南京晓庄操作系统习题册答案

第一章

一. 判断改错题（正确的打√，错误的打×并改正）

（1） 实时系统只能应用于生产控制系统，不能应用于信息处理系统。（ ） （2） 并发含有“同时进行”的概念，是指两个或者是多个事件在同一时刻发生。（ ） （3） 操作系统虚拟机在逻辑功能上与裸机一样，具有一个物理实体。（ ）

（4） 对用户而言，操作系统是一种人机交互的环境，对设计者而言，它是一种强功能的系统资源管理

程序。（ ）

（5） 资源的共享是以程序的并行执行为条件的，没有程序的并行执行，就没有资源的共享。（ ） （6） 计算机系统的资源包括程序和数据两大部分。（ ）

（7） 若把计算机系统分为若干层次，则按由上而下顺序可分为应用系统与应用软件、操作系统、其它

系统软件和裸机。（ ）

（8） 批处理控制程序解决了作业间的自动转换，减少了时间浪费，尤其是主机CPU时间的浪费，如果

一个用户的计算作业非常庞大,也不会独自一直占据CPU。（ ）

习题解答：

（1） 错；应为：实时系统能应用于生产控制系统，也能应用于信息处理系统。 （2） 错；应为：……是指两个或者是多个事件在一段时间间隔内同时发生。 （3） 错；应为：操作系统虚拟机在逻辑功能上与裸机不同，但只具有一个物理实体。 （4） 对；

（5） 错；应为：资源的共享是以程序的并发执行为条件的，没有程序的并发执行，就没有资源的共享。 （6） 错；应为：计算机系统的资源包括硬件资源和软件资源两大部分。

（7） 错：应为：若把计算机系统分为若干层次，则按由上而下顺序可分为应用系统与应用软件、其它

系统软件、操作系统和裸机。

（8） 错；应为：……，尤其是主机CPU时间的浪费，如果一个用户的计算作业非常庞大,就会独自一

直占据CPU。

（9） 对；

二. 填空题

（1） 实时含有立即、及时之意，因而 是实时系统最关键的因素。

（2） 操作系统的层次结构中，与 或运行频率较高的模块都安排在紧靠硬件的软件层中，

这一部分通常称为 ，它在执行基本操作时，往往是利用 操作来实现，该操作具有原子性。

（3） UNIX是一个真正的 用户、 任务的 操作系统。

（4） 如果一个操作系统兼有 、 和 三者或其中两者的功能，

这样的操作系统称为通用操作系统。

（5） 实现多道程序设计必须妥善解决三个问题： 、 和系统资源的管理和调度。 （6） 批处理系统的主要优点是 ，资源利用率高，系统开销小，它的缺点在于作业处理

的 ，用户交互能力较弱。

（7） 操作系统是对计算机进行 的程序，是计算机和 的接口。 （8） 提供网络通讯和网络资源共享功能的操作系统称为 操作系统。

（9） 对系统总体设计目标来说，批处理系统注重提高计算机的效率，尽量增加系统的 ，分时系

统应保证用户的 ，而实时系统在及时响应和处理的前提下，再考虑 。

（10） 在主机控制下进行的输入/输出操作称为 操作。

（11） 在计算机系统中， 是整个系统硬件的核心和基础，而在计算机软件系统中，

具有同样的核心和基础作用。

习题解答：

（1） 响应时间；

（2） 硬件紧密相关，内核，原语； （3） 多，多，网络；

（4） 批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统； （5） 文件，作业；

（6） 系统吞吐量大，平均周转时间较长； （7） 控制和管理，用户； （8） 网络；

（9） 吞吐量，交互性，与用户的交互性； （10） 联机I/O操作； （11） CPU，操作系统；

三. 简答题 1.

简述操作系统在计算机系统中的位置。

答：操作系统OS是运行在计算机硬件系统上的最基本的系统软件。它在计算机系统中位于计算机裸机和计算机用户之间，为系统软件和用户应用软件提供了强大的支持。 2.

简述描述操作系统的虚拟机的观点和资源管理的观点。

答：描述操作系统有两种主要观点，一种是虚拟机的观点——装有操作系统的计算机极大地扩展了原计算机的功能，给用户提供了一个友好的、易于操作的界面，对用户来说，好像是一个扩展了的机器，即一台

虚拟机器。另一种是资源管理的观点，操作系统完成对处理机、存储器、I/O设备等硬件资源和文件等软件资源的管理。 3.

什么是操作系统？它有什么基本特征？

答：操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理组织计算机的工作流程，以及方便用户的程序的集合。操作系统的基本特征是：

并发——是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。宏观上是同时的，微观上是交替的。

共享——系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。根据资源的不同属性，可分为两种资源共享方式：互斥共享和同时访问。

虚拟——通过某种技术把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物，物理实体是实的，即实际存在，而后者是虚的，是用户的感觉。

异步性——在多道程序环境下，多个进程并发执行，但由于资源等因素的限制，内存中的每个进程何时执行，何时暂停，以怎样的速度向前推进，每道程序需多少时间才能完成，都是不可预知的，进程以异步的方式运行。但只要运行环境相同，作业经过多次运行，都会获得完全相同的结果。 4.

多道程序设计时应注意什么问题？

答：处理机管理问题——多道程序之间如何分配CPU，使CPU既能满足各程序运行的需要，又能提高处理机的利用率。

内存管理问题——为每道程序分配必要的内存空间，并防止程序遭破坏。

I/O设备管理——分配为多道程序共享的I/O设备，方便用户使用，提高设备利用率。 文件管理问题——组织大量的程序和数据，便于用户使用，保证数据的安全和一致。 作业管理问题——对系统中各种类型的作业进行组织。

四. 本章综合练习题

1. 实时操作系统必须在（ ）内处理来自外部的事件。

A.一个机器周期 B. 被控制对象规定的时间 C.周转时间 D.时间片 2.

操作系统中最基本的两个特征是（ ）

A.并发和不确定性 B.并发和共享 C.共享和虚拟 D.虚拟和不确定性 3.

分时系统追求的目标是（ ）

A.充分利用I/O设备 B.快速响应用户 C.提高系统吞吐量 D.充分利用内存 4.

批处理系统的主要缺点是（ ）

A.系统吞吐量小 B.CPU利用率不高 C.资源利用率低 D.无交互能力 5. 6.

在主机控制下进行的输入输出操作称为（ ）操作。

如果操作系统具有很强的交互性，可同时供多个用户使用，系统响应比较及时，则属于（ ）类型；如果系统可靠，响应及时但仅有简单交互能力则属于（ ）类型；如果操作系统在用户提交作业后不提供交互能力，它追求的是计算机资源的高利用率，大吞吐量和作业流程的自动化，则属于（ ）类型。 7.

设内存中有三道程序A、B、C，它们按A、B、C的优先次序执行。它们的计算和I/O操作时间

操 作 A B C 计算操作\\程序 30 60 20 I/O 40 30 40 计算 10 10 20 如下表所示（单位：ms）。假设三道程序使用相同设备进行I/O操作，即程序以串行方式使用设备。试画出单道运行和多道运行的时间关系图（调度程序的时间忽略不计）。在两种情况下，完成三道程序各要花多

少时间？ 8. 第二章

一. 判断改错题（正确的打√，错误的打×并改正。） （1） 进程由程序和数据两部分组成。（ ）

（2） 在生产者消费者进程中，V操作的次序无关紧要，而P操作次序不能颠倒。（ ） （3） 产生死锁的原因之一是对计算机操作不当，造成计算机死机。（ ） （4） 原语是指操作系统中的初始化程序。（ ）

（5） 若进程处于阻塞状态，当引起阻塞的条件被解除时，进程状态应变为运行状态。( ) （6） 并发进程可以同时进入临界区，交替访问临界资源。( ) （7） 程序的封闭性是指该程序不允许某些进程调用。（ ）

（8） 消息通信因为它数据量较小，因而它是一种低级通信方式。（ ） （9） 单机系统最多允许两个进程处于运行状态。（ ）

（10） 死锁产生，必须要满足四个必要条件，所以，为避免死锁产生，主要注意如何不让这四个必要条

件成立，并打破循环等待资源的环路。（ ）

（11） 操作系统的进程管理是整个操作系统管理中的核心，它包含了进程的调度、协调以及进程通信。

（ ）

习题解答：

（1） 错；应为：进程由程序、数据和进程控制块及相关表格组成。

试比较分时系统和实时系统。

（2） 对；

（3） 错；应为：产生死锁的原因是：进程推进顺序不当或竞争资源。

（4） 错；应为：原语由若干条指令所构成、用于完成一定功能的一个过程，具有原子性。 （5） 错；应为：……当引起阻塞的条件被解除时，进程状态应变为就绪状态。 （6） 错；应为：并发进程必须互斥进入临界区，互斥访问临界资源。

（7） 错；应为：程序的封闭性是指该程序在运行独占系统资源，只有程序本身能改变系统资源。 （8） 错；应为：消息通信的数据量大，它是一种高级通信方式。 （9） 错；应为：单机系统只允许一个进程处于运行状态。 （10） 对； （11） 对；

二. 填空题

（1） 操作系统中，进程是 、 和管理的最小独立单位，操作系统的各种活动都与

有关。

（2） 消息传递系统属于 级通信方式，进程间的数据交换以 为单位。

（3） 一个进程可以由系统创建，或者由 用创建原语创建。被创建的进程开始处于等待状态。

在条件成熟时，采用 原语为它们分配除 以外的所需资源，并被排列到 队列中。

（4） 一次仅允许一个进程使用的资源称为 ，同时把访问该资源的那段程序代码称

为 。

（5） 轮转法是按照 轮流地把处理器分配给就绪队列中的进程，该算法多用于 系统中，其

难点在于 。

（6） 信号量的物理意义是当信号量大于零时表示 ；当信号量小于零时，其绝对值

为 。

（7） 死锁的检测可以通过 图，利用 定理来实现。

（8） 进程运行过程中，因为 、等待I/O操作等事件发生时，通过 原语将它撤下，

排入 队列，并引起新的 。

（9） 有m个进程共享同一临界资源，若使用信号量机制实现对临界资源的互斥访问，则信号量值的变

化范围是 。

（10） 对单处理机系统，处于 状态的进程只能有1个，处于就绪状态的进程可以有多个，它们

仅未获得 控制权， 按某种方式排成一队列，此队列称为 队列，操作系统必须按照一定的 ，每次从队列中选择一个进程投入运行，这个选择过程称为 。

习题解答：

（1） 资源分配，调度，进程； （2） 高，消息；

（3） 父进程，调度，处理器，就绪； （4） 临界资源，临界区；

（5） 时间片，分时，时间片的确定； （6） 资源的数目，等待该资源的进程数目； （7） 资源分配，死锁；

（8） 缺乏资源，阻塞，等待，进程调度； （9） [1-m，1]；

（10） 运行，处理器，就绪，调度算法，进程调度；

三. 简答题

(1) 处理机管理的主要任务是什么？具有哪些主要功能？

答：处理机管理的主要任务是对处理机进行分配，并对其运行进行有效的控制和管理。主要功能有：进程控制、进程同步、进程通信和进程调度。 (2) 程序的顺序执行和并发执行有何不同？ 答：程序的顺序执行具有以下特点：

顺序性——处理机的操作，严格按程序所规定的顺序执行。

封闭性——程序在封闭的环境下运行，独占全机资源，执行结果不受外界因素影响。

可再现性——只要程序执行的环境和初始条件相同，程序多次重复执行，不论是不停顿执行，还是走走停停，都将获得相同的结果。

而程序的并发执行恰好相反，具有间断性、失去封闭性和不可再现性。（展开说明） (3) 简述进程的定义，进程的基本状态以及进程状态转换的典型原因。

答：进程是可并发执行的程序在一个数据集上的运行过程。进程有三种基本状态：就绪，执行和阻塞。

执行 A B C

就绪 D

阻塞 A:进程调度 B:发生某事件无法执行 C:时间片到或优先级高的进程到达 D:阻塞的事件消失 (4) 简述进程与程序的区别。

答：进程是可并发执行的程序在一个数据集合上的运行过程，进程有动态性、并发性、独立性和异步性、

结构特征，而程序是静态的，不能并发执行，未建立进程的程序也不能作为一个独立的单位参加运行。 (5) 进程的实体是什么？

答：进程通过三个部分被感知：程序、数据集合、进程控制块及相应表格，这三部分组成了进程的实体。程序是进程运行所对应的执行代码，数据集合是进程运行所必需的数据资源，进程控制块是保存进程状态，控制进程转换的标志。

(6) 简述进程控制块的主要内容。 答：PCB的内容

? ? ? ?

进程标识符信息——外部标识符、内部标识符。 处理机状态信息

进程调度信息——进程状态、优先级等。

进程控制信息——程序和数据地址、同步机制、资源清单等。

(7) 简述进程通信的概念，最基本的通信原语有那些？

答：为了进行进程协调，进程间应具有一定联系，这种联系通常采用进程间交换数据的方式进行，称为进程通信。

最基本的通信原语有发送原语和接收原语。 (8) 简述读者——写者问题的思想。

答：读者—写者问题是典型的进程同步问题。一个数据对象（数据文件或记录）可被多个进程共享，其中有些进程要求读（读者进程），而另一些进程要求对数据对象进行写或修改（写者进程）。允许多个读进程同时读一个共享对象，但绝不允许一个写进程和其它读进程或写进程同时访问共享对象。该问题常被用来测试新同步原语。 (9) 什么是原语？★

答：由若干条指令所构成、用于完成一定功能的一个过程，具有原子性。

(10) 简述引起进程调度的原因。

答：缺乏资源——正在运行的进程因某个条件不能满足，进入阻塞状态；运行进程被撤下，引起调度另一个进程进入运行。

时间片到——分时系统中，每当时间片到，正在运行的进程被暂时停止，排入就绪队列，引起调度另一就绪进程进入运行

外部中断——外部中断信号引起调度。

进程结束——进程正常执行完毕，终止，此时系统调度另一进程运行。 (11) 进程调度有何功能？有哪些常用的调度算法？

答：查询、登记和更新进程控制表PCB中相应表项，并根据表项中的内容和状态作出选择决定；根据系统选定的调度算法，从就绪进程队列中选取一个就绪进程，分配CPU，并决定它运行多长时间（调度方式）；进行实际分配工作，更新被调度进程和正在运行进出的PCB表项，修改状态，切换进程执行代码。 常用的调度算法有：先进先出法、短执行进程优先法、优先级调度法、轮转法等。 (12) 什么叫安全状态？常用什么方法保持系统处于安全状态？

答：若系统能按某种顺序（安全序列）来为每个进程分配其所需资源，直至最大需求，使每个进程都可顺利完成，此时系统处于安全状态。在银行家算法中检查资源分配后系统的安全性，保证系统处于安全状态，不会发生死锁。

(13) 进程之间存在哪几种相互制约关系？各是什么原因引起的？下列活动分别属于哪种制约？（1）若干同

学去图书馆借书（2）两队举行篮球比赛（3）流水线生产的各道工序（4）商品生产和社会消费。 答：进程之间存在两种相互制约关系：

（1）间接相互制约——资源共享关系，是由于多个进程共享同一资源引起的。

（2）直接相互制约——相互合作关系，是由于多个进程相互合作，共同完成同一任务造成。 其中（1）、（2）属于间接相互制约，而（3）、（4）属于直接相互制约。

(14) 系统中有3个进程，4个相同类型的资源，每个进程最多需要2个资源，该系统是否回发生死锁？为

什么？

答：该系统不会发生死锁。因为4个资源分配给3个进程，无论如何分配，总会有1个进程能够分配到2个资源，该进程获得其最大资源数后，完成并释放其资源，剩余2个进程就可获得最大资源数，顺利完成，系统始终存在安全序列，故系统不会死锁。 (15) 资源分配图如下图，系统是否处于死锁状态？

r1 r2 r3 r4

答：对该图进行化简，得到如下图所示的结果。由于该图是不可完全简化的，所以根据死锁定理，系统处于死锁状态。

r1 r2 r3 r4

P0 ? ? P1 ? ? ? ? ? P2 P3 P4 P0 ? ? P1 ? ? ? ? ?

P2 P3 P4 (16) 简述解决死锁的途径：

1）、预防死锁——设置某些限制条件，去破坏产生死锁的四个必要条件之一。 2）、避免死锁——资源动态分配过程中，用某方法防止系统进入不安全状态。

3）、检测死锁——允许发生死锁，但通过系统设置的检测机构，检测死锁的发生，并精确确定与

死锁有关的进程和资源。

4）、解除死锁——将进程从死锁状态下解脱。

(17) 设有进程P1和P2并发执行，都要享用资源R1，R2，使用资源情况如下：

进程P1：……申请R1……申请R2……释放R1…… 进程P2：……申请R2……申请R1……释放R2…… 判断是否会产生死锁，并解释其原因。

答：在不同的运行推进速度下，可能产生死锁。在某时刻，P1占用R1，又去申请R2；而P2占用R2，又去申请R1；互不释放自己占用的资源，又得不到自己所需的资源，系统处于僵持状态，形成死锁。 (18) 简述死锁定理。

答：用资源分配图加以简化的方法来检测系统是否处于死锁状态。S为死锁状态的充分条件是，当且仅当s状态的资源分配图是不可完全简化的。该充分条件称为死锁定理。

四. 综合应用题

(1) 请用信号量实现4*100接力赛的同步过程

解答：

P1 P2 P3 P4 S1 S2 S3

P1、P2、P3和P4分别代表四位运动员，他们的跑步顺序受其位置的限制。从上图表示可以看出，此题相当于是用信号量描述前趋关系。 S1、S2、S3、的初值均为0。 P1：起跑——>前进100米——>V(S1)

P2：P(S1)——>起跑——>前进100米——>V(S2) P3：P(S2)——>起跑——>前进100米——>V(S3) P4：P(S3)——>起跑——>前进100米——>到达终点

(2) 有一发送者进程和一接收者进程，其流程如下。s是用于实现进程同步的信号量，m是用于实现进程

互斥的信号量。试完成流程图。假定缓冲区有无限多个，s和m的初值为多少？ 发送者

将缓冲区放到消息链尾

V(m)

A

从消息链首取一个缓冲区

把信息写入缓冲区

D

申请缓冲区

C

接收者

解答：

s=0表示满缓冲的数量、即多少缓冲区里有消息 m=1表示互斥信号量 A：P(m)

B：V(m)

C：P(s)

D：P(m)

V(s)

释放缓冲区

B

从缓冲区取出消息

由题意，m用于实现进程互斥，初值应为1，并应成对出现，由接收者进程的V(m)操作可知，m用于实现消息链存、取缓冲区操作的互斥，故D为P(m)。相应的，A为P(m)，B为V(m)。

由发送者进程可知，当发送者将一个消息放入消息链尾后，执行V(s)操作，故s表示接收者可取消息的数量，又因s用于实现进程同步，所以接收者接受消息前，应判断是否有消息可以取，需对s执行P操作，所以C为P(s)，发送者发送消息前，接收者无消息可取，s的初值应为0。

(3) 桌上有一只盘子，最多允许存放两只水果，每次只能放入或取出一个水果。爸爸专向盘中放苹果，妈

妈专向盘中放桔子，两个儿子专等吃盘中的苹果，两个女儿专等吃盘中的桔子。试用PV操作实现爸爸、妈妈、儿子、女儿之间的同步与互斥关系。

解答：由题意，盘中最多可以放两只水果，而不管放入的是何种水果，故只要盘中有空位置，父母均可执行放水果的操作，即父母的放水果（苹果、桔子）操作仅取决于盘中是否有空位置。只有盘中有苹果，儿子才能取，只有盘中有桔子，女儿才能取，即儿女取水果的操作取决于相应水果是否存在。从另一个角度讲，父亲放苹果与儿子取苹果要同步，母亲放桔子与儿子取桔子要同步，分别需要用同步信号量实现。每次只能向盘子放入或从盘中取出一个水果，用互斥信号量实现。

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