【正文】 1 1 2 2 2 M=3 時，采用 FIFO 頁面置換算法的缺頁次數(shù)為 9 次，缺頁率為 75%； M=4 時，采用 FIFO 頁面置換算法的缺頁次數(shù)為 10 次，缺頁率為 83%。 由此可見，增加分配給作業(yè)的內(nèi)存塊數(shù)，反而增加了缺頁次數(shù)，提高了缺頁率，這種現(xiàn)象被稱為是 Belady 現(xiàn)象。 28. 試說明改進型 Clock 置換算法的基本原理。 基本原理： M=3 M=4 計算機操作系統(tǒng)第三版答案 29 / 52 在將一個頁面換出時，如果該頁已被修改過，便須將該頁重新寫回到磁盤上；但如果該頁未被修改過，則不必將它寫回磁盤上。在改進型算法中，除需考慮頁面的 使用情況外，還須再增加一個因素，即置換代價，這樣，選擇頁面換出時，既要是未使用過的頁面，又要是未被修改過的頁面。 15 什么是抖動 ? 產(chǎn)生抖動的原因是什么 ? (Thrashing)就是指當內(nèi)存中已無空閑空間而又發(fā)生缺頁中斷時，需要從內(nèi)存中調(diào)出一頁程序或數(shù)據(jù)送磁盤的對換區(qū)中，如果算法不適當，剛被換出的頁很快被訪問，需重新調(diào)入，因此需再選一頁調(diào)出，而此時被換出的頁很快又要被訪問，因而又需將它調(diào)入，如此頻繁更換頁面，使得系統(tǒng)把大部分時間用在了頁面的調(diào)進換出上，而幾乎不能完成任何有效的工作，我們稱這種現(xiàn)象為 抖動 。 CPU 的利用率和多道程序度的對立統(tǒng)一矛盾關(guān)系引起的，為了提高 CPU 利用率，可提高多道程序度，但單純提高多道程序度又會造成缺頁率的急劇上升，導致 CPU的利用率下降，而系統(tǒng)的調(diào)度程序又會為了提高 CPU 利用率而繼續(xù)提高多道程序度，形成惡性循環(huán)，我們稱這時的進程是處于 抖動 狀態(tài)。 計算機操作系統(tǒng)第三版答案 30 / 52 第第 五五 章章 設(shè)設(shè) 備備 管管 理理 3. 什么是字節(jié)多路通道？什么是數(shù)組選擇通道和數(shù)組多路通道？ 接在低、中速 I/O設(shè)備上，子通道按時間片輪轉(zhuǎn)方式 共享主通道，按字節(jié)方式 進行數(shù)據(jù)傳送。當?shù)谝粋€子通道控制其 I/O 設(shè)備完成一個字節(jié)的交換后，便立即騰出字節(jié)多路通道（主通道），讓給第二個子通道使用；當?shù)诙€子通道也交換完一個字節(jié)后，又依樣把主通道讓給第三個 子通道使用，以此類推。轉(zhuǎn)輪一周后，重又返回由第一個子通道去使 用主通道。 ，一段時間內(nèi)只能執(zhí)行一道通道程序、控制一臺設(shè)備按數(shù)組方式進行數(shù)據(jù)傳送。通道被某臺設(shè)備占用后，便一直處于獨占狀態(tài)，直至設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸完畢釋放該通道，故而通道利用率較低，主要用于連接多臺高速設(shè)備 。 c. 數(shù)組多路通道是將數(shù)組選擇 通道傳輸速率高和字節(jié)多路通道能使各子通道分時并行操作的優(yōu)點 相結(jié)合而形成的一種新通道。其含有多個非分配型子通道分別連接在高、中速 I/O 設(shè)備上，子通道按時間片輪轉(zhuǎn)方式共享主通道，按數(shù)組方式進行數(shù)據(jù)傳送，因而既具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，又能獲得令人滿意的通道利用率 。 4. 如何解決因通道不足而產(chǎn)生的瓶頸問題？ 計算機操作系統(tǒng)第三版答案 31 / 52 解決因通道不足而產(chǎn)生的瓶頸問題的最有效方法是增加設(shè)備到主機間的通路而不是增加通道。換言之，就是把一個設(shè)備連接到多個控制器上，而一個控制器又連接到多個通道上。這種多通路方式不僅可以解決該瓶頸問題，而且能夠提高系 統(tǒng)的可靠性，也即不會因為個別通道或控制器的故障而使設(shè)備與存儲器之間無法建立通路進行數(shù)據(jù)傳輸。 6. 試說明 I/O 控制發(fā)展的主要推動因素是什么？ 促 使 I/O 控制不斷發(fā)展 的幾個主要因素如下： 少 CPU 對 I/O 控制的干預(yù)，把 CPU 從繁雜的 I/O 控制中解脫出來，以便更多地去完成數(shù)據(jù) 處理任務(wù) 。 和 CPU 的高速性和設(shè)備的低速性之間速度不匹配的矛盾，以提高 CPU 的利用率和系 統(tǒng)的吞吐量 。 高 CPU 和 I/O 設(shè)備操作的并行程度，使 CPU 和 I/O 設(shè)備都處于忙碌狀態(tài)，從而提高整 個系統(tǒng)的資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。 7. 有哪幾種 I/O 控制方式？各適用于何種場合？ I/O 控制方式：程序 I/O 方式、中斷驅(qū)動 I/O 控制方式、 DMAI/O控制方式、 I/O 通道控制 方式。 程序 I/O 方式 適用于早期的計算機系統(tǒng)中，并且是無中斷的計算機系統(tǒng)； 中斷驅(qū)動 I/O 控制方式 是普遍用于現(xiàn)代的計算機系統(tǒng)中； DMA I/O 控制方式 適用于 I/O 設(shè)備為塊設(shè)備時在和主機進行數(shù)據(jù)交換的一種 I/O 控制方式；當 I/O 設(shè)備和主機進行數(shù)據(jù)交換是一組數(shù)據(jù)塊時通常采用 I/O 通道控制 方式，但此時要求系統(tǒng)必須配置相應(yīng)的通道及通道控制器。 計算機操作系統(tǒng)第三版答案 32 / 52 有四種： ① 程序 I/O 控制方式 :適 用于結(jié)構(gòu)簡單，只需少量硬件的電路； ② 中斷驅(qū)動 I/O 控制方式：適用于高效場合； ③ 直接存儲訪問 DMA I/O 控制方式：適用于無須 CPU 介入的控制器來控制內(nèi)存與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交流的場合； ④ I/O 通道控制方式：適用于以字節(jié)為單位的干預(yù)，同時實現(xiàn) CPU，通道和 I/O 設(shè)備三者并行操作的場合 。 10. 在單緩沖情況下，為什么系統(tǒng)對一塊數(shù)據(jù)的處理時間為 max(C, T)+M ?？ 在塊設(shè)備輸 入時， 假定 從磁盤把一塊數(shù)據(jù)輸入到緩沖區(qū) 的時間 為 T；操作系統(tǒng)將緩沖區(qū)數(shù)據(jù)傳送給用戶區(qū) 的時間 為 M； 而 CPU對這一塊數(shù)據(jù)進行計算 得時 間 為 C。在單緩沖情況下， 由于設(shè)備的輸入操作和 CPU 的處理操作可以并行 ，所以系統(tǒng)對每一整塊數(shù)據(jù)的處理時間為 max(C, T) + M。 11. 為什么在雙緩沖情況下，系統(tǒng)對一塊數(shù)據(jù)的處理時間為 max(C, T)？ 該方式又稱緩沖對換方式 ，在設(shè)備輸入時，先將數(shù)據(jù)送入第一緩沖區(qū)，裝滿后便轉(zhuǎn)向第二緩沖區(qū)。此時操作系統(tǒng)可以從第一緩沖區(qū)移出數(shù)據(jù)，并送入用戶進程。接著由 CPU 對數(shù)據(jù)進行計算。在雙緩沖區(qū)中，不僅設(shè)備的輸入操作和 CPU 的處理操作可以并行，設(shè)備的輸入操作和數(shù)據(jù)的傳送操作也可以并行， 因此耗時大約為 max(C+M,T)?？紤]到 M 是內(nèi)存中數(shù)據(jù)塊的 “搬家 ”耗時，非常短暫可以省略，因此近似地認為是： max(C,T) 15. 為什么要引入設(shè)備獨立性？如何實現(xiàn)設(shè)備獨立性？ 計算機操作系統(tǒng)第三版答案 33 / 52 引入設(shè)備獨立性，可使 應(yīng)用程序獨立于具體的物理設(shè)備，是設(shè)備分配具有靈活性。另外容易實現(xiàn) I/O 重定向。 為了實現(xiàn)設(shè)備獨立性，必須在設(shè)備驅(qū)動程序之上設(shè)置一層設(shè)備獨立性軟件，用來執(zhí)行所有 I/O 設(shè)備的公用操作，并向用戶層軟件提供統(tǒng)一接口。關(guān)鍵是系統(tǒng)中必須設(shè)置一張邏輯設(shè)備表 LUT用來進行邏輯設(shè)備到物理設(shè)備的映射，其中每個表目中包含了邏輯設(shè)備名、物理設(shè)備名和設(shè)備驅(qū)動程序入 口地址三項；當應(yīng)用程序用邏輯設(shè)備名請求分配 I/O 設(shè)備時，系統(tǒng)必須為它分配相應(yīng)的物理設(shè)備，并在 LUT 中建立一個表目，以后進程利用該邏輯設(shè)備名請求 I/O 操作時，便可從 LUT 中得到物理設(shè)備名和驅(qū)動程序入口 地址。 16．在考慮到設(shè)備的獨立性時，應(yīng)如何分配獨占設(shè)備？ 在考慮到設(shè)備的獨立性時，應(yīng)按如下步驟來分配獨占設(shè)備： （ 1）進程以邏輯設(shè)備名提出 I/O 請求。 （ 2）根據(jù)邏輯設(shè)備表相應(yīng)表項獲得 I/O 請求的邏輯設(shè)備對應(yīng)類型的物理設(shè)備在系統(tǒng)設(shè)備表中的指針。 （ 3）從指針所指位置起順序檢索系統(tǒng)設(shè)備表，直到找到一個屬于對應(yīng) I/O 請求所用類型、空閑可用且基于設(shè)備分配安全性算法驗證為安全分配的設(shè)備的設(shè)備控制表，將對應(yīng)設(shè)備分配給請求進程；如果未找到安全可用的空閑設(shè)備，則把請求進程的進程控制塊掛到相應(yīng)類型設(shè)備的等待隊列上等待喚醒和分配。 計算機操作系統(tǒng)第三版答案 34 / 52 （ 4）系統(tǒng)把設(shè)備分配給 I/O 請求進程后，再到該設(shè)備的設(shè)備控制表中找出與其相連接的控制器的控制器控制表，根據(jù)其狀態(tài)字段判斷該控制器是否忙碌，若忙則把請求進程的進程控制塊掛到該控制器的等待隊列上；否則將該控制器分配給進程。 （ 5）系統(tǒng)把控制器分配給 I/O 請求進程后，再到該控制器的控制器控制表中找出與其相連接 的通道的通道控制表，根據(jù)其狀態(tài)字段判斷該通道是否忙碌，若忙則把請求進程的進程控制塊掛到該通道的等待隊列上；否則將該通道分配給進程。 （ 6）只有在設(shè)備、控制器和通道三者都分配成功時，這次的設(shè)備分配才算成功，然后便可啟動設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳送。 17．什么是虛擬設(shè)備？其實現(xiàn)所依賴的關(guān)鍵技術(shù)有哪些？ 虛擬 設(shè)備是指通過虛擬技術(shù)，可將一臺獨占設(shè)備變換成若干臺邏輯設(shè)備，供若干個用戶（進程）同時使用。由于多臺邏輯設(shè)備實際上并不存在，而只是給用戶的一種感覺，因此被稱為虛擬設(shè)備。其實現(xiàn)所依賴的關(guān)鍵技術(shù)是 SPOOLing 技術(shù)。 19．在實現(xiàn)后臺打印時， SPOOLING 系統(tǒng)應(yīng)為請求 I/O 的進程提供哪些服務(wù)？ 在實現(xiàn)后 臺打印時， SPOOLing 系統(tǒng)應(yīng)為請求 I/O 的進程提供以下服務(wù)：（ 1）由輸出進程在輸出井中為之申請一空閑盤塊區(qū)，并將要打印的數(shù)據(jù)送入其中； （ 2）輸出進程再為用戶進程申請一張空白的用戶打印表，并將用戶的打印要求填入其中，再將該表掛到請求打印隊列上。 計算機操作系統(tǒng)第三版答案 35 / 52 （ 3）一旦打印機空閑，輸出進程便從請求打印隊列的隊首取出一張請求打印表，根據(jù)表中的要求將要打印的數(shù)據(jù)從輸出井傳送到內(nèi)存緩沖區(qū)，再由打印機進行打印。 第第 六六 章章 文文 件件 管管 理理 20221214 20:31 計算機操作系統(tǒng) 課后習題答案 第六章 1 1． 分別就數(shù)據(jù)項、記錄和文件的概念進行解釋。 數(shù)據(jù)項可分為基本數(shù)據(jù)項和組合數(shù)據(jù)項?；緮?shù)據(jù)項是用于描述一個對象某種屬性的字符集，是數(shù)據(jù)組織中可以命名的最小邏輯數(shù)據(jù)單位，又稱為原子數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)元素或字段，其 具有數(shù)據(jù)名、數(shù)據(jù)類型及數(shù)據(jù)值三個特性。組合數(shù)據(jù)項則由若干數(shù)據(jù)項構(gòu)成。記錄是一組相關(guān)數(shù)據(jù)項的集合，用于描述一個對象某方面的屬性。文件是具有文件名的一組相關(guān)信息 的集合。 2． 按文件的物理結(jié)構(gòu)，可將文件分為哪幾類？ 按文件的物理結(jié)構(gòu)，可將文件分為三類 ：（ 1）順序文件，指把邏輯文件中的記錄順序地存儲到連續(xù)的物理盤塊中；（ 2）鏈接文件，指文件中的各個記錄可以存放在不相鄰的各個 物理塊中，但通過物理塊中的鏈接指針，將它們鏈接成一個鏈表；（ 3）索引文件，指文件中的各個記錄可以存放在不相鄰的各個物理塊中，但通過為每個文件建立一張索引表來實 現(xiàn)記錄和物理塊之間的映射關(guān)系。 3． 文件系統(tǒng)的模型可分為三層，試說明其每一層所包含的基本內(nèi)容。 答： 文件系統(tǒng)模型如圖所示： （ 1）最低層為對象及其屬性說明，主要包括文件、目錄、磁盤存儲空間等三類對象。（ 2）最高層是文件系統(tǒng) 提供給用戶的接口，分為命令接口、程序接口和圖形化用戶接口等三 種類型。（ 3）中間層是對對象進行操縱和管理的軟件集合，是文件系統(tǒng)的核心部分，擁有文件存儲空間管理、文件目錄管理、地址映射、文件讀寫管理及文件共享與保護等諸多功 能。具體又可 分為四個子層： ① I/O 控制層（又稱為設(shè)備驅(qū)動程序?qū)樱?，主要由磁盤驅(qū)動程序和磁帶驅(qū)動程序組成，負責啟動 I/O 設(shè)備和對設(shè)備發(fā)來的中斷 信號進行處理； ② 基本文件系統(tǒng)層（又 稱為物理 I/O 層），主要用于處理內(nèi)存與磁盤或磁帶機系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)塊的交換，通過向 I/O控制層發(fā)送通用指令及讀寫的物理盤塊號與緩沖區(qū)號等 I/O 參數(shù)來完成； ③ 基本 I/O 管理程 序?qū)樱次募M織模塊層），負責完成與磁盤 I/O 有關(guān)的大量事務(wù)，包括文件所在設(shè)備的選定、文件邏輯塊號到物理塊號的轉(zhuǎn)換、空閑盤塊的管理及 I/O 緩沖的指定等； ④ 邏輯文件 系統(tǒng)層，負責所讀寫的文件邏輯塊號的確定、目錄項的創(chuàng)建與修改、文件與記錄的保護等。 文件系統(tǒng)接口 對對象操縱和管理的軟件集合 邏輯文件系統(tǒng) 基本 I/O 管理程序（文件組織模塊） 基本文件系統(tǒng)（物理 I/O 層） I/O 控制層（設(shè)備驅(qū)動程序） 對象及其屬性說明 4． 對于一個較完善的文件系統(tǒng)，應(yīng)具備哪些功能？ 對于一個較完善的文件系統(tǒng)，應(yīng)具備一系列的功能，包括對文件存儲空間的管理、目錄管理、文件的讀寫管理以及文件的共享與保護等。其中，有些功能對用戶是透明的，就呈現(xiàn) 在用戶面前的功能來說，可通過用戶對文件所能施加的操作來表現(xiàn)。對文件的操作可分為兩大類：一類是對文件自身的操作，包括文件的創(chuàng)建、刪除、讀、寫、截斷及文件讀 /寫位 置的設(shè)置；一類是對記錄的操作，包括 記錄的遍歷（即檢索所有記錄）、單個記錄的檢索以及記錄的插入、修改和刪除。 5． 什么是文件的邏輯結(jié)構(gòu)？什么是文件的物理結(jié)構(gòu)？ 文件的邏輯結(jié)構(gòu)是指從用戶的觀點出發(fā)所觀察到的文件組織形式，也就是用戶可以直接處理的數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu)，它獨立于物理特性；而文件的物理結(jié)構(gòu)則是指文件在外存上的存儲組 織形式，與存儲介質(zhì)的存儲性能有關(guān)。 6． 你認為內(nèi)存管理和外存管理有哪些相同點和不同點？ 內(nèi)存管理和外存管理均追求存儲空間利用率的提高，都具有存儲空間的分配與回收、地址映射、共享與保護等功能。但二者的目的和任務(wù)不同，因而技術(shù)側(cè)重 點也有所不同。具體 而言，內(nèi)存管理著眼于為多道程序的運行提供良好的環(huán)境，以進程作為分配對象，并要求能從邏輯上擴充內(nèi)