【正文】 在不高于層次i的存儲(chǔ)器上的概率 Bi = 把一個(gè)數(shù)據(jù)塊從層次i+1的存儲(chǔ)器上傳輸?shù)綄哟蝘的存儲(chǔ)器上所需時(shí)間 高速緩沖存儲(chǔ)器作為是存儲(chǔ)器層次1；主存為存儲(chǔ)器層次2；針對(duì)所有的N層存儲(chǔ)器層以此類推。有： Ts的引用更復(fù)雜，我們從概率論入手：所期望的值，由此我們可以寫出：我們需要清楚如果一個(gè)字在M1（緩存）中，那么對(duì)它的讀取非常快。如果這個(gè)字在M2而不在M1中，那么數(shù)據(jù)塊需要從M2傳輸?shù)組1中，然后才能讀取。因此，T2 = B1+T1進(jìn)一步，T3 = B2+T2 = B1+B2+T1以此類推：所以，但是，最后，、考慮一個(gè)存儲(chǔ)器系統(tǒng)，它具有以下參數(shù)： Tc = 100 ns Cc = 分/位 Tm = 1200 ns Cm = 分/位？，1MB的主存儲(chǔ)器價(jià)格為多少？% ，命中率H為多少？答案： = Cm8106 = 8103 ￠ = ＄80 = Cc8106 = 8104 ￠ = ＄800 ：T1 = T1+(1H)T2 ()(100) = (1H)(1200) H=1190/1200、一臺(tái)計(jì)算機(jī)包括包括高速緩沖存儲(chǔ)器、主存儲(chǔ)器和一個(gè)用做虛擬存儲(chǔ)器的磁盤。如果要存取的字在高速緩沖存儲(chǔ)器中，存取它需要20ns；如果該字在主存儲(chǔ)器中而不在高速緩沖存儲(chǔ)器中，把它載入高速緩沖存儲(chǔ)器需要60ns（包括最初檢查高速緩沖存儲(chǔ)器的時(shí)間），然后再重新開始存??；如果該字不在主存儲(chǔ)器中，從磁盤中取到內(nèi)存需要12ms，接著復(fù)制到高速緩沖存儲(chǔ)器中還需要60ns，再重新開始存取。，則該系統(tǒng)中存取一個(gè)字的平均存取時(shí)間是多少（單位為ns）？答案：有三種情況需要考慮：字所在的位置概率訪問所需時(shí)間（ns）在緩存中20不在緩存，在主存中（）（）= 60+20 = 80不在緩存也不在主存中（）（）= 12ms+60+20 = 12,000,080所以平均訪問時(shí)間是：Avg = ()(20) + ()(80) + ()(12000080) = 480026 ns、假設(shè)處理器使用一個(gè)棧來管理過程調(diào)用和返回。請(qǐng)問可以取消程序計(jì)數(shù)器而用棧指針代替嗎？答案：如果棧只用于保存返回地址?；蛘呷绻麠Ｒ灿糜趥鬟f參數(shù)，這種方案只有當(dāng)棧作為傳遞參數(shù)的控制單元而非機(jī)器指令時(shí)才成立。這兩種情況下可以取消程序計(jì)數(shù)器而用棧指針代替。在后者情況中，處理器同時(shí)需要一個(gè)參數(shù)和指向棧頂部的程序計(jì)數(shù)器。第2章 操作系統(tǒng)概述，每個(gè)作業(yè)有相同的特征。在一個(gè)計(jì)算周期T中，一個(gè)作業(yè)有一半時(shí)間花費(fèi)在I/O上，另一半用于處理器的活動(dòng)。每個(gè)作業(yè)一共運(yùn)行N個(gè)周期。假設(shè)使用簡單的循環(huán)法調(diào)度，并且I/O操作可以與處理器操作重疊。定義以下量： ?時(shí)間周期=完成任務(wù)的實(shí)際時(shí)間 ?吞吐量=每個(gè)時(shí)間周期T內(nèi)平均完成的作業(yè)數(shù)目 ?處理器使用率=處理器活躍（不是處于等待）的時(shí)間的百分比 當(dāng)周期T分別按下列方式分布時(shí)，對(duì)1個(gè)、2個(gè)和4個(gè)同時(shí)發(fā)生的作業(yè)，請(qǐng)計(jì)算這些量：a. 前一般用于I/O，后一半用于處理器。b. 前四分之一和后四分之一用于I/O，中間部分用于處理器。答：（a）和（b）的答案相同。盡管處理器活動(dòng)不能重疊，但I(xiàn)/O操作能。 一個(gè)作業(yè) 時(shí)間周期=NT 處理器利用率=50﹪ 兩個(gè)作業(yè) 時(shí)間周期=NT 處理器利用率=100﹪ 四個(gè)作業(yè) 時(shí)間周期=（2N1）NT 處理器利用率=100﹪ I/O限制的程序是指如果單獨(dú)運(yùn)行，則花費(fèi)在等待I/O上的時(shí)間比使用處理器的時(shí)間要多的程序。處理器限制的程序則相反。假設(shè)短期調(diào)度算法偏愛那些在近期石油處理器時(shí)間較少的算法，請(qǐng)解釋為什么這個(gè)算法偏愛I/O限制的程序，但是并不是永遠(yuǎn)不受理處理器限制程序所需的處理器時(shí)間？受I/O限制的程序使用相對(duì)較少的處理器時(shí)間，因此更受算法的青睞。然而，受處理器限制的進(jìn)程如果在足夠長的時(shí)間內(nèi)得不到處理器時(shí)間，同一算法將允許處理器去處理此進(jìn)程，因?yàn)樗罱鼪]有使用過處理器。這樣，一個(gè)處理器限制的進(jìn)程不會(huì)永遠(yuǎn)得不到處理器。分時(shí)系統(tǒng)關(guān)注的是輪轉(zhuǎn)時(shí)間，時(shí)間限制策略更有效是因?yàn)樗o所有進(jìn)程一個(gè)較短的處理時(shí)間。批處理系統(tǒng)關(guān)心的是吞吐量，更少的上下文轉(zhuǎn)換和更多的進(jìn)程處理時(shí)間。因此，最小的上下文轉(zhuǎn)換最高效。?如何實(shí)現(xiàn)與操作系統(tǒng)相關(guān)的的系統(tǒng)調(diào)用以及與雙重模式（內(nèi)核模式和用戶模式）操作相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用？系統(tǒng)調(diào)用被應(yīng)用程序用來調(diào)用一個(gè)由操作系統(tǒng)提供的函數(shù)。通常情況下，系統(tǒng)調(diào)用最終轉(zhuǎn)換成在內(nèi)核模式下的系統(tǒng)程序。，內(nèi)核中的一個(gè)重要模塊是系統(tǒng)資源管理程序（System Resource Manager,SRM），他負(fù)責(zé)地址空間（進(jìn)程）之間的資源分配。SRM是的OS/390在操作系統(tǒng)中具有特殊性，沒有任何其他的主機(jī)操作系統(tǒng)，當(dāng)然沒有任何其他類型的操作系統(tǒng)可以比得上SRM所實(shí)現(xiàn)的功能。資源的概念包括處理器、實(shí)存和I/O通道，SRM累計(jì)處理器、I/O通道和各種重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的利用率，它的目標(biāo)是基于性能監(jiān)視和分析提供最優(yōu)的性能，其安裝設(shè)置了以后的各種性能目標(biāo)作為SRM的指南，這會(huì)基于系統(tǒng)的利用率動(dòng)態(tài)的修改安裝和作業(yè)性能特點(diǎn)。SRM依次提供報(bào)告，允許受過訓(xùn)練的操作員改進(jìn)配置和參數(shù)設(shè)置，以改善用戶服務(wù)。現(xiàn)在關(guān)注SRM活動(dòng)的一個(gè)實(shí)例。實(shí)存被劃分為成千上萬個(gè)大小相等的塊，稱為幀。每個(gè)幀可以保留一塊稱為頁的虛存。SRM每秒大約接受20次控制，并在互相之間以及每個(gè)頁面之間進(jìn)行檢查。如果頁未被引用或被改變，計(jì)數(shù)器增1。一段時(shí)間后，SRM求這些數(shù)據(jù)的平均值，以確定系統(tǒng)中一個(gè)頁面未曾被觸及的平均秒數(shù)。這樣做的目的是什么？SRM將采取什么動(dòng)作？操作系統(tǒng)可以查看這些數(shù)據(jù)已確定系統(tǒng)的負(fù)荷，通過減少加在系統(tǒng)上的活躍作業(yè)來保持較高的平均利用率。典型的平均時(shí)間應(yīng)該是兩分鐘以上，這個(gè)平均時(shí)間看起來很長，其實(shí)并不長。第3章 進(jìn)程描述和控制. 給出操作系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)程管理時(shí)的五種主要活動(dòng)，并簡單描述為什么需要它們。答：用戶進(jìn)程和系統(tǒng)進(jìn)程創(chuàng)建及刪除。系統(tǒng)中的進(jìn)程可以為信息共享、運(yùn)算加速、模塊化和方便并發(fā)地執(zhí)行。而并發(fā)執(zhí)行需要進(jìn)程的創(chuàng)建和刪除機(jī)制。當(dāng)進(jìn)程創(chuàng)建或者運(yùn)行時(shí)分配給它需要的資源。當(dāng)進(jìn)程終止時(shí)，操作系統(tǒng)需要收回任何可以重新利用的資源。進(jìn)程的暫停和繼續(xù)執(zhí)行。在進(jìn)程調(diào)度中，當(dāng)進(jìn)程在等待某些資源時(shí)，操作系統(tǒng)需要將它的狀態(tài)改變?yōu)榈却蚓途w狀態(tài)。當(dāng)所需要的資源可用時(shí)，操作系統(tǒng)需要將它的狀態(tài)變?yōu)檫\(yùn)行態(tài)以使其繼續(xù)執(zhí)行。提供進(jìn)程的同步機(jī)制。合作的進(jìn)程可能需要共享數(shù)據(jù)。對(duì)共享數(shù)據(jù)的并行訪問可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)沖突。操作系統(tǒng)必須提供進(jìn)程的同步機(jī)制以使合作進(jìn)程有序地執(zhí)行，從而保證數(shù)據(jù)的一致性。提供進(jìn)程的通信機(jī)制。操作系統(tǒng)下執(zhí)行的進(jìn)程既可以是獨(dú)立進(jìn)程也可以是合作進(jìn)程。合作進(jìn)程之間必須具有一定的方式進(jìn)行通信。提供進(jìn)程的死鎖解決機(jī)制。在多道程序環(huán)境中，多個(gè)進(jìn)程可能會(huì)競爭有限的資源。如果發(fā)生死鎖，所有的等待進(jìn)程都將永遠(yuǎn)不能由等待狀態(tài)再變?yōu)檫\(yùn)行態(tài)，資源將被浪費(fèi)，工作永遠(yuǎn)不能完成。. 在[PINK89] 中為進(jìn)程定義了以下狀態(tài)：執(zhí)行（運(yùn)行）態(tài)、活躍（就緒）態(tài)、阻塞態(tài)和掛起態(tài)。當(dāng)進(jìn)程正在等待允許使用某一資源時(shí)，它處于阻塞態(tài)；當(dāng)進(jìn)程正在等待它已經(jīng)獲得的某種資源上的操作完成時(shí)，它處于掛起態(tài)。在許多操作系統(tǒng)中，這兩種狀態(tài)常常放在一起作為阻塞態(tài)，掛起態(tài)使用本章中給出的定義。請(qǐng)比較這兩組定義的優(yōu)點(diǎn)。答：[PINK89]中引用了以下例子來闡述其中阻塞和掛起的定義：假設(shè)一個(gè)進(jìn)程已經(jīng)執(zhí)行了一段時(shí)間，它需要一個(gè)額外的磁帶設(shè)備來寫出一個(gè)臨時(shí)文件。在它開始寫磁帶之前，進(jìn)程必須得到使用某一設(shè)備的許可。當(dāng)它做出請(qǐng)求時(shí)，磁帶設(shè)備可能并不可用，這種情況下，該進(jìn)程就處于阻塞態(tài)。假設(shè)操作系統(tǒng)在某一時(shí)刻將磁帶設(shè)備分配給了該進(jìn)程，這時(shí)進(jìn)程就重新變?yōu)榛钴S態(tài)。當(dāng)進(jìn)程重新變?yōu)閳?zhí)行態(tài)時(shí)要對(duì)新獲得的磁帶設(shè)備進(jìn)行寫操作。這時(shí)進(jìn)程變?yōu)閽炱饝B(tài)，等待該磁帶上當(dāng)前所進(jìn)行的寫操作完成。這種對(duì)等待某一設(shè)備的兩種不同原因的區(qū)別，在操作系統(tǒng)組織其工作時(shí)是非常有用的。然而這并不能表明那些進(jìn)程是換入的，那些進(jìn)程是換出的。后一種區(qū)別是必需的，而且應(yīng)該在進(jìn)程狀態(tài)中以某種形式表現(xiàn)出來。. （b）中給出的7狀態(tài)進(jìn)程模型，（b）畫出它的排隊(duì)圖。答：。該圖可以很容易的推廣到多個(gè)阻塞隊(duì)列的情形。. （b）中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。假設(shè)操作系統(tǒng)正在分派進(jìn)程，有進(jìn)程處于就緒態(tài)和就緒/掛起態(tài)，并且至少有一個(gè)處于就緒/掛起態(tài)的進(jìn)程比處于就緒態(tài)的所有進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)都高。有兩種極端的策略：（1）總是分派一個(gè)處于就緒態(tài)的進(jìn)程，以減少交換；（2）總是把機(jī)會(huì)給具有最高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程，即使會(huì)導(dǎo)致在不需要交換時(shí)進(jìn)行交換。請(qǐng)給出一種能均衡考慮優(yōu)先級(jí)和性能的中間策略。答：對(duì)于一個(gè)就緒/掛起態(tài)的進(jìn)程，降低一定數(shù)量（如一或兩個(gè)）優(yōu)先級(jí)，從而保證只有當(dāng)一個(gè)就緒/掛起態(tài)的進(jìn)程比就緒態(tài)的進(jìn)程的最高優(yōu)先級(jí)還高出幾個(gè)優(yōu)先級(jí)時(shí)，它才會(huì)被選做下一個(gè)執(zhí)行。. 。a. 請(qǐng)給出這么多種等待狀態(tài)的理由。b. 為什么以下狀態(tài)沒有駐留和換出方案：頁錯(cuò)誤等待、也沖突等待、公共事件等待、自由頁等待和資源等待。c. 請(qǐng)畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，并指出引發(fā)狀態(tài)裝換的原因。答：a. 每一種等待狀態(tài)都有一個(gè)單獨(dú)的隊(duì)列與其相關(guān)聯(lián)。當(dāng)影響某一等待進(jìn)程的事件發(fā)生時(shí)，把等待進(jìn)程分成不同的隊(duì)列就減少了定位這一等待進(jìn)程所需的工作量。例如，當(dāng)一個(gè)頁錯(cuò)誤完成時(shí)，調(diào)度程序就可以在頁錯(cuò)誤等待隊(duì)列中找到等待的進(jìn)程。b. 在這些狀態(tài)下，允許進(jìn)程被換出只會(huì)使效率更低。例如，當(dāng)發(fā)生頁錯(cuò)誤等待時(shí)，進(jìn)程正在等待換入一個(gè)頁從而使其可以執(zhí)行，這是將進(jìn)程換出是毫無意義的。c. 可以由下面的進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換表得到狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。當(dāng)前狀態(tài) 下一狀態(tài)當(dāng)前正在執(zhí)行可計(jì)算（駐留）可計(jì)算（換出）各種等待狀態(tài)（駐留）各種等待狀態(tài)（換出）當(dāng)前正在執(zhí)行重調(diào)度等待可計(jì)算（駐留）調(diào)度換出可計(jì)算（換出）換入各種等待狀態(tài)（駐留）事件發(fā)生換出各種等待狀態(tài)（換出）事件發(fā)生. VAM/VMS操作系統(tǒng)采用了四種處理器訪問模式，以促進(jìn)系統(tǒng)資源在進(jìn)程間的保護(hù)和共享。訪問模式確定：l 指令執(zhí)行特權(quán)：處理器將執(zhí)行什么指令。l 內(nèi)存訪問特權(quán)：當(dāng)前指令可能訪問虛擬內(nèi)存中的哪個(gè)單元。四種模式如下：l 內(nèi)核模式：執(zhí)行VMS操作系統(tǒng)的內(nèi)核，包括內(nèi)存管理、中斷處理和I/O操作。l 執(zhí)行模式：執(zhí)行許多操作系統(tǒng)服務(wù)調(diào)用，包括文件（磁盤和磁帶）和記錄管理例程。l 管理模式：執(zhí)行其他操作系統(tǒng)服務(wù)，如響應(yīng)用戶命令。l 用戶模式：執(zhí)行用戶程序和諸如編譯器、編輯器、鏈接程序、調(diào)試器之類的實(shí)用程序。在較少特權(quán)模式執(zhí)行的進(jìn)程通常需要調(diào)用在較多特權(quán)模式下執(zhí)行的過程，例如，一個(gè)用戶程序需要一個(gè)操作系統(tǒng)服務(wù)。這個(gè)調(diào)用通過使用一個(gè)改變模式（簡稱CHM）指令來實(shí)現(xiàn)，該指令將引發(fā)一個(gè)中斷，把控制轉(zhuǎn)交給處于新的訪問模式下的例程，并通過執(zhí)行REI（Return from Exception or Interrupt，從異?；蛑袛喾祷兀┲噶罘祷?。a. 很多操作系統(tǒng)有兩種模式，內(nèi)核和用戶，那么提供四種模式有什么優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？b. 你可以舉出一種有四種以上模式的情況嗎？答：a. 四種模式的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)主存的訪問控制更加靈活，能夠?yàn)橹鞔嫣峁└玫谋Ｗo(hù)。缺點(diǎn)是復(fù)雜和處理的開銷過大。例如，程序在每一種執(zhí)行模式下都要有一個(gè)獨(dú)立的堆棧。b. 原則上，模式越多越靈活，但是四種以上的模式似乎很難實(shí)現(xiàn)。. 在前面習(xí)題中討論的VMS方案常常稱為環(huán)狀保護(hù)結(jié)構(gòu)。，[SILB04]指出了這種方法的問題：環(huán)狀（層次）結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是它不允許我們實(shí)施須知原理，特別地，如果一個(gè)對(duì)象必須在域Dj中可訪問，但在域Di中不可訪問，則必須有就ji。這意味著在Di中可訪問的每個(gè)段在Dj中都可以訪問。a. 請(qǐng)清楚地解釋上面引文中提出的問題。b. 請(qǐng)給出環(huán)狀結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)解決這個(gè)問題的一種方法。答：a. 當(dāng)ji時(shí)，運(yùn)行在Di中的進(jìn)程被禁止訪問Dj中的對(duì)象。因此，如果Dj中包含的信息比Di中的更具有特權(quán)或者要求的安全性更高，那么這種限制就是合理的。然而，通過以下方法卻可以繞過這種安全策略。一個(gè)運(yùn)行在Dj中的進(jìn)程可以讀取Dj中的數(shù)據(jù)，然后把數(shù)據(jù)復(fù)制到Di中。隨后，Di中的進(jìn)程就可以訪問這些信息了。b. 有一種解決這一問題的方法叫做可信系統(tǒng)，我們將在16章中進(jìn)行討論。. （b）表明一個(gè)進(jìn)程每次只能在一個(gè)事件隊(duì)列中。a. 是否能夠允許進(jìn)程同時(shí)等待一個(gè)或多個(gè)事件？請(qǐng)舉例說明。b. 在這種情況下，如何修改圖中的排隊(duì)結(jié)構(gòu)以支持這個(gè)新特點(diǎn)？答：a. 一個(gè)進(jìn)程可能正在處理從另一個(gè)進(jìn)程收到的數(shù)據(jù)并將結(jié)果保存到磁盤上。如果當(dāng)前在另一個(gè)進(jìn)程中正有數(shù)據(jù)在等待被取走，進(jìn)程就可以繼續(xù)獲得數(shù)據(jù)并處理它。如果前一個(gè)寫磁盤操作已經(jīng)完成，并且有處理好的數(shù)據(jù)在等待寫出，那么進(jìn)程就可以繼續(xù)寫磁盤。這樣就可能存在某一時(shí)刻，進(jìn)程即在等待從輸入進(jìn)程獲得數(shù)據(jù)，又在等待磁盤可用。b. 有很多種方法解決這一問題?？梢允褂靡环N特殊的隊(duì)列，或者將進(jìn)程放入兩個(gè)獨(dú)立的隊(duì)列中。不論采用哪種方法，操作系統(tǒng)都必須處理好細(xì)節(jié)工作，使進(jìn)程相繼地關(guān)注兩個(gè)事件的發(fā)生。. 在很多早期計(jì)算機(jī)中，中斷導(dǎo)致寄存器值被保存在與給定的中斷信息相關(guān)聯(lián)的固定單元。在什么情況下這是一種實(shí)用的技術(shù)？請(qǐng)解釋為什么它通常是不方便的。答：這種技術(shù)是基于被中斷的進(jìn)程A在中斷響應(yīng)之后繼續(xù)執(zhí)行的假設(shè)的。但是，在通常情況下，中斷可能會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)進(jìn)程B搶占了進(jìn)程A。這是就必須將進(jìn)程A的執(zhí)行狀態(tài)從與中斷相關(guān)的位置復(fù)制到與A相關(guān)的進(jìn)程描述中。然而機(jī)器卻有可能仍將它們保存到前一位置。參考：[BRIN73]。. ，由于在