西安性信息：计算机操作系统(第四版)课后习题答案西电版V2.0校对版

第一章操作系统引论

1.设计现代OS的主要目标是什么?

答: (1) 有效性(2) 方便性(3) 可扩充性(4)开放性

2.OS的作用可表现在哪几个方面?

答: (1) OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口

(2) OS作为计算机系统资源的管理者

(3) OS实现了对计算机资源的抽象

3.为什么说OS实现了对计算机资源的抽象?

答:OS首先在裸机上覆盖一层I/0设备管理软件，实现了对计算机硬件操作的第一层次抽象;在第一层软件上再覆盖文件管理软件，实现了对硬件资源操作的第二层次抽象。OS通过在计算机硬件上安装多层系统软件，增强了系统功能，隐藏了对硬件操作的细节，由它们共同实现了对计算机资源的抽象。

4.试说明推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是什么?

答:主要动力来源于四个方面的社会需求与技术发展:

(1)不断提高计算机资源的利用率;

(2)方便用户;

(3)器件的不断更新换代;

(4)计算机体系结构的不断发展。

5.何谓脱机I/0和联机I/0?

答:脱机I/0是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机，在外围机的控制下，把纸带或卡片上的数据或程序输入到磁带上。该方式下的输入输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进行的。而联机I/0方式是指程序和数据的输入输出都是在主机的直接控制下进行的。

6.试说明推动分时系统形成和发展的主要动力是什么?

答:推动分时系统形成和发展的主要动力是更好地满足用户的需要。主要表现在:CPU的分时使用缩短了作业的平均周转时间;人机交互能力使用户能直接控制自己的作业;主机的共享使多用户能同时使用同一台计算机，独立地处理自己的作业。

7.实现分时系统的关键问题是什么?应如何解决?

答:关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及时接收并及时处理该命令，在用户能接受的时延内将结果返回给用户。

解决方法:针对及时接收问题，可以在系统中设置多路卡，使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据;为每个终端配置缓冲区，暂存用户键入的命令或数据。针对及时处理问题，应使所有的用户作业都直接进入内存,并且为每个作业分配一个时间片 ,允许作业只在自己的时间片内运行，这样在不长的时间内，能使每个作业都运行一-次。

8.为什么要引入实时0S?

答:实时操作系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。引入实时0S是为了满足应用的需求，更好地满足实时控制领域和实时信息处理领域的需要。

9.什么是硬实时任务和软实时任务?试举例说明。

答:硬实时任务是指系统必须满足任务对截止时间的要求，否则可能出现难以预测的结果。举例来说，运载火箭的控制等。软实时任务是指它的截止时间并不严格，偶尔错过了任务的截止时间,对系统产生的影响不大。举例:网页内容的更新、火车售票系统。

10.试从交互性、及时性以及可靠性方面，将分时系统与实时系统进行比较。

答: (1) 交互性:实时信息处理系统具有交互性，但人与系统的交互仅限于访些特定的专用服务程序。不像分时系统那样能向终端用户提供数据和资源共享等服务。

(2)及时性:实时信息处理系统对实时性的要求与分时系统类似，都是以人所能接受的等待时间来确定;而实时控制系统的及时性，是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的，一般为秒级到毫秒级，甚至有的要低于100微妙。

(3)可靠性:分时系统也要求系统可靠，但相比之下，实时系统则要求系统具有高度的可靠性。因为任何差错都可能带来巨大的经济损失，甚至是灾难性后果，所以在实时系统中，往往都采取了多级容错措施保障系统的安全性及数据的安全性。

11. OS有哪几大特征?其最基本的特征是什么?

答:并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征;最基本的特征是并发性。

12.在多道程序设计的0S环境下的资源共享与一般情况下的资源共享有何不同?对独占资源应采取何种方式?

一般情况下的资源共享只要通过适当的安排;用户之间并不会产生对资源的竞争。在0S环境下的资源共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。

解决的方法: 1.互斥共享方式。2.同时访问方式

13、 什么是时分复用技术?

答:时分复用技术是将资源在不同的时间片内分配给各种进程使该资源被重复利用，从而提高资源的利用率。如果采用时分复用技术的虚拟处理机，能够在不同的时间片内处理多个用户的请求，从而使得用户感觉自己独占主机，而处理机在这期间内也被充分的利用。

14、是什么原因使操作系统具有异步性?

答:操作系统的异步性体现在三个方面：一是进程的异步性，进程以人们不可预知的速度向 前推进，二是程序的不可再现性，即程序执行的结果有时是不确定的，三是程序执行时间的 不可预知性，即每个程序何时执行，执行顺序以及完成时间是不确定的。

15.处理机管理有哪些主要功能?它们的主要任务是什么?

答: .处理机管理的主要功能是:进程管理、进程同步、进程通信和处理机调度;进程管理:为作业创建进程，撤销已结束进程，控制进程在运行过程中的状态转换。

进程同步:为多个进程( 含线程)的运行进行协调。

进程通信:用来实现在相互合作的进程之间的信息交换。

处理机调度:

(1)作业调度。从后备队里按照一定的算法， 选出若干个作业，为他们分配运行所需的资源(首先是分配内存)。

(2)进程调度:从进程的就绪队列中，按照一定算法选出一个进程，把处理机分配给它，并设置运行现场，使进程投入执行。

16、 内存管理有哪些主要功能?他们的主要任务是什么?

答:内存管理的主要功能有:内存分配、内存保护、地址映射和内存扩充。

内存分配:为每道程序分配内存。

内存保护:确保每道用户程序都只在自己的内存空间运行，彼此互不干扰。

地址映射:将地址空间的逻辑地址转换为内存空间与对应的物理地址。

内存扩充:用于实现请求调用功能，置换功能等。

17、设备管理有哪些主要功能?其主要任务是什么?

答:主要功能有:缓冲管理、设备分配和设备处理以及虚拟设备等。

主要任务:完成用户提出的I\O请求，为用户分配I\O设备;提高CPU和I\O设备的利用率;提高I\O速度;以及方便用户使用I\O设备。

18.文件管理有哪些主要功能?其主要任务是什么?

答:文件管理主要功能:文件存储空间的管理、目录管理、文件的读\写管理和保护。

文件管理的主要任务:管理用户文件和系统文件，方便用户使用，保证文件安全性。

19.试说明推动传统OS演变为现在OS的主要因素是什么?

答:系统安全、网络的功能和服务、支持多媒体。

20、什么是微内核OS？

答:足够小的内核;基于客户\服务器模式;应用机制与策略分离原理;采用面向对象技术。

21、微内核的操作系统有哪些优点?它为何能有这些优点?

答：

1) 提高了系统的可扩展性

2) 增强了系统的可靠性

3) 可移植性强，易于改编应用软件

4) 提供了对分布式系统的支持

5）融入了面向对象技术

原因：微内核os结构是建立在模块化，层次化结构基础上的，并且采用了客户\服务器模式和面向对象的程序设计技术。

22、现代操作系统较之传统操作系统又增强了哪些功能和特征?

答:进程管理、低级存储器管理、中断和陷入处理。

23、在微内核0S中，为什么要采用客户\服务器模式?

答: C\S有以下独特的优点:

1、数据的分布和存储;

2、 便于集中管理;

3、灵活性和可扩充性;

4、易于改编应用软件。

24、在基于微内核结构的OS中,应用了哪些技术?

答:在基于微内核的OS中采用了机制与策略分离原理和面向对象的程序设计技术。

25、何谓微内核技术?在微内核中通常提供了哪些功能?

答:把操作系统中更多的成分和功能放到更高的层次(即用户模式)中去运行，而留下一个尽量小的内核，用它来完成操作系统最基本的核心功能，称这种技术为微内核技术，在微内核中通常提供了进程管理，低级存储器管理，中断和陷入处理等功能。

由于该书版本相同但版次不同，故以下内容xbmu2018级选用教材上没有。

26、模块接口法存在哪些问题?可通过什么样的途径来解决?

答: (1)模块接口法存在的问题:①在0S设计时，各模块间的接口规定很难满足在模块完成后对接口的实际需求。②)在0S设计阶段， 设计者必须做出一系列的决定，每一个决定必须建立在上-一个决定的基础.上。但模块化结构设计的各模块设计齐头并进，无法寻找可靠的顺序，造成各种决定的无序性，使程序设计人员很难做到设计中的每-步决定都建立在可靠的基础，上,因此模块接口法被称为“无序模块法”

(2)解决途径:将模块接口法的决定顺序无序变有序，引入有序分层法。

27.试列出Windows 0S中五个主要版本，并说明它们分别较之前一-个版本有何改迎。

答(1) Microsoft Windows 1.0是微软公司在个人电脑上开发图形界面的首次尝试。

(2) Windows 95是混合 的16位/32位系统，第- -个支持32位。带来了更强大、更稳定、更实用的桌面图形用户界面，结束了桌面操作系统间的竞争。

(3) Windows 98是 微软公司的混合16位/32位W indows操作系统，改良了硬件标准的支持，革新了内存管理，是多进程操作系统。

(4) Windows XP是基 于Windows 2000的产 品，拥有新用户图形界面月神Luna。简化了用户安全特性，整合了防火墙。

(5) Windows Vista 采包含 了上百种新功能;特别是新版图形用户界面和Windows Aer o全新界面风格、加强的搜寻功能(Windows Indexing Service) 、新媒体创作工具以及重新设计的网络、 音频、输出(打印)和显示子系统。

28.在8位微机和16位微机中，占据了统治地位的是什么操作系统?

答:单用户单任务操作系统，其中最具代表性的是CP/M和MS-DOS.

29、操作系统与与用户之间的接口有哪些?

1、用户接口:联机用户接口;脱机用户接口;图形用户接口。

2、程序接口

第二章 进程描述与控制

1.什么是前趋图?为什么要引入前趋图?

答:前趋图(Precedence Gr aph)是一个有向无循环图，记为 DAG (Directed Acyclic Graph)，用于描述进程之间执行的前后关系。2.画出下面四条语句的前趋图:

S1: a=x+y;

S2: b=z+1;

S3: c=a-b;

S4: w=c+1;

3.为什么程序并发执行会产生间断性特征?

答:程序在并发执行时，由于它们共享系统资源，为完成同一项任务需要相互合作，致使这些并发执行的进程之间，形成了相互制约关系，从而使得进程在执行期间出现间断性。

4.程序并发执行时为什么会失去封闭性和可再现性?

答:程序并发执行时，多个程序共享系统中的各种资源，因而这些资源的状态由多个程序改变，致使程序运行失去了封闭性，也会导致其失去可再现性。

5.在操作系统中为什么要引入进程概念?它会产生什么样的影响?

答:为了使程序在多道程序环境下能并发执行，并对并发执行的程序加以控制和描述，在操作系统中引入了进程概念。

 影响:使程序的并发执行得以实行。
 6.试从动态性，并发性和独立性上比较进程和程序?
 答: (1) 动态性是进程最基本的特性，表现为由创建而产生，由调度而执行，因得不到资源而暂停执行，由撤销而消亡。进程有一定的生命期，而程序只是一组有序的指令集合，是静态实体。
 (2)并发性是进程的重要特征，同时也是OS的重要特征。引入进程的目的正是为了使其程序能和其它进程的程序并发执行，而程序是不能并发执行的。
(3)独立性是指进程实体是一个能独立运行的基本单位，也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位。对于未建立任何进程的程序，不能作为独立单位参加运行。

7.试说明PCB的作用，为什么说PCB是进程存在的惟一标志?
 答:PCB是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序，成为一个能独立运行的基本单位，成为能与其它进程并发执行的进程。OS是根据PCB对并发执行的进程进行控制和管理的。
8. PCB提供了进程管理和进程调度所需要的哪些信息?
 答:进程标识符、处理机状态、进程调度信息、进程控制信息。
 9、进程控制块的组织方式有哪几种?
 答: 1)线性方式(线性表)，2)链接方式(链接队列)，3)索引方式(索引表）。

10、何谓操作系统内核,内核的主要功能是什么?
 答:现代操作系统一般将OS划分为若干个层次，再将OS的不同功能分别设置在不同的层次中。往往将一些与硬件紧密相关的(如中断处理程序)各种常用的设备驱动程序以及运行频率较高的模块(如时钟管理、进程调度和许多模块公用的一些基本操作) 都安排在紧靠硬件的软件层次中，使之常驻内存，并对他们进行保护。通常把这一部分称之为操作系统的内核。
负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。

11.试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因。
 答：(1)就绪状态→执行状态:进程分配到CPU资源
  (2)执行状态→就绪状态:时间片用完
 (3)执行状态→阻塞状态: I/O请求
 (4)阻塞状态→就绪状态: I/O完成
 12.为什么要引入挂起状态?该状态有哪些性质?
 答:1、引入挂起状态处于五种不同的需要:终端用户需要，父进程需要，操作系统需要，对换需要和负荷调节需要。
 2、处于挂起状态的进程不能接收处理机调度。
 13. 在进行进程切换时，所要保存的处理机状态信息有哪些?
 答:进行进程切换时，所要保存的处理机状态信息有:
 (1)进程当前暂存信息(2)下一指令地址信息
(3)进程状态信息
(4)过程和系统调用参数及调用地址信息。
14. 试说明引起进程创建的主要事件。
答:引起进程创建的主要事件有:用户登录、作业调度、提供服务、应用请求。
15.试说明引起进程被撤销的主要事件。
答:引起进程被撤销的主要事件有:

1、正常结束;
2、异常结束:越界错误、保护错、非法指令、特权指令错、运行超时、等待超时、算术运算错、I/O故障;
3、外界干预:操作员或操作系统干预、父进程请求、父进程终止。
16.在创建一个进程时所要完成的主要工作是什么?

进程之间存在着直接制约和间接制约两种制约关系，其中直接制约（同步）是由于进程间的相互合作而引起的，而间接制约（互斥）则是由于进程间共享临界资源而引起的。

(1) OS发现请求创建新进程事件后，调用进程创建原语

(2)申请空白PCB;

(3)为新进程分配资源;

(4)初始化进程控制块;

(5)将新进程插入就绪队列

17. 在撤销一个进程时所要完成的主要工作是什么?
(1)根据被终止进程标识符，从PCB集中检索出进程PCB，读出该进程状态

(2) 若被终止进程处于执行状态，立即终止该进程的执行，置调度标志真，指示该进程被终止后重新调度。

(3)若该进程还有子进程，应将所有子孙进程终止，以防它们成为不可控进程。

(4)将被终止进程拥有的全部资源，归还给父进程，或归还给系统。

 (5)将被终止进程PCB从所在队列或列表中移出，等待其它程序搜集信息。

18. 试说明引起进程阻塞或被唤醒的主要事件是什么?
 答: a. 请求系统服务; b. 启动某种操作; c.新数据尚未到达; d.无新工作可做。
 19. 为什么要在OS中引入线程?
 答:在操作系统中引入线程,则是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销,使OS具有更好的并发性，提高CPU的利用率。进程是分配资源的基本单位，而线程则是系统调度的基本单位。
 20.试说明线程具有哪些属性?
答: (1)轻型实体(2)独立调度和分派的基本单位(3) 可并发执行(4)共享进程资源。
21.试从调度性，并发性，拥有资源及系统开销方面对进程和线程进行比较。

 (1)调度性。线程在OS中作为调度和分派的基本单位，进程只作为资源拥有的基本单位。

(2)并发性。进程可以并发执行，一个进程的多个线程也可并发执行。

(3)拥有资源。进程始终是拥有资源的基本单位，线程只拥有运行时必不可少的资源，本身基本不拥有系统资源，但可以访问隶属进程的资源。

(4)系统开销。操作系统在创建、撤消和切换进程时付出的开销显著大于线程。

22.线程控制块TCB中包含了哪些内容?
答:一般TCB中的内容较少，因为有关资源分配等多数信息已经记录于所属进程的PCB中，TCB中的主要信息包括线程标识、线程状态、调度参数、现场、链接指针;其中现场信息主要包括通用寄存器、指令计数器PC以及用户栈指针.对于操作系统支持的线程，TCB中还应包含系统栈指针。
 23.何谓用户级线程和内核支持线程?
 (1)用户级线程:仅存在于用户空间中的线程，无须内核支持。这种线程的创建、撤销、 线程间的同步与通信等功能，都无需利用系统调用实现。用户级线程的切换通常应用进程的诸多线程之间，同样无需内核支持。
(2)内核支持线程:在内核支持下运行的线程。无论是用户进程中的线程，还是系统线程中的线程，其创建、撤销和切换等都是依靠内核，在内核空间中实现的。在内核空间里还为每个内核支持线程设置了线程控制块，内核根据该控制块感知某线程的存在并实施控制。
 24.试说明用户级线程的实现方法。
 答:用户级线程是在用户空间中的实现的，所有的用户级线程都具有相同的结构，运行在一个中间系统上。
 运行时系统:用于管理和控制线程的函数的集合。
 内核控制线程或轻型进程LWP:可通过系统调用获得内核提供服务，利用LWP进程作为中间系统。

25.试说明内核支持线程的实现方法。
 答:系统在创建新进程时，分配一个任务数据区PTDA,其中包括若干个线程控制块TCB空间。创建一个线程分配一个TCB，有关信息写入TCB,为之分配必要的资源。当PTDA中的TCB用完,而进程又有新线程时，只要所创建的线程数目未超过系统允许值，系统可为之分配新的TCB;在撤销一个线程时，也应回收线程的所有资源和TCB。

26.多线程模型有哪几种类型?多对一模型有何优缺点?
 答:多对一模型、一对一模型和多对多模型。多对一模型的主要缺点在于，如果一个线程在访问内核时发生阻塞,则整个进程都会被阻塞;此外，在任一时刻，只有一个线程能够访问内核，多个线程不能同时在多个处理机上运行。

 

第三章处理机调度与死锁

 1.高级调度与低级调度的主要任务是什么?为什么要引入中级调度?
 答:高级调度的主要任务是根据某种算法,把外存上处于后备队列中的那些作业调入内存。
低级调度是保存处理机的现场信息，按某种算法先取进程，再把处理器分配给进
 引入中级调度的主要目的是为了提高内存利用率和系统吞吐量。使那些暂时不能运行的进程不再占用内存资源，将它们调至外存等待,把进程状态改为就绪驻外存状态或挂起状态。
 2.处理机调度算法的共同目标是什么?批处理系统的调度目标又是什么?答:共同目标:资源利用率，公平性，平衡性，策略强制执行。
批处理系统的调度目标:平均周转时间短，系统吞吐量高，处理机利用率高。3.何谓作业、作业步和作业流?
答:作业包含通常的程序和数据，还配有作业说明书。系统根据该说明书对程序的运行进行控制。批处理系统中是以作业为基本单位从外存调入内存。
作业步是指每个作业运行期间都必须经过若干个相对独立相互关联的顺序加工的步骤。
作业流是指若干个作业进入系统后依次存放在外存.上形成的输入作业流;在操作系统的控制下，逐个作业进程处理，于是形成了处理作业流。
 

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