【正文】 一、 操作系統(tǒng)概述習(xí)題及解答:1． 硬件將處理機(jī)劃分為兩種狀態(tài)，即管態(tài)和目態(tài)，這樣做給操作系統(tǒng)設(shè)計帶來什么好處? 答：便于設(shè)計安全可靠的操作系統(tǒng)。管態(tài)和目態(tài)是計算機(jī)硬件為保護(hù)操作系統(tǒng)免受用戶程序的干擾和破壞而引入的兩種狀態(tài)。通常操作系統(tǒng)在管態(tài)下運行，可以執(zhí)行所有機(jī)器指令；而用戶程序在目態(tài)下運行，只能執(zhí)行非特權(quán)指令。如果用戶程序企圖在目態(tài)下執(zhí)行特權(quán)指令，將會引起保護(hù)性中斷，由操作系統(tǒng)終止該程序的執(zhí)行，從而保護(hù)了操作系統(tǒng)。2．何謂特權(quán)指令? 舉例說明之。如果允許用戶進(jìn)程執(zhí)行特權(quán)指令會帶來什么后果? 答：在現(xiàn)代計算機(jī)中，一般都提供一些專門供操作系統(tǒng)使用的特殊指令，這些指令只能在管態(tài)執(zhí)行，稱為特權(quán)指令。這些指令包括：停機(jī)指令、置PSW指令、中斷操作指令（開中斷、關(guān)中斷、屏蔽中斷）、輸入輸出指令等。用戶程序不能執(zhí)行這些特權(quán)指令。如果允許用戶程序執(zhí)行特權(quán)指令，有可能干擾操作系統(tǒng)的正常運行，甚至有可能使整個系統(tǒng)崩潰。3．中斷向量在機(jī)器中的存儲位置是由硬件確定的，還是由軟件確定的? 答：中斷向量在機(jī)器中的存放位置是由硬件確定的。例如，在INTEL 80x86 CPU 中，內(nèi)存空間0x00000—0x003ff為中斷向量空間。4．中斷向量的內(nèi)容是由操作系統(tǒng)程序確定的，還是由用戶程序確定的? 答：由操作系統(tǒng)程序確定的。向量的內(nèi)容包括中斷處理程序的入口地址和程序狀態(tài)字（中斷處理程序運行環(huán)境），中斷處理程序是由操作系統(tǒng)裝入內(nèi)存的，操作系統(tǒng)將根據(jù)裝入的實際地址和該中斷處理程序的運行環(huán)境來填寫中斷向量。5．中斷向量內(nèi)的處理機(jī)狀態(tài)位應(yīng)當(dāng)標(biāo)明是管態(tài)還是目態(tài)? 為什么? 答：應(yīng)當(dāng)標(biāo)明是管態(tài)。這樣才能保證中斷發(fā)生后進(jìn)入操作系統(tǒng)規(guī)定的中斷處理程序。6．中斷與程序并發(fā)之間的關(guān)系是什么？ 答：中斷是程序并發(fā)的前提條件。如果沒有中斷，操作系統(tǒng)不能獲得系統(tǒng)控制權(quán)，無法按調(diào)度算法對處機(jī)進(jìn)行重新分配，一個程序?qū)⒁恢边\行到結(jié)束而不會被打斷。7．說明“?！焙汀岸选钡牟顒e． 答：棧是一塊按后進(jìn)先出規(guī)則訪問的存儲區(qū)域，用來實現(xiàn)中斷嵌套和子程序調(diào)用的參數(shù)和返回斷點。堆雖然是一塊存儲區(qū)域，但是對堆的訪問是任意的，沒有后進(jìn)先出的要求，堆主要用來為動態(tài)變量分配存儲空間。8．何謂系統(tǒng)棧? 何謂用戶棧? 系統(tǒng)棧有何用途? 用戶棧有何用途? 答：系統(tǒng)棧是內(nèi)存中屬于操作系統(tǒng)空間的一塊固定區(qū)域，其主要用途為：(1)保存中斷現(xiàn)場，對于嵌套中斷，被中斷程序的現(xiàn)場信息依次壓入系統(tǒng)棧，中斷返回時逆序彈出；(2)保存操作系統(tǒng)子程序間相互調(diào)用的參數(shù)、返回值、返回點、以及子程序的局部變量。用戶棧是用戶進(jìn)程空間中的一塊區(qū)域，用于保存用戶進(jìn)程的子程序間相互調(diào)用的參數(shù)、返回值、返回點、以及子程序的局部變量。9．用戶堆棧段的長度為何無法確定? 答：用戶堆棧段的長度主要取決于兩個因素：（1）用戶進(jìn)程（線程）中子程序（函數(shù)）之間的嵌套調(diào)用深度；（2）子程序參數(shù)和局部變量的數(shù)量及類型。這些在進(jìn)程（線程）運行前無法確定，由此導(dǎo)致用戶堆棧段的長度無法確定。10．堆棧段的動態(tài)擴(kuò)充為何可能導(dǎo)致進(jìn)程空間的搬遷? 答：堆棧段的擴(kuò)充需要在原來進(jìn)程空間大小的基礎(chǔ)上增添新的存儲區(qū)域，而且通常要求與原來存儲區(qū)域連續(xù)。由于原存放位置處可擴(kuò)展的區(qū)域可能已經(jīng)被其它進(jìn)程占用，故可能需要將整個進(jìn)程空間搬遷到另外一個區(qū)域，以實現(xiàn)地址空間擴(kuò)展要求。11．何謂并行? 何謂并發(fā)? 在單處理機(jī)系統(tǒng)中，下述并行和并發(fā)現(xiàn)象哪些可能發(fā)生，哪些不會發(fā)生? (1) 進(jìn)程與進(jìn)程之間的并行；(2) 進(jìn)程與進(jìn)程之間的并發(fā)；(3) 處理機(jī)與設(shè)備之間的并行；(4) 處理機(jī)與通道之間的并行；(5) 通道與通道之間的并行；(6) 設(shè)備與設(shè)備之間的并行。答：所謂并行是指同一時刻同時進(jìn)行，進(jìn)程并行需要多處理器的支持；所謂并發(fā)，是指在一段時間內(nèi)，多個進(jìn)程都在向前推進(jìn)，而在同一時刻，可能只有一個進(jìn)程在執(zhí)行，多個進(jìn)程輪流使用處理器。在單處理器系統(tǒng)中，可能發(fā)生的并行和并發(fā)現(xiàn)象如下：(2) 進(jìn)程與進(jìn)程之間的并發(fā)。例如，在Windows操作系統(tǒng)中，mp3播放進(jìn)程和Word字處理進(jìn)程可以并發(fā)執(zhí)行，這樣用戶就可以邊聽音樂邊寫文章了。(3) 處理機(jī)與設(shè)備之間的并行。例如，當(dāng)處理機(jī)進(jìn)行科學(xué)運算時，打印機(jī)可以打印文檔。(4) 處理機(jī)與通道之間的并行。通道程序的執(zhí)行可與處理機(jī)的操作并行。(5) 通道與通道之間的并行。通常一個系統(tǒng)中有多個通道，這些通道可以并行地執(zhí)行相應(yīng)的通道程序。(6) 設(shè)備與設(shè)備之間的并行。例如打印機(jī)打印文檔時，磁帶機(jī)在輸入數(shù)據(jù)。12．何謂作業(yè)? 它包括哪幾個部分? 各部分用途是什么? 答：所謂作業(yè)是指用戶要求計算機(jī)系統(tǒng)為其完成的計算任務(wù)的集合，一個作業(yè)通常包括程序、程序所處理的數(shù)據(jù)以及作業(yè)說明書。程序用來完成特定的功能，數(shù)據(jù)是程序處理的對象，作業(yè)說明書用來說明作業(yè)處理的步驟。13．從透明性和資源共享兩方面，說明網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與分布式操作系統(tǒng)之間的差別。 答：從透明性上看，分布式操作系統(tǒng)優(yōu)于網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)用戶能夠感覺到所訪問的資源是在本地還是在遠(yuǎn)地；而在分布式系統(tǒng)中，用戶感覺不到所訪問的資源是否在本地。分布式操作系統(tǒng)掩蓋了資源在地理位置上的差異。從資源共享上看，分布式操作系統(tǒng)比網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)能共享更多的資源。在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中，一個計算任務(wù)不能由一臺主機(jī)任意遷移到另外一臺主機(jī)上運行；而在分布式操作系統(tǒng)中，所有作業(yè)可以由一臺主機(jī)任意遷移到另外一臺主機(jī)上處理，即可實現(xiàn)處理機(jī)和存儲資源的共享，從而達(dá)到整個系統(tǒng)的負(fù)載平衡。14．為什么構(gòu)成分布式系統(tǒng)的主機(jī)一般都是相同的或兼容的? 答：這樣更有利于進(jìn)程的動態(tài)遷移。如果主機(jī)不兼容，則在一臺主機(jī)上能運行的進(jìn)程，因所用指令系統(tǒng)不同，在另一臺主機(jī)上可能無法運行，導(dǎo)致進(jìn)程難于在不同主機(jī)間遷移，使得分布式系統(tǒng)難于實現(xiàn)負(fù)載平衡。15．為什么嵌入式操作系統(tǒng)通常采用微內(nèi)核結(jié)構(gòu)？ 答：嵌入式操作系統(tǒng)與一般操作系統(tǒng)相比具有比較明顯的差別: (1)嵌入式操作系統(tǒng)規(guī)模一般較小，因為一般硬件配置較低，而且對操作系統(tǒng)提供的功能要求也不高。(2)應(yīng)用領(lǐng)域差別大，對于不同的應(yīng)用領(lǐng)域其硬件環(huán)境和設(shè)備配置情況有明顯差別。所以，嵌入式操作系統(tǒng)一般采用微內(nèi)核(micro kernel)結(jié)構(gòu)。微內(nèi)核包括如下基本成分: (1)處理機(jī)調(diào)度；(2)基本內(nèi)存管理；(3)通訊機(jī)制；(4)電源管理。二、 進(jìn)程管理習(xí)題及解答:1. 為何引入多道程序設(shè)計? 在多道程序系統(tǒng)中，內(nèi)存中作業(yè)的道數(shù)是否越多越好? 請說明原因。答：引入多道程序設(shè)計技術(shù)是為了提高計算機(jī)系統(tǒng)資源的利用率。在多道程序系統(tǒng)中，內(nèi)存中作業(yè)的道數(shù)并非越多越好。一個計算機(jī)系統(tǒng)中的內(nèi)存、外設(shè)等資源是有限的，只能容納適當(dāng)數(shù)量的作業(yè)，當(dāng)作業(yè)道數(shù)增加時，將導(dǎo)致對資源的競爭激烈，系統(tǒng)開銷增大，從而導(dǎo)致作業(yè)的執(zhí)行緩慢，系統(tǒng)效率下降。2. 什么是進(jìn)程? 進(jìn)程具有哪些主要特性? 比較進(jìn)程與程序之間相同點與不同點．答：進(jìn)程是具有一定獨立功能的程序關(guān)于一個數(shù)據(jù)集合的一次運行活動。進(jìn)程具有以下主要特性：（1）并發(fā)性：可以與其它進(jìn)程一道在宏觀上同時向前推進(jìn)。（2）動態(tài)性：進(jìn)程是執(zhí)行中的程序。此外進(jìn)程的動態(tài)性還體現(xiàn)在如下兩個方面：首先，進(jìn)程是動態(tài)產(chǎn)生、動態(tài)消亡的；其次，在進(jìn)程的生存期內(nèi)，其狀態(tài)處于經(jīng)常性的動態(tài)變化之中。（3）獨立性：進(jìn)程是調(diào)度的基本單位，它可以獲得處理機(jī)并參與并發(fā)執(zhí)行。（4）交往性：進(jìn)程在運行過程中可能會與其它進(jìn)程發(fā)生直接或間接的相互作用。（5）異步性：每個進(jìn)程都以其相對獨立、不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。（6）結(jié)構(gòu)性：每個進(jìn)程有一個控制塊PCB。進(jìn)程和程序的相同點：程序是構(gòu)成進(jìn)程的組成部分之一，一個進(jìn)程存在的目的就是執(zhí)行其所對應(yīng)的程序，如果沒有程序，進(jìn)程就失去了其存在的意義。進(jìn)程與程序的差別：（1）程序是靜態(tài)的，而進(jìn)程是動態(tài)的；（2）程序可以寫在紙上或在某一存儲介質(zhì)上長期保存，而進(jìn)程具有生存期，創(chuàng)建后存在，撤銷后消亡；(3)一個程序可以對應(yīng)多個進(jìn)程，但一個進(jìn)程只能對應(yīng)一個程序；例如，一組學(xué)生在一個分時系統(tǒng)中做C語言實習(xí)，他們都需要使用C語言的編譯程序?qū)ζ湓闯绦蜻M(jìn)行編譯，為此每個學(xué)生都需要有一個進(jìn)程，這些進(jìn)程都運行C語言的編譯程序。另外，一個程序的多次執(zhí)行也分別對應(yīng)不同的進(jìn)程。3. 有人說，用戶進(jìn)程所執(zhí)行的程序一定是用戶自己編寫的。 這種說法對嗎？如不對舉例說明之。答：這種說法不對。例如，C編譯程序以用戶進(jìn)程身份運行，但C編譯程序一般并不是用戶自己編寫的。此外還有調(diào)試程序、字處理程序等工具軟件。4. 什么是進(jìn)程上下文？進(jìn)程上下文包括哪些成分？哪些成分對目態(tài)程序是可見的？答：進(jìn)程是在操作系統(tǒng)支持下運行的，進(jìn)程運行時操作系統(tǒng)需要為其設(shè)置相應(yīng)的運行環(huán)境，如系統(tǒng)堆棧、地址映射寄存器、打開文件表、PSW與PC、通用寄存器等。 在UNIX System V中，將進(jìn)程的物理實體與支持進(jìn)程運行的物理環(huán)境合稱為進(jìn)程上下文(process context)，進(jìn)程上下文包括三個組成部分：用戶級上下文。是由用戶進(jìn)程的程序塊、用戶數(shù)據(jù)塊（含共享數(shù)據(jù)塊）和用戶堆棧組成的進(jìn)程地址空間。系統(tǒng)級上下文。包括進(jìn)程控制塊、內(nèi)存管理信息、進(jìn)程環(huán)境塊，以及系統(tǒng)堆棧等組成的進(jìn)程地址空間寄存器上下文。由程序狀態(tài)字寄存器、各類控制寄存器、地址寄存器、通用寄存器、用戶堆棧指針等組成。其中用戶級上下文和部分寄存器上下文對目態(tài)程序是可見的。5.進(jìn)程一般具有哪三個主要狀態(tài)？舉例說明狀態(tài)轉(zhuǎn)換的原因。答：進(jìn)程在其生存期內(nèi)可能處于如下三種基本狀態(tài)之一:(1) 運行態(tài)(Run): 進(jìn)程占有處理機(jī)資源，正在運行。 顯然，在單處理機(jī)系統(tǒng)中任一時刻只能有一個進(jìn)程處于此種狀態(tài)。(2) 就緒態(tài)(Ready): 進(jìn)程本身具備運行條件，但由于處理機(jī)的個數(shù)少于可運行進(jìn)程的個數(shù)，暫未投入運行。 即相當(dāng)于等待處理機(jī)資源(3) 等待態(tài)(Wait): 也稱掛起態(tài)(Suspended)、封鎖態(tài)(Blocked)、睡眠態(tài)(Sleep)。 進(jìn)程本身不具備運行條件，即使分給它處理機(jī)也不能運行。 進(jìn)程正等待某一個事件的發(fā)生，如等待某一資源被釋放，等待與該進(jìn)程相關(guān)的I/O傳輸?shù)耐瓿尚盘柕?。進(jìn)程的三個基本狀態(tài)之間是可以相互轉(zhuǎn)換的。具體地說，當(dāng)一個就緒進(jìn)程獲得處理機(jī)時，其狀態(tài)由就緒變?yōu)檫\行；當(dāng)一個運行進(jìn)程被剝奪處理機(jī)時，如用完系統(tǒng)分給它的時間片、出現(xiàn)更高優(yōu)先級別的其它進(jìn)程，其狀態(tài)由運行變?yōu)榫途w；當(dāng)一個運行進(jìn)程因某事件受阻時，如所申請資源被占用、啟動I/O傳輸未完成，其狀態(tài)由運行變?yōu)榈却划?dāng)所等待事件發(fā)生時，如得到申請資源、I/O傳輸完成，其狀態(tài)由等待變?yōu)榫途w。6.有幾種類型進(jìn)程隊列？每類各應(yīng)設(shè)置幾個隊列？答：通常，系統(tǒng)中的進(jìn)程隊列分為如下三類：(1) 就緒隊列：整個系統(tǒng)一個。所有處于就緒狀態(tài)的進(jìn)程按照某種組織方式排在這一隊列中，進(jìn)程入隊列和出隊列的次序與處理機(jī)調(diào)度算法有關(guān)。在某些系統(tǒng)中，就緒隊列可能有多個，用以對就緒進(jìn)程分類，以方便某種調(diào)度策略的實施。(2) 等待隊列：每個等待事件一個，當(dāng)進(jìn)程等待某一事件時，進(jìn)入與該事件相關(guān)的等待隊列中；當(dāng)某事件發(fā)生時，與該事件相關(guān)的一個或多個進(jìn)程離開相應(yīng)的等待隊列，進(jìn)入就緒隊列。(3) 運行隊列：在單CPU系統(tǒng)中只有一個，在多CPU系統(tǒng)中每個CPU各有一個，每個隊列中只有一個進(jìn)程，指向運行隊列頭部的指針被稱作運行指示字。7. 線程控制塊TCB中一般應(yīng)包含那些內(nèi)容？答：一般TCB中的內(nèi)容較少，因為有關(guān)資源分配等多數(shù)信息已經(jīng)記錄于所屬進(jìn)程的PCB中．TCB中的主要信息包括線程標(biāo)識、線程狀態(tài)、調(diào)度參數(shù)、現(xiàn)場、鏈接指針，其中現(xiàn)場信息主要包括通用寄存器、指令計數(shù)器PC以及用戶棧指針．對于操作系統(tǒng)支持的線程，TCB中還應(yīng)包含系統(tǒng)棧指針。8. 同一進(jìn)程中的多個線程有哪些成分是共用的，哪些成分是私用的？答：同一進(jìn)程中的多個線程共享進(jìn)程獲得的主存空間和資源，包括代碼區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)、動態(tài)堆空間。線程的私有成分包括：線程控制塊；一個執(zhí)行棧；運行時動態(tài)分給線程的寄存器。 9. 比較用戶級線程與系統(tǒng)級線程間在以下方面的差別和各自的優(yōu)缺點。(1) 創(chuàng)建速度；(2)切換速度；(3)并行性；(4)TCB的存儲位置答：用戶級線程由系統(tǒng)庫支持。線程的創(chuàng)建和撤銷，以及線程狀態(tài)的變化都由庫函數(shù)控制并在目態(tài)完成，與線程相關(guān)的控制結(jié)構(gòu)TCB保存在目態(tài)空間并由運行系統(tǒng)維護(hù)。由于線程對操作系統(tǒng)不可見，系統(tǒng)調(diào)度仍以進(jìn)程為單位，核心棧的個數(shù)與進(jìn)程個數(shù)相對應(yīng)。用戶級別線程的優(yōu)點在于：(1)線程不依賴于操作系統(tǒng)，可以采用與問題相關(guān)的調(diào)度策略，靈活性好；(2)同一進(jìn)程中的線程切換不需進(jìn)入操作系統(tǒng)，因而實現(xiàn)效率較高。 缺點在于：(1)同一進(jìn)程中的多個線程不能真正并行，即使在多處理機(jī)環(huán)境中；(2)由于線程對操作系統(tǒng)不可見，調(diào)度在進(jìn)程級別，某進(jìn)程中的一個線程通過系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)入操作系統(tǒng)受阻，該進(jìn)程的其它線程也不能運行。 核心級別線程通過系統(tǒng)調(diào)用由操作系統(tǒng)創(chuàng)建，線程的控制結(jié)構(gòu)TCB保存于操作系統(tǒng)空間，線程狀態(tài)轉(zhuǎn)換由操作系統(tǒng)完成，線程是CPU調(diào)度的基本單位。另外由于系統(tǒng)調(diào)度以線程為單位，操作系統(tǒng)還需要為每個線程保持一個核心棧。核心級線程的優(yōu)點是并發(fā)性好，在多CPU環(huán)境中同一進(jìn)程中的多個線程可以真正并行執(zhí)行。核心級別線程的缺點是線程控制和狀態(tài)轉(zhuǎn)換需要進(jìn)入操作系統(tǒng)完成，系統(tǒng)開銷比較大。10. 何謂作業(yè)? 何謂作業(yè)步？作業(yè)何時轉(zhuǎn)為進(jìn)程? 答：作業(yè)是早期批處理系統(tǒng)引入的一個概念。用戶要求計算機(jī)系統(tǒng)為其完成的計算任務(wù)的集合稱為作業(yè)，分時用戶在一次登錄后所進(jìn)行的交互過程也常被看作一個作業(yè)。一般來說，作業(yè)是比進(jìn)程大的一個概念，一個作業(yè)通常包含多個計算步驟，作業(yè)中一個相對獨立的處理步驟稱為一個作業(yè)步。當(dāng)作業(yè)被作業(yè)調(diào)度程序選中并調(diào)入內(nèi)存時，將按作業(yè)步創(chuàng)建相應(yīng)進(jìn)程。作業(yè)步驟之間具有順序或并發(fā)關(guān)系。一個作業(yè)步通?？梢杂梢粋€進(jìn)程來完成，這樣一個作業(yè)在內(nèi)存處理時通常與多個進(jìn)程相對應(yīng)，即作業(yè)與進(jìn)程具有一對多的關(guān)系。11. 分析作業(yè)、進(jìn)程、線程三者之間的關(guān)系。答：一個作業(yè)被調(diào)入內(nèi)存執(zhí)行時可能要為其創(chuàng)建多個進(jìn)程，進(jìn)程是資源分配的基本單位，一個進(jìn)程可能對應(yīng)若干個