【正文】 空間都是從零號地址碼開始的。 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。 wait(vat)。試給出取水、入水的同步算法。 女兒： P(Sa)。 signal(mutex)。 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 )。這種方法破壞了請求和保持條件，從而避免死鎖的發(fā)生。 (item)。 Ssignal(mutex, empty)。 } eat signal(chopstick[i])。 對要求訪問臨 界 資源的進程， 應(yīng)保證進程能在有限時間 內(nèi) 進入臨界區(qū)，以免陷入“饑餓”狀態(tài)。如果進程執(zhí)行時有新進程進入較高優(yōu)先級的隊列，則需要重新調(diào)度，搶先執(zhí)行新進程，并把被搶先的進程插入原隊列的末尾。 (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。進程間通信很麻煩，而同一進程的線程則通過共享進程的資源很方便地通信和同步，同步開銷小得多。 . (12) 試說明進程創(chuàng)建的過程。 ? 阻塞狀態(tài) ：當一個進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。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。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)進行必要的初始化 ，使系統(tǒng)處于等待命令輸入狀態(tài)。 (10) 文件管理有哪些主要功能？請簡要描述。 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慣不同而采用不同的操作系統(tǒng)。 (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?？蓴U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充保證稱為可擴展性。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。 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、地址映射和虛擬內(nèi)存等功能。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。 失去封閉性是因為 程序在并發(fā)執(zhí)行時，多個程序需要共享系統(tǒng)中的 多 種資源。 ? 運行狀態(tài) ：處于就緒狀態(tài)的進程被調(diào)度程序選中后將得到 CPU 控制權(quán)，此時該進程就可以使用處理器進行數(shù)據(jù)運算和處理。 解： 引起進程阻塞和喚醒的典型事件有：請求系統(tǒng)服務(wù)、啟動某種操作、新數(shù)據(jù)尚未到達、無新工作可做 。創(chuàng)建、撤銷進程時系統(tǒng)都要為之分配和回收資源，所以進程切換用的時間開銷相對要多于線程。 當新到達的作業(yè)對應(yīng)的進程比正在執(zhí)行的作業(yè)對應(yīng)進程的運行時間明顯短時，系統(tǒng)剝奪當前進程的執(zhí)行，而將處理 器 分配給新的短進程，使之優(yōu)先執(zhí)行。 4. 只有當較高優(yōu)先級的隊列為空時，才調(diào)度較低優(yōu)先級隊列中的進程執(zhí)行。 3. 有限等待 。 wait(chopstick[i])。 out := (out+1) mod n。 end monitor void producer() { while (true) { item=produce_item。這樣，當一個進程申請某個資源時，它不能占有其它任何資源，在進程運行過程中也不會再提出資源請求。 ② 根據(jù)所定義的信號量，寫出相應(yīng)的程序來保證進程能夠正確地并發(fā)執(zhí)行。 buffer:=nextp。 兒子： P(So)。每次入、取 缸水僅為 1 桶，且不可同時進行。 use pail to get water from well signal(well)。因為三個進程需要的資源最大數(shù)量都是 2 個，而系統(tǒng)有 5 個 資源，所以至少有 2 個進程可以拿到足夠的資源運行，運行完后再釋放資源，最后一個進程也能得到運行，所以不會死鎖。 (3) 什么是邏輯地址？什么是物理地址？為什么要進行二者的轉(zhuǎn)換工作？ 解： 邏輯地址是應(yīng)用程序中使用的訪存地址，有時也稱為相對地址，由邏輯地址構(gòu)成的地址空間稱為邏輯空間。類似地，也把內(nèi)存空間劃分成若干和頁大小相同的物理塊，這些物理塊叫“幀” (frame)或內(nèi)存塊。 (7) 什么是虛擬存儲器？列舉采用虛擬存儲器的必要性和可能性。 最佳適應(yīng)算法要求空閑分區(qū)按容量大小遞增的次序排列。頁號占 6 位地址碼，為 2 號頁。交換技術(shù)與虛存中使用的調(diào)入 /調(diào)出技術(shù)的主要相同點是：都要在內(nèi)存與外存之間交換信息。 解： 程序在執(zhí)行時，當訪問的頁面不在內(nèi)存時，便產(chǎn)生缺頁中斷，請求操作系統(tǒng)將所缺頁調(diào)入內(nèi)存。有一虛擬存儲系統(tǒng)，物理內(nèi)存共有 3塊，其中 1 塊用于存放程序，其余 2 塊用于存放數(shù)據(jù)。 若每頁可存放 200 個整數(shù)，則程序 A 和程序 B 在執(zhí)行過程中各會發(fā)生多少次缺頁？若每頁只能存放 100 個整數(shù)呢？以上說明了什么問題？ 解： 由題目所給條件可知，數(shù)組 a 有 100?100=10000 個整數(shù)，系統(tǒng)中共有 2 個內(nèi)存塊用于存放數(shù)組信息，數(shù)組中的元素按行編址。 ⑤ [4,122] 段 基址 長度 0 219 600 1 2300 14 2 90 100 3 1327 580 4 1952 96 解： ①： 649；②： 2312；③：越界；④： 1727；⑤：越界 (18) 考慮下面存儲訪問序列，該程序的大小為 460 字 (以下數(shù)字均為十進制數(shù)字 )： 1 10 170、 7 30 18 24 24 43 45 364 該頁面的大小為 100 字，該程序的基本可用內(nèi)存為 200 字，計算采用 FIFO、 LRU 和 OPT置換算法的缺頁次數(shù)。 3 如果沒有空閑存儲塊，則選擇一頁淘汰掉。因為虛擬地址為 1A5C 對應(yīng)的 6 號頁超出了地址范圍，所以屬于越界。 若隨后又申請 80KB，只有 采用首次適應(yīng)算法的內(nèi)存分配還有空間可以分配，分配圖如下： (12) 假設(shè)一個有 8 個 1024 字節(jié)頁面的邏輯地址空間，映射到一個有 32 幀的物理內(nèi)存： ① 邏輯地址有多少位？ ② 物理地址有多少位？ 解： 邏輯地址有 13 位；物理地址有 15 位。 虛擬存儲器的實際容量由指令中表示地址的字長決定，也就是計算機的地址結(jié)構(gòu)決定的。分段的目的是為 了能更好地滿足用戶的需要，更方便用戶編程，更好地實現(xiàn)信息共享和保護。 解： 在一個分區(qū)內(nèi)部出現(xiàn)的碎片 (即被浪費的空間 )稱作內(nèi)部碎片，如固定分區(qū)法就會產(chǎn)生內(nèi)部碎片； 在所有分區(qū)之外新增的碎片稱作外部碎片，如在動態(tài)分區(qū)法實施過程中出現(xiàn)的越來越多的小空閑塊就是外部碎片，由于它們太小，無法裝入一個進程，因而被浪費掉。 (2) 為什么要配置層次式存儲器？ 解： 為了解決 CPU 和存儲器之間速度上的不匹配，在現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中，存儲系統(tǒng)通常采用層次結(jié)構(gòu)，存儲層次可粗略分為三級：最高層為 CPU 寄存器，中間為主存，最底層是輔存。因為 2 個進程需要的最多的資源量都是 2 個，而系統(tǒng)擁有的資源量是 3 個，所以總會有 1 個進程得到 2 個資源后被運行，運行完畢后釋放資源，于是另一個進程也能順利運行完，所以不會死鎖。 drink water in the pail signal(pail)。由小和尚挑水入缸供大和尚飲用。爸爸可以向盤中放蘋果，也可以向盤中放桔子，兒子專等著吃盤中的桔子，女兒專等著吃盤中的蘋果。 semaphore empty = 1。 系統(tǒng)剩余的資源數(shù)量為 Available（ Available=0），由假設(shè)，因為系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，所以 Available 個資源無法 分配出去，所以每個進程的 Need[i]都大于 Available， 即 Need[i]=Available+1 所以 ∑ Need[i]=n*(Available+1)=n*Available+n, ① 因為剩下的資源數(shù)是 Available，所以已經(jīng)分配出去的資源數(shù)為 m – Available。 產(chǎn)生死鎖的必要條件有四個： 1） 互斥條件 ， 2） 不剝奪條件 ， 3）請求和保持條件， 4）環(huán)路條件。 remove=remove_item。 Ssignal(mutex, full)。 //定義信號量數(shù)組 chopstick[5]，由于侉子是臨街資源（互斥），故設(shè)置初值均為 1。 解： 同步機制都應(yīng)遵循下面的 4 條準則： 1. 空閑讓進 。每隊列分配不同的時間片，規(guī)定優(yōu)先級越低則時間片越長。 2. 優(yōu)先級原則 。除了不同進程的線程之外，同一個進程里的不同線程之間也可以并發(fā)執(zhí)行，所以線程擁有更好的并發(fā)性。 解： 引起進程創(chuàng)建的典型事件有：用戶登錄、作業(yè)調(diào)度、提供服務(wù)、應(yīng)用請求。 它的作用是 使一個在多道程序環(huán)境下不能獨立運行的程序 (含數(shù)據(jù) )，成為一個能獨立運行的基本單位，一個能和其它進程并發(fā)執(zhí)行的進程 . 因為 系統(tǒng)利用 PCB 來控制和管理進程，所以 PCB 是系統(tǒng)感知進程存在的唯一標志。這即所謂的系統(tǒng)調(diào)用。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)。 解 ： 處理 機 的管理功能主要體現(xiàn)在創(chuàng)建、撤銷進程，并按照一定的算法為其分配所需資源，同時還要管理和控制 各用戶的多個進程協(xié)調(diào)運行，確保各個進程可以正確的通信。 解： 它 們的區(qū)別在于：分布式操作系統(tǒng)的設(shè)計思想和網(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。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。 (4) 試說明實時操作系統(tǒng)和分時操作系統(tǒng)在交互性、及時性和可靠性方面的異同。 主要原因有以下幾點： 1. 該系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)可以進行分布式處理和存儲。 文件管理機制能有效保護文件安全，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。 (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 使用計算機各類資源，它們包括以下幾個類別： 1. 控制程序運行 ： 系統(tǒng)通過服務(wù)將用戶程序裝入內(nèi)存并運行該程序， 并 且要控制程序在規(guī)定時間內(nèi)結(jié)束 。 (3) 試從并發(fā)性、獨 立性、動態(tài)性上比較程序和進程的不同。 解： 處于就緒狀態(tài)的進程，在調(diào)度程 序 為之分配了處理器之后，就可以投入運行。 解： 系統(tǒng)調(diào)用進程終止原語來終止進程。 ? 中級調(diào)度：中級調(diào)度主要涉及進程在內(nèi)存和外存之間的交換。時間片的長度從幾個 ms 到幾百 ms。試計算使用先來先服務(wù)、短作業(yè)優(yōu)先、高響應(yīng)比優(yōu)先算法時的平均周轉(zhuǎn)時間和平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間。在整型信號量機制中，未遵循“讓權(quán)等待”的準則。 解： 利用 AND 信號量解決生產(chǎn)者－消費者問題的算法描述如下： var mutex,empty,full: semaphore:=1,n,0。生產(chǎn)者 消費者同步問題可以用偽代碼描述如下： monitor ProducerConsumer condition full,empty。 1. 共享存儲器系統(tǒng)：在共享存儲器系統(tǒng)中，相互通信的進程通過共享某些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或共享存儲區(qū)實現(xiàn)進程之間的通信。 (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。 Enter and buy ticket。 wait(mutex)。試用信號量機制實現(xiàn)它們的同步與互斥。 // 表示水缸中剩余的空間能容納的水的桶數(shù) semaphore full=0。 } } (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