【正文】 物理文件又稱文件存儲結(jié)構(gòu)，是指文件在外存上的存儲組織形式。（1）基本文件操作：創(chuàng)建、刪除、讀、寫、截?cái)?、設(shè)置讀/寫位置等；（2）文件打開和關(guān)閉操作：第一步通過檢索文件目錄找到指定文件屬性及其在外存上位置；第二步對文件實(shí)施讀寫等相應(yīng)操作。答：第一層：對象及其屬性說明（文件、目錄、硬盤或磁帶存儲空間）；第二層：對對象操縱和管理的軟件集合（I/O控制層即設(shè)備驅(qū)動程序、基本文件系統(tǒng)即物理I/O層、基本I/O管理程序或文件組織模塊層、邏輯文件系統(tǒng)層）第三層：文件系統(tǒng)接口（命令接口/圖形化用戶接口與程序接口）。③文件是具有文件名的一組相關(guān)信息的集合。組合數(shù)據(jù)項(xiàng)由若干數(shù)據(jù)項(xiàng)構(gòu)成。第六章1．何謂數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄和文件？答：①數(shù)據(jù)項(xiàng)分為基本數(shù)據(jù)項(xiàng)和組合數(shù)據(jù)項(xiàng)。操作系統(tǒng)將RAID中的一組物理磁盤驅(qū)動器看作一個單個的邏輯磁盤驅(qū)動器。其設(shè)備驅(qū)動程序可以接受所有標(biāo)準(zhǔn)的磁盤操作，但這些操作不是在磁盤上而是在內(nèi)存中，因此速度更快。只要延遲寫塊仍在空閑緩沖隊(duì)列中，任何要求訪問都可直接從其中讀出數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫入其中，而不必去訪問磁盤。延遲寫是指在寫盤塊時，將對應(yīng)緩沖區(qū)中的立即寫數(shù)據(jù)暫時不立即寫以備不久之后再被訪問，只將它置上“延遲寫”標(biāo)志并掛到空閑緩沖隊(duì)列的末尾。當(dāng)進(jìn)程請求訪問某個盤塊中的數(shù)據(jù)時，由核心先查看磁盤高速緩沖，看其中是否存在所需盤塊數(shù)據(jù)的拷貝。磁盤高速緩沖是指利用內(nèi)存中的存儲空間，暫存從磁盤中讀出的一系列盤塊中的信息。因此，磁盤I/O已成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的瓶頸。(1) 先來先服務(wù)算法優(yōu)先考慮進(jìn)程請求訪問磁盤的先后次序；(2) 最短尋道時間優(yōu)先算法優(yōu)先考慮要求訪問的磁道與當(dāng)前磁頭所在磁道距離是否最近；(3) 掃描算法考慮欲訪問的磁道與當(dāng)前磁道間的距離，更優(yōu)先考慮磁頭當(dāng)前的移動方向。Tt的大小與每次讀/寫的字節(jié)數(shù)b和旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)：Tt = b/rN。軟盤300或600r/min時Tr為50~100ms。（2）Tr是指定扇區(qū)移動到磁頭下面所經(jīng)歷的時間。？每部分時間應(yīng)如何計(jì)算？答：磁盤訪問時間由尋道時間Ts、旋轉(zhuǎn)延遲時間Tr、傳輸時間Tt 三部分組成。21．試說明設(shè)備驅(qū)動程序應(yīng)具有哪些功能？答：設(shè)備驅(qū)動程序的主要功能包括：（1）將接收到的抽象要求轉(zhuǎn)為具體要求；（2）檢查用戶I/O請求合法性，了解I/O 設(shè)備狀態(tài)，傳遞有關(guān)參數(shù)，設(shè)置設(shè)備工作方式；（3）發(fā)出I/O 命令，啟動分配到的I/O設(shè)備，完成指定I/O 操作；（4）及時響應(yīng)由控制器或通道發(fā)來的中斷請求，根據(jù)中斷類型調(diào)用相應(yīng)中斷處理程序處理；（5）對于有通道的計(jì)算機(jī)，驅(qū)動程序還應(yīng)該根據(jù)用戶 I/O 請求自動構(gòu)成通道程序。20．試說明設(shè)備驅(qū)動程序具有哪些特點(diǎn)。19．在實(shí)現(xiàn)后臺打印時，SPOOLing 系統(tǒng)應(yīng)為請求I/O的進(jìn)程提供哪些服務(wù)？答：在實(shí)現(xiàn)后臺打印時，SPOOLing 系統(tǒng)應(yīng)為請求 I/O的進(jìn)程提供以下服務(wù)：（1）由輸出進(jìn)程在輸出井中申請一空閑盤塊區(qū)，并將要打印的數(shù)據(jù)送入其中；（2）輸出進(jìn)程為用戶進(jìn)程申請空白用戶打印表，填入打印要求，將該表掛到請求打印隊(duì)列。18．試說明SPOOLing 系統(tǒng)的組成。17．何謂設(shè)備虛擬？實(shí)現(xiàn)設(shè)備虛擬時所依賴的關(guān)鍵技術(shù)是什么？答：設(shè)備虛擬是指把獨(dú)占設(shè)備經(jīng)過某種技術(shù)處理改造成虛擬設(shè)備。(5) 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，判斷通道是否忙碌，忙則等待；否則將該通道分配給進(jìn)程。(3) 檢索系統(tǒng)設(shè)備表，找到屬于請求類型、空閑可用且分配安全設(shè)備的設(shè)備控制表，將對應(yīng)設(shè)備分配給請求進(jìn)程；未找到則等待等待喚醒和分配。16．在考慮到設(shè)備的獨(dú)立性時，應(yīng)如何分配獨(dú)占設(shè)備？答：在考慮到設(shè)備的獨(dú)立性時，應(yīng)按如下步驟來分配獨(dú)占設(shè)備：(1) 進(jìn)程以邏輯設(shè)備名提出I/O請求。在應(yīng)用程序中，使用邏輯設(shè)備名請求使用某類設(shè)備；系統(tǒng)執(zhí)行時是使用物理設(shè)備名。實(shí)現(xiàn)了設(shè)備獨(dú)立性功能可帶來兩方面的好處：（1）設(shè)備分配時的靈活性；（2）易于實(shí)現(xiàn)I/O重定向。15．為何要引入設(shè)備獨(dú)立性？如何實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性？答：現(xiàn)代操作系統(tǒng)為了提高系統(tǒng)的可適應(yīng)性和可擴(kuò)展性，都實(shí)現(xiàn)了設(shè)備獨(dú)立性或設(shè)備無關(guān)性。缺點(diǎn)是分配不安全，可能具有“請求和保持”條件，可能造成死鎖。僅當(dāng)進(jìn)程請求的設(shè)備已被另一個進(jìn)程占有時，進(jìn)程才進(jìn)入阻塞狀態(tài)。缺點(diǎn)是進(jìn)程進(jìn)展緩慢，CPU與I/O設(shè)備串行工作。在采用這種分配策略時，一旦進(jìn)程已獲得某種設(shè)備資源后便阻塞，使它不可能再請求任何資源，而在它運(yùn)行時又不保持任何資源。在數(shù)據(jù)提取完后，再調(diào)用PutBuf(EmptyQueue,Sout)過程，將該緩沖區(qū)掛到空緩沖隊(duì)列EmptyQueue的隊(duì)尾。然后把數(shù)據(jù)輸入其中，裝滿后再調(diào)用PutBuf(InputQueue,Hin)過程，將該緩沖區(qū)掛在輸入隊(duì)列InputQueue的隊(duì)尾。13．試說明收容輸入工作緩沖區(qū)和提取輸出工作緩沖區(qū)的工作情況。12．試?yán)L圖說明把多緩沖用于輸出時的情況。因此耗時大約為max(C+M,T)。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（T,C）?答：寫入者花費(fèi)時間T 將數(shù)據(jù)寫滿一個緩沖區(qū)后再寫另一個緩沖區(qū)；讀出者花費(fèi)時間M將一個緩沖區(qū)數(shù)據(jù)送到用戶區(qū)后再傳送另一個緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，計(jì)算者讀出用戶區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。9．引入緩沖的主要原因是什么？答：引入緩沖的主要原因是：（1）緩和CPU與I/O 設(shè)備間速度不匹配的矛盾（2）減少對CPU的中斷頻率，放寬對中斷響應(yīng)時間的限制（3）提高CPU與I/O 設(shè)備之間的并行性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?答：在塊設(shè)備輸入時，先從磁盤把一塊數(shù)據(jù)輸入到緩沖區(qū)，耗時為T；然后由操作系統(tǒng)將緩沖區(qū)數(shù)據(jù)送給用戶區(qū)，耗時M；接下來由CPU對塊數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，耗時C。下圖為DMA方式的工作流程圖。然后啟動DMA 控制器傳送數(shù)據(jù)，以后CPU便處理其它任務(wù)。該命令被送到命令寄存器CR中。答：以從磁盤讀入數(shù)據(jù)為例，說明DMA的工作流程。(4)I/O 通道控制方式：具有通道程序的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。(2)中斷驅(qū)動I/O 控制方式：適用于有中斷機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。7．有哪幾種I/O控制方式？各適用于何種場合？答：共有四種I/O 控制方式。6．試說明推動I/O控制發(fā)展的主要因素是什么？答：推動I/O 控制發(fā)展的主要動力在于盡量減少主機(jī)對I/O控制的干預(yù)，把主機(jī)從繁雜的I/O控制事務(wù)中解脫出來，用更多的時間和精力去完成其數(shù)據(jù)處理任務(wù)。管理層中配有數(shù)據(jù)緩沖，放大了線路的驅(qū)動能力，最多支持10種外設(shè)，支持高時鐘頻率的CPU運(yùn)行，最大傳輸速率132Mb/s。缺點(diǎn)是能連接的設(shè)備數(shù)僅為2~4 臺，控制器中無緩沖，難于適應(yīng)處理器速度的提高，不支持Pentium機(jī)?？偩€帶寬32位，最高傳輸速率132Mb/s。5．試對VESA 及PCI兩種總線進(jìn)行比較。含有多個非分配型子通道，具有很高的數(shù)據(jù)傳輸率和通道利用率。（3）數(shù)組多路通道。按數(shù)組方式傳送數(shù)據(jù)，傳輸速率很高，每次只允許一個設(shè)備數(shù)據(jù)。子通道按時間片輪轉(zhuǎn)方式共享主通道。按字節(jié)交叉方式工作的通道。2．為了實(shí)現(xiàn)CPU與設(shè)備控制器間的通信，設(shè)備控制器應(yīng)具備哪些功能？答：接收和識別命令；數(shù)據(jù)交換；標(biāo)識和報告設(shè)備狀態(tài)；地址識別；數(shù)據(jù)緩沖；差錯控制。第五章1．試說明設(shè)備控制器的組成。請求分段系統(tǒng)中的缺頁中斷處理過程如下圖所示：（3）操作系統(tǒng)處理缺頁中斷處理的辦法是查主存分配表找一個空閑的主存塊，查頁表找出該頁在磁盤上位置，啟動磁盤讀出該頁信息。29．說明請求分段系統(tǒng)中的缺頁中斷處理過程。寄存器用于記錄某進(jìn)程在內(nèi)存中各頁的使用情況，棧用于保存當(dāng)前使用的各個頁面的頁面號。正確解法見下面：答：當(dāng)分配給該作業(yè)的物理塊數(shù)M為3時，缺頁9次，缺頁率: 9/12=3/4；當(dāng)分配給該作業(yè)的物理塊數(shù)M為4時，缺頁10次，缺頁率: 10/12=5/6.25．在請求分頁系統(tǒng)中，通常采用哪種頁面分配方式？為什么？答：固定分配方式是基于進(jìn)程的類型(交互型)或根據(jù)程序員、系統(tǒng)管理員的建議，為每個進(jìn)程分配固定頁數(shù)的內(nèi)存空間，整個運(yùn)行期間不再改變；采用可變分配方式有全局置換和局部置換兩種，前者易于實(shí)現(xiàn)，后者效率高。UNIX系統(tǒng)允許頁面共享，某進(jìn)程請求的頁面有可能已調(diào)入內(nèi)存，直接使用不再調(diào)入。未運(yùn)行頁面從文件區(qū)調(diào)入。對于可能修改的，在換出時便調(diào)到對換區(qū)，以后需要時再從對換區(qū)調(diào)入。在進(jìn)程運(yùn)行前將與該進(jìn)程有關(guān)的文件從文件區(qū)拷貝到對換區(qū)。其中狀態(tài)位P 指示該頁是否調(diào)入內(nèi)存，供程序訪問時參考；訪問字段A 用于記錄本頁在一段時間內(nèi)被訪問的次數(shù)，或最近已有多長時間未被訪問，提供給置換算法選擇換出頁面時參考；修改位M 表示該頁在調(diào)入內(nèi)存后是否被修改過；外存地址用于指出該頁在外存上的地址，通常是物理塊號，供調(diào)入該頁時使用。允許只裝入少數(shù)段（而非所有段）的用戶程序和數(shù)據(jù)，即可啟動運(yùn)行。允許只裝入少數(shù)頁面的程序（及數(shù)據(jù)），便啟動運(yùn)行。最本質(zhì)的特征是虛擬性。（2）離散分配方式分為分頁、分段和段頁式存儲管理。18．試全面比較連續(xù)分配和離散分配方式.答：（1）連續(xù)分配是指為一個用戶程序分配一個連續(xù)的地址空間，包括單一和分區(qū)兩種分配方式。而段的長度卻不固定,決定于用戶所編寫的程序,通常由編譯程序在對原程序進(jìn)行編譯時,根據(jù)信息的性質(zhì)來劃分。段則是信息的邏輯單位，它含有一組相對完整的信息。但若寄存器已滿，則OS必須找到合適的頁表項(xiàng)換出。可直接從快表讀出該頁對應(yīng)物理塊號，送到物理地址寄存器中。所以動態(tài)鏈接也要求以段作為管理單位。5) 動態(tài)鏈接。在實(shí)際應(yīng)用中，有些段特別是數(shù)據(jù)段，在使用過程中會不斷增長，事先又無法確切知道增長多少。對信息的邏輯單位進(jìn)行保護(hù)，分段能更有效方便地實(shí)現(xiàn)信息保護(hù)功能。為了實(shí)現(xiàn)段的共享，希望存儲管理能與用戶程序分段的組織方式相適應(yīng)。在實(shí)現(xiàn)對程序和數(shù)據(jù)的共享時，是以信息邏輯單位為基礎(chǔ)。因此，希望要訪問的邏輯地址是由段名和段內(nèi)偏移量決定。答：1) 方便編程。13．為實(shí)現(xiàn)分頁存儲管理，需要哪些硬件的支持？答：動態(tài)重定位技術(shù)、虛擬存儲技術(shù)、多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)。這是因?yàn)椋?1)從結(jié)構(gòu)上講，進(jìn)程由程序段、數(shù)據(jù)段和進(jìn)程控制塊組成的，其中進(jìn)程控制塊總有部分或全部常駐內(nèi)存，不被換出。11．為實(shí)現(xiàn)對換，系統(tǒng)應(yīng)具備哪幾方面的功能？答：系統(tǒng)應(yīng)具備三方面功能：對換空間管理，進(jìn)程換出，進(jìn)程換入。10．在系統(tǒng)中引入對換后可帶來哪些好處？答：交換技術(shù)將暫不需要的作業(yè)移到外存，讓出內(nèi)存空間以調(diào)入其它作業(yè)，交換到外存的作業(yè)也可以被再次調(diào)入。最壞適應(yīng)算法優(yōu)缺點(diǎn)：剩下空閑區(qū)不太小，產(chǎn)生碎片幾率小，對中小型文件分配分區(qū)操作有利；存儲器中缺乏大空閑區(qū)，對大型文件分區(qū)分配不利。循環(huán)首次適應(yīng)算法優(yōu)缺點(diǎn)：內(nèi)存空閑分區(qū)分布均勻，減少了查找系統(tǒng)開銷；缺乏大空閑分區(qū)，導(dǎo)致不能裝入大型作業(yè)。答：分區(qū)存儲管理中的常用分配策略：首次適應(yīng)算法、循環(huán)首次適應(yīng)算法、最佳適應(yīng)算法、最壞適應(yīng)算法。8．令 表示大小為 、地址為x 的塊的伙伴系統(tǒng)地址，試寫出的通用表達(dá)式。（4）回收區(qū)前后均不鄰空閑區(qū)。（3）回收區(qū)前后均鄰空閑區(qū)。（2）回收區(qū)后鄰空閑區(qū)。7．在采用首次適應(yīng)算法回收內(nèi)存時，可能出現(xiàn)哪幾種情況？應(yīng)怎樣處理這些情況？答：在采用首次適應(yīng)算法回收內(nèi)存時可能出現(xiàn)4種情況：（1）回收區(qū)前鄰空閑區(qū)。當(dāng)分區(qū)分配出去后，把狀態(tài)位由“0”改為“1”。主要工作是修改程序內(nèi)的相對地址和修改目標(biāo)程序中的外部調(diào)用標(biāo)號。運(yùn)行時動態(tài)鏈接是指對某些目標(biāo)模塊的鏈接，是在程序執(zhí)行中需要該目標(biāo)模塊時，才對它進(jìn)行的鏈接。3．何謂靜態(tài)鏈接？何謂裝入時動態(tài)鏈接和運(yùn)行時的動態(tài)鏈接？P120答：靜態(tài)鏈接是指在程序運(yùn)行前，先將各目標(biāo)模塊及它們所需的庫函數(shù)，鏈接成一個完整的裝配模塊，以后不再拆開的鏈接方式。（2）可重定位裝入方式，適用于多道程序環(huán)境。增加CPU中寄存器數(shù)量大大緩解對存儲器壓力。由此進(jìn)行的安全性檢查得知，可以找到一個安全序列{P2,P0,P1,P3,P4}。④ 再利用安全性算法檢查此時系統(tǒng)是否安全。① Request(1,2,2,2) =Need2(2,3,5,6)。22．銀行家算法中出現(xiàn)以下資源分配，試問（1）該狀態(tài)是否安全？（2）若進(jìn)程P2提出Request(1,2,2,2)后，系統(tǒng)能否將資源分配給它？③ 系統(tǒng)暫時先假定可為P0分配資源，并修改______________有關(guān)數(shù)據(jù)，如下圖所示（3）P0請求資源：P0發(fā)出請求向量Requst0(0,1,0),系統(tǒng)按銀行家算法進(jìn)行檢查：① Requst0(0,1,0)=Need0(7,4,3)。②Requst0(0,1,0)=Available(2,3,0)。銀行家算法各種資源數(shù)量分別為7，在T0時刻的資源分配如圖所示：答：（1）擯棄“請求和保持”條件，就是如果系統(tǒng)有足夠資源，便一次性把進(jìn)程需要的所有資源分配給它；（2）擯棄“不剝奪”條件，就是已經(jīng)擁有資源的進(jìn)程，當(dāng)它提出新資源請求而不能立即滿足時，必須釋放它已保持的所有資源，待以后需要時再重新申請；（3）擯棄“環(huán)路等待”條件，就是將所有資源按類型排序標(biāo)號，所有進(jìn)程對資源的請求必須嚴(yán)格按序號遞增的次序提出。19．在解決死鎖問題的幾個方法中，哪種方法最易于實(shí)現(xiàn)？哪種方法使資源利用率最高？答：解決死鎖的四種方法即預(yù)防、避免、檢測和解除死鎖中，預(yù)防死鎖最容易實(shí)現(xiàn)；避免死鎖使資源的利用率最高。產(chǎn)生死鎖的原因?yàn)楦偁庂Y源和進(jìn)程間推進(jìn)順序非法。又如，另一任務(wù)在400 ms 時必須完成，它本身需要運(yùn)行 150 ms，則其松弛程度為 250 ms。任務(wù)的緊急程度愈高，為該任務(wù)所賦予的優(yōu)先級就愈高，以使之優(yōu)先執(zhí)行。圖39 EDF算法用于非搶占調(diào)度的調(diào)度方式17．什么是最低松弛度優(yōu)先調(diào)度算法？舉例說明之。在此期間又到達(dá)作業(yè)4，其開始截止時間仍是早于任務(wù)2的，故在任務(wù)3執(zhí)行完后，系統(tǒng)又調(diào)度任務(wù)4執(zhí)行，最后才調(diào)度任務(wù)2執(zhí)行。系統(tǒng)首先調(diào)度任務(wù)1執(zhí)行，在任務(wù)1