【正文】 1 1 2 2 2 M=3 時，采用 FIFO 頁面置換算法的缺頁次數為 9 次，缺頁率為 75%； M=4 時，采用 FIFO 頁面置換算法的缺頁次數為 10 次，缺頁率為 83%。 由此可見，增加分配給作業(yè)的內存塊數，反而增加了缺頁次數，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 ? 產生抖動的原因是什么 ? (Thrashing)就是指當內存中已無空閑空間而又發(fā)生缺頁中斷時，需要從內存中調出一頁程序或數據送磁盤的對換區(qū)中，如果算法不適當，剛被換出的頁很快被訪問，需重新調入，因此需再選一頁調出，而此時被換出的頁很快又要被訪問，因而又需將它調入，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 設設 備備 管管 理理 3. 什么是字節(jié)多路通道？什么是數組選擇通道和數組多路通道？ 接在低、中速 I/O設備上，子通道按時間片輪轉方式 共享主通道，按字節(jié)方式 進行數據傳送。當第一個子通道控制其 I/O 設備完成一個字節(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；當第二個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。 ，一段時間內只能執(zhí)行一道通道程序、控制一臺設備按數組方式進行數據傳送。通道被某臺設備占用后，便一直處于獨占狀態(tài)，直至設備數據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備 。 c. 數組多路通道是將數組選擇 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 設備上，子通道按時間片輪轉方式共享主通道，按數組方式進行數據傳送，因而既具有很高的數據傳輸速率，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生的瓶頸問題的最有效方法是增加設備到主機間的通路而不是增加通道。換言之，就是把一個設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備與存儲器之間無法建立通路進行數據傳輸。 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，把 CPU 從繁雜的 I/O 控制中解脫出來，以便更多地去完成數據 處理任務 。 和 CPU 的高速性和設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 設備操作的并行程度，使 CPU 和 I/O 設備都處于忙碌狀態(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 設備為塊設備時在和主機進行數據交換的一種 I/O 控制方式；當 I/O 設備和主機進行數據交換是一組數據塊時通常采用 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 用于結構簡單，只需少量硬件的電路； ② 中斷驅動 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存與外設之間的數據交流的場合； ④ I/O 通道控制方式：適用于以字節(jié)為單位的干預，同時實現(xiàn) CPU，通道和 I/O 設備三者并行操作的場合 。 10. 在單緩沖情況下，為什么系統(tǒng)對一塊數據的處理時間為 max(C, T)+M ?？ 在塊設備輸 入時， 假定 從磁盤把一塊數據輸入到緩沖區(qū) 的時間 為 T；操作系統(tǒng)將緩沖區(qū)數據傳送給用戶區(qū) 的時間 為 M； 而 CPU對這一塊數據進行計算 得時 間 為 C。在單緩沖情況下， 由于設備的輸入操作和 CPU 的處理操作可以并行 ，所以系統(tǒng)對每一整塊數據的處理時間為 max(C, T) + M。 11. 為什么在雙緩沖情況下，系統(tǒng)對一塊數據的處理時間為 max(C, T)？ 該方式又稱緩沖對換方式 ，在設備輸入時，先將數據送入第一緩沖區(qū)，裝滿后便轉向第二緩沖區(qū)。此時操作系統(tǒng)可以從第一緩沖區(qū)移出數據，并送入用戶進程。接著由 CPU 對數據進行計算。在雙緩沖區(qū)中，不僅設備的輸入操作和 CPU 的處理操作可以并行，設備的輸入操作和數據的傳送操作也可以并行， 因此耗時大約為 max(C+M,T)?？紤]到 M 是內存中數據塊的 “搬家 ”耗時，非常短暫可以省略，因此近似地認為是： max(C,T) 15. 為什么要引入設備獨立性？如何實現(xiàn)設備獨立性？ 計算機操作系統(tǒng)第三版答案 33 / 52 引入設備獨立性，可使 應用程序獨立于具體的物理設備，是設備分配具有靈活性。另外容易實現(xiàn) I/O 重定向。 為了實現(xiàn)設備獨立性，必須在設備驅動程序之上設置一層設備獨立性軟件，用來執(zhí)行所有 I/O 設備的公用操作，并向用戶層軟件提供統(tǒng)一接口。關鍵是系統(tǒng)中必須設置一張邏輯設備表 LUT用來進行邏輯設備到物理設備的映射，其中每個表目中包含了邏輯設備名、物理設備名和設備驅動程序入 口地址三項；當應用程序用邏輯設備名請求分配 I/O 設備時，系統(tǒng)必須為它分配相應的物理設備，并在 LUT 中建立一個表目，以后進程利用該邏輯設備名請求 I/O 操作時，便可從 LUT 中得到物理設備名和驅動程序入口 地址。 16．在考慮到設備的獨立性時，應如何分配獨占設備？ 在考慮到設備的獨立性時，應按如下步驟來分配獨占設備： （ 1）進程以邏輯設備名提出 I/O 請求。 （ 2）根據邏輯設備表相應表項獲得 I/O 請求的邏輯設備對應類型的物理設備在系統(tǒng)設備表中的指針。 （ 3）從指針所指位置起順序檢索系統(tǒng)設備表，直到找到一個屬于對應 I/O 請求所用類型、空閑可用且基于設備分配安全性算法驗證為安全分配的設備的設備控制表，將對應設備分配給請求進程；如果未找到安全可用的空閑設備，則把請求進程的進程控制塊掛到相應類型設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)把設備分配給 I/O 請求進程后，再到該設備的設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）只有在設備、控制器和通道三者都分配成功時，這次的設備分配才算成功，然后便可啟動設備進行數據傳送。 17．什么是虛擬設備？其實現(xiàn)所依賴的關鍵技術有哪些？ 虛擬 設備是指通過虛擬技術，可將一臺獨占設備變換成若干臺邏輯設備，供若干個用戶（進程）同時使用。由于多臺邏輯設備實際上并不存在，而只是給用戶的一種感覺，因此被稱為虛擬設備。其實現(xiàn)所依賴的關鍵技術是 SPOOLing 技術。 19．在實現(xiàn)后臺打印時， SPOOLING 系統(tǒng)應為請求 I/O 的進程提供哪些服務？ 在實現(xiàn)后 臺打印時， SPOOLing 系統(tǒng)應為請求 I/O 的進程提供以下服務：（ 1）由輸出進程在輸出井中為之申請一空閑盤塊區(qū)，并將要打印的數據送入其中； （ 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，根據表中的要求將要打印的數據從輸出井傳送到內存緩沖區(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． 分別就數據項、記錄和文件的概念進行解釋。 數據項可分為基本數據項和組合數據項?；緮祿検怯糜诿枋鲆粋€對象某種屬性的字符集，是數據組織中可以命名的最小邏輯數據單位，又稱為原子數據、數據元素或字段，其 具有數據名、數據類型及數據值三個特性。組合數據項則由若干數據項構成。記錄是一組相關數據項的集合，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信息 的集合。 2． 按文件的物理結構，可將文件分為哪幾類？ 按文件的物理結構，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（又稱為設備驅動程序層），主要由磁盤驅動程序和磁帶驅動程序組成，負責啟動 I/O 設備和對設備發(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），主要用于處理內存與磁盤或磁帶機系統(tǒng)之間數據塊的交換，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 參數來完成； ③ 基本 I/O 管理程 序層（即文件組織模塊層），負責完成與磁盤 I/O 有關的大量事務，包括文件所在設備的選定、文件邏輯塊號到物理塊號的轉換、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（設備驅動程序） 對象及其屬性說明 4． 對于一個較完善的文件系統(tǒng)，應具備哪些功能？ 對于一個較完善的文件系統(tǒng)，應具備一系列的功能，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構？什么是文件的物理結構？ 文件的邏輯結構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據及其結構，它獨立于物理特性；而文件的物理結構則是指文件在外存上的存儲組 織形式，與存儲介質的存儲性能有關。 6． 你認為內存管理和外存管理有哪些相同點和不同點？ 內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不同，因而技術側重 點也有所不同。具體 而言，內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