中國科學(xué)院大學(xué)操作系統(tǒng)考試思考題答案(參考版)
2025-07-01 03:55本頁面
【正文】 b_wait記錄等待緩沖塊的解鎖而被掛起的進(jìn)程，指向等待隊列前面進(jìn)程的task_struct。b_dirt大于0表明有進(jìn)程在共享該緩沖塊，當(dāng)進(jìn)程不需要共享緩沖塊時，內(nèi)核會解除該進(jìn)程與緩沖塊的關(guān)系，并將b_count數(shù)值減1，為0表明可以被當(dāng)作新緩沖塊來申請使用。b_uptodate針對進(jìn)程方向，如果b_uptodate為1，說明緩沖塊的數(shù)據(jù)已經(jīng)是數(shù)據(jù)塊中最新的，可以支持進(jìn)程共享緩沖塊中的數(shù)據(jù)；如果b_uptodate為0，提醒內(nèi)核緩沖塊并沒有用綁定的數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)更新，不支持進(jìn)程共享該緩沖塊。另外緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)被越多進(jìn)程共享，效率就越高，因此要讓緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)塊停留的時間盡可能久，而這正是由b_blocknr，b_dev決定的，內(nèi)核在hash表中搜索緩沖塊時，只看設(shè)備號與塊號，只要緩沖塊與硬盤數(shù)據(jù)的綁定關(guān)系還在，就認(rèn)定數(shù)據(jù)塊仍停留在緩沖塊中，就可以直接用。36. 操作系統(tǒng)如何利用buffer_head中的 b_data，b_blocknr，b_dev，b_uptodate，b_dirt，b_count，b_lock，b_wait管理緩沖塊的？答：b_data指向緩沖塊，用于找到緩沖塊的位置。如果緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)能夠被更多進(jìn)程共享的話，計算機(jī)的整體效率就會大大提高。35. 為什么要設(shè)計緩沖區(qū)，有什么好處？答：緩沖區(qū)的作用主要體現(xiàn)在兩方面：(1) 形成所有塊設(shè)備數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集散地，操作系統(tǒng)的設(shè)計更方便，更靈活；(2) 數(shù)據(jù)塊復(fù)用，提高對塊設(shè)備文件操作的運行效率。操作系統(tǒng)會調(diào)用_do_wp_page，為該進(jìn)程申請空閑頁面，將該進(jìn)程的頁表指向新申請的頁面，然后將原頁表的數(shù)據(jù)復(fù)制到新頁面中，同時將原頁面的引用計數(shù)減1。操作系統(tǒng)會調(diào)用_do_no_page為進(jìn)程申請空閑頁面，將程序加載到新分配的頁面中，并建立頁目錄表頁表頁面的三級映射管理關(guān)系。34. 缺頁中斷是如何產(chǎn)生的，頁寫保護(hù)中斷是如何產(chǎn)生的，操作系統(tǒng)是如何處理的？答：缺頁中斷：每個頁目錄項和頁表項都有個標(biāo)志位P，如果和一個頁面建立了映射關(guān)系，P位置1，否則置0。之后，又輪到進(jìn)程3執(zhí)行，也是壓棧，并設(shè)置text。假設(shè)進(jìn)程1先執(zhí)行，需要壓棧產(chǎn)生缺頁中斷，內(nèi)核為其申請空閑物理頁面，并映射到進(jìn)程1的線性地址空間。33. 詳細(xì)分析多個進(jìn)程（無父子關(guān)系）共享一個可執(zhí)行程序的完整過程。執(zhí)行加載到的程序，產(chǎn)生壓棧動作，若棧空間不夠，則產(chǎn)生缺頁中斷繼續(xù)申請頁面。接下來加載用戶程序：首先要做一些檢查工作，如可執(zhí)行文件的數(shù)據(jù)長度和代碼長度等；然后調(diào)用free_page_tables解除與shell的頁面共享關(guān)系，接著根據(jù)程序的長度重新設(shè)置LDT，調(diào)整str1的task_struct，最后調(diào)整EIP和ESP。接著調(diào)用copy_mem()為進(jìn)程分段（確定段基址和段限長等），然后調(diào)用copy_page_tables為str1進(jìn)程另起一套頁目錄項和頁表項，并指向shell的頁面。答：可以參考課本P273頁，其中的核心部分課上都進(jìn)行了介紹，包括fork()、copy_process()、do_execve()及do_exit等。31. 內(nèi)核和普通用戶進(jìn)程并不在一個線性地址空間內(nèi)，為什么仍然能夠訪問普通用戶進(jìn)程的頁面？答：雖然內(nèi)核與普通進(jìn)程并不在一個線性地址空間內(nèi)，但是用戶進(jìn)程的頁面最終要從物理內(nèi)存上分配，而內(nèi)核的分頁機(jī)制即頁目錄表、頁表等，正好管理著16M物理內(nèi)存，所以內(nèi)核可以訪問普通用戶進(jìn)程的頁面。30. 為什么get_free_page（）將新分配的頁面清0？答：Linux在回收頁面時并沒有將頁面清0，只是將mem_map中與該頁對應(yīng)的位置0。其轉(zhuǎn)化過程如圖所示(見P97 圖39)。此外，如果用戶進(jìn)程可以自己設(shè)計LDT的話，表明用戶進(jìn)程可以訪問其他進(jìn)程的LDT，則會削弱進(jìn)程之間的保護(hù)邊界，容易引發(fā)問題。28. 用戶進(jìn)程自己設(shè)計一套LDT表，并與GDT掛接，是否可行，為什么？答：不可行。過程：(1)將EAX 設(shè)置為0,EDI 設(shè)置指向mem_map 的最后一項（mem_map+PAGING_PAGES1），std設(shè)置掃描是從高地址向低地址。27. 根據(jù)代碼詳細(xì)分析操作系統(tǒng)是如何獲得一個空閑頁的。進(jìn)程0在 move_to_user_mode 中，繼承了內(nèi)核的 eflags，如下：move_to_user_mode()…pushfl\n\t \… iret\n \是否正確？在TSS中明確設(shè)置了eflags的iopl為0在進(jìn)程0的TSS中，設(shè)置了eflags中的 IOPL 位為 0，代碼見P68，后續(xù)進(jìn)程 如果沒有改動的話也是0，即IOPL=0。general_protection)。只有當(dāng)CPL小于或等于IOPL時才可以執(zhí)行該指令。奇怪的是，在3特權(quán)級的進(jìn)程代碼并不能使用cli指令，會報特權(quán)級錯誤，這是為什么？請解釋并給出代碼證據(jù)。代碼見P98。 第二次調(diào)用get_free_page函數(shù)申請的空閑頁面用于進(jìn)程1的頁表。首先將申請到的頁面清0，然后復(fù)制進(jìn)程0的task_struct，再針對進(jìn)程1作個性化設(shè)置，其中esp0 的設(shè)置，意味著設(shè)置該頁末尾為進(jìn)程 1 的堆棧的起始地址。25. 進(jìn)程0創(chuàng)建進(jìn)程1時調(diào)用copy_process函數(shù)，在其中直接、間接調(diào)用了兩次get_free_page函數(shù)，在物理內(nèi)存中獲得了兩個頁，分別用作什么？是怎么設(shè)置的？給出代碼證據(jù)。因此，進(jìn)程0從0特權(quán)級到3特權(quán)級轉(zhuǎn)換時采用的是模仿中斷返回。但是此時進(jìn)程0還處于內(nèi)核態(tài)，因此要調(diào)用move_to_user_mode()函數(shù)，模仿中斷返回的方式，實現(xiàn)進(jìn)程0的特權(quán)級從內(nèi)核態(tài)轉(zhuǎn)化為用
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