中南大学远程操作系统纸质作业.docx
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中南大学远程操作系统纸质作业
《操作系统》
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一、简答题
1.
操作系统的设置目标有哪些?
(1)方便性
计算机硬件只能识别机器代码0和1,用户要进行任何操作,都必须使用机器语言。
如果有了OS,用户可以使用OS提供的各种命令来使用计算机。
(2)有效性
在未配置OS的计算机系统中,CPU、I/O设备会经常处于空闲得不到利用;内外存中的数据由于无序浪费了存储空间。
OS可以有效地组织计算机中的资源,使各种资源得到合理的利用。
(3)可扩充性
计算机硬件、体系结构、网络的迅速发展对OS提出了一系列更新要求。
因此OS必须有很好的扩充性。
(4)开放性
为了使不同厂商的计算机和设备能够集成化,并能正确、有效的协同工作,实现应用的可移植性和互操作性,要求OS具有开放性。
2.
分时系统形成发展的主要动力和主要特征是什么?
推动分时系统形成和发展的主要动力,则是用户的需求。
或者说,分时系统是为了满足用户需求所形成的一种新型OS。
它与多道批处理系统之间,有着截然不同的性能差别。
用户的需求具体表现在以下几个方面:
①人机交互
②共享主机
③便于用户上机
分时系统的特征
①多路性
②独立性
③及时性
④交互性
3.
PCB中主要包括哪些基本信息?
PBC(ProcessControlBlock的缩写)意思为进程控制块。
进程控制块是用来描述进程的当前状态,本身特性的数据结构,是进程中组成的最关键部分,其中含有描述进程信息和控制信息,是进程的集中特性反映,是操作系统对进程具体进行识别和控制的依据。
PBC一般包括:
1.程序ID(PID、进程句柄):
它是唯一的,一个进程都必须对应一个PID。
PID一般是整形数字 2.特征信息:
一般分系统进程、用户进程、或者内核进程等 3.进程状态:
运行、就绪、阻塞,表示进程现在的运行情况 4.优先级:
表示获得CPU控制权的优先级大小 5.通信信息:
进程之间的通信关系的反映,由于操作系统会提供通信信道 6.现场保护区:
保护阻塞的进程用 7.资源需求、分配控制信息 8.进程实体信息,指明程序路径和名称,进程数据在物理内存还是在交换分区(分页)中 9.其他信息:
工作单位,工作区,文件信息等
4.
试列出三种进程调度算法,并简述其工作原理。
1、先来先服务和短作业(进程)优先调度算法
先来先服务(FCFS)调度算法是最简单的调度算法,该算法即可用于作业调度,也可用于进程调度。
对于作业调度,采用先来先服务调度算法时,每次调度是从后备作业队列中,选择一个或多个最先进入该队列的作业,将他们调入内存,分配资源、创建进程,然后放入就绪队列。
对于进程调度,采用先来先服务调度算法时,每次调度是从就绪队列中,选择最先进入该队列的进程,为之分配处理机,使之投入运行,该进程一直运行到完或发生某事件阻塞后,才放弃处理机。
短作业(进程)优先调度算法SJ(P)F,是指对短作业或短进程优先调度的算法。
它们可以分别用于作业调度和进程调度。
短作业优先(SJF)的调度算法,是从后备队列中选择一个或若干个估计运行时间最短的作业,将它们调入内存运行。
而短进程优先(SPF)调度算法,则是从就绪队列中选出一估计运行时间最短的进程,将处理机分配给它,使它立即执行并一直执行到完成,或发生某事件而被阻塞放弃处理机时,再重新调度。
2、高优先权优先调度算法
1)非抢占式优先权算法
在这种方式下,系统一旦把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程后,该进程便一直执行下去,直至完成;或因发生某事件使该进程放弃处理机时,系统方可再将处理机重新分配给另一优先权最高的进程。
2)抢占式优先权调度算法
在这种方式下,系统同样是把处理机分配给优先权最高的进程,使之执行。
但在其执行期间,只要又出现了另一个其优先权更高的进程,进程调度程序就立即停止当前进程(原优先权最高的进程)的执行,重新将处理机分配给新到的优先权最高的进程。
3、基于时间片的轮转调度算法
当执行的时间片用完时,由一个计时器发出时钟中断请求,调度程序便据此信号来停止该进程的执行,并将它送往就绪队列的末尾;然后,再把处理机分配给就绪队列中新的队首进程,同时也让它执行一个时间片。
这样就可以保证就绪队列中的所有进程,在一给定的时间内,均能获得一时间片的处理机执行时间。
5.
请详细说明P、V操作的物理意义。
P(S):
whileS<=0doskip;
S:
=S-1;
S:
=S-1表示请求分配一个单位的该类资源给执行P操作的进程。
S>0时的信号量数值表示该类资源的可用资源数;S<=0表示已无该类资源可供分配,申请进程入等待队列,此时s的绝对值表示等待队列的进程数。
V(S):
S:
=S+1;表示进程释放一个资源给系统。
如果此时S的值小于、等于0,表示有进程在该信号量队列中等待,唤醒其中之一。
S:
=S+1表示进程释放一个单位的该类可用资源。
6.
判断下列进程状态是否可以转换,如可以请说明典型原因。
运行状态就绪状态
运行状态阻塞状态
阻塞状态运行状态
运行状态终止状态。
运行→就绪
处于执行状态的进程在其执行过程中,因分配给它的一个时间片已用完而不得不让出处理机,于是进程从执行状态转变成就绪状态。
运行→阻塞
正在执行的进程因等待某种事件发生而无法继续执行时,便从执行状态变成阻塞状态。
7.
简述“死锁防止”和“死锁避免”这两方法的基本思想。
1)预防死锁。
这是一种较简单和直观的事先预防的方法。
该方法是通过设置某些限制条件,去破坏产生死锁的四个必要条件的一个或几个,来预防发生死锁。
预防死锁是一种较易实现的方法,已被广泛使用。
但由于所施加的限制条件往往太严格。
可能会导致系统资源利用率和系统吞吐量降低。
2)避免死锁。
该方法是在资源的动态分配过程中,用某种方法去防止系统进入不安全状态,从而避免发生死锁。
这种方法只须事先加以较弱的限制条件,便可获得较高的资源利用率及系统吞吐量,但在实现上有一定的难度。
目前在较完善的系统中,常用此方法来避免发生死锁。
8.
何为页表和快表?
它们各起什么作用。
页表指出逻辑地址中的页号与所占主存块号的对应关系。
作用:
页式存储管理在用动态重定位方式装入作业时,要利用页表做地址转换工作。
快表就是存放在高速缓冲存储器的部分页表。
它起页表相同的作用。
由于采用页表做地址转换,读写内存数据时CPU要访问两次主存。
有了快表,有时只要访问一次高速缓冲存储器,一次主存,这样可加速查找并提高指令执行速度。
9.
分段保护的方法通常有哪些?
(1)采用二维地址空间,如段号(S)、页号(P)和段内地址(W);
(2)系统建两张表格每一作业一张段表,每一段建立一张页表,段表指出该段的页表在内存中的位置;
(3)地址变换机构类似页式机制,只是前面增加一项段号。
10.
在段页式存储管理方式中,为什么段表的每一栏都要给出页表的长度?
在段页式管理中,由于每段分成若干页,所以需要在段表中给出页表长度,以便检查逻辑地址中的页号是否越界.
11.
推动操作系统发展的主要动力是什么?
(1)不断提高计算机资源利用率
(2)方便用户
(3)器件不断更新换代
(4)计算机体系结构的不断发展
12.
一般来说,文件系统应具备哪些功能?
文件系统是文件与管理信息资源的程序的集合。
功能是:
1)管理文件信息、实现对文件的按名存取
2)对辅存空间管理、完成对辅存空间的分配与支配
14.
操作系统的主要功能是什么?
(1)从一般用户的观点,OS为用户与计算机硬件系统治间的接口。
由于OS为系统软件,因此这种接口为软件接口。
(2)OS作为系统资源的管理者
资源归纳起来可分为四类:
处理器、存储器、I/O设备以及信息(数据和程序)。
相应地,OS的主要功能也正是针对这四类资源进行有效的管理,即:
处理机管理,用于分配和控制处理机;存储器管理,主要负责内存的分配与回收;I/O设备管理,负责I/O设备的分配与操纵;文件管理,负责文件的存取、共享和保护。
可见,OS确是计算机系统资源的管理者。
(3)OS作为扩充机器
对于一台完全无软件的计算机系统(即裸机),即使其功能再强,也必定是难于使用的。
15.
简述虚拟存储器实现思想。
所谓虚拟存储器,是指具有请求调入功能和置换功能,能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统。
其逻辑容量由内存容量和外存容量之和所决定,其运行速度接近于内存速度,而每位的成本却又接近于外存。
可见,虚拟存储技术是一种性能非常优越的存储器管理技术,故被广泛地应用于大、中、小型机器和微型机中。
(1)硬件支持。
①请求分页的页表机制,它是在纯分页的页表机制上增加若干项而形成的,作为请求分页的数据结构;②缺页中断机构,即每当用户程序要访问的页面尚未调入内存时便产生一缺页中断,以请求OS将所缺的页调入内存;③地址变换机构,它同样是在纯分页地址变换机构的基础上发展形成的。
(2)实现请求分页的软件。
二、综合题
1.
设某分时系统采用时间片轮转发实施进程调度,进程有三种基本状态:
执行、就绪和等待。
试说明:
(1)进程进行下列状态变化的典型原因:
执行→等待→就绪→执行→就绪
(2)该系统中引起进程调度的三种主要原因。
(1)当进程完成任务所申请的资源不能都满足时由执行状态到等待状态;
当进程所等待的资源都得到满足由等待状态到就绪状态;
当进程被新一轮的调度选中进入CPU中执行由就绪状态到执行状态;
当正在执行的进程所分配的时间片耗完由执行状态到就绪状态;
(2)进程阻塞,进程完成,进程时间片用完。
2.
设有一缓冲池P,其中含有20个可用缓冲区,一个输入进程将外部数据读入P,另有一个输出进程将P中数据取出并输出,若进程每次操作均以一个缓冲区为单位,试用P、V操作表示它们的制约关系。
VARmutex,empty,full:
semaphore:
=1,20,0;
Begin
Parbegin
input_process:
begin
repeat
wait(empty);
wait(mutex);
putinadata;
signal(mutex);
signal(full);
untilfalse
end
output_process:
begin
repeat
wait(full);
wait(mutex);
drawoutadata;
signal(mutex);
signal(empty);
untilfalse;
end
parend
end
3.
汽车司机与售票员之间必须协同工作,一方面只有售票员把车门关好了司机才能开车,因此,售票员关好车门应通知司机开车。
另一方面,只有当汽车已经停下,售票员才能开门上下客,故司机停车后应通知售票员,汽车当前正在始发站停车上客,试设必要的信号灯及赋初值,写出他们的同步过程。
(用管程或信号灯机制均可)
答设置信号量close表示车门是否关好,初值为0,表示门未关好,不允许司机启动汽车;
设置信号量stop表示汽车是否停稳,初值为0,表示未停稳,售票员不能开车门。
Semaphorestop=0,close=0;
Driver()
{wait(close);//先测试车门是否关好(看是否有来自售票员的信息)
启动汽车
正常开车
到站停车
signal(stop);//停车了,向售票员发送信息(可以开门了)
}
busman()
{
关车门;
signal(close);//关门后向司机发送门已关的同步信息
售车票;
wait(stop);//开门前先测试是否停车(是否有来自司机的信息)。
开车门;
乘客上下车;
4.
说明信号量S的物理含义。
S>0时,S表示可使用的资源数;或表示可使用资源的进程数;
S=0时,表示无资源可供使用;或表示不允许进程再进入临界区;
S<0时,-S表示等待使用资源的进程个数;或表示等待进入临界区的进程个数;
当S>0时,调用P(S)的进程不会等待;调用V(S)后使可用资源数加1或使可用资源的进程数加1;
当S<0时,调用P(S)的进程必须等待;调用V(S)后将释放一个等待使用资源者或释放一个等待进入临界区者。
5.
一个具有分时兼批处理功能的操作系统应怎样调度和管理作业?
①优先接纳终端作业,仅当终端作业数小于系统可以允许同时工作的作业数时,可以调度批处理作业;
②允许终端作业的批处理作业混合同时执行;
③把终端作业的就绪进程排成一个就绪队列,把批处理作业的就绪进程排入另外的就绪队列中;
④有终端作业进程就绪时,优先让其按“时间片轮转”法先运行。
没有终端作业时再按确定算法选批处理作业就绪进程运行。
6.
假定待处理的三个作业的到达时间和运行时间如下:
作业到达时间/s执行时间/s
10.08
20.44
31.01
若采用FCFS、SJF调度算法,则作业的平均周转时间各是多少?
假定要改善SJF的性能,如果让CPU在第一个时间单位空闲,然后采用SJF策略,那么,这些作业的平均周转时间是多少?
均需给出计算步骤。
(3小问各4分)
答①FCFS:
10.53((8-0)+(12-0.4)+(13-1))/3
注意:
应减去达到时间。
②SJF:
9.53
③分析:
由于我们事先并不知道两个较短的作业将很快到达,所以在时刻0,我们选择了作业1。
如果让CPU在第一个时间单位空闲,然后使用SJF调度策略,该算法称为“未来知识调度算法FKS”。
当然在本例中,由于作业1和2在空闲时间处于等待状态,它们的等待时间会增加。
FKS:
6.86((2-1)+(6-0.4)+(14-0))/3=6.86
7.
在某段页式系统中,虚地址空间包含了8个段,段长为229字节。
硬件把每个段分成大小为256字节的页。
问虚地址中有多少位可以用于指定:
(10分)
(1)段号
(2)页号
(3)页内偏移量
(4)整个虚地址
(1)3,由于8=23,要有3位指定段号
(2)21,页大小为256=28字节,一个大小为229字节的段由229/28=221页。
因此,要有21位指定页号
(3)8,要指定大小为28字节的页的偏移量,需要8位
(4)32,3+21+8=32
8.
请说出可变分区分配的实现思想。
需哪些数据结构支持?
有哪些方法可解决其存在的碎片(外碎片)问题?
答:
可变分区分配技术是相对于固定分区分配技术而言的,即根据进程的实际需要,动态地为之分配连续的与其程序空间相适合的内存空间,在该技术中分区个数是可变的,同时分区大小也是不固定的。
该技术需要的数据结构主要是对空闲分区和已分配的分区进行描述,每个分区表项应包括分区序号,分区始址和分区大小等。
分区表的组织方式可采用数据表和链表。
针对可变分区中的碎片问题,可采用“拼接”或“紧凑”方法解决,即将内存中分散的作业进行移动,使他们相邻接,使分散的小分区拼接成大分区。
9.
某系统使用两级页表,页的大小是212字节,虚地址是32位。
地址的前8位用作一级页表的索引。
求:
(1)有多少位用来指定二级索引?
(3分)
(2)一级页表中有多少项?
(3分)
(3)二级页表中有多少项?
(3分)
(4)虚地址空间中有多少页?
(3分)
10.
有哪几种I/O控制方式,它们的工作原理是什么,分别适用于何种场合。
(8分)
1.程序I/O方式
在程序I/O方式中,由于CPU的高速性和I/O设备的低速性,致使CPU的绝大部分时间都处于等待I/O设备完成数据I/O的循环测试中,造成对CPU的极大浪费。
2.中断驱动I/O控制方式
在I/O设备输入每个数据的过程中,由于无须CPU干预,因而可使CPU与I/O设备并行工作。
仅当输完一个数据时,才需CPU花费极短的时间去做些中断处理。
3.直接存储器访问DMAI/O控制方式
该方式的特点是:
①数据传输的基本单位是数据块,即在CPU与I/O设备之间,每次传送至少一个数据块;②所传送的数据是从设备直接送入内存的,或者相反;③仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时,才需CPU干预,整块数据的传送是在控制器的控制下完成的。
4.I/O通道控制方式
I/O通道方式是DMA方式的发展,它可进一步减少CPU的干预,即把对一个数据块的读(或写)为单位的干预,减少为对一组数据块的读(或写)及有关的控制和管理为单位的干预。
11.
设某作业占有7个页面,如果在主存中只允许装入4个工作页面(即工作集为4),作业运行时,实际访问页面的顺序是1,2,3,6,4,7,3,2,1,4,7,5,6,5,2,1。
试用FIFO与LRU页面调度算法,列出各自的页面淘汰顺序和缺页中断次数,以及最后留驻主存4页的顺序。
(假设开始的4个页面已装入主存)
.FIFO:
123647
6次
2156
LRU:
1264732147
10次
6521
注:
假定前面四页1236已在主存
12.
设有一个包含1000个记录的索引文件,每个记录正好占用一个物理块,一个物理块可以存放10个索引表目。
建立索引时,一个物理块应有一个索引表目:
问该文件至少应该建立几级索引(设一级索引占用一个物理块)?
索引及文件本身共占多少物理块?
解:
索引级数=log10(1000)=3
第一级1个物理块,第二级10个物理块,第三级100个物理块
共占物理块数=1+10+100+1000=1111
13.
为什么说PCB是进程存在的唯一标志?
进程和程序有何区别?
进程控制块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。
PCB中记录了操作系统所需的、用于描述进程情况及控制进程运行所需的全部信息。
进程控制块的作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序,成为一个能独立运行的进程。
在进程的整个生命期中,系统总是通过其PCB对进程进行控制的。
所以说,PCB是进程存在的唯一标志。
进程与程序的区别:
①进程是进程实体的执行过程,具有动态性;程序是静态实体,不具有动态性;
②进程可以并发执行,而程序不可以并发执行;
③进程实体是一个能独立运行的基本单位,可独立获得资源和独立调度;而进程不能作为独立的单位参加运行;
④进程可按异步方式运行,程序不是运行实体,所以不可以异步执行;
⑤进程实体由程序段、数据段及进程控制块组成,程序只有自己的数据和程序。
14.
试比较P,V原语法和加锁法实现进程间互斥的区别。
加锁法是采用反复测试lock而实现互斥的,存在CPU浪费和不公平现象;而P、V原语法是采用信号量来管理相应的临界区的共有资源,信号量的值只能由P、V原语操作来改变,克服了加锁法的弊端。
15.
一单处理机多道系统采用动态分区分配的存储管理方法,且不能移动已在主存中的作业,系统对设备采用静态分配方式。
设有五道作业,他们的提交时间、运行时间及资源需求如下表,若采用SJF调度策略,供用户使用的主存容量为200KB,磁带机5台,且忽略外设工作时间与系统调度时间,请回答:
1)指出作业的调度顺序。
2)将各道作业的开始执行时间、周转时间填入表中,并计算它们的平均周转时间。
3)若允许“紧凑”,作业的调度顺序又如何?
调度顺序为J1J2J4J5J。
2)
作业名进入后备队列时间(时:
分)要求执行时间(分)需求主存量(KB)申请磁带机数(台)开始执行时间(时:
分)周转时间(分)
J19:
30403039:
3040
J29:
502512019:
5025
J310:
0035100210:
2560
J410:
052020310:
1025
J510:
101060110:
1515
平均周转时间为:
(40+25+60+25+15)/5=33
3)若允许“紧凑”,作业的调度顺序为:
J1J2J5J4J3
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