操作系统原理最全课后答案汤小丹

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。针对及

时处理问题，

应使所有的用户作业都直接进入内存，并且为每个作业分配一个时间片，允许作业只在自己

的时间片内运行，这样在不长的时间内，能使每个作业都运行一次。 8．为什么要引入实时OS？ 答：实时操作系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处 理，并控制所有实时任务协调一致地运行。引入实时OS 是为了满足应用的需求，更好地满

足实时控制领域和实时信息处理领域的需要。

9．什么是硬实时任务和软实时任务？试举例说明。 答：硬实时任务是指系统必须满足任务对截止时间的要求，否则可能出现难以预测的结果。

举例来说，运载火箭的控制等。

软实时任务是指它的截止时间并不严格，偶尔错过了任务的截止时间，对系统产生的影

响不大。举例：网页内容的更新、火车售票系统。

10.试从交互性、及时性以及可靠性方面，将分时系统与实时系统进行比较。 答：（1）交互性：实时信息处理系统具有交互性，但人与系统的交互仅限于访问系统中某

些特定的专用服务程序。不像分时系统那样能向终端用户提供数据和资源共享等服务。

（2）及时性：实时信息处理系统对实时性的要求与分时系统类似，都是以人所能接受

的等待时间来确定；而实时控制系统的及时性，是以控制对象所要求的开始截止时间或完成

截止时间来确定的，一般为秒级到毫秒级，甚至有的要低于100微妙。

（3）可靠性：分时系统也要求系统可靠，但相比之下，实时系统则要求系统具有高度

的可靠性。因为任何差错都可能带来巨大的经济损失，甚至是灾难性后果，所以在实时系统

中，往往都采取了多级容错措施保障系统的安全性及数据的安全性。

11．OS有哪几大特征？其最基本的特征是什么？

答：并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征；最基本的特征是并发性。

12.在多道程序设计的OS环境下的资源共享与一般情况下的资源共享有何不同？对独占资源应采取何种方式？

一般情况下的资源共享只要通过适当的安排，用户之间并不会产生对资源的竞争。 在OS环境下的资源共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。

解决的方法：1.互斥共享方式。2.同时访问方式

13、什么是时分复用技术？

答 ：时分复用技术，将资源在不同的时间片内分配给各种进程使该资源被重复利用，从而提高资源的利用率。如果采用时分复用技术的虚拟处理机，能够在不同的时间片内处理多个用户的请求，从而使得用户感觉自己独占主机，而处理机在这期间内也被充分的利用。

14、是什么原因使操作系统具有异步性?

答：操作系统的异步性体现在三个方面：一是进程的异步性，进程以人们不可预知的速度向前推进。二是程序的不可再现性，即程序执行的结果有时是不确定的，即每个程序何时执行，执行顺序以及完成数据是不确定的。

15．处理机管理有哪些主要功能？它们的主要任务是什么？

答：处理机管理的主要功能是：进程管理、进程同步、进程通信和处理机调度； 进程管理：为作业创建进程，撤销已结束进程，控制进程在运行过程中的状态转换。

进程同步：为多个进程（含线程）的运行进行协调。 进程通信：用来实现在相互合作的进程之间的信息交换。 处理机调度：

（1）作业调度。从后备队里按照一定的算法，选出若干个作业，为他们分配运行所需

的资源（首选是分配内存）。

（2）进程调度：从进程的就绪队列中，按照一定算法选出一个进程，把处理机分配给

它，并设置运行现场，使进程投入执行。

16、内存管理有哪些主要功能？他们的主要任务是什么？

答：内存管理的主要功能有：内存分配、内存保护、地址映射和内存扩充。 内存分配：为每道程序分配内存。

内存保护：确保每道用户程序都只在自己的内存空间运行，彼此互不干扰。 地址映射：将地址空间的逻辑地址转换为内存空间与对应的物理地址。 内存扩充：用于实现请求调用功能，置换功能等。

17、设备管理有哪些主要功能？其主要任务是什么？

答：主要功能有：缓冲管理、设备分配和设备处理以及虚拟设备等。

主要任务：完成用户提出的I\\O请求，为用户分配I\\O设备；提高CPU和I\\O设备的利用率；提高I\\O速度；以及方便用户使用I\\O设备。 18.文件管理有哪些主要功能？其主要任务是什么？

答：文件管理主要功能：文件存储空间的管理、目录管理、文件的读\\写管理和保护。 文件管理的主要任务：管理用户文件和系统文件，方便用户使用，保证文件安全性。

19.试说明推动传统OS演变为现在OS的主要因素是什么？ 答：系统安全、网络的功能和服务、支持多媒体。

20、什么是微内核OS

答：足够小的内核；基于客户\\服务器模式；应用机制与策略分离原理；采用面向对象技术；

21、微内核的操作系统有哪些优点？它为何能有这些优点？ 答；1.提高了系统的可扩展性；

2.增强了系统的可靠性； 3.可移植性；

4.易于改编应用软件。

22、现代操作系统较之传统操作系统又增强了哪些功能和特征？ 答：进程管理、低级存储器管理、中断和陷入处理。 23、在微内核OS中，为什么要采用客户\\服务器模式？ 答：C\\S有独特的优点： 1、数据的分布和存储； 2、便于集中管理； 3、灵活性和可扩充性； 4、易于改编应用软件。

24、在基于微内核结构的OS中，应用了哪些技术？

答：在基于微内核的OS中采用了面向对象的程序设计技术。

25、何谓微内核技术？在微内核中通常提供了哪些功能？

答：把操作系统中更多的成分和功能放到更高的层次（即用户模式）中去运行，而留下一个尽量小的内核，用它来完成操作系统最基本的核心功能，称这种技术为微内核技术，在微内核中通常提供了进程管理，低级存储器管理，中断和陷入处理等功能

26、模块接口法存在哪些问题？可通过什么样的途径来解决？

答：（1）模块接口法存在的问题：①在OS设计时，各模块间的接口规定很难满足在模块完成后对接口的实际需求。②在OS 设计阶段，设计者必须做出一系列的决定，每一个决定必须建立在上一个决定的基础上。但模块化结构设计的各模块设计齐头并进，无法寻找可靠的顺序，造成各种决定的无序性，使程序设计人员很难做到设计中的每一步决定都建立在可靠的基础上，因此模块接口法被称为“无序模块法”。

（2）解决途径：将模块接口法的决定顺序无序变有序，引入有序分层法。 27.试列出Windows OS 中五个主要版本，并说明它们分别较之前一个版本有何改迚。 答（1）Microsoft Windows 1.0是微软公司在个人电脑上开发图形界面的首次尝试。

（2）Windows 95是混合的16位/32位系统，第一个支持32位。带来了更强大、更稳定、更实用的桌面图形用户界面，结束了桌面操作系统间的竞争。 （3）Windows 98是微软公司的混合16位/32位Windows 操作系统，改良了硬件标准的支持，革新了内存管理，是多进程操作系统。 （4）Windows XP是基于Windows 2000的产品，拥有新用户图形界面月神Luna。简化了用户安全特性，整合了防火墙。

（5）Windows Vista 包含了上百种新功能；特别是新版图形用户界面和Windows Aero全新界面风格、加强的搜寻功能（Windows Indexing Service）、

新媒体创作工具以及重 新设计的网络、音频、输出（打印）和显示子系统。 28．在8位微机和16位微机中，占据了统治地位的是什么操作系统？ 答：单用户单任务操作系统，其中最具代表性的是CP/M和MS-DOS. 29、操作系统与与用户之间的接口有哪些？

1、用户接口：联机用户接口；脱机用户接口；图形用户接口。 2、程序接口

第二章

1.什么是前趋图？为什么要引入前趋图？

答：前趋图(Precedence Graph)是一个有向无循环图，记为

DAG(Directed Acyclic Graph)，用于描述进程之间执行的前后关系。 2.画出下面四条语句的前趋图: S1：a=x+y; S2：b=z+1; S3：c=a-b；

S4：w=c+1;

3.为什么程序并发执行会产生间断性特征？

答：程序在并发执行时，由于它们共享系统资源，为完成同一项任务需要相互合作，致使这些并发执行的进程之间，形成了相互制约关系，从而使得进程在执行期间出现间性。

4．程序并収执行时为什么会失去封闭性和可再现性？

答：程序并发执行时，多个程序共享系统中的各种资源，因而这些资源的状态由多个程序改变，致使程序运行失去了封闭性，也会导致其失去可再现性。 5．在操作系统中为什么要引入进程概念？它会产生什么样的影响? 答：为了使程序在多道程序环境下能并发执行，并对并发执行的程序加以控制和描述，在操作系统中引入了进程概念。

影响:使程序的并发执行得以实行。

6．试从动态性，并发性和独立性上比较进程和程序?

答：(1)动态性是进程最基本的特性，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，由撤销而消亡。进程有一定的生命期，而程序只是一组有序的指令集合，是静态实体。

(2)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。 (3)独立性是指进程实体是一个能独立运行的基本单位，也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位。对于未建立任何进程的程序，不能作为独立单位参加运行。

7．试说明PCB的作用，为什么说PCB是进程存在的惟一标志？

答：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。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基本单位，成为能与其它进程并发执行的进程。OS是根据PCB对并发执行的进程进行控制和管理的。

8.PCB提供了进程管理和进程调度所需要的哪些信息？

答：进程标识符、处理机状态、进程调度信息、进程控制信息。

9、进程控制块的组织方式有哪几种？

答：1）线性方式（线性表），2）链接方式（链接队列），3）索引方式（索引表）。

10、何谓操作系统内核,内核的主要功能是什么？ 答：现代操作系统一般将os划分为若干个层次，再将os的不同功能分别设置在不同的层次中。往往将一些与硬件紧密相关的（如中断处理程序）、各种常用的设备驱动程序以及运行频率较高的模块（如时钟管理、进程调度和许多模块公用的一些基本操作）都安排在紧靠硬件的软件层次中，使之常驻内存，并对他们进行保护。通常把这一部分称之为操作系统的内核。

负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。

11．试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因。 答：（1）就绪状态→执行状态：进程分配到CPU资源 （2）执行状态→就绪状态：时间片用完 （3）执行状态→阻塞状态：I/O请求 （4）阻塞状态→就绪状态：I/O完成

12．为什么要引入挂起状态？该状态有哪些性质？

答：1、引入挂起状态处于五种不同的需要: 终端用户需要，父进程需要，操作系统需要，对换

需要和负荷调节需要。

2、处于挂起状态的进程不能接收处理机调度。

13．在进行进程切换时，所要保存的处理机状态信息有哪些？ 答：进行进程切换时，所要保存的处理机状态信息有： （1）进程当前暂存信息

（2）下一指令地址信息 （3）进程状态信息

（4）过程和系统调用参数及调用地址信息。 14．试说明引起进程创建的主要事件。

答：引起进程创建的主要事件有：用户登录、作业调度、提供服务、应用请求。

15．试说明引起进程被撤销的主要事件。

答：引起进程被撤销的主要事件有：1、正常结束；

2、异常结束：越界错误、保护错、非法指令、特权指令错、运行超时、等待超时、算术运算错、I/O 故障；

3、外界干预：操作员或操作系统干预、父进程请求、父进程终止。 16．在创建一个进程时所要完成的主要工作是什么？

进程之间存在着直接制约和间接制答：

（1）OS 发现请求创建新进程事件后，调用进程创建原语Creat()； 约两种制约关系，其中直接制约（同（2）申请空白PCB； 步）是由于进程间的相互合作而引（3）为新进程分配资源；

起的，而间接制约（互斥）则是由（4）初始化进程控制块；

于进程间共享临界资源而引起的。 （5）将新进程插入就绪队列.

17．在撤销一个进程时所要完成的主要工作是什么？ 答：

（1）根据被终止进程标识符，从PCB 集中检索出进程PCB，读出该进程状态。 （2）若被终止进程处于执行状态，立即终止该进程的执行，置调度标志真，指示该进程被

终止后重新调度。

（3）若该进程还有子进程，应将所有子孙进程终止，以防它们成为不可控进程。 （4）将被终止进程拥有的全部资源，归还给父进程，或归还给系统。

（5）将被终止进程PCB 从所在队列或列表中移出，等待其它程序搜集信息。

18．试说明引起进程阻塞或被唤醒的主要事件是什么？

答：a. 请求系统服务；b. 启动某种操作；c. 新数据尚未到达；d. 无新工作可做.

19．为什么要在OS 中引入线程？ 答：在操作系统中引入线程，则是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销，使OS具

有更好的并发性，提高CPU的利用率。进程是分配资源的基本单位,而线程则是系统调度的 基本单位。

20．试说明线程具有哪些属性？

答：（1)轻型实体（2）独立调度和分派的基本单位（3）可并发执行（4）共享进程资源。

21. 试从调度性，并发性，拥有资源及系统开销方面对进程和线程进行比较。 答：

（1）调度性。线程在OS 中作为调度和分派的基本单位，进程只作为资源拥有的基本单位。

（2）并发性。进程可以并发执行，一个进程的多个线程也可并发执行。

（3）拥有资源。进程始终是拥有资源的基本单位，线程只拥有运行时必不可少的资源，本

身基本不拥有系统资源，但可以访问隶属进程的资源。 （4）系统开销。操作系统在创建、撤消和切换进程时付出的开销显著大于线程。 22.线程控制块TCB中包含了哪些内容?

答：一般TCB中的内容较少，因为有关资源分配等多数信息已经记录于所属进程的PCB中．

TCB中的主要信息包括线程标识、线程状态、调度参数、现场、链接指针； 其中现场信息主要包括通用寄存器、指令计数器PC以及用户栈指针．对于操作系统支持的线程，TCB中还应包含系统栈指针。 23．何谓用户级线程和内核支持线程？ 答：

（1）用户级线程：仅存在于用户空间中的线程，无须内核支持。这种线程的创建、撤销、

线程间的同步与通信等功能，都无需利用系统调用实现。用户级线程的切换通常发生在一个

应用进程的诸多线程之间，同样无需内核支持。

（2）内核支持线程：在内核支持下运行的线程。无论是用户进程中的线程，还是系统线程

中的线程，其创建、撤销和切换等都是依靠内核，在内核空间中实现的。在内核空间里还

为每个内核支持线程设置了线程控制块，内核根据该控制块感知某线程的存在并实施控制。

24．试说明用户级线程的实现方法。 答：用户级线程是在用户空间中的实现的，所有的用户级线程都具有相同的结构，运行在一个中间系统上。

运行时系统：用于管理和控制线程的函数的集合。 内核控制线程或轻型进程LWP：可通过系统调用获得内核提供服务，利用LWP进程作为中间系统。

25．试说明内核支持线程的实现方法。

答：系统在创建新进程时，分配一个任务数据区PTDA，其中包括若干个线程控制块TCB

空间。创建一个线程分配一个TCB，有关信息写入TCB，为之分配必要的资源。当PTDA

中的TCB 用完，而进程又有新线程时，只要所创建的线程数目未超过系统允许值，系统可

在为之分配新的TCB；在撤销一个线程时，也应回收线程的所有资源和TCB。 26. 多线程模型有哪几种类型？多对一模型有何优缺点？

答：多对一模型、一对一模型和多对多模型。 多对一模型的主要缺点在于，如果一个线程在访问内核时发生阻塞，则整个进程都会被阻塞；此外，在任一时刻，只有一个线程能够访问内核，多个线程不能同时在多个处理机上运行。

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？ 答：高级调度的主要任务是根据某种算法，把外存上处于后备队列中的那些作业调入内存。

低级调度是保存处理机的现场信息，按某种算法先取进程，再把处理器分配给进程。

引入中级调度的主要目的是为了提高内存利用率和系统吞吐量。使那些暂时不能运行的进程不再占用内存资源，将它们调至外存等待，把进程状态改为就绪驻外存状态或挂起状态。

2.处理机调度算法的共同目标是什么? 批处理系统的调度目标又是什么? 答:共同目标：资源利用率，公平性，平衡性，策略强制执行。

批处理系统的调度目标：平均周转时间短，系统吞吐量高，处理机利用率高。 3．何谓作业、作业步和作业流？

答：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．在什么情况下需要使用作业控制块JCB？其中包含了哪些内容？

答：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？

答:作业调度每次接纳进入内存的作业数，取决于多道程序度。应将哪些作业从外存调入内存，取决于采用的调度算法。最简单的是先来服务调度算法，较常用的是短作业优先调度算法和基于作业优先级的调度算法。 6.为什么要引入高响应比优先调度算法？它有何优点？

答:在批处理系统中，FCFS算法所考虑的只是作业的等待时间，而忽视了作业的运行时间。而SJF算法正好与之相反，只考虑作业的运行时间，而忽视了作业的等待时间。高响应比优先调度算法则是既考虑了作业的等待时间，又考虑作业运行时间的调度算法，因此既照顾了短作业，又不致使长作业的等待时间过长，从而改善了处理机调度的性能。

7.试说明低级调度的主要功能。

保存处理机的现场信息、按某种算法选取进程、把处理机分配给进程

8．在抢占调度方式中，抢占的原则是什么？

答：抢占的原则有：时间片原则、优先权原则、短作业优先权原则等。

9．在选择调度方式和调度算法时，应遵循的准则是什么？ 答：

（1）面向用户的准则：周转时间短、响应时间快、截止时间的保证、优先权准则。

（2）面向系统的准则：系统吞吐量高、处理机利用率好、各类资源的平衡利用。

10．在批处理系统、分时系统和实时系统中，各采用哪几种进程（作业）调度算法？

答：批处理系统的调度算法：短作业优先、优先权、高响应比优先、多级反馈队列调度算法。

分时系统的调度算法：时间片轮转法。 实时系统的调度算法：最早截止时间优先即EDF、最低松弛度优先即LLF算法。 11．何谓静态和动态优先级？确定静态优先级的依据是什么？

答：静态优先级是指在创建进程时确定且在进程的整个运行期间保持不变的优先级。

动态优先级是指在创建进程时赋予的优先权，可以随进程推进或随其等待时间增加而改变的优先级，可以获得更好的调度性能。

确定进程优先级的依据：进程类型、进程对资源的需求和用户要求。

12．试比较FCFS和SPF两种进程调度算法。

答：相同点：两种调度算法都可以用于作业调度和进程调度。 不同点：FCFS调度算法每次都从后备队列中选择一个或多个最先进入该队列的作业，将它们调入内存、分配资源、创建进程、插入到就绪队列。该算法有利于长作业/进程，不利于短作业/进程。SPF算法每次调度都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，调入内存中运行。该算法有利于短作业/进程，不利于长作业/进程。

13．在时间片轮转法中，应如何确定时间片的大小？

答：时间片应略大于一次典型的交互需要的时间。一般应考虑三个因素：系统对相应时间的

要求、就绪队列中进程的数目和系统的处理能力。

14．通过一个例子来说明通常的优先级调度算法不能适用于实时系统？

答：实时系统的调度算法很多，主要是基于任务的开始截止时间和任务紧急/松弛程度的任务优先级调度算法，通常的优先级调度算法不能满足实时系统的调度实时性要求而不适用。

15．为什么说多级反馈队列调度算法能较好地满足各方面用户的需求？

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。

16.为什么说传统的几种调度算法都不能算是公平调度算法？ 答：以上介绍的几种调度算法所保证的只是优先运行，如优先级算法是优先级最高的作业优先运行，但并不保证作业占用了多少处理机时间。另外也未考虑到调度的公平性。

17.保证调度算法是如何做到调度的公平性的？ 答：保证调度算法是另外一种类型的调度算法，它向用户所做出的保证并不是优先运行，而是明确的性能保证，该算法可以做到调度的公平性。一种比较容易实现的性能保证是处理机分配的公平性。如果在系统中有n个相同类型的进程同时运行，为公平起见，须保证每个进程都获得相同的处理机时间1/n。

18.公平分享调度算法又是如何做到调度的公平性的？

答：在公平分享调度算法中，调度的公平性主要是针对用户而言，使所有用户能获得相同的处理机时间，或所要求的时间比例。

19.为什么在实时系统中，要求系统(尤其是CPU)具有较强的处理能力？ 答：在实时系统中通常有多个实时任务，若处理机的处理能力不强，则有可能因

处理机忙不过来，而致使某些实时任务不能得到及时处理，从而导致发生难以预料的后果

20.按调度方式可将实时调度算法分为哪几种？ 答：非抢占式和抢占式。非抢占式又分为非抢占式轮转调度算法和非抢占式优先调度算法，抢占式又分为基于时钟中断的抢占式优先级调度算法和立即抢占的优先级调度算法。

21.什么是最早截止时间优先调度算法？举例说明。 答：根据任务的开始截止时间确定的任务优先级调度算法。截止时间越早则优先级越高。该算法要求在系统中保持一个实时任务就绪队列，该队列按各任务截止时间的先后排序。

22.什么是最低松弛度优先调度算法？举例说明。

答：该算法是根据任务的紧急(或松弛)程度，来确定任务的优先级。任务的紧急程度越高，为该任务所赋予的优先级就越高，以使之优先执行。 例如，一个任务在200ms时必须完成，而它本身所需的运行时间就有

100ms，因此，调度程序必须在100ms之前调度执行，该任务的紧急程度(松弛程度)为100ms。

又如，另一任务在400ms时必须完成，它本身需要运行150ms，则其松 弛程度为250ms。

23.何谓“优先级倒置”现象，可采取什么方法来解决？ 答：当前OS广泛采用优先级调度算法和抢占方式，然而在系统中存在着影响进程运行的资源而可能产生“优先级倒置”的现象，即高优先级进程(或线程)被低优先级进程(或线程)延迟或阻塞。

24.试分别说明可重用资源和可消耗资源的性质。

答：可重用性资源：每一个可重用性资源中的单元只能分配给一个进程使用，不允许多个进程共享。进程在使用可重用性资源时，须按照这样的顺序：请求资源、使用资源、释放资源。系统中每一类可重用性资源中的单元数目是相对固定的，进程在运行期间既不能创建也不能删除它。

可消耗性资源：每一类可消耗性资源的单元数目在进程运行期间是可以

不断变化的，有时它可以有许多，有时可能为0。进程在运行过程中，可以不断创造可消耗性资源的单元，将它们放入该资源类的缓冲区中，以增加该资源类的单元数目。进程在运行过程中，可以请求若干个可消耗性资源单元，用于进程自己的消耗，不再将它们返回给该资源类中。

25.试举例说明竞争不可抢占资源所引起的死锁。

答：例如，系统中有两个进程P1和P2，它们都准备写两个文件F1和F2，而这两者都属于可重用和不可抢占性资源。进程P1先打开F1，然后再打开文件F2；进程P2先打开文件F2，后打开F1，下面示出了这段代码。 P1

P2

...

...

Open(f1,w); Open(f2,w);

Open(f2,w);Open(f1,w);

两个进程P1和P2在并发执行时，如果P1先打开F1和F2，然后P2才

去打开F1(或F2)，由于文件F1(F2)已被P1打开，故P2会被阻塞。当P1写完文件

F1(或F2)而关闭F1(F2)时，P2会由阻塞状态转为就绪状态，被调度执行后重新打开文件F1(或F2)。在这种情况下，P1和P2都能正常运行下去。若P2先打开F1和F2，然后P1才去打开F1(或F2)，P1和P2同样也可以正常运行下去。 但如果在P1打开F1的同时，P2去打开F2，每个进程都占有一个打开

的文件，此时就可能出现问题。因为当P1试图去打开F2，而P2试图去打开F1时，这两个进程都会因文件已被打开而阻塞，它们希望对方关闭自己所需要的文件，但谁也无法运行，因此这两个进程将会无限期地等待下去，而形成死锁。 26. 为了破坏“请求和保持”条件而提出了两种协议，试比较这两种协议。 、 答：第一种协议在所有进程开始运行之前，必须一次性地申请其在整个运行过程中所需的全部资源，并且在分配资源时，只要有一种资源不能满足进程的要求，即使其它所需的各种资源都空闲也不分配给该进程，而让该进程等待。因此有资源被严重浪费、进程经常会发生饥饿现象等缺点。

第二种协议是对第一种协议的改进，它允许一个进程只获得运行初期所

需的资源后，便开始运行。进程运行过程中再逐步释放已分配给自己的，且已用毕的全部资源，然后再请求新的所需资源。如此便可提高设备的利用率，还可减少进程发生饥饿的概率。

27.何谓死锁？产生死锁的原因和必要条件是什么？ 答：死锁是指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当进程处于这种僵持状态时，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。

产生死锁的原因为竞争资源和进程间推进顺序非法。其必要条件是：互 斥条件、请求和保持条件、不剥夺条件、环路等待条件。 28. 在解决死锁问题的几个方法中，哪种方法最易于实现？哪种方法使资源利用率最高？

答：解决死锁的四种方法即预防、避免、检测和解除死锁中，预防死锁最容易实现；避免死锁使资源的利用率最高。

29.请详细说明可通过哪些途径预防死锁。

答：(1)破坏“请求和保持”条件，就是如果系统有足够资源，便一次性把进程需要的所有资源分配给它；

(2)破坏“不可抢占”条件，就是已经拥有资源的进程，当它提出新资源请求而不能立即满足时，必须释放它已保持的所有资源，待以后需要时再重新申请；

(3) 破坏“循环等待”条件，就是将所有资源按类型排序标号，所有进程对资源的请求必须严格按序号递增的次序提出。

30．在银行家算法的例子中，如果P0发出请求向量由Request(0,2,0)改为Request(0,1,0)，

问系统可否将资源分配给它？

答：（1）可以。银行家算法各种资源数量分别为10、5、7，在T0时刻的资源分配如图所示：

（2）具体分析如下：

①Requst0(0,1,0)<=Need0(7,4,3);

② Requst0(0,1,0)<=Available(2,3,0);

系统先假定可为P0分配资源，并修改Available0，Allocation0和Need0向量，由此形成

的资源变化情况如下图所示：

（3）P0请求资源：P0发出请求向量Requst0(0,1,0),系统按银行家算法进行检查： ① Requst0(0,1,0)<=Need0(7,4,3); ② Requst0(0,1,0)<=Available(2,3,0); ③系统暂时先假定可为P0分配资源，并修改______________有关数据，如下图所示

综上所述系统可以将资源分配给它。

31．银行家算法中出现以下资源分配，试问（1）该状态是否安全？（2）若进程P2 提出

Request(1,2,2,2)后，系统能否将资源分配给它？

试问：（1）该状态是否安全？

（2）若进程P2提出请求Request（1,2,2,2）后，系统能否将资源分配给它？ 答：（1）安全，因为存在安全序列{P0,P3,P4,P1,P2} （2）系统能分配资源，分析如下。

①Request(1,2,2,2) <= Need2(2,3,5,6);

②Request(1,2,2,2) <= Available2(1,3,5,4)；

③系统先假定可为P2分配资源，并修改Available2，Allocation2和Need2向量， 由此形成的资源变化情况如下图所示：

④再利用安全性算法检查此时系统是否安全。如下图

由此进行的安全性检查得知，可以找到一个安全序列{P2,P0,P1,P3,P4}。

第四章

1．为什么要配置层次式存储器？

答：设置多个存储器可以使存储器两端的硬件能并行工作；采用多级存储系统，特别是

Cache 技术，是减轻存储器带宽对系统性能影响的最佳结构方案；在微处理机内部设置各

种缓冲存储器，减轻对存储器存取的压力。增加CPU中寄存器数量大大缓解对存储器压力。

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？ 答：（1）绝对装入方式，只适用于单道程序环境。 （2）可重定位装入方式，适用于多道程序环境。

（3）动态运行时装入方式，用于多道程序环境；不允许程序运行时在内存中移位置。

3. 何谓静态链接？静态链接时需要解决两个什么问题？

答：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入模块，以后不再拆开的链接方式。

将几个目标链接装配成一个装入模块时，需解决以下两个问题：

1、将相对地址进行修改。即将除第一个模块外的相对地址修改成装入模块中的相应的相对地址。（第一个模块A的相对地址不变，仍为0）

2、变换外部调用符号。即将每个模块中所用的外部调用符号，都变换为相对地址。

4. 何谓装入时动态链接？装入时动态连接方式有何优点？

答：对比静态链接，装入时动态链接是在装入内存时，边链接边装入。装入时动态链接可以让目标模块可共享，易于修改。因为，动态链接在每次装入内存时都需要重新链接，所以，对单个的目标模块很容易修改和更新，而且目标模块的共享也很容易。

5. 何谓运行时动态链接？运行时动态链接方式有何优点？ 答：对比装入时动态链接，运行时动态链接是在程序运行时才链接所需的目标模块。运行时动态链接可以让程序运行所必须得模块之外的模块不链接，加快程序的装入过程，节省大量的内存空间。

6. 在动态分区分配方式中，应如何将各空闲分区链接成空闲分区链？

答：在动态分区分配中，介绍了七种算法，其中首次适应、循环首次适应算法需要按照地址递增的顺序链接分区，最佳适应、最坏适应算法需要按照分区的大小来链接分区，快速适应、伙伴系统、哈希算法需要按照分区的大小分类链接成不同种类的空闲分区链。

7. 为什么要引入动态重定位？如何实现？ 答：在内存分配过程中，不免出现许多不可利用的小的空闲空间以至于造成了内存的利用率不高。如果让已经存在的程序紧凑起来，那么，那些不可利用的小的空闲空间也就连成了更大的空闲空间以供利用，移动已经在内存中的程序就是动态重定位。关于如何实现，在从系统中增设一个重定位寄存器，用它来存放程序(数据)在内存中的起始地址，程序运行时，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成的。绝对地址是在程序运行时产生，那么对内存中的程序也就可以移动位置而可以用相对地址。

8. 什么是基于顺序搜索的动态分区分配算法？它可分为哪几种？ 答：我们通常将系统中的空闲分区链接成一个链，然后在分配分区的时候依次搜索空闲分区链上的空闲分区，去寻找一个其大小能满足要求的分区，定义如何搜索的算法就是基于顺序搜索的动态分区分配算法。它分为首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适应算法、最坏适应算法。

9. 在采用首次适应算法回收内存时，可能出现哪几种情况？应怎样处理这些情况？ 答：回收内存的时候，我们把将要回收的内存区的首址拿到空闲分区链表中比对找出插入点(按照空闲分区链的构建算法)，如果将要回收的内存和插入点的左、右或者两者都相邻，那就把相邻的区合并成一个区，如果不相邻那就单独作为一个区插入进去，并修改相关的数据结构中的值。

10. 什么是基于索引搜索的动态分区分配算法？它可分为哪几种？ 答：我们把空闲分区按照某种属性(通常是大小)分类，把每一类都链接起来形成一个链表，建立一个表把每类链表的相关信息写进去以供索引，按照这个数据分配空闲分区的算法叫做基于索引搜索的动态分区分配算法。它分为快速适应算法、伙伴系统、哈希算法。 11．令

表示大小为

的通用表达式。

答:当时，

时，

；当

、地址为x 的块的伙伴系统地址，试写出

12．分区存储管理中常用那些分配策略？比较它们的优缺点。

答：分区存储管理中的常用分配策略：首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适应算法、最坏适应算法。 首次适应算法优缺点：保留了高址部分的大空闲区，有利于后来的大型作业分配；

低址部分不断被划分，留下许多难以利用的小空闲区，每次查找都从低址开始增加了系统开销。

循环首次适应算法优缺点：内存空闲分区分布均匀，减少了查找系统开销；缺乏

大空闲分区，导致不能装入大型作业。

最佳适应算法优缺点：每次分配给文件的都是最适合该文件大小的分区，内存中

留下许多难以利用的小空闲区。

最坏适应算法优缺点：剩下空闲区不太小，产生碎片几率小，对中小型文件分配

分区操作有利；存储器中缺乏大空闲区，对大型文件分区分配不利。

13. 为什么要引入对换？对换可分为哪几种类型？

答：为了提高系统的吞吐量，提高内存的利用率和处理机的利用率。对换可分为整体对换和局部对换(分段或页面对换)。

14. 对文件区管理的目标和对对换空间管理的目标有何不同？

答：对文件区的管理，主要是注重存储器利用率，其次才是存取的速度，故采取的是离散存储方式。但是对于对换区，我们主要是注重文件的存取速度，其次才是存储器的利用率，故采用的是连续分配的方式。 15. 为实现对换，系统应具备哪几方面的功能？

答：为了实现对换，系统必须实现的是：对对换空间的管理，进程的换入和进程的换出。

16. 在以进程为单位进行对换时，每次是否都将整个进程换出？为什么？

答：在选择换出程序之后，在对进程进行换出时，只能换出那些非共享的程序和数据段，而对于那些共享的数据段，只要有其他进程还需要，就不能换出。实质上，共享的程序和数据段不属于哪个进程。

17. 基于离散分配时所用的基本单位不同，可将离散分配分为哪几种？ 答：分为分页存储管理方式，分段存储管理方式，段页式存储管理方式。

18. 什么是页面？什么是物理块？页面的大小应如何确定？

答：将进程的逻辑地址空间分成若干等分，同时相应的把内存也分成若干等分，前者产生的分组叫做页面，后者产生的分组称为物理块或页框。页面的大小应选择适中，应该是2的幂，通常为1K~8K，根据分配算法灵活变化。

19. 什么是页表？页表的作用是什么？

答：分页系统采用的是离散分配方式，所以，进程的各个页允许离散的存储在内存的任意物理块中，所以就建立一张映射表反应他们的对应关系，这张表就叫页表。页表反应的是进程的逻辑地址和内存的物理地址的映射。通过查找页表可以知道进程的逻辑地址的相应页在内存中放在何处。 20. 为实现分页存储管理，需要哪些硬件支持？

答：需要页表寄存器、物理地址寄存器和联想寄存器(快表)。页表寄存器和物理地址寄存器是地址变换机构所需的基本寄存器，联想寄存器是优化了地址转换过程后需要添加的一个寄存器。

21. 在分页系统中是如何实现地址变换的？ 答：首先，进程运行时从进程的PCB中把页表始址和页表长度放入页表寄存器中，当进程要访问某个逻辑地址中的数据的时候，分页地址变换机构会自动的将有效地址(逻辑地址)分为页号和页内地址。讲页号和页表寄存器中的页表长度相比，如果页号比较大则说明访问越界，抛出中断。否则利用页号、页表始址和页表项长度计算出相应的页表中的位置(因为页表在内存中，所以需要计算对应的地址，而不是想象中的直接匹配页号，相当于“起点+单位数*单位长度”)，从而得到物理块号。把物理块号和页内地址同时送入物理地址寄存器中，相结合得到物理地址。

22. 具有快表时是如何实现地址变换的？

答：首先，以前转换过程中查找过的页表项会被记录在快表之中。在每次需要访问逻辑地址中的数据的时候，都会根据页号先到快表中查看有没有对应的匹配项，如果有就直接得到相应的物理块号而不需要进过利用始址、页号和页表项长度计算后去内存中查表。得到物理块号后依然是送到物理地址寄存器中和页内地

址结合形成最后的物理地址。

23. 较详细的说明引入分段存储管理是为了满足用户的哪几方面的需要？ 答：方便编程、信息共享、信息保护、动态增长和动态链接。

24. 在具有快表的段页式存储管理方式中，如何实现地址变换？ 答：与分页系统中方式一样，只是多了一个维度就是检索段号以后才可以得到页表，再用段内页号和页表进行匹配，得到物理块号，最后和页内地址结合得到物理地址。

25. 为什么说分段系统比分页系统更易于实现信息的共享和保护？

答：信息的共享和保护都是以信息的逻辑单位为基础的，所以，经常是以一个段为基本单位进行保护和共享的。但是在分页系统中，可能一个信息的逻辑单位有很多页，且一页中可能含有不同程序段的数据或程序。 26. 分页和分段存储管理有何区别？

答：页是信息的物理单位，而段是信息的逻辑单位。页的大小固定而且由系统决定，段的大小不固定，通常由编译程序划分。分页用户程序地址空间是一维的，分段用户程序地址空间是二维的。

27. 试全面比较连续分配和离散分配方式。

答：连续分配方式不需要额外的硬件支持，且实现算法相对简单。但是在很多情况下会造成内存利用率低，系统吞吐量小和CPU利用率低等情况，虽然可以通过紧凑等方式有所调节，但是紧凑也会造成很大的系统开销。离散分配方式需要额外的硬件支持，且实现的算法相对比较复杂，但是出于用户或操作系统的角度，离散分配方式在系统性能上或实现功能上明显比连续分配更灵活。比如信息的保护和共享等等方面，离散比连续更加容易实现。

第五章 虚拟存储器

1、常规存储器管理方式具有哪两大特征？它对系统性能有何影响？ 答：一次性：进程必须全部装入内存，对空间浪费非常大；

驻留性：在程序运行过程中，进程全部驻留在内存，暂时不用的数据无法释放。

2.什么是程序运行时的时间局限性和空间局限性？

答：（1）时间局限性：如果程序中的某条指令一旦执行，则不久的将来该指令可能再次被执行；如果某个存储单元被访问，则不久的将来该存储单元可能再次被访问。产生时间局限性的典型原因是在程序中存在着大量的循环操作。 （2）空间局限性：一旦程序访问了某个存储单元，则在不久的将来，其附近的存储单元也最有可能被访问，即程序在一段时间内所访问的地址，可能集中在一定的范围内。产生空间局限性的典型原因是程序是顺序执行的。

3.虚拟存储器有哪些特征？其中最本质的特征是什么？

答：虚拟存储器有多次性、对换性、虚拟性三大特征。最本质的特征是虚拟性。

4.实现虚拟存储器需要哪些硬件支持？ 1.请求分页（段）的页（段）表机制 2.缺页（段）中断机构 3.地址变换机构

5.实现虚拟存储器需要哪几个关键技术？

答：（1）在分页请求系统中是在分页的基础上，增加了请求调页功能和页面置换功能所形成的页式虚拟存储系统。允许只装入少数页面的程序（及数据），便启动运行。

（2）在请求分段系统中是在分段系统的基础上，增加了请求调段及分段置换功能后形成的段式虚拟存储系统。允许只装入少数段（而非所有段）的用户程序和数据，即可启动运行。

6.在请求分页系统中，页表应包括哪些数据项？每项的作用是什么？

答：页表应包括：页号、物理块号、状态位P、访问字段A、修改位M和外存地址。 状态位P ：指示该页是否调入内存，供程序访问时参考； 访问字段A ：用于记录本页在一段时间内被访问的次数，或最近已有多长时间未被访问，提供给置换算法选择换出页面时参考； 修改位M： 表示该页在调入内存后是否被修改过； 外存地址：用于指出该页在外存上的地址，通常是物理块号，供调入该页时使用。 7. 试比较缺页中断机构与一般的中断，它们之间有何明显的区别？ 答：1.一般中断只需要保护现场然后就直接跳到需及时处理的地方。

2. 缺页中断除了保护现场之外，还要判断内存中是否有足够的空间存储所需的页或段，然后再把所需页调进来再使用。 8．请详细说明请求分页系统的地址变换过程。

答：请求分页系统的地址变换过程如下：（图略去） 1）取逻辑地址分解为页号P和页内偏移w;

2) 根据页号查找页表，获得该页的描述信息； 3）若该页中断位为1，产生缺页中断；

4）更新该页的描述信息；

5）根据页块号和页内偏移w，计算物理地址。

9、何谓固定分配局部置换和可变分配全局置换的内存分配策略？

(1) 固定分配局部置换：为每个进程分配一组固定数目的物理块，在进程运行期间不再改变；如果在进程运行的过程中发生缺页，则只能从分配给该进程的n个页面中选出一页换出，然后调入新的一页。

(2) 可变分配全局置换：先为每个进程分配一定数目的物理块，在进程运行期间块数目可以适当增加或减少；如果在进程运行的过程中发生缺页，则从OS所保留的空闲物理块中取出一块，分配给该进程，或者在所有进程的全部物理块中，按算法选出应换出的页面，将其换出，空出一块来，调入新的一页。 10.在请求分页系统中，应从何处将所需页面调入内存？ 答：请求分页系统中的缺页从何处调入内存分三种情况：

（1）系统拥有足够对换区空间时，可以全部从对换区调入所需页面，提高调页速度。在进程运行前将与该进程有关的文件从文件区拷贝到对换区。

（2）系统缺少足够对换区空间时，不被修改的文件直接从文件区调入；当换出这些页面时，未被修改的不必换出，再调入时，仍从文件区直接调入。对于可能修改的，在换出时便调到对换区，以后需要时再从对换区调入。

（3）UNIX 方式。未运行页面从文件区调入。曾经运行过但被换出页面，下次从对换区调入。UNIX 系统允许页面共享，某进程请求的页面有可能已调入内存，直接使用不再调入。

11.试说明在请求分页系统中页面的调入过程。

答：每当程序所要访问的页面未在内存时，便向 CPU 发出一缺页中断，中断处理程序首先保留 CPU 环境，分析中断原因后转入缺页中断处理程序。该程序通过查找页表，得到该页在外存的物理块后，如果此时内存能容纳新页，则启动磁盘I/O 将所缺之页调入内存，然后修改页表。如果内存已满，则须先按照某种置换算法从内存中选出一页准备换出；如果该页未被修改过，可不必将该页写回磁盘；但如果此页已被修改，则必须将它写回磁盘，然后再把所缺的页调入内存，并修改页表中的相应表项，置其存在位为“1” ，并将此页表项写入快表中。在缺页调入内存后，利用修改后的页表，去形成所要访问数据的物理地址，再去访问内存数据。整个页面的调入过程对用户是透明的。

12.在请求分页系统中，常采用哪几种页面置换算法？

答：采用的页面置换算法有：最佳置换算法和先进先出置换算法，最近最久未使用（LRU）置换算法，Clock置换算法，最少使用置换算法，页面缓冲算法等。

13.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 走向为4、3、2、1、4、3、5、4、3、2、1、5，当分配给该作业的物理块数M分别为3和4时，试计算在访问过程中所发生的缺页次数和缺页率，并比较所得结果。 答：M=3时，采用FIFO页面置换算法的缺页次数为9次，缺页率为75%； M=4时，采用FIFO页面置换算法的缺页次数为10次，缺页率为83%。

由此可见，增加分配给作业的内存块数，反而增加了缺页次数，提高了缺页率，这种现象被称为是Belady现象。

14.实现LRU算法所需的硬件支持是什么? 答：需要寄存器和栈等硬件支持。寄存器用于记录某进程在内存中各页的使用情况，栈用于保存当前使用的各个页面的页面号。 15.试说明改进型 Clock 置换算法的基本原理.

答：因为修改过的页面在换出时付出的开销比未被修改过的页面大，在改进型Clock 算法中，既考虑页面的使用情况，还要增加置换代价的因素；在选择页面作为淘汰页面时，把同时满足未使用过和未被修改作为首选淘汰页面。 16. 影响页面换进换出效率的若干因素是什么？

答：1) 页面置换算法。 (2) 写回磁盘的频率。 (3) 读入内存的频率。

17. 页面缓冲算法的主要特点是什么？它是如何降低页面换进换出的频率的? 答：（1）页面缓冲算法的特点

①显著地降低了页面换进、换出的频率，使磁盘I/O的操作次数大为减少，因而减少了页面换进、换出的开销；

②正是由于换入换出的开销大幅度减小，才能使其采用一种较简单的置换策略，如先进先出（FIFO ）算法，它不需要特殊硬件的支持，实现起来非常简单。

（2）降低页面换进、换出的频率的方法 ①空闲页面链表：实际上该链表是一个空闲物理块链表，是系统掌握的空闲物理块，用于分配给频繁发生缺页的进程，以降低该进程的缺页率。当这样的进程需要读入一个页面时，便可利用空闲物理块链表中的第一个物理块来装入该页。当有一个未被修改的页要换出时，实际上并不将它换出到外存，而是把它们所在的物理块挂在空闲链表的末尾。 ②修改页面链表：它是由己修改的页面所形成的链表。设置该链表的目的是为了减少已修改页面换出的次数。当进程需要将一个已修改的页面换出时，系统并不立即把它换出到外存上，而是将它所在的物理块挂在修改页面链表的末尾。这样做的目的是:降低将已修该页面写回磁盘的频率，降低将磁盘内容读入内存的频率。

18.什么是抖动? 产生抖动的原因是什么?

18、在请求分页系统中，产生“抖动”的原因是什么？ 在请求分页式存储管理中，页在内存与外存之间频繁调度，以至于调度页面所需时间比进程实际运行的时间还多，此时系统性能急剧下降。这种现象称为颠簸或抖动。原因：问题产生的原因：

(1) 分配给进程的物理块数太少，不能满足进程正常运行的基本要求； (2) 页面淘汰算法不合理；

19.何谓工作集？它是基于什么原理确定的？

答：工作集（或驻留集）是指在某段时间间隔内，进程要访问的页面集合。经常被使用的页面需要在工作集中，而长期不被使用的页面要从工作集中被丢弃。为

了防止系统出现抖动现象，需要选择合适的工作集大小。工作集模型的原理是：让操作系统跟踪每个进程的工作集，并为进程分配大于其工作集的物理块。如果还有空闲物理块，则可以再调一个进程到内存以增加多道程序数。如果所有工作集之和增加以至于超过了可用物理块的总数，那么操作系统会暂停一个进程，将其页面调出并且将其物理块分配给其他进程，防止出现抖动现象。正确选择工作集的大小，对存储器的利用率和系统吞吐量的提嵩，都将产生重要影响。

20. 当前可以利用哪几种方法来防止“抖动”？

答：(1)采取局部置换策略：在页面分配和置换策略中，如果采取的是可变分配方式，则为了预防发生“抖动”，可采取局部置换策略。根据这种策略，当某进程发生缺页时，只能在分配给自己的内存空间内进行置换，不允许从其它进程去获得新的物理块。

(2 )把工作集算法融入到处理机调度中：当调度程序发现处理机利用率低下时，它将试图从外存调入一个新作业进入内存，来改善处理机的利用率。如果在调度中融入了工作集算法，则在调度程序从外存调入作业之前，必须先检查每个进程在内存的驻留页面是否足够多。如果都已足够多，此时便可以从外存调入新的作业，不会因新作业的调入而导致缺页率的增加; 反之，如果有些进程的内存页面不足，则应首先为那些缺页率居高的作业增加新的物理块，此时将不再调入新的作业。

(3) 利用”L=S\准则调节缺页率：只有当L 与S 接近时，磁盘和处理机都可达到它们的最大利用率。理论和实践都已证明，利用“L=S准则，对于调节缺页率是十分有效的。 (4 )选择暂停的进程：当多道程序度偏高时，已影响到处理机的利用率，为了防止发生“抖动”，系统必须减少多道程序的数目。此时应基于某种原则选择暂停某些当前活动的进程，将它们调出到磁盘上，以便把腾出的内存空间分配给缺页率发生偏高的进程。

21.试试说明如何利用“L=S”准则来调节缺页率，以避免“抖动”的发生？ 答：从系统启动开始，每当要创建新进程或要为现有进程分配新空闲块时，就计算L值和S值。若L>S则，可以进行上述工作；当L值接近S值时，只能换页。 22.为了实现请求分段式存储管理，应在系统中增加配置哪些硬件结构？ 答：请求段表机制、缺段中断机制和地址变换机构。

23.在请求段表机制中，应设置哪些段表项？

答：存取方式，访问字段A，修改位M，存在位P，增补位，外存始址。

24.说明请求分段系统中的缺页中断处理过程。

答：请求分段系统中的缺页中断处理过程描述如下：

（1）根据当前执行指令中的逻辑地址查页表，判断该页是否在主存储器中； （2）该页标志为“0”形成缺页中断，中断装置通过交换PSW让操作系统的中断处理程序占用处理器。

（3）操作系统处理缺页中断处理的办法是查主存分配表找一个空闲的主存块，查页表找出该页在磁盘上位置，启动磁盘读出该页信息。 （4）把从磁盘上读出的信息装入找到的主存块中。

（5）当页面住处被装入主存后，应修改页表中对应的表目，填上该页所占用的

主存块把标志置为“1”，表示该页已在主存储器中

（6）由于产生缺页中断时的那条指令并没执行完，所以在把页面装入之后应重新执行被中断指令。

25. 请对共享段表中的各项作简要说明。

（1）共享进程计数count：非共享段仅为一个进程所需要。当进程不再需要该段时，可立即释放该段，并由系统回收该段所占用的空间。而共享段是为多个进程所需要的，为记录有多少进程正在共享该分段，须设置共享进程计数count 。当某进程不再需要而释放它时，系统并不立即回收该段所占内存区，而是检查count 是否为0, 若不是0, 则表示还有进程需要它，仅当所有共享该段的进程全都不再需要它时，此时count 为0, 才由系统回收该段所占内存区。

（2）存取控制字段：对于一个共享段，应为不同的进程赋予不同的存取权限。例如，对于文件主，通常允许他读和写而对其它进程，则可能只允许读，甚至只允许执行。

（3）段号：对于一个共享段，在不同的进程中可以具有不同的段号，每个进程可用自己进程的段号去访问该共享段。 26.如何实现共享分段的分配和回收 ?

（1）共享段的分配：在为共享段分配内存时，对第一个请求使用该共享段的进程，由系统为该共享段分配一物理区，再把共享段调入该区，同时将该区的始址填入请求进程的段表的相应项中，还须在共享段表中增加一表项，填写有关数据，把count 置为1之后，当又有其它进程需要调用该共享段时，由于该共享段已被调入内存，故此时无须再为该段分配内存，而只需在调用进程的段表中增加一表项，填写该共享段的物理地址；在共享段的段表中，填上调用进程的进程名、存取控制等，再执行操作，以表明有两个进程共享该段。

（2）共享段的回收：当共享此段的某进程不再需要该段时，应将该段释放，包括撤消在该进程段表中共享段所对应的表项，以及执行操作。若结果为0, 则须由系统回收该共享段的物理内存，以及取消在共享段表中该段所对应的表项，表明此时己没有进程使用该段；否则（减1结果不为0），只是取消调用者进程在共享段表中的有关记录。

第六章 输入输出系统

1. 试说明I/O系统的基本功能。

答：1. 隐藏物理设备的细节；2. 与设备的无关性 ；3. 提高处理机和I/O设备的利用率；4.对I/O设备进行控制；5.确保对设备的正确共享；6.错误处理

2. 简要说明I/O软件的4个层次的基本功能。

答：中断处理程序：用于保存被中断进程的CPU环境，转入相应的中断处理程序进行处理，处理完后恢复现场，并返回到被中断的进程。

设备驱动程序：与硬件直接有关，用来具体实现系统对设备发出的操作指令，驱动I/O设备工作 。

设备独立性软件：用于实现用户程序与设备驱动器的统一接口、设备命令、设备保护，以及设备分配与释放等。

用户层I/O软件：用于实现用户与I/O设备交互 。

3. I/O系统接口与软件/硬件（RW/HW)接口分别是什么接口？ 答：I/O系统接口是I/O系统与上层系统之间的接口，向上层提供对设备进行操作的抽象I/O命令，以方便高层对设备的使用；软件/硬件（RW/HW)接口的上面是中断处理程序何用于不同设备的设备驱动程序，它的下面是各种设备的控制器。

4. 与设备无关性的基本含义是什么？为什么要设置该层？ 答：为了提高OS的可适应性和可扩展性，在现代OS中都毫无例外地实现了设备独立性，也称设备无关性。基本含义：应用程序独立于具体使用的物理设备。为了实现设备独立性而引入了逻辑设备和物理设备两概念。在应用程序中，使用逻辑设备名称来请求使用某类设备；而系统在实际执行时，还必须使用物理设备名称。 优点: 1.设备分配时的灵活性 2.易于实现I/O重定向（用于I/O操作的设备可以更换（即重定向），而不必改变应用程序。

5. 试说明设备控制器的组成。

答：设置控制器与处理机的接口；设备控制器与设备的接口；I/O 逻辑。

6.为了实现CPU与设备控制器之间的通信，设备控制器应该具备哪些功能？ 答：基本功能：接收和识别命令；数据交换；标识和报告设备的状态；地址识别；数据缓冲；差错控制。

7.什么是内存映像I/O？它是如何实现的？

答：驱动程序将抽象命令转换出一系列具体命令、参数等 数据，装入设备控制器的相应寄存器，由控制器来执 行这些命令，具体实施对I/O设备的控制，这一工作 可用两种方法来完成。

① 利用特定的I/O指令：访问内存和访问设备需要两种不同的指令。

② 内存映像I/O：该方式统一了对内存和对控制器的访问的方法，简化了I/O编程。基本做法是，在编址上不再区分内存单元地址和设备控制器地址，都采用k。 当0≤k≤n-1时，认为是内存地址，当k≥n时，认为是某个控制器的寄存器地址。

8. 为什么说中断是OS赖以生存的基础？

答：中断在操作系统中有着特殊重要的地位，它是多道程序得以实现的基础，没有中断，就不可能实现多道程序，因为进程之间的切换是通过中断来完成的。另一方面，中断也是设备管理的基础，为了提高处理机的利用率和实现CPU和I/O设备并执行，也必需有中断的支持。中断处理程序是I/O系统中最低的一层，它是整个I/O系统中最低的一层。

9. 对中断源的两种处理方式分别用于那种场合？

答：1）屏蔽（禁止）中断：当处理机正在处理一个中断时，将屏蔽掉所有的中断，直到处理机已处理完本次中断，再去检查是否有中断产生。所有中断按顺序处理，优点是简单，但不能用于实时性要求较高的中断请求。

2）嵌套中断：在设置了中断优先级的系统中，当同时有多个不同优先级的中断请求，CPU优先响应优先级最高的中断请求，高优先级的中断请求可以抢占正在运行的低优先级中断的处理机。

10. 设备中断处理程序通常需完成哪些工作？

答：1、唤醒被阻塞的驱动进程。2、保护被中断进程的CPU环境。3、转入相应的设备处理程序。4、中断处理。5、恢复被中断进程的现场。 11. 简要说明中断处理程序对中断进行处理的几个步骤。

答：1、测定是否有未响应的中断信号 2、保护被中断进程的CPU环境 3、转入相应的设备处理程序 4、中断处理 5、恢复CPU的现场并退出中断 12. 试说明设备驱动程序具有哪些特点。 （1）将接收到的抽象要求转为具体要求；

（2）检查用户 I/O 请求合法性，了解 I/O 设备状态，传递有关参数，设置设备工作方式；

（3）发出 I/O 命令，启动分配到的 I/O 设备，完成指定 I/O 操作； （4）及时响应由控制器或通道发来的中断请求，根据 中断类型调用相应中断处理程序处理；

（5）对于有通道的计算机，驱动程序还应该根 据用户 I/O 请求自动构成通道程序。

13. 设备驱动程序通常需要完成哪些工作？ 答：（1）将接收到的抽象要求转为具体要求；

（2）检查用户I/O请求合法性，了解I/O 设备状态，传递有关参数，设置设备工作方式；

（3）发出I/O 命令，启动分配到的I/O设备，完成指定I/O 操作；

（4）及时响应由控制器或通道发来的中断请求，根据中断类型调用相应中断处理程序处理； （5）对于有通道的计算机，驱动程序还应该根据用户 I/O 请求自动构成通道程序。

14. 简要说明设备驱动程序的处理过程可分为哪几步。 答：1）将抽象要求转换为具体要求； 2）对服务请求进行校验； 3）检查设备的状态； 4）传送必要的参数。

15. 试说明I/O控制发展的主要推动因素是什么？ 答：促使I/O控制不断发展的几个主要因素如下：

1.尽量减少CPU对I/O控制的干预，把CPU从繁杂的I/O控制中解脱出来，以便更多地去完成数据处理任务。

2.缓和CPU的高速性和设备的低速性之间速度不匹配的矛盾，以提高CPU的利用率和系统的吞吐量。

3.提高CPU和I/O设备操作的并行程度，使CPU和I/O设备都处于忙碌状态，从而提高整个系统的资源利用率和系统吞吐量。

16. 有哪几种I/O控制方式？各适用于何种场合？

答：I/O控制方式：程序I/O方式、中断驱动I/O控制方式、DMAI/O控制方式、I/O通道控制方式。

程序I/O方式：适用于早期的计算机系统中，并且是无中断的计算机系统； 中断驱动I/O控制方式：是普遍用于现代的计算机系统中；

DMA I/O控制方式：适用于I/O设备为块设备时在和主机进行数据交换的一种I/O控制方式；当I/O设备和主机进行数据交换是一组数据块时通常采用I/O通道控制方式，但此时要求系统必须配置相应的通道及通道控制器。 17. 试说明DMA的工作流程。 答：以从磁盘读入数据为例，说明DMA的工作流程。当CPU要从磁盘读入数据块时，先向磁盘控制器发送一条读命令。该命令被送到命令寄存器CR中。同时还发送本次要读入数据的内存起始目标地址，送入内存地址寄存器MAR；本次要读数据的字节数送入数据计数器DC，将磁盘中的源地址直接送DMA控制器的I/O 控制逻辑上。然后启动DMA 控制器传送数据，以后CPU 便处理其它任务。整个数据传送过程由DMA控制器控制。下图为DMA方式的工作流程图。

18.为什么要引入与设备的无关性？如何实现设备的独立性？

答：引入设备独立性，可使应用程序独立于具体的物理设备，是设备分配具有灵活性。另外容易实现I/O重定向。为了实现设备独立性，必须在设备驱动程序之上设置一层设备独立性软件，用来执行所有I/O设备的公用操作，并向用户层软件提供统一接口。关键是系统中必须设置一张逻辑设备表LUT用来进行逻辑设备

到物理设备的映射，其中每个表目中包含了逻辑设备名、物理设备名和设备驱动程序入口地址三项；当应用程序用逻辑设备名请求分配I/O设备时，系统必须为它分配相应的物理设备，并在LUT中建立一个表目，以后进程利用该逻辑设备名请求I/O操作时，便可从LUT中得到物理设备名和驱动程序入口地址。

19.与设备的无关的软件中，包括了哪些公有操作的软件？

答：1、设备驱动程序的统一接口2、缓冲管理3、差错控制4、对独立设备的分配与回收5、独立于设备的逻辑数据块

20. 在考虑到设备的独立性时，应如何分配独占设备？

答：（1）进程以逻辑设备名提出I/O请求。 （2）根据逻辑设备表相应表项获得I/O请求的逻辑设备对应类型的物理设备在系统设备表中的指针。 （3）从指针所指位置起顺序检索系统设备表，直到找到一个属于对应I/O请求所用类型、空闲可用且基于设备分配安全性算法验证为安全分配的设备的设备控制表，将对应设备分配给请求进程；如果未找到安全可用的空闲设备，则把请求进程的进程控制块挂到相应类型设备的等待队列上等待唤醒和分配。 （4）系统把设备分配给I/O请求进程后，再到该设备的设备控制表中找出与其相连接的控制器的控制器控制表，根据其状态字段判断该控制器是否忙碌，若忙则把请求进程的进程控制块挂到该控制器的等待队列上；否则将该控制器分配给进程。 （5）系统把控制器分配给I/O请求进程后，再到该控制器的控制器控制表中找出与其相连接的通道的通道控制表，根据其状态字段判断该通道是否忙碌，若忙则把请求进程的进程控制块挂到该通道的等待队列上；否则将该通道分配给进程。 （6）只有在设备、控制器和通道三者都分配成功时，这次的设备分配才算成功，然后便可启动设备进行数据传送。

21.何谓设备虚拟？实现设备虚拟式所依赖的关键技术是什么？

答：通过虚拟技术可将一台独占设备变换成若干台逻辑设备，供若干个用户（进程）同时使用，通常把这种经过虚拟技术处理后的设备称为虚拟设备。其实现所依赖的关键技术是SPOOLING 技术。

22. 在实现后台打印时，SPOOLing系统应为请求I/O的进程提供哪些服务？ 答：1、由输出进程在输出井中为之申请一空闲盘块区，并将要打印的数据送入其中；

2、输出进程再为用户进程申请一张空白的用户打印表，并将用户的打印要求填入其中，再将该表挂到请求打印队列上。

3、一旦打印机空闲，输出进程便从请求打印队列的队首取出一张请求打印表，根据表中的要求将要打印的数据从输出井传送到内存缓冲区，再由打印机进行打印。

23.假脱机系统向用户提供共享打印机的基本思想是什么？

答：对每个用户而言，系统并非即时执行其程序输出数据的真实打印操作，而只是即时将数据输出到缓冲区，这时的数据并未真正被打印，只是让用户感觉系统已为他打印；真正的打印操作，是在打印机空闲且该打印任务在等待队列中已排到队首时进行的；以上过程是对用户屏蔽的，用户是不可见的。 24.引入缓冲的主要原因是什么？

答：缓和CPU与I/O设备之间速度不匹配的矛盾；减少对CPU的中断频率；放宽对中断响应时间的限制；解决数据力度不匹配的问题；提高CPU和I/O设备之间的并

行性。

25.在单缓冲情况下，为什么系统对一块数据的处理时间为max(C, T)+M ？ 答：在块设备输入时，假定从磁盘把一块数据输入到缓冲区的时间为T；操作系统将缓冲区数据传送给用户区的时间为M；而CPU对这一块数据进行计算得时间为C。在单缓冲情况下，由于设备的输入操作和CPU的处理操作可以并行，所以系统对每一整块数据的处理时间为max(C, T) + M。

26. 为什么在双缓冲情况下，系统对一块数据的处理时间为max(C, T)？ 答：该方式又称缓冲对换方式，在设备输入时，先将数据送入第一缓冲区，装满后便转向第二缓冲区。此时操作系统可以从第一缓冲区移出数据，并送入用户进程。接着由CPU对数据进行计算。在双缓冲区中，不仅设备的输入操作和CPU的处理操作可以并行，设备的输入操作和数据的传送操作也可以并行，因此耗时大约为max(C+M,T)。考虑到M是内存中数据块的“搬家”耗时，非常短暂可以省略，因此近似地认为是：max(C,T)。

27. 试绘图说明把多缓冲用于输出时的情况。 答：多缓冲用于输出的示意图如下：

28.试说明收容输入工作缓冲区和提取输出工作缓冲区的工作情况。

答：① 收容输入工作缓冲区的工作情况为：在输入进程需要输入数据时，调用GetBuf(EmptyQueue)过程，从EmptyQueue队列的队首摘下一个空缓冲区，作为收容输入工作缓冲区Hin。然后把数据输入其中，装满后再调用PutBuf(InputQueue, Hin)过程，将该缓冲区挂在输入队列InputQueue的队尾。 ② 提取输出工作缓冲区的工作情况为：当要输出数据时，调用

GetBuf(OutputQueue)过程，从输出队列的队首取得一装满输出数据的缓冲区作为提取输出工作缓冲区Sout。在数据提取完后，再调用PutBuf(EmptyQueue, Sout)过程，将该缓冲区挂到空缓冲队列EmptyQueue的队尾。 29.何谓安全分配方式和不安全分配方式？

答：① 安全分配方式是指每当进程发出I/O 请求后，便进入阻塞状态，直到其I/O 操作完成时才被唤醒。在采用这种分配策略时，一旦进程已获得某种设备资源后便阻塞，使它不可能再请求任何资源，而在它运行时又不保持任何资源。这种分配方式已经摒弃了造成死锁的“请求和保持”条件，分配是安全的。缺点是进程进展缓慢，CPU与I/O 设备串行工作。

②不安全分配方式是指进程发出I/O 请求后仍继续执行，需要时又可发出第二个I/O 请求、第三个I/O 请求。仅当进程请求的设备已被另一个进程占有时，进程才进入阻塞状态。优点是一个进程可同时操作多个设备，进程推进迅速。缺点是分配不安全，可能具有“请求和保持”条件，可能造成死锁。因此，在设备分配程序中需增加一个功能，用于对本次的设备分配是否会发生死锁进行安全性计算，仅当计算结果表明分配安全的情况下才进行分配。

30.磁盘访问时间由哪几部分组成？每部分时间应如何计算？

答：磁盘访问时间由寻道时间Ts、旋转延迟时间Tr、传输时间Tt 三部分组成。 （1）Ts 是启动磁臂时间s 与磁头移动n条磁道的时间和，即Ts = m × n + s。 （2）Tr是指定扇区移动到磁头下面所经历的时间。硬盘15000r/min时Tr为2ms;软盘300或600r/min时Tr为50~100ms。

（3）Tt 是指数据从磁盘读出或向磁盘写入经历的时间。Tt 的大小与每次读/写的字节数b和旋转速度有关：Tt = b/rN。

31.目前常用的磁盘调度算法有哪几种？每种算法优先考虑的问题是什么？ 答：目前常用的磁盘调度算法有先来先服务、最短寻道时间优先及扫描等算法。 (1) 先来先服务算法优先考虑进程请求访问磁盘的先后次序；

(2) 最短寻道时间优先算法优先考虑要求访问的磁道与当前磁头所在磁道距离是否最近；

(3) 扫描算法考虑欲访问的磁道与当前磁道间的距离，更优先考虑磁头当前的移动方向。

第七章 文件管理

1．何谓数据项、记录和文件？

1、数据项是最低级的数据组织形式，可分为基本数据项和组合数据项。基本数据项是用于描述一个对象某种属性的字符集，是数据组织中可以命名的最小逻辑数据单位，即原子数据，又称为数据元素或字段。组合数据项则由若干个基本数据项构成。

2、记录是一组相关数据项的集合，用于描述一个对象某方面的属性。 3、文件是指有创建者所定义的、具有文件名的一组相关信息的集合提。 2．文件系统的模型可分为三层，试说明其每一层所包含的基本内容。

答：（1）最低层为对象及其属性说明，主要包括物理文件相关功能，包括文件和目录、磁盘存储空间等对象。

（2）中间层是对对象进行操纵和管理的软件集合，是文件系统的核心部分，主要是逻辑文件相关功能。包括文件存储空间管理、文件目录管理、逻辑文件到物理文件的映射、文件读写管理及文件共享与保护等诸多功能。

（3）最高层是文件系统提供给用户的接口，分为命令接口、图形化用户接口、程序接口（C语言函数形式）和等三种类型。 3、与文件系统有关的软件可分为那几个层次 答：1、I/O控制层； 2、基本文件系统层； 3、基本管理程序； 4、逻辑文件系统。

4．试说明用户可以对文件施加的主要操作有哪些？

答：1、最基本的文件操作：创建文件、删除文件、读文件、写文件、截断文件、设置文件的读/写位置；

2、文件的“打开”和“关闭”操作；3、其它文件操作； 5、为什么在大多数OS中都引入”打开“这一文件系统调用？打开的含义是什么？ 答：当用户要求对一个文件实施多次读/写或其它操作时，每次都要从检索目录开始，浪费时间，低效。为了避免多次重复地检索目录，在大多数OS中都引入了“打开”这一文件系统调用。

当用户第一次请求对某文件进行操作时，先利用“打开”系统调用将该文件打开，磁盘索引结点被拷贝到内存中，后面的目录检索都在内存中进行。 6、何谓文件逻辑结构？何谓文件的物理结构 ？ 答：文件的逻辑结构是指从用户的观点出发所观察到的文件组织形式，也就是用户可以直接处理的数据及其结构，它独立于物理特性,；而文件的物理结构则是指文件在外存上的存储组织形式，与存储介质的存储性能有关。 7、按文件的组织方式可将文件分为哪几种类型？ 答：从逻辑结构可以将文件分为两大类：有结构的记录式文件和无结构的流式文件。

按文件的组织方式，可以将有结构的文件分为三类：

(1) 顺序文件，指由一系列记录按某种顺序排列所形成的文件，其中的记录可以是定长记录或变长记录；

(2) 索引文件，指为变长记录建立一张索引表，为每个记录设置一个表项，以加快对记录检索的速度。

(3) 索引顺序文件，这是顺序文件和索引文件相结合的产物。它为文件建立一

张索引表，为每一组记录中的第一个记录设置一个表项，以缩短索引表的长度，而记录检索的速度也不很慢。

8．如何提高对变长记录顺序文件的检索速度？

答：为了提高对变长记录顺序文件的检索速度，可为其建立一张索引表，以主文件中每条记录的长度及指向对应记录的指针（即该记录在逻辑地址空间的首址）作为相应每个表项的内容。由于索引表本身是一个定长记录的顺序文件，若将其按记录键排序，则可以实现对主文件的方便快速的直接存取。需要指出的是，如果文件较大，应通过建立分组多级索引以进一步提高检索效率。

9． 通过哪两种方式来对固定长记录实现随机访问？

答：（1）通过文件中记录的位置：在文件中的每一个记录，可用从0到N-1的整数来标识，即用一个整数来唯一地标识一个记录。对于定长记录文件，如果要查找第i 个记录，可直接根据下式计算，获得第i 个记录相对于第一个记录首址的地址:AFixL 。由于获得任何记录地址的时间都非常短，故可利用这种方法对定长记录实现随机访问。

（2）利用关键字：用户必须指定一个字段作为关键字，通过指定的关键字来查找该记录。当用户给出要检索记录的关键字时，系统将利用该关键字顺序地从第一个记录开始，与每一个记录的关键字进行比较，直到找到匹配的记录。

10、 可以采取什么方法来实现对变长记录文件进行随机检索?

答(1)按关键字建立索引 ：变长记录文件查找一个记录必须从第一个记录查起，一直顺序查找到目标记录为止，耗时很长。如果我们为变长记录文件建立一张索引表，为主文件中的每个记录在索引表中分别设置一个表项，记录指向记录的指针(即记录在逻辑地址空间的首址)以及记录的长度L,索引表按关键字排序，因此其本身也是一个定长记录的顺序文件，这样就把对变长记录顺序文件的顺序检索转变为对定长记录索引|文件的随机检索，从而加快对记录检索的速度，实现直接存取。

(2)具有多个索引表的索引文件：使用按关键字建立索引表的索引文件与顺序文件一样，都只能按该关键字进行检索。而实际应用情兄往往是:不同的用户，为了不同的目的，希望能按不同的属性(或不同的关键字)来检索一条记录。为实现此要求，需要为顺序文件建立多个索引表，即为每一种可能成为检索条件的域(属性或关键字)都配置一张索引表。在每一个索引表中，都按相应的一种属性或关键字进行排序。

11. 试说明索引顺序文件的几个主要特征。

答：(1)索引顺序文件是对顺序文件的一种改进，它基本上克服了变长记录的顺序文件不能随机访问，以及不便于记录的删除和插入的缺点。但它仍保留了顺序文件的关键特征，即记录是按关键字的顺序组织起来的。

(2 )引入了文件索引表，通过该表可以实现对索引顺序文件的随机访问。 (3 )增加了溢出(overflow )文件，用它来记录新增加的、删除的和修改的记录。

12、试说明对索引文件和索引顺序文件的检索方法。

答：在对索引文件进行检索时，首先是根据用户（程序）提供的关键字，并利用折半查找法去检索索引表，从中找到相应的事项；再利用该表项中给出的指向记录的指针值，去访问所需的记录。在对索引顺序文件进行检索时，首先也是利用

用户（程序）所提供的关键字以及某种查找算法去检索索引表，找到该记录所在记录组中第一个记录的表项，从中得到该记录组第一个记录在主文件中的位置；然后，再利用顺序杳找法去查找主文件，从中找到所要求的记录。

13．试从检索速度和存储费用两方面对索引文件和索引顺序文件进行比较。 答：两级索引文件：存储费用高，检索速度较快。

索引顺序文件：存储费用不高，检索速度快。

14、对目录管理的主要要求是什么？ 答：1) 实现“按名存取” ； 2) 提高对目录的检索速度； 3) 文件共享；

4) 允许文件重名。

15．采用单级目录能否满足对目录管理的主要要求？为什么？ 答：采用单级目录不能完全满足对目录管理的主要要求，只能实现目录管理最基本的功能即按名存取。由于单级目录结构采用的是在系统只配置一张目录表用来记录系统中所有文件的相关信息，因此此目录文件可能会非常大，在查找时速度慢，另外不允许用户文件有重名的现象，再者由于单级目录中要求所有用户须使用相同的名字来共享同一个文件，这样又会产生重名问题，因此不便于实现文件共享。

16．目前广泛采用的目录结构是哪种？它有什么优点？

答：目前广泛采用的目录结构是树型目录结构。它具有以下优点：

1、能有效提高对目录的检索速度；假定文件系统中有N个文件，在单级目录中，最多要检索N个目录项，但对于有i级的树型目录，在目录中每检索一个指定文件，最多可能要检索i*iN个目录项。

2、允许文件重名；由于在树型结构的文件系统中，是利用文件路径名来检索文件的，故允许每个用户在自己的分目录中使用与其他用户文件相同的名字。 3、.便于实现文件共享；在树型目录中，用户可通过路径名来共享其他用户的文件，也可将一个共享文件链接到自己的目录下，从而使文件的共享变得更为方便，其实现方式也非常简单，系统只需在用户的目录文件中增设一个目录项，填上用户赋予该共享文件的新文件名，以及该共享文件的唯一标识符即可。 17、何为路径名和当前目录。

答：文件路径名: 根目录到任何数据文件只有唯一通路，从根目录开始把目录名与数据

文件一次地用“/”连接，构成唯一路径名。 当前目录就是你现在所在的目录。

18．Hash检索法有何优点？又有何局限性？ 答：在Hash检索法中，系统利用用户提供的文件名并将它变换为文件目录的索引值，再利用该索引值到目录中去查找，这样能有效地提高目录的检索速度，但Hash检索法也有局限性即对于使用了通配符的文件名，系统是无法使用Hash检索法检索目录的。

19、在HASH检索法中,如何解决“冲突”?

(1) 在利用Hash法索引查找目录时，如果目录表中相应的目录项是空的，则表示系统中并无指定文件。

(2)如果目录项中的文件名与指定文件名相匹配，则表示该目录项正是所要寻找

的文件所对应的目录项，故而可从中找到该文件所在的物理地址。

(3)如果在目录表的相应目录项中的文件名与指定文件名并不匹配，则表示发生了“冲突”，此时须将其Hash值再加上一个常数(该常数应与目录的长度值互质)，形成新的索引值，再返回 到第一步重新开始查找。

20、试说明在树形目录结构中线性检索法的检索过程，并给出相应的流程图。 答：假设用户给定的文件路径名为/Level1/Level2/?/Leveln/datafile，则关于树型目录结构采用线性检索法检索该文件的基本过程为：

①读入第一个文件分量名Level1，用它与根目录文件（或当前目录文件）中各个目录项的文件名顺序地进行比较，从中找出匹配者，并得到匹配项的索引结点号，再从对应索引结点中获知Level1目录文件所在的盘块号，将相应盘块读入内存。 ②对于2~n，循环执行以下步骤，以检索各级目录文件：读入第i个文件分量名Leveli，用它与最新调入内存的当前目录文件中各个目录项的文件名顺序地进行比较，从中找出匹配者，并得到匹配项的索引结点号，再从对应索引结点中获知Leveli目录文件所在的盘块号，将相应盘块读入内存。

③读入最后一个文件分量名即datafile，用它与第n级目录文件中各个目录项的文件名进行比较，从而得到该文件对应的索引结点号，进而找到该文件物理地址，目录查找操作成功结束。如果在上述查找过程中，发现任何一个文件分量名未能找到，则停止查找并返回“文件未找到”的出错信息。 21. 基于索引结点的文件共享方式有何优点? 答：由于原来的文件物理地址等信息是放在目录项中的，似的文件增加的部分不能被共享。引入索引结点后，将文件的物理地址和其他的属性放在索引结点中，只在目录项中存放文件名和指向索引结点的指针。在索引结点中设有一个连接计数count字段，用于表示链接到本索引接结点的目录项的数目，通过这种方式可以方便的实现文件的共享。

22. 什么是主父目录和链接父目录? 如何利用符号链实现共享？

答：1)主父目录和链接父目录：一个文件或子目录有多个父目录，但其中仅有一个作为主(属主)父目录，其它的几个父目录都是通过符号链接方式与之相链接的(简称链接父目录)

(2)利用符号链实现共享：如图所示，为使钱接父目录D5 能共享文件F,可以由系统创建一个LINK类型的新文件，也取名为F,并将F写入链接父目录D5中以实现D5与文件F8的链接。在新文件F中只包含被链接文件F8的路径名。这样的链接方法被称为符号链接。新文件F中的路径名则只被看做是符号链。当用户通过D5访问被链接的文件F8,且正要读LINK类新文件时，此要求将被OS截获，

OS根据新文件中的路径名去找至文件F8,然后对它进行读(写)，这样就实现了用户B对文件F的共享。

223.基于符号链的文件共享方式有何优点?

答：只是文件主才拥有指向其索引结点的指针；而共享该文件的其他用户，则只有该文件的路径名，并不拥有指向其索引结点的指针。当文件的拥有者把一个共享文件删除后，其他用户试图通过符号链去访问一个已被删除的共享文件时，会因系统找不到该文件而使访问失败，于是用户再将符号链删除，因此不存在文件删除问题/指针悬空问题。

24. 什么是保护域? 进程与保护域之间存在着的动态联系是什么?

答：保护域规定了进程所能访问的一组（硬件或软件）对象以及相应的操作类型（即访问权）。进程与保护域之间的动态联系是指进程的可用资源集在其整个生命周期中是变化的；也 就是说，进程运行在不同的阶段时，需要从一个保护域切换到另外一个保护域。

25. 试举例说明具有域切换权的访问控制矩阵。 答：在访问矩阵中增加几个对象，分别作为访问矩阵中的几个域，当且仅当switch 包含在 access(i,j)时，才允许进程从域i切换到域j。例如在下图中，域D1和D2对应的项目中有S， 故允许域D1中的进程切换到域D2 中，在域D2和D3 中也有S，表示D2 域中进行的进程可切换到域D3中，但不允许该进程再从域D3返回到域D1。 26. 如何利用拷贝权来扩散某种访问权? 答：如果域i具有关于对象j的某访问权access(i,j)的拷贝权，则运行在域i的进程可将其关于对象j的访问权access(i,j)扩展到访问矩阵同一列中的其它域中，即为运行在其它域的进程也赋予关于同一对象的同样访问权限（access(k,j)）。 27. 如何利用拥有权来增、删某种访问权?

答：如果域i具有关于对象j的所有权，则运行在域i的进程可以增删在j列的任何项中的 任何访问权。或该进程可以增删在任何其它域中运行的进程关于对象j的任何访问权。。

28. 增加控制权的主要目的是什么? 试举例说明控制权的应用，

答：控制权用于改变某个域中运行进程关于不同对象的访问权。若某域访问权access(i,j) 中含有控制权C，则运行在Di 域中的进程能改变运行在Qj 域中的任何进程关于任何对象 的任何访问权。 29. 什么是访问控制表? 什么是访问权限表?

答：访问控制表：是指对访问矩阵按列划分，为每列建立一张访问控制表ACL，由有序对（域， 权集）组成，用来保证系统安全性的一种手段。

访问权限表：是指对访问矩阵按行划分，由每行构成一张访问权限表。 30 系统如何利用访问控制表和访问权限表来实现对文件的保护访问权?

答：当进程第一次试图访问一个对象时，必须先检查访问控制表，查看是否有权访问该对象。 如果无则拒绝访问，并构成一个例外异常事件；否则便允许访问，并为之建立访问权限，以 便快速验证其访问的合法性。当进程不再访问该对象时便撤销该访问权限。

第八章 磁盘存储器的管理

1. 目前常用的外存有哪几种组织方式? 答;(1) 连续组织方式。为每一个文件分配一组位置相邻接的盘块，由此形成的文件物理结构是顺序式的文件结构。

(2) 链接组织方式。为每个文件分配一组位置离散的盘块，通过给每个盘块设置一个指针，将属于同一个文件的盘块链接在一起，链接的顺序和文件的逻辑页的顺序一致。由此形成的文件物理结构是链接文件。

(3) 索引组织方式。为每个文件分配一组位置离散的盘块，为每个文件建立一个物理结构的索引表，记录分配给该文件的物理盘块，以及这些盘块和文件逻辑页顺序的对应关系。由此形成的文件物理结构是索引文件。

2.由连续组织方式所形成的顺序文件的主要优缺点是什么?它主要应用于何种场合?

(1）连续组织方式所形成的顺序文件的主要优点①顺序访问容易②顺序访问速度快

（2）连续组织方式所形成的顺序文件的主要缺点①要求为一个文件分配连续的存储空间

②必须事先知道文件的长度;③不能灵活地删除和插入记录

④对于那些动态增长的文件，由于事先很难知道文件的最终大小，因而很难为其分配空间，而即使事先知道文件的最终大小，在采用预分配存储空间的方法时，也会使大量的存储空间长期空闲。 （3）主要适用场合:连续组织方式所形成的顺序文件是一种最简单、最常用的文件组织方法，它适用于许多资料处理的场合，如磁带文件，打印文件都是常用的顺序文件。

3.在链接式文件中常用哪种链接方式? 为什么? 答：链接方式分为隐式链接和显式链接两种形式。隐式链接是在文件目录的每个目录项中，都含有指向链接文件第一个盘块和最后一个盘块的指针。显式链接则把用于链接文件各物理块的指针，显式地存放在内存的一张链接表中。

4. 在文件分配表中为什么要引入“簇”的概念? 以“簇”为基本的分配单位有什么好处?

(1)引入“簇”的原因：为了适应磁盘容量不断增大的需要，在进行盘块分配时，不再以盘块而是以簇(Cluster) 为基本单位。一个簇应包含扇区的数量与磁盘容量的大小直接有关。 (2 )以簇作为基本分配单位的好处：能应磁盘容量不断增大的情况，还可以减少FAT 表中的项数(在相同的磁盘容量下，FAT表的项数是与簇的大小成反比)，使FAT 表占用更少的存储空间，并减少访问FAT 表的存取开销。

5.简要说明为什么要从FAT12发展为FAT16? 又进一步要发展为FAT32?

答：(1)从FAT12发展为FAT16的原因：FAT12 表中的表项有限制，亦即最多只允许4096 个。这样，随着磁盘容量的增加。必定会引起簇的大小和簇内碎片也随之增加。要想增加FAT 表中的表项数，就必须增加FAT 表的位数(宽度) 如果我们将FAT 表项位数增至16位，最大表项数将增至65536 (216 )个，此时便能将一个磁盘分区分为65536 (216 )个簇。

(2 )从FAT16发展为FAT32的原因：由于FAT16 表的长度只有65535 项，随着磁盘容量的增加，簇的大小也必然会随之增加，为了减少簇内零，也就应当增加FAT 表的长度，为此需要再增加FAT 表的宽度，这样也就由FAT16演变为FAT32。

6.试解释逻辑簇号和虚拟簇号这两个名词，NTPS 是如何将它们映射到文件的物理地 址上的?

答案] (1)逻辑簇号的定义：逻辑簇号(LCN )是对卷进行管理的工具，使用逻辑簇号可对卷的第一个簇到最后一个簇进行编号。 (2 )虚拟簇号的定义：虚拟簇号(VCN )也是对卷进行管理的工具，使用虚拟簇

号可对特定文件的族从头至 尾进行编号。它不要求物理上是连续的，要确定VCN 的磁盘上的定位需先将其转换为LCN。

(3 )NTFS 将它们映射到文件的物理地址的方法：NTFS 在进行地址映射时，可以通过卷因子与LCN 的乘积，算出卷上的物理字节偏移量，从而得到文件数据所在的物理磁盘地址。为了方便文件中数据的引用，NTFS 还可以使用VCN,以文件为单位，将属于某个文件的簇按顺序进行编号。只要知道了文件开始的簇地址，便可将VCN映射到LCN。

7. 在MS-DOS中有两个文件A和B,A占用11、12、16和14四个盘块; B占用13、18和20三个盘块。试画出在文件A和B 中各盘块间的链接情况及FAT的情况。

8. NTFS 文件系统中的文件所采用的是什么样的物理结构? 答：以簇作为磁盘空间分配和回收的基本单位。

9.假定一个文件系统的组织方式与MS-DOS相似，在FAT中可有64K个指针，磁盘 的盘块大小为512B，试问该文件系统能否指引一个512MB 的磁盘?

解：512MB/512B=1M 个盘块，而每个盘块都应有一个指针来指示，所以应该有1M 个指针，

因此若有64K 个指针则不能指引一个512MB 的磁盘。

10.为了快速访问，又易于更新，当数据为以下形式时，应选用何种文件组织方式?

(1) 不经常更新，经常随机访问; 答：⑴顺序结构 (2) 经常更新，经常按一定顺序访问; ⑵索引顺序结构 (3) 经常更新，经常随机访问。 ⑶ 索引结构

11、在UNIX中，如果一个盘块的大小为lKB,每个盘块号占4个字节，即每块可放

12、256 个地址。请转换下列文件的字节偏移量为物理地址: (1) 9999; (2) 18000; (3) 420000.

答：盘块大小为1KB，盘块号占4B，即每个盘块最多可存放256 个盘块号。又根据UNIX 系统中采用的混合索引分配方式可知： 9999/1024=9 余783 18000/1024=17 余592 420000/1024=410 余160 12. 什么是索引文件? 为什么要引入多级索引? 答：索引结构将一个逻辑文件的信息存放于外存的若干个物理块中，并为每个文件建立一个索引表，索引表中的每个表目存放文件信息所在的逻辑块号和与之对应的物理块号，一索引结构存放的文件称为索引文件。 当OS为一个大文件分配磁盘空间时，如果所分配出去的盘块的盘块号已经装满一个索引块时，OS便为该文件分配另一个索引块，用于将以后继续为之分配的盘块号记录于其中，以此类推，再通过链指针将各索引块按序链接起来。显然，当文件太大，其索引块太多时，这种方法是低效的。此时，应为这些索引块再建立一级索引，称为第一级索引，即系统再分配一个索引块，作为第一级索引的索引块，将第一块、第二块、?等索引块的盘块号，填入到此索引表中，这样便形成了两级索引分配方式，如果文件非常大时，还可用三级、四级等多级索引分配方式。 13、试说明增量式索引组织方式。

答：为了能较全面的照顾到小、中、大及特大型作业，可以采取多种组 织方式来构成文件的物理结构。

1、直接寻址：如果盘块的大小为1KB或4KB,对于小文件(如1KB-10KB或4KB一 40KB)而言，将它们的每一个盘块地址，都直接放入文件控制块FCB(或 索引结点)中，可以直接从FCB中获得该文件的盘块地址。

2、间址方式：对于中等文件(如11KB-256KB或5KB-4MB)，可以采用单级索引组 织方式，先从FCB中找到该文件的索引表，从中获得该文件的盘块地址，

可将它称为一次间址;对于大型和特大型文件，可以采用两级和三级索引组织方式，或称为二次间址和三次间址。

3、增量式索引组织方式：基于上述的基本思想来组织的，既采用了直接寻址方式，又采用了单级和多级索引组织方式(间接寻址)。

14,有一计算机系统利用图8-19所示的位示图来管理空闲盘块。盘块的大小为1KB

现要为某文件分配两个盘块，试说明盘块的具体分配过程。

答：⑴ 顺序扫描位示图，从中找到第一个值为0的二进制位，得到行号i=3，列号j=3。

⑵ 将找到的二进制位转换成对应盘块号。盘块号为：b=（3-1）*16+3=35； ⑶ 修改位示图，令map[3，3]=1，并将该盘块分配出去。

类似地，可使用相同的方法找到第二个值为0的二进制位，得到行号i=4，列号j=7，其对应的盘块号为55，令map[i，j]=1，并将该盘块分配出去。

15.某操作系统的磁盘文件空间共有500块，若用字长为32位的位示图管理盘空间， 试问:

(1) 位示图需多少个字?(2) 第i 字第j位对应的块号是多少?(3) 给出申请/归还一块的工作流程。

答: (1)位示图占用字数为500/32=16(向上取整)个字。 (2) 第i字第j 位对应的块号为: N=32xitj。

(3)申请时自上至下、自左至右扫描位示图跳过为1的位，找到第一个遇到的0位根据它是第i字第j 位算出对应块号，并分配出去。归还时已知块号，块号32算出第i字第j位并把位示图相应位清0.

16.对空闲磁盘空间的管理常采用哪几种分配方式? 在UNIX 系统中是采用何种分配 方式?

答：空闲表法、空闲链表法、位示图法、成组链接法。UNIX系统采用的是成组链接法

17. 可从哪几方面来提高对文件的访问速度?

答：(1) 改进文件的目录结构以及检索目录的方法来减少对目录的查找时间； (2) 选择好的文件存储结构；

(3) 提高磁盘的I/O速度，能将文件中的数据块快速地从磁盘传送到内存，或相反。

18. 何谓磁盘高速缓存? 在设计磁盘高速缓存时需要考虑哪些问题?

答：(1)磁盘高速缓存的定义：磁盘高速缓存是指在内存中为磁盘盘块设置的一个缓冲区，在缓冲区中保存了某些盘块的副本。当出现一个访问磁盘的请求时，由核心先去查看磁盘高速缓冲器，看所请求的盘块内容是否已在磁盘高速缓存中，如果在，便可从磁盘高速缓存中去获取，这样就省法了启动磁盘操作，而且可使本次访问速度提高几个数量级; 如果不在，需要启动磁盘将所需要的盘块内容读入，并把所需盘块内容送给磁盘高速缓存，以便以后又需要访问该盘块的数据时，便可直接从高速缓存中提取。

(2 )在设计磁盘高速缓存时需要考虑的问题： 1、如何将磁盘高速缓存中的数据传送给请求进程; 2、采用什么样的置换策略;

3 、已修改的盘块数据在何时被写回磁盘。

19. 可以采取哪几种方式将磁盘高速缓存中的数据传送给请求者进程?

答：如果I/0 请求所需要的数据能从磁盘高速缓存中获取，此时就需要将磁盘高速缓存中

的数据传送给请求进程。所谓的数据交付就是指将磁盘高速缓存中的数据传送给请求者进程。系统可以采取两种方式将数据交付给请求进程: (1)数据交付，这是直接将高速缓存中的数据传送到请求者进程的内存工作区中: (2 )指针交付，只将指向高速缓存中某区域的指针交付给请求者进程。后一种方式由于所传 送的数据量少，因而节省了数据从磁盘高速缓存存储空间到进程的内存工作区的时间。

20、何谓提前读和延迟写? 答：提前读是指在读当前盘块的同时，将下一个可能要访问的盘块数据读入缓冲区，以便需 要时直接从缓冲区中读取，无需启动磁盘。

延迟写是指在写盘块时，将对应缓冲区中的立即写数据暂时不立即写以备不久之后再被访问，只将它置上“延迟写”标志并 挂到空闲缓冲队列的末尾。当移到空闲缓冲队首并被分配出去时，才写缓冲区中的数据。只要延迟写块仍在空

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