中國科學(xué)院大學(xué)操作系統(tǒng)考試思考題答案(編輯修改稿)
2024-07-25 03:55 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 地址空間。(圖片自己畫，參考如下圖)17. 進程0開始創(chuàng)建進程1，調(diào)用了fork（），跟蹤代碼時我們發(fā)現(xiàn)，fork代碼執(zhí)行了兩次，第一次，跳過init（）直接執(zhí)行了for(。) pause()，第二次執(zhí)行fork代碼后，執(zhí)行了init（）。奇怪的是，我們在代碼中并沒有看見向后的goto語句，也沒有看到循環(huán)語句，是什么原因?qū)е路磸?fù)執(zhí)行？請說明理由，并給出代碼證據(jù)。答：進程 0 創(chuàng)建進程1采用了中斷機制，在中斷發(fā)生時由硬件將 ss，esp，eflags，cs，eip的值壓入了內(nèi)核棧，其中 eip 的值指向了 int 0x80 的下一條指令。在執(zhí)行fork時，通過0x80號系統(tǒng)調(diào)用，內(nèi)核執(zhí)行copy_process函數(shù)，為進程1準備其管理結(jié)構(gòu)（task_struct），設(shè)置進程1的線性地址空間及物理頁面，其中設(shè)置了進程1的 TSS 中 eax 的值為 0，狀態(tài)為TASK_RUNNING，以及利用中斷壓棧的寄存器值設(shè)置進程 1 的 ss，esp，eflags，cs，eip。copy_process:ppid = last_pid?！璸 = eip。p = eflags。p = 0?！璸 = esp?！璸 = cs amp。 0xffff。p = ss amp。 0xffff。…pstate = TASK_RUNNING。return last_pid。函數(shù)copy_process的返回值是last_pid，即進程1的pid（pid不為0）。在fork返回到進程0后，進程0判斷返回值非 0，因此執(zhí)行代碼for(。) pause()。在sys_pause函數(shù)中，內(nèi)核設(shè)置了進程0的狀態(tài)為 TASK_INTERRUPTIBLE，并進行進程調(diào)度。由于只有進程1處于就緒態(tài)，因此調(diào)度執(zhí)行進程1的指令。由于進程1在TSS中設(shè)置了eip等寄存器的值，因此從 int 0x80 的下一條指令開始執(zhí)行，且設(shè)定返回 eax 的值作為 fork 的返回值（值為 0），因此進程1執(zhí)行了 init 的函數(shù)。導(dǎo)致反復(fù)執(zhí)行，主要是利用了兩個系統(tǒng)調(diào)用 sys_fork 和 sys_pause 對進程狀態(tài)的設(shè)置，以及利用了進程調(diào)度機制。18. copy_process函數(shù)的參數(shù)最后五項是：long eip,long cs,long eflags,long esp,long ss。查看棧結(jié)構(gòu)確實有這五個參數(shù)，奇怪的是其他參數(shù)的壓棧代碼都能找得到，確找不到這五個參數(shù)的壓棧代碼，反匯編代碼中也查不到，請解釋原因。答：在fork()中，當(dāng)執(zhí)行“int $0x80”時產(chǎn)生一個軟中斷，該中斷使 CPU硬件自動將SS、ESP、EFLAGS、CS、EIP這5個寄存器的數(shù)值按照這個順序壓入進程0的內(nèi)核棧。利用硬件進行壓棧，可以確保 eip 的值指向正確的指令，以使在中斷返回后，程序能夠繼續(xù)執(zhí)行。19. 為什么static inline _syscall0(type,name)中需要加上關(guān)鍵字inline？答：inline一般是用于定義內(nèi)聯(lián)函數(shù)，內(nèi)聯(lián)函數(shù)結(jié)合了函數(shù)以及宏的優(yōu)點，在定義時和函數(shù)一樣，編譯器會對其參數(shù)進行檢查；在使用時和宏類似，內(nèi)聯(lián)函數(shù)的代碼會被直接嵌入在它被調(diào)用的地方，這樣省去了函數(shù)調(diào)用時的一些額外開銷，比如保存和恢復(fù)函數(shù)返回地址等，可以加快速度。20. 根據(jù)代碼詳細說明copy_process函數(shù)的所有參數(shù)是如何形成的？答：一般在應(yīng)用程序中，一個函數(shù)的參數(shù)是由函數(shù)定義的，而在操作系統(tǒng)底層中，函數(shù)參數(shù)可以由函數(shù)定義以外的程序通過壓棧的方式“做”出來。 copy_process函數(shù)的所有參數(shù)正是通過壓棧形成的。代碼見P83頁、P85頁、P86頁。21. 根據(jù)代碼詳細分析，進程0如何根據(jù)調(diào)度第一次切換到進程1的。答：通過fork(),進程0創(chuàng)建進程1，并將其狀態(tài)設(shè)為TASK_RUNNING，fork()函數(shù)執(zhí)行完畢后返回，進入for(。) pause()。在sys_pause()中，將當(dāng)前進程(進程0)的狀態(tài)設(shè)置為TASK_INTERRUPTBLE,然后執(zhí)行schedule()，遍歷task[]數(shù)組，找到唯一的一個處于TASK_RUNNING的進程(進程1)，然后切換到進程1執(zhí)行，即switch_to(1)。代碼見P10622. 內(nèi)核的線性地址空間是如何分頁的？畫出從0x000000開始的7個頁（包括頁目錄表、頁表所在頁）的掛接關(guān)系圖，就是頁目錄表的前四個頁目錄項、第一個個頁表的前7個頁表項指向什么位置？給出代碼證據(jù)。答：先把頁目錄表和4個頁表放在物理內(nèi)存的起始地址，從內(nèi)存起始位置開始的5頁空間內(nèi)容全部清零（每頁4KB）。然后設(shè)置頁目錄表的前4項，使之分別指向4個頁表，將第4個頁表的最后一個頁表項指向?qū)ぶ贩秶淖詈笠粋€頁面，將第4個頁表的倒數(shù)第二個頁表項指向?qū)ぶ贩秶牡箶?shù)第二個頁面，從高地址向低地址方向填寫4個頁面，依次指向內(nèi)存從高地址向低地址方向的各個頁面。圖見P39(注意要畫出7個頁，參考如下)代碼見P39 最下面23. 用文字和圖說明中斷描述符表是如何初始化的，可以舉例說明（比如：set_trap_gate(0,amp。divide_error)），并給出代碼證據(jù)。答：以set_trap_gate(0,amp。divide_error)為例，其中，n是0，gate_addr是amp。idt[0]，也就是idt的第一項中斷描述符的地址；type是15，dpl（描述符特權(quán)級）是0；addr是中斷服務(wù)程序divide_error(void)的入口地址。見P54 圖29
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