【正文】 ，是指在操作系統(tǒng)生成時就已被納入系統(tǒng)管理范圍的設(shè)備；所謂“用戶設(shè)備”是指在完成應(yīng)用任務(wù)過程中，用戶特殊需要的設(shè)備。如果是，它就是系統(tǒng)設(shè)備；如果不是，它就是用戶設(shè)備。3．試分析最短查找時間優(yōu)先調(diào)度算法的“不公平”之處。假定在處理16柱面時，到達一個對柱面8的I/O新請求，那么下一個被處理的就不是柱面1而是柱面8了。這樣一來，可能會出現(xiàn)的弊端是磁頭總是關(guān)照鄰近的I/O請求，冷待了早就到達的、位于磁盤兩頭的I/O請求。4．總結(jié)設(shè)備和CPU在數(shù)據(jù)傳輸?shù)?種方式中，各自在“啟動、數(shù)據(jù)傳輸、I/O管理以及善后處理”各個環(huán)節(jié)所承擔(dān)的責(zé)任。因此，在這種方式下，CPU不僅要花費大量時間進行測試和等待，并且只能與設(shè)備串行工作，整個計算機系統(tǒng)的效率發(fā)揮不出來。在這種方式下，CPU的利用率有了一定的提高。不過，DMA方式是通過“竊取”總線控制權(quán)的辦法來工作的。因此，在一定程度上影響了CPU的效率。通道在整個I/O任務(wù)結(jié)束后，才發(fā)出中斷信號，請求CPU進行善后處理。5．用戶程序中采用“設(shè)備類，相對號”的方式使用設(shè)備有什么優(yōu)點？答：在用戶程序中采用“設(shè)備類，相對號”的方式使用設(shè)備的優(yōu)點是：第一，用戶不需要記住系統(tǒng)中每一臺設(shè)備的具體設(shè)備號，這是非常麻煩的事情；第二，在多道程序設(shè)計環(huán)境下，用戶并不知道當(dāng)前哪一臺設(shè)備已經(jīng)分配，哪一臺設(shè)備仍然空閑。如果是用“絕對號”指定具體的設(shè)備，而該設(shè)備正好有故障時，這次I/O任務(wù)就不可能完成，程序也就無法運行下去。6．啟動磁盤執(zhí)行一次輸入/輸出操作要花費哪幾部分時間？哪個時間對磁盤的調(diào)度最有影響？答：執(zhí)行一次磁盤的輸入/輸出操作需要花費的時間包括三部分：（1）查找時間；（2）等待時間；（3）傳輸時間。因此，要提高磁盤的使用效率，只能在減少查找時間和等待時間上想辦法，它們都與I/O在磁盤上的分布位置有關(guān)。因此，查找時間對磁盤調(diào)度的影響更為主要。答：所謂“通道命令字”，是指通道指令系統(tǒng)中的指令。若干條通道命令字匯集在一起，就構(gòu)成了一個“通道程序”，它規(guī)定了設(shè)備應(yīng)該執(zhí)行的各種操作和順序。當(dāng)通道中沒有存儲部件時，就存放在內(nèi)存儲器里。存放這個起始地址的內(nèi)存固定單元，被稱為“通道地址字”。適用于一些高速的I/O設(shè)備，如磁帶、磁盤等。（1）在DMA方式下，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?、傳輸長度和地址等仍然需要由CPU來控制。（2）在DMA方式下，每臺設(shè)備要有一個DMA控制器。（3）在DMA方式下傳輸數(shù)據(jù)時，是采用“竊取”總線控制權(quán)的辦法來工作的。9．解釋記錄的成組與分解。存儲設(shè)備與內(nèi)存儲器進行信息交換時，就以塊為單位。從磁帶、磁盤上讀取記錄時，先是把含有那個記錄的塊讀到內(nèi)存的緩沖區(qū)中，在那里面挑選出所需要的記錄，然后把它送到內(nèi)存存放的目的地。之所以這樣做，一是為了提高存儲設(shè)備的存儲利用率；二是減少內(nèi)、外存之間信息交換次數(shù)，提高系統(tǒng)的效率。答：SPOOLING系統(tǒng)中的3個軟件模塊是預(yù)輸入程序、緩輸出程序和井管理程序。（1）預(yù)輸入程序預(yù)先把作業(yè)的全部信息輸入到磁盤的輸入井中存放，以便在需要作業(yè)信息以及作業(yè)運行過程中需要數(shù)據(jù)時，可以直接從輸入井里得到，而無需與輸入機交往，避免了等待使用輸入機的情況發(fā)生。如果有，就啟動輸出設(shè)備（如打印機）進行輸出。（3）井管理程序分為“井管理讀程序”和“井管理寫程序”。11. 為了能夠使CPU與設(shè)備控制器中的各個寄存器進行通信，I/O系統(tǒng)常采用哪樣的兩種方法來實現(xiàn)？答：為使CPU與設(shè)備控制器中的各個寄存器進行通信，I/O系統(tǒng)常采用“單獨的I/O空間”和“內(nèi)存映射I/O”兩種方法來實現(xiàn)。這樣，計算機系統(tǒng)除了內(nèi)存空間外，還有一個I/O端口地址空間。在“內(nèi)存映射I/O”方法里，設(shè)備控制器里的每個寄存器沒有了特定的設(shè)備（端口）地址，而是唯一地與一個內(nèi)存地址相關(guān)聯(lián)，這些地址不會分配作他用。也就是說，采用內(nèi)存映射I/O，可以減少CPU中指令類型的數(shù)目。試問如果初始時假定是由里往外移動磁臂，則調(diào)度結(jié)果又是什么？解：這時調(diào)度的順序是11→9→1→12→16→34→36，總共劃過的柱面數(shù)是： 2+8+11+4+18+2=452．磁盤請求以238柱面的次序到達磁盤驅(qū)動器。（a）先來先服務(wù)；（b）最短查找時間優(yōu)先；（c）電梯算法（初始由外向里移動）。（b）最短查找時間優(yōu)先時，調(diào)度的順序是20→22→10→6→2→38→40（由于磁臂起始時定位于柱面20，所以可以把后面第20柱面的訪問立即進行），總共劃過的柱面數(shù)是： 2+12+4+4+36+2=60 因此，總的查找時間為：606=360ms。3．假定磁盤的移動臂現(xiàn)在處于第8柱面。序 號柱 面 號磁 頭 號扇 區(qū) 號1963275631520649445209567152解：由于移動臂現(xiàn)在處于第8柱面，如果按照“先來先服務(wù)”調(diào)度算法，對這6個I/O的響應(yīng)次序應(yīng)該是8→9→7→15→9→20→7；如果是按照“最短查找時間優(yōu)先”調(diào)度算法，對這6個I/O的響應(yīng)次序可以有兩種，一是8→9→7→15→20（到達9時完成1和4的請求，到達7時完成2和6的請求），二是8→7→9→15→20（到達7時完成2和6的請求，到達9時完成1和4的請求）；如果按照“電梯”調(diào)度算法，對這6個I/O的響應(yīng)次序可以有兩種，一是8→9→15→20→7（由里往外的方向，到達9時完成1和4的請求，到達7時完成2和6的請求），二是8→7→9→15→20（由外往里的方向，到達7時完成2和6的請求，到達9時完成1和4的請求）；如果按照“單向掃描”調(diào)度算法，對這6個I/O的響應(yīng)次序是8→9→15→20→0→7。2．所謂“文件系統(tǒng)”，由與文件管理有關(guān)的 那部分軟件 、被管理的文件以及管理所需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)三部分組成。4．在用位示圖管理磁盤存儲空間時，位示圖的尺寸由磁盤的 總塊數(shù) 決定。6．操作系統(tǒng)是通過 文件控制塊（FCB）感知一個文件的存在的。這樣，所有用戶組存取權(quán)限的集合稱為該文件的 存取控制表 。9．如果把文件視為有序的字符集合，在其內(nèi)部不再對信息進行組織劃分，那么這種文件的邏輯結(jié)構(gòu)被稱為“ 流式文件 ”。11. 操作系統(tǒng)應(yīng)該提供一個環(huán)境，保證信息使用的私密和共享，這是系統(tǒng) 內(nèi)部 的安全問題；另一方面，操作系統(tǒng)還需要提供各種手段，防止來自各方的有意或無意的入侵和攻擊，這是系統(tǒng) 外部 的安全問題。它通常有兩種方法，一是所謂的“ 全量 轉(zhuǎn)儲”，一是所謂的“ 增量 轉(zhuǎn)儲”。A．索引文件 B．記錄式文件 C．串聯(lián)文件 D．連續(xù)文件2．有一磁盤，共有10個柱面，每個柱面20個磁道，每個盤面分成16個扇區(qū)。如果字長是16個二進制位，那么位示圖共需 A 字。這就是所謂的 B 。A．PCB B．DCB C．FCB D．JCB5．一個文件的絕對路徑名總是以 C 打頭。A．當(dāng)前目錄 B．根目錄C．多級目錄 D．二級目錄7．從用戶的角度看，引入文件系統(tǒng)的主要目的是 D 。A．流式文件和記錄式文件 B．索引文件和隨機文件C．永久文件和臨時文件 D．只讀文件和讀寫文件9．位示圖用于 B 。A．建立 B．打開 C．關(guān)閉 D．刪除11. 文件目錄采用樹型結(jié)構(gòu)而不采用簡單的表結(jié)構(gòu)，最主要的原因是 C 。因此，可以很方便地用相同數(shù)量的二進制位來對應(yīng)管理它們。因此，也就無法用位示圖法來管理這些分區(qū)的使用情況。同樣，也可以通過把一個文件復(fù)制到一個新文件、然后刪除舊文件的方法達到給文件重新命名的目的。RENAME命令將根據(jù)舊文件名找到文件的目錄項，把里面登記的舊文件名改為新文件名。后一種方法是先對文件進行復(fù)制，為其起一個新的名字，然后再刪除舊的文件。所以，采用這種方法雖然也能夠達到給文件重新命名的目的，但顯得要比前一種方法復(fù)雜一些?！澳夸浳募眲t是指如果文件很多，那么文件目錄項的數(shù)量也就很多。因此，“文件目錄”和“目錄文件”是兩個不同的概念，不能混為一談。從根目錄出發(fā)、一直到所要訪問的文件，將所經(jīng)過的目錄名字用分隔符連接起來，所形成的字符串，就是該文件的絕對路徑名。可以看出，絕對路徑名是文件的全名，必須從根目錄開始。相對路徑名總是從當(dāng)前目錄往下，所以文件的相對路徑名與當(dāng)前位置有關(guān)，是不惟一的。答：所謂“創(chuàng)建文件”，表示原先該文件并不存在。文件創(chuàng)建后，有了它的FCB，系統(tǒng)才真正感知到它的存在；“打開文件”是這個文件已經(jīng)存在，只是它的有關(guān)信息不在內(nèi)存。6．試述“刪除文件”與“關(guān)閉文件”兩個系統(tǒng)調(diào)用在功能上的不同之處。文件沒有了FCB，系統(tǒng)也就無法感知到它的存在了。這樣一來，在內(nèi)存活動目錄表里沒有了該文件的信息，就不能夠?qū)@個文件進行讀、寫了。如果要操作，就必須再次將它打開（即把FCB里的信息復(fù)制到內(nèi)存的活動目錄表），然后再進行操作。但FCB是在磁盤里。這種做法，無疑影響了文件操作的執(zhí)行速度。這樣，查找文件的FCB，就不必每次都要去訪問磁盤。那么應(yīng)該把這一功能安排在哪個系統(tǒng)調(diào)用里合適？如何安排？答：文件系統(tǒng)中設(shè)置打開命令的根本目的，是減少文件操作時與磁盤的交往次數(shù)。這時，在讀、寫命令功能前面添加這樣的處理：總是先到內(nèi)存的活動目錄表里查找該文件的FCB。于是應(yīng)該先按照文件名，到磁盤上去查找該文件的FCB，把它復(fù)制到內(nèi)存的活動目錄表里，然后再進行對它的操作。這樣的冗余信息，在系統(tǒng)出錯或磁盤損壞時，可以用來進行對數(shù)據(jù)的糾錯，或修復(fù)，從而改善磁盤存儲的可靠性。當(dāng)前，將同時具有這兩種性能的磁盤陣列稱為“獨立磁盤冗余陣列（RAID）”。假定表示一個磁盤地址需要D個二進制位，一個磁盤共有B塊，其中有F塊空閑。所以在當(dāng)前條件下，用成組鏈接法來管理磁盤空間中的F個空閑塊時，要用FD個二進制位的存儲空間來管理它們。2．假定磁帶的存儲密度為每英寸800個字符，每個邏輯記錄長為160個字符。分別回答：（1）不采用記錄成組技術(shù)，這時磁帶存儲空間的利用率是多少？（2）采用以5個邏輯記錄為一組的成組技術(shù)進行存放，這時磁帶存儲空間的利用率是多少？（3）若希望磁帶存儲空間的利用率大于50%，應(yīng)該多少個邏輯記錄為一組？解：（1）如果不采用記錄成組技術(shù)，存放一個邏輯記錄，就要有一個記錄間隙。所以一個邏輯記錄占用的磁帶長度是： 160/800=（英寸）。5個邏輯記錄占用的磁帶長度是： 5=1（英寸）。這就是說，存放x個邏輯記錄后，有一個記錄間隙。所以，磁帶存儲空間的利用率是： x/（x+）=解這個一元一次方程式，x=3。3．假定有一個名為MYFILE的文件，共有10個邏輯記錄，每個邏輯記錄長為250個字節(jié)。把MYFILE采用鏈接結(jié)構(gòu)存儲在磁盤上。（2）現(xiàn)在用戶要讀文件上包含第1425個字符的邏輯記錄。解：（1）由于每個邏輯記錄長為250個字節(jié)，磁盤塊尺寸為512字節(jié)。假定系統(tǒng)分配給該文件的磁盤塊號是：2354。（2）首先要知道包含第1425字節(jié)的邏輯記錄應(yīng)該放在鏈接結(jié)構(gòu)的第幾塊。所以 1425/（2502）=2（“/”表示整除運算）即包含第1425字節(jié)的邏輯記錄應(yīng)該放在鏈接結(jié)構(gòu)的第3塊（注意，由于是用整除，所以第1塊應(yīng)該是0）。最后，由 1425%（2502）=425 （“%”表示求余運算）且 25014252502所以把緩沖區(qū)里的第2個記錄讀到用戶指定的內(nèi)存區(qū)里。磁盤塊的尺寸與邏輯記錄相同。請： （1）畫出這三種文件的物理結(jié)構(gòu)圖； （2）若要隨機讀取記錄r7。 解：（1）三種文件的物理結(jié)構(gòu)圖如下： （2）若要隨機讀取記錄r7，在連續(xù)文件時，只需直接讀第107磁盤塊，因此只要做一次磁盤讀操作。因此，要讀記錄r7，需要做8次讀磁盤塊操作。因此，需要進行2次讀磁盤的操作。數(shù)組的前4個元素為直接索引表，第5個元素為一級間接索引，第6個元素為二級間接索引。請回答：（1）該文件系統(tǒng)能建立的最大文件尺寸為多少字節(jié)？（2）名為ZONG的文件有268個記錄，每個記錄尺寸為512個字節(jié)，試畫出該文件的物理結(jié)構(gòu)。這時： 268=4+256+8表明應(yīng)該用到二級索引，其物理結(jié)構(gòu)為：第6章習(xí)題答案一、填空1．信號量的物理意義是當(dāng)信號量值大于零時表示 可分配資源的個數(shù) ；當(dāng)信號量值小于零時，其絕對值為 等待使用該資源的進程的個數(shù) 。3．用P、V操作管理臨界區(qū)時，一個進程在進入臨界區(qū)前應(yīng)對信號量執(zhí)行 P 操作，退出臨界區(qū)時應(yīng)對信號量執(zhí)行 V 操作。若使用信號量機制實現(xiàn)對臨界資源的互斥訪問，則該信號量取值最大為 1 ，最小為 ?（m?1）。當(dāng)有一個進程進入臨界區(qū)時，信號量的值就變?yōu)?。最多的情況是讓一個進程進入后，其余（m?1）個進程都在等待進入。5．對信號量S的P操作原語中，使進程進入相應(yīng)信號量隊列等待的條件是 Vs0 。7．產(chǎn)生死鎖的4個必要條件是互斥、非剝奪、部分分配和 循環(huán)等待 。9．信箱在邏輯上被分為 信箱頭 和 信箱體 兩部分。二、選擇1．P、V操作是 A 。A．共享系統(tǒng)資源 B．在執(zhí)行的時間上是重疊的C．順序執(zhí)行 D．相互制約3．若信號量S初值為2，當(dāng)前值為?1，則表示有 B 個進程在與S相關(guān)的隊列上等待。A．?1 B．0 C．1 D．隨意5．用V操作喚醒一個等待進程時，被喚醒進程的狀態(tài)變?yōu)?B 。A．沒有進程進入臨界區(qū)B．有一個進程進入臨界區(qū)C．有一個進程進入臨界區(qū)，另一個在等待進入臨界區(qū)D．不定7．在系統(tǒng)中采用按序分配資源的策略，將破壞產(chǎn)生死鎖的 D 條件。試問該系統(tǒng)不會產(chǎn)生死鎖的最少資源總數(shù)應(yīng)該是 B 。A．死鎖避免 B．死鎖防止 C．死鎖檢測 D．死鎖解除10．信箱通信是進程間的一種 B 通信方式。在計數(shù)程序B里要對共享變量COUNT進行操作： 打印COUNT的值。這兩段程序是不能交叉進行的，不然就會出現(xiàn)與時間有關(guān)的錯誤。然后把兩個圖匯集在一起，體會它們?nèi)咧g正確的