【正文】 資源和獨(dú)立調(diào)度的基本單位。 “進(jìn)程”概念是人們?yōu)榱耸钩绦蚰軌虿l(fā)執(zhí)行，并且能對并發(fā)的程序加以描述和控制而引入的。 失去封閉性是因?yàn)?程序在并發(fā)執(zhí)行時(shí)，多個(gè)程序需要共享系統(tǒng)中的 多 種資源。這即所謂的系統(tǒng)調(diào)用。 4. 實(shí)現(xiàn)通信 ：操作系統(tǒng)需要提供 多個(gè)程序 之間進(jìn)行通訊的機(jī)制 ，來控制程序的執(zhí)行順序。其中，命令接口和圖形化用戶接口支持用戶直接通過終端來使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，而程序接口則提供給用戶在編制程序時(shí)使用。內(nèi)核被載入內(nèi)存后， 引導(dǎo)程序?qū)PU 控制權(quán)交給內(nèi)核 ， 內(nèi)核將首先完成初始化功能，包括對硬件、電路邏輯等的初始化，以及對內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的初始化，如頁表 (段表 )等。按照這些信息的指示，系統(tǒng)生成程序就可以正確地生成所需的操作系統(tǒng)。設(shè)備管理功能主要體現(xiàn)在：接收、分析和處理用戶提出的 I/O 請求，為用戶分配所需 I/O 設(shè)備，同時(shí)還要做到盡量提高 CPU 和 I/O 設(shè)備利用率、 I/O 處理效率，為用戶提供操控 I/O 設(shè)備的便捷界面和手段。為了滿足用戶對響應(yīng)時(shí)間的要求，文件管理機(jī)制還應(yīng)實(shí)現(xiàn)目錄管理，以便快速 地定位文件。 為實(shí)現(xiàn)上述要求，存儲(chǔ)器管理應(yīng)具有內(nèi) 存分配、內(nèi)存回收、內(nèi)存保護(hù)、地址映射和虛擬內(nèi)存等功能。 解 ： 處理 機(jī) 的管理功能主要體現(xiàn)在創(chuàng)建、撤銷進(jìn)程，并按照一定的算法為其分配所需資源，同時(shí)還要管理和控制 各用戶的多個(gè)進(jìn)程協(xié)調(diào)運(yùn)行，確保各個(gè)進(jìn)程可以正確的通信。 3. C/S 結(jié)構(gòu)有較好的靈活性和可擴(kuò)充性，客戶機(jī) /服務(wù)器機(jī)類型可選范圍很大。 解： 客戶機(jī) /服務(wù)器結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)具有不同于傳統(tǒng)集中式 OS 的一系列獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，使得其在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代大為流行。該系統(tǒng)向上層提供多個(gè)對裸機(jī)硬件 精確復(fù)制的虛擬機(jī)，這些復(fù)制品均包含核心態(tài)、用戶態(tài)、 I/O 處理、中斷以及其它真實(shí)機(jī)器所應(yīng)該具有的全部功能。 解： 它 們的區(qū)別在于：分布式操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是不同的，這決定了 它 們在結(jié)構(gòu)、工作方式和功能上也不同。 ? 及時(shí)性：分時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間是以人能夠接受的等待時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn) ，而實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)對響應(yīng)時(shí)間要求比較嚴(yán)格，它是以控制過程或信息處理中所能接受的延遲為標(biāo)準(zhǔn)。在互聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展的今天，操作系統(tǒng)中通常還具備基本的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能和信息安全防護(hù)等方面的支持。可擴(kuò)展性指的是 OS 應(yīng)提供良好的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得新設(shè)備、新功能和新模塊能方便 地 加載到當(dāng)前系統(tǒng)中，同時(shí)也要提供修改老模塊的可能，這種對系統(tǒng)軟硬件組成以及功能的擴(kuò)充保證稱為可擴(kuò)展性。其中有效性指的是 OS 應(yīng)能有效 地 提高系統(tǒng)資源利用率和系統(tǒng)吞 吐量。第 1章 操作系統(tǒng)概論 (1) 試說明什么是操作系統(tǒng)，它具有什么特征？其最基本特征是什么？ 解： 操作系統(tǒng)就是一組管理與控制計(jì)算機(jī)軟硬件資源并對各項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行合理化調(diào)度，且附加了各種便于用戶操作的工具的軟件層次。方便性指的是配置了 OS 后的計(jì)算機(jī)應(yīng)該更容易使用。 (3) 操作系統(tǒng)的作用體現(xiàn)在哪些方面？ 解： 現(xiàn)代操作系統(tǒng)的主要任務(wù)就是維護(hù)一個(gè)優(yōu)良的運(yùn)行環(huán)境，以便多道程序能夠有序 地 、高效 地 獲得執(zhí)行，而在運(yùn)行的同時(shí)，還要盡可能 地 提高資源利用率 和系統(tǒng)響應(yīng)速度，并保證用戶操作的方便性。 (4) 試說明實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和分時(shí)操作系統(tǒng)在交互性、及時(shí)性和可靠性方面的異同。 ? 可靠性：實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求系統(tǒng)可靠性要比分時(shí)系統(tǒng)高。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)要求網(wǎng)絡(luò)用戶在使用網(wǎng)絡(luò)資源時(shí)首先必須了解網(wǎng)絡(luò)資源，網(wǎng)絡(luò)用戶必須知道網(wǎng)絡(luò) 中各個(gè)計(jì)算機(jī)的功能與配置、軟件資源、網(wǎng)絡(luò)文件結(jié)構(gòu)等情況，在網(wǎng)絡(luò)中如果用戶要讀一個(gè)共享文件時(shí)，用戶必須知道這個(gè)文件放在哪一臺(tái)計(jì)算機(jī)的哪一個(gè)目錄下；分布式操作系統(tǒng)是以全局方式管理系統(tǒng)資源的，它可以為用戶任意調(diào)度網(wǎng)絡(luò)資源，并且調(diào)度過程是 “ 透明 ” 的。 這樣做的好處是 凡是能在一臺(tái)物理裸機(jī)上運(yùn)行的操作系統(tǒng)均可以出現(xiàn)在一個(gè)特定虛擬機(jī)上，分配給各用戶的不同虛擬機(jī)上可以隨用戶的個(gè)人愛好和操作習(xí)慣不同而采用不同的操作系統(tǒng)。 主要原因有以下幾點(diǎn)： 1. 該系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)可以進(jìn)行分布式處理和存儲(chǔ)。 4. 易于修改用戶程序。在多道程序 OS 中，這些管理功能最終通過對進(jìn)程的控制和管理來實(shí)現(xiàn)，而在具有線程機(jī)制的 OS 中，這些功能的實(shí)現(xiàn)還依賴于對線程的管理和控制。 (10) 文件管理有哪些主要功能？請簡要描述。 文件管理機(jī)制能有效保護(hù)文件安全，提高資源利用率，為用戶提供快速檢索和使用文件的手段，是 OS 不可或缺 的組成部分。根據(jù)設(shè)備管理模塊的功能要求，可以將其功能分為設(shè)備分配、緩沖管理、設(shè)備處理、虛擬設(shè)備等。 系統(tǒng)引導(dǎo)的過程 ： 系統(tǒng)引導(dǎo)指的是將操作系統(tǒng)內(nèi)核裝入內(nèi)存并啟動(dòng)系統(tǒng)的過程。全系統(tǒng)初始化 階段 要做的就是啟動(dòng)用戶接口 程序，對系統(tǒng)進(jìn)行必要的初始化 ，使系統(tǒng)處于等待命令輸入狀態(tài)。 (3) 請說明操作系統(tǒng)具有的共性服務(wù)有哪些不同類別，這些類別分別用于完成什么功能？ 解 ： 所有的操作系統(tǒng) 都通過一些 基本服務(wù) 來 幫助用戶簡單便捷 地 使用計(jì)算機(jī)各類資源，它們包括以下幾個(gè)類別： 1. 控制程序運(yùn)行 ： 系統(tǒng)通過服務(wù)將用戶程序裝入內(nèi)存并運(yùn)行該程序， 并 且要控制程序在規(guī)定時(shí)間內(nèi)結(jié)束 。 5. 錯(cuò)誤處理 ： 操作系統(tǒng) 通過錯(cuò)誤處理機(jī)制 ，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并采取正確的處理步驟，避免損害系統(tǒng) 的 正確性和統(tǒng)一性。系統(tǒng)調(diào)用的主要類型包括： 1. 進(jìn)程控制類，主要用于進(jìn)程的創(chuàng)建和終止、對子進(jìn)程結(jié)束的等待、進(jìn)程映像的替換、進(jìn)程數(shù)據(jù)段大小的改變以及關(guān)于進(jìn)程標(biāo)識(shí)符或指定進(jìn)程屬性的獲得等； 2. 文件操縱類，主要用于文件的創(chuàng)建、打開、關(guān)閉、讀 /寫及文件讀寫指針的移動(dòng)和文件屬性的修改，目錄的創(chuàng)建及關(guān)于目錄、特別文件或普通文件的索引結(jié)點(diǎn)的建立等； 3. 進(jìn)程通信類，用于實(shí)現(xiàn)各種類型的通信機(jī)制如消息傳遞、共享存儲(chǔ)區(qū)及信息量集機(jī)制等； 4. 信息維護(hù)類，用于實(shí)現(xiàn)關(guān)于日期和時(shí) 間及其它系統(tǒng)相關(guān)信息的設(shè)置和獲得。所以，這些資源的狀態(tài)是由多個(gè)程序改變的，從而使程序的運(yùn)行失去了封閉性。 (3) 試從并發(fā)性、獨(dú) 立性、動(dòng)態(tài)性上比較程序和進(jìn)程的不同。而對于未建立任何進(jìn)程的程序，都不能作為一個(gè)獨(dú)立的單位參加運(yùn)行。進(jìn)程與 PCB 是一一對應(yīng)的。 ? 阻塞狀態(tài) ：當(dāng)一個(gè)進(jìn)程正在等待某個(gè)事件的發(fā)生 (如等待 I/O 的完成 )而暫停執(zhí)行，這時(shí)，即使分配有 CPU 時(shí)間，它也無法執(zhí)行。 解： 處于就緒狀態(tài)的進(jìn)程，在調(diào)度程 序 為之分配了處理器之后，就可以投入運(yùn)行。調(diào)用掛起原語把處于活動(dòng)阻塞的進(jìn)程掛起后，它的狀態(tài)就轉(zhuǎn)換為靜止阻塞。 (10) 試說明引起進(jìn)程撤銷的典型事件。 . (12) 試說明進(jìn)程創(chuàng)建的過程。 解： 系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)程終止原語來終止進(jìn)程。線程基本上不擁有資源，只 需要一些 必不可少的資源 (如程序計(jì)數(shù)器、一組寄存器和棧 )。 3. 擁有資源數(shù)量不同。進(jìn)程間通信很麻煩，而同一進(jìn)程的線程則通過共享進(jìn)程的資源很方便地通信和同步，同步開銷小得多。 ? 中級(jí)調(diào)度：中級(jí)調(diào)度主要涉及進(jìn)程在內(nèi)存和外存之間的交換。 (16) 搶占式調(diào)度的原則是什么？請簡要說明。 每個(gè)進(jìn)程均 被 賦于一個(gè)調(diào)度優(yōu)先級(jí)，通常一些重要 和緊急的進(jìn)程被賦于較高的優(yōu)先級(jí)。 (17) 在批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，應(yīng)分別采用哪種作業(yè) (進(jìn)程 )調(diào)度算法？ 解： 批處理系統(tǒng)采用先來先服務(wù)調(diào)度算法；分時(shí)系統(tǒng)采用時(shí)間片 輪轉(zhuǎn)法；實(shí)時(shí)系統(tǒng)采用高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法。時(shí)間片的長度從幾個(gè) ms 到幾百 ms。 (19) 試說明多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法思想。 2. 新進(jìn)程就緒后，先插入隊(duì)列 1 的末尾，按 FCFS 算法調(diào)度。如果進(jìn)程執(zhí)行時(shí)有新進(jìn)程進(jìn)入較高優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列，則需要重新調(diào)度，搶先執(zhí)行新進(jìn)程，并把被搶先的進(jìn)程插入原隊(duì)列的末尾。試計(jì)算使用先來先服務(wù)、短作業(yè)優(yōu)先、高響應(yīng)比優(yōu)先算法時(shí)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間和平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間?；コ馐且环N特殊的同步方式。 當(dāng)無進(jìn)程處于臨界區(qū)時(shí)，允許進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)，并且只能在臨界區(qū)運(yùn)行有限的時(shí)間。 對要求訪問臨 界 資源的進(jìn)程， 應(yīng)保證進(jìn)程能在有限時(shí)間 內(nèi) 進(jìn)入臨界區(qū)，以免陷入“饑餓”狀態(tài)。在整型信號(hào)量機(jī)制中，未遵循“讓權(quán)等待”的準(zhǔn)則。 (7) 利用信號(hào)量寫出不會(huì)出現(xiàn)死鎖的哲學(xué)家進(jìn)餐問題的算法。 Pi(){ //i 號(hào)哲學(xué)家的進(jìn)程 do{ if(i(i+1)%5) { wait(chopstick[i])。 } eat signal(chopstick[i])。 解： 利用 AND 信號(hào)量解決生產(chǎn)者－消費(fèi)者問題的算法描述如下： var mutex,empty,full: semaphore:=1,n,0。 . . . Swait(empty, mutex)。 until false。 Ssignal(mutex, empty)。生產(chǎn)者 消費(fèi)者同步問題可以用偽代碼描述如下： monitor ProducerConsumer condition full,empty。 count=count+1。 count=count1。 (item)。 1. 共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)：在共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)中，相互通信的進(jìn)程通過共享某些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或共享存儲(chǔ)區(qū)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程之間的通信。 3. 管道通信系統(tǒng)：管道通信是一種以文件 系統(tǒng)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的適用于在進(jìn)程之間實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)傳送的通信方式。 (11) 死鎖的預(yù)防策略有哪些？請簡要說明。這種方法破壞了請求和保持條件，從而避免死鎖的發(fā)生。 (12) 某系統(tǒng)中有 A、 B、 C、 D 四類資源，且其總數(shù)量都是 8 個(gè)。 (15) 考慮由 n個(gè)進(jìn)程共享的具有 m個(gè)同類資源的系統(tǒng)，如果對于 i=1,2,3,… ,n,有 Need[i]0并且所有進(jìn)程的最大需求量之和小于 m+n，試證明系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生死鎖。 即 ∑ Allocation[i]=m – Available ② 由 ① 式和 ② 式可以得到： ∑ Need[i] + ∑ Allocation[i]=n*Available+n+ m – Available=（ n1） *Available+m+n ③ 又因?yàn)?n=1，所以（ n1） =0，又因?yàn)?Available=0，所以（ n1） *Available=0 ④ 由 ③ 式和 ④ 式可以得到∑ Need[i] + ∑ Allocation[i]=0+m+n=m+n ⑤ 根據(jù)題意知： ∑ Max[i]m+n ⑥ 又因?yàn)椋?Max[i]=Need[i]+Allocation[i],所以∑ Max[i]= ∑ Need[i] + ∑ Allocation[i] ⑦ 由 ⑥ 式和 ⑦ 式得：∑ Need[i] + ∑ Allocation[i]m+n ⑧ 由假設(shè)推出的 ⑤ 式和由題意推出的 ⑧ 式相矛盾，所以假設(shè)是錯(cuò)誤的，即系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生死鎖。 ③ 如果購票者最多為 n 個(gè)人，試寫出信號(hào)量取值的可能變化范圍 (最大值和最小值 )。 Enter and buy ticket。 試寫出利用信號(hào)量機(jī)制實(shí)現(xiàn)兩 個(gè) 任務(wù)共享單緩沖區(qū)的同步算法。 begin parbegin collect: begin repeat ?? collect data in nextp。 signal(mutex)。 wait(mutex)。 pute data in nextc。規(guī)定當(dāng)盤空時(shí)一次只能放一只水果供吃者用，請用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)爸爸、兒子和女兒 3 個(gè)并發(fā)進(jìn)程的同步。 女兒： P(Sa)。試用信號(hào)量機(jī)制實(shí)現(xiàn)它們的同步與互斥。 //buffer2 空的數(shù)量 semaphore full2=0。水缸可以容 10 桶水，水取自同一井。試給出取水、入水的同步算法。 // 表示水缸中剩余的空間能容納的水的桶數(shù) semaphore full=0。 wait(vat)。 } } // 小和尚進(jìn)程 little_monk(){ while(1){ wait(empty)。 wait(vat)。 } } (21) 在銀行家算法中，若出現(xiàn)下述資源分配情況： Process Allocation Need Available P0 0 0 3 2 0 0 1 2 1 6 2 2 P1 1 0 0 0 1 7 5 0 P2 1 3 5 4 2 3 5 6 P3 0 0 3 2 0 6 5 2 P4 0 0 1 4 0 6 5 6 試問： ① 該狀態(tài)是否安全？ ② 若進(jìn)程 P2 提出請求 Request( 1, 2, 2,