【正文】 個程序 之間進(jìn)行通訊的機制 ，來控制程序的執(zhí)行順序。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。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。 為實現(xiàn)上述要求，存儲器管理應(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。 3. C/S 結(jié)構(gòu)有較好的靈活性和可擴(kuò)充性，客戶機 /服務(wù)器機類型可選范圍很大。該系統(tǒng)向上層提供多個對裸機硬件 精確復(fù)制的虛擬機，這些復(fù)制品均包含核心態(tài)、用戶態(tài)、 I/O 處理、中斷以及其它真實機器所應(yīng)該具有的全部功能。 ? 及時性：分時系統(tǒng)的響應(yīng)時間是以人能夠接受的等待時間為標(biāo)準(zhǔn) ，而實時控制系統(tǒng)對響應(yīng)時間要求比較嚴(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)?？蓴U(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。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算機軟硬件資源并對各項任務(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。 (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)一個優(yōu)良的運行環(huán)境，以便多道程序能夠有序 地 、高效 地 獲得執(zhí)行，而在運行的同時，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。 ? 可靠性：實時系統(tǒng)要求系統(tǒng)可靠性要比分時系統(tǒng)高。 這樣做的好處是 凡是能在一臺物理裸機上運行的操作系統(tǒng)均可以出現(xiàn)在一個特定虛擬機上，分配給各用戶的不同虛擬機上可以隨用戶的個人愛好和操作習(xí)慣不同而采用不同的操作系統(tǒng)。 4. 易于修改用戶程序。 (10) 文件管理有哪些主要功能？請簡要描述。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。全系統(tǒng)初始化 階段 要做的就是啟動用戶接口 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)。 5. 錯誤處理 ： 操作系統(tǒng) 通過錯誤處理機制 ，以便及時發(fā)現(xiàn)錯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。所以，這些資源的狀態(tài)是由多個程序改變的，從而使程序的運行失去了封閉性。而對于未建立任何進(jìn)程的程序，都不能作為一個獨立的單位參加運行。 ? 阻塞狀態(tài) ：當(dāng)一個進(jìn)程正在等待某個事件的發(fā)生 (如等待 I/O 的完成 )而暫停執(zhí)行，這時，即使分配有 CPU 時間，它也無法執(zhí)行。調(diào)用掛起原語把處于活動阻塞的進(jìn)程掛起后，它的狀態(tài)就轉(zhuǎn)換為靜止阻塞。 . (12) 試說明進(jìn)程創(chuàng)建的過程。線程基本上不擁有資源，只 需要一些 必不可少的資源 (如程序計數(shù)器、一組寄存器和棧 )。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。 (16) 搶占式調(diào)度的原則是什么？請簡要說明。 (17) 在批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)、實時系統(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；分時系統(tǒng)采用時間片 輪轉(zhuǎn)法；實時系統(tǒng)采用高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法。 (19) 試說明多級反饋隊列調(diào)度算法思想。如果進(jìn)程執(zhí)行時有新進(jìn)程進(jìn)入較高優(yōu)先級的隊列，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)程插入原隊列的末尾?；コ馐且环N特殊的同步方式。 對要求訪問臨 界 資源的進(jìn)程， 應(yīng)保證進(jìn)程能在有限時間 內(nèi) 進(jìn)入臨界區(qū)，以免陷入“饑餓”狀態(tài)。 (7) 利用信號量寫出不會出現(xiàn)死鎖的哲學(xué)家進(jìn)餐問題的算法。 } eat signal(chopstick[i])。 . . . Swait(empty, mutex)。 Ssignal(mutex, empty)。 count=count+1。 (item)。 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)實現(xiàn)的適用于在進(jìn)程之間實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)傳送的通信方式。這種方法破壞了請求和保持條件，從而避免死鎖的發(fā)生。 (15) 考慮由 n個進(jìn)程共享的具有 m個同類資源的系統(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)不會產(chǎn)生死鎖。 ③ 如果購票者最多為 n 個人，試寫出信號量取值的可能變化范圍 (最大值和最小值 )。 試寫出利用信號量機制實現(xiàn)兩 個 任務(wù)共享單緩沖區(qū)的同步算法。 signal(mutex)。 pute data in nextc。 女兒： P(Sa)。 //buffer2 空的數(shù)量 semaphore full2=0。試給出取水、入水的同步算法。 wait(vat)。 wait(vat)。當(dāng) M、 N、 W 分別取下列值時，試判斷哪些情形可能會發(fā)生死鎖，為什么？ (1)M=2， N=2， W=1； (2)M=3， N=2， W=2； (3)M=3， N=2， W=3； (4)M=5， N=3， W=2； 解： 1. 不會發(fā)生死鎖。 第 5章 存 儲 管 理 (1) 存儲管理的任務(wù)和功能是什么？ 解： 存儲管理的主要任務(wù)是： 1. 支持多道程序的并發(fā)執(zhí)行，使多道程序能共享存儲資源，在互不干擾的環(huán)境中并發(fā)執(zhí)行。 5. 主存儲空間的擴(kuò)充。每個應(yīng)用程序的邏輯地址空間都是從零號地址碼開始的。靜態(tài)地址重定位的地址變換只是在裝入時一次完成，而在程序運行期間不再變化。同樣，每個物理塊也有一個編號，塊號也是從 0 開始依次順序排列?；蛘哒f，分頁是由于系統(tǒng)管理的需要，而不是用戶的需要。 解： 虛擬存儲器是指在具有層次結(jié)構(gòu)存儲器的計算機系統(tǒng)中，具有請求調(diào)入和交換功能，為用戶提供一個比實際物理內(nèi)存容量大得多的可尋址的一種存儲器系統(tǒng)，它能從邏輯上對內(nèi)存容量進(jìn)行擴(kuò)充。從用戶的角度來看，該系統(tǒng)所具有的內(nèi)存容量比實際內(nèi)存容量大了很多。當(dāng)用戶作業(yè)申請一個空閑區(qū)時，存儲管理程序從空閑分區(qū)表 (鏈 )首開始順序查找，當(dāng)找到第一個滿足要求的空閑區(qū)時，停止查找。操作系統(tǒng)占用了低地址端的 100KB 的空間，用戶區(qū)從 100KB 處開始共占用 512KB，初始時，用 戶區(qū)全部空閑，分配時截取空閑區(qū)的低地址部分作為一個分配區(qū)。因第 2 頁存儲在 4 號塊中，其基地址為： 0001 0000 0000 0000，即十六進(jìn)制的 1000H。頁內(nèi)偏移量占 10 位地址碼，為 25C。主要區(qū)別是：交換技術(shù)調(diào)入 /調(diào)出整個進(jìn)程，因此一 個進(jìn)程的大小要受內(nèi)存容量大小的限制；而虛存中使用的調(diào)入 /調(diào)出技術(shù)在內(nèi)存和外存之間來回傳遞的是頁面或分段，而不是整個進(jìn)程，從而使得進(jìn)程的地址映射具有了更大的靈活性，且允許進(jìn)程的大小比可用的內(nèi)存空間大。如果在內(nèi)存，則進(jìn)行地址變換，按變換后的地址取出操作數(shù)；如果不在內(nèi)存，則引起缺頁中斷，進(jìn)入缺頁中斷處理程序。中斷處理程序?qū)芽刂妻D(zhuǎn)向缺頁中斷子程序。如指令可能訪問多個內(nèi)存地址，這些地址在不同的頁中。假設(shè)程序已經(jīng)在內(nèi)存中占用 1 塊，其余 2 塊空閑。i100。 a[i][j]=0。i100。 ④ [3,400]。接著處理器將重新執(zhí)行缺頁時打斷的指令。 2 如果有空閑存儲塊，則根據(jù)頁表提供的磁盤地址調(diào)入所需的頁面，修改頁表和分塊表后返回。 解： 虛擬頁式存儲系統(tǒng)中，系統(tǒng)允許作業(yè)的一部分頁面在內(nèi)存。因為該用戶作業(yè)的長度為 6 頁，最大的頁號為 5 號。 2. 虛擬地址為 093C，對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為： 0000 1001 0011 1100。 ① 分別畫出采用首次適應(yīng)算法、最佳適應(yīng)算法進(jìn)行內(nèi)存分配后的內(nèi)存分配圖和空閑區(qū)隊列； ② 若隨后又申請 80KB，針對上述兩種情況會產(chǎn)生什么后果？ 解 : 采用首次適應(yīng)算法、最佳適應(yīng)算法進(jìn)行內(nèi)存分配后的內(nèi)存分配圖和空閑區(qū)隊列圖如下所示。如果空閑分區(qū)大于作業(yè)的大小，則與最先適應(yīng)算法相同，將減去作業(yè)請求長度后的剩余空閑區(qū)仍然留在空閑分區(qū)表 (鏈 )中。 (8) 一個計算機系統(tǒng)的虛擬存儲器，其最大容量和實際容量分別由什么決定？ 解： 虛擬存儲器的最大容量由主存和輔存的容量之和確定。盡管進(jìn)程在運行中會因 I/O 等原因而長期處于阻塞狀態(tài)，或有的程序模塊在運行過一次后就不再需要，但它們都仍將繼續(xù)占用寶貴的內(nèi)存資源。段的長度不是固定的，取決于用戶所編寫的程序。 在分段存儲管理方式中，程序按內(nèi)容或過程 (函數(shù) )關(guān)系劃分為若干個段，每個段定義一組邏輯信息，都有自己的名字。 (5) 什么是內(nèi)部碎片和外部碎片？。物理地址空間也是從零號地址碼開始的。對換的目的主要是為了提高內(nèi)存利用率，提高系統(tǒng)的吞吐量。 3. 提高存儲器的利用率和系統(tǒng)吞吐量。 2. 不會發(fā)生死鎖。 signal(full)。 signal(empty)。 // 保證互斥地訪問水井的信號量 semaphore vat=1。 Get(){ while(1){ wait(empty1) in1=(in1+1)mod11 signal(full1) } } Process（） { while(1){ wait(full1) out1=(out1+1)mod11 signal(empty1) signal(empty2) in2=(in2+1)mod5 signal(full2) } } Put(){ while(1){ wait(full2) out2=(out2+1)mod5 signal(empty2) } } (20) 某寺廟有大、小和尚若干，另有一水缸。假設(shè)buffer1 中最多可以放 11 個信息，現(xiàn)在已經(jīng)放入了兩個信息； buffer2 最多可以放 5 個信息。 end parend end (18) 桌上有一空盤，允許存放一只水果。 until false。 semaphore full = 0。 ② semaphore S=20。 假設(shè)此系統(tǒng)可以發(fā)生死鎖。在這種方法中，進(jìn)程只能在獲得其原有資源和所申請的新資源時才能繼續(xù)執(zhí)行。 產(chǎn)生死鎖的原因可以歸結(jié)為兩點： 1）競爭資源， 2） 各進(jìn)程之間的推進(jìn)順序不當(dāng)。 consume(item) } } (9) 進(jìn)程的高級通信機制有哪些？請簡要說明。 } int remover() { if (count==0) wait(empty)。 until false。 in := (in+1) mod n。 think }while(1)。 semaphore chopstick[5]={1}。 當(dāng)進(jìn)程不能進(jìn)入臨界區(qū)時，應(yīng)立即 放棄占用 CPU，以使其它進(jìn)程有機會得到 CPU 的使用權(quán)，以免陷入“饑餓”狀態(tài) 。 (3) 同步機構(gòu)需要遵循的基本準(zhǔn)則是什么？請簡要說明。 動態(tài)優(yōu)先級是 在 進(jìn)程運行前先確定一個優(yōu)先級， 進(jìn)程 運行過程中根據(jù)進(jìn)程 等待時間的長短、執(zhí)行時間的多少、輸入輸出信息量的大小等，通過計算得到新的優(yōu)先級。它的算法思想如下 (設(shè)采用搶占式調(diào)度 )： 1. 需要設(shè)置多個就緒隊列，并且為它們分別賦予不同的優(yōu)先級。 解： 在采用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度 算法的系統(tǒng)中，將系統(tǒng)中所有的就緒進(jìn)程按照 FCFS 原則，排成一個隊列。 各進(jìn)程按系統(tǒng)分配給的一個時間片運行，當(dāng)該時間片用完或由于該進(jìn)程等待某事件發(fā)生而被阻塞時，系統(tǒng)就停止該進(jìn)程的執(zhí)行而重新進(jìn)行調(diào)度。 (15) 處理器調(diào)度的層次有哪些？各層次的主要工作是什么？ 解： 處理器調(diào)度的層次分為三級調(diào)度：高級調(diào)度、中級調(diào)度和低級調(diào)度。 2. 并發(fā)粒度不同。創(chuàng)建原語首先 為新進(jìn)程申請獲得惟一的數(shù)字標(biāo)示符，并從 PCB 集合中 獲取一個空白 PCB；為新進(jìn)程的程序和數(shù)據(jù)以及用戶棧分配必要的內(nèi)存空間；然后對 PCB 進(jìn)程初始化；最后將新進(jìn)程插入就緒隊列中，等待被調(diào)度執(zhí)行。 (9) 試說明引起進(jìn)程創(chuàng)建的典型事件 。 掛起狀態(tài)的特點： 交換到磁盤 上的進(jìn)程 ，不讓其參與進(jìn)程調(diào)度，以達(dá)到平衡系統(tǒng)負(fù)荷的目的 。 (4) 什么是 PCB？它具有什么作用？為什么說 PCB 是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)識？ 解： 進(jìn)程控制塊 (Process Control Block， PCB)是操作系統(tǒng)為了管理進(jìn)程而設(shè)置的一個專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用它來記錄進(jìn)程的外部特征，描述進(jìn)