时只装入程序的一部分。

遇到不在内存的程序时，再把所需要的部分装入。

这样在内存和辅存之间调入、调出的做法，使用户的作业地址空间无需顾及内存的大小。

给用户造成的印象是，无论程序有多大，它在这个系统上都可以运行。

这种以辅助存储器作为后援的虚幻存储器，就称为虚拟存储器。

虚拟存储器的大小是由系统的地址结构确定的。

5．为什么请求分页式存储管理能够向用户提供虚拟存储器？

答：

请求分页式存储管理的基本思想是：

操作系统按照存储块的尺寸，把用户作业地址空间划分成页，全部存放在磁盘上。

作业运行时，只先装入若干页。

运行过程中遇到不在内存的页时，操作系统就把它从磁盘调入内存。

这样一来，用户的作业地址空间无需顾及内存的大小。