操作系统期末复习.doc

1、期末复习一、问答题1什么是“多道程序设计”技术？它对操作系统的形成起到什么作用？答：所谓“多道程序设计”技术，即是通过软件的手段，允许在计算机内存中同时存放几道相互独立的作业程序，让它们对系统中的资源进行“共享”和“竞争”，以使系统中的各种资源尽可能地满负荷工作，从而提高整个计算机系统的使用效率。基于这种考虑，计算机科学家开始把CPU、存储器、外部设备以及各种软件都视为计算机系统的“资源”，并逐步设计出一种软件来管理这些资源，不仅使它们能够得到合理地使用，而且还要高效地使用。具有这种功能的软件就是“操作系统”。所以，“多道程序设计”的出现，加快了操作系统的诞生。2对于分时系统，怎样理解“从宏观

2、上看，多个用户同时工作，共享系统的资源；从微观上看，各终端程序是轮流运行一个时间片”？答：在分时系统中，系统把CPU时间划分成许多时间片，每个终端用户可以使用由一个时间片规定的CPU时间，多个用户终端就轮流地使用CPU。这样的效果是每个终端都开始了自己的工作，得到了及时的响应。也就是说，“从宏观上看，多个用户同时工作，共享系统的资源”。但实际上，CPU在每一时刻只为一个终端服务，即“从微观上看，各终端程序是轮流运行一个时间片”。3作业调度与进程调度有什么区别？答：作业调度和进程调度（即CPU调度）都涉及到CPU的分配。但作业调度只是选择参加CPU竞争的作业，它并不具体分配CPU。而进程调度是在

3、作业调度完成选择后的基础上，把CPU真正分配给某一个具体的进程使用。4系统调用与一般的过程调用有什么区别？答：系统调用是指在用户程序中调用操作系统提供的功能子程序；一般的过程调用是指在一个程序中调用另一个程序。因此它们之间有如下三点区别。（1）一般的过程调用，调用者与被调用者都运行在相同的CPU状态，即或都处于目态（用户程序调用用户程序），或都处于管态（系统程序调用系统程序）；但发生系统调用时，发出调用命令的调用者运行在目态，而被调用的对象则运行在管态，即调用者与被调用者运行在不同的CPU状态。（2）一般的过程调用，是直接通过转移指令转向被调用的程序；但发生系统调用时，只能通过访管指令提供的一

4、个统一的入口，由目态进入管态，经分析后，才转向相应的操作系统命令处理程序。（3）一般的过程调用，在被调用者执行完后，就径直返回断点继续执行；但系统调用可能会导致进程状态的变化，从而引起系统重新分配处理机。因此，系统调用处理结束后，不一定是返回调用者断点处继续执行。5为什么请求分页式存储管理能够向用户提供虚拟存储器？答：请求分页式存储管理的基本思想是：操作系统按照存储块的尺寸，把用户作业地址空间划分成页，全部存放在磁盘上。作业运行时，只先装入若干页。运行过程中遇到不在内存的页时，操作系统就把它从磁盘调入内存。这样一来，用户的作业地址空间无需顾及内存的大小。这与虚拟存储器的思想是完全吻合的。所以，

5、请求分页式存储管理能够向用户提供虚拟存储器。6试述缺页中断与一般中断的区别。答：在计算机系统中，由于某些事件的出现，打断了当前程序的运行，而使CPU去处理出现的事件，这称为“中断”。通常，计算机的硬件结构都是在执行完一条指令后，去检查有无中断事件发生的。如果有，那么就暂停当前程序的运行，而让CPU去执行操作系统的中断处理程序，这叫“中断响应”。CPU在处理完中断后，如果不需要对CPU重新进行分配，那么就返回被中断进程的程序继续运行；如果需要进行CPU的重新分配，那么操作系统就会去调度新进程。由上面的讲述可以看出，缺页中断与一般中断的区别如下。（1）两种中断产生的时刻不同：缺页中断是在执行一条指

6、令中间时产生的中断，并立即转去处理；而一般中断则是在一条指令执行完毕后，当硬件中断装置发现有中断请求时才去响应和处理。（2）处理完毕后的归属不同：缺页中断处理完后，仍返回到原指令去重新执行，因为那条指令并未执行；而一般中断则是或返回到被中断进程的下一条指令去执行，因为上一条指令已经执行完了，或重新调度，去执行别的进程程序。7设备管理的主要功能是什么？答：设备管理的主要功能是：（1）提供一组I/O命令，以便用户进程能够在程序中提出I/O请求，这是用户使用外部设备的“界面”；（2）记住各种设备的使用情况，实现设备的分配与回收；（3）对缓冲区进行管理，解决设备与设备之间、设备与CPU之间的速度匹配问

7、题；（4）按照用户的具体请求，启动设备，通过不同的设备驱动程序，进行实际的I/O操作；I/O操作完成之后，将结果通知用户进程，从而实现真正的I/O操作。8启动磁盘执行一次输入/输出操作要花费哪几部分时间？哪个时间对磁盘的调度最有影响？答：执行一次磁盘的输入/输出操作需要花费的时间包括三部分：（1）查找时间；（2）等待时间；（3）传输时间。在这些时间中，传输时间是设备固有的特性，无法用改变软件的办法将它改进。因此，要提高磁盘的使用效率，只能在减少查找时间和等待时间上想办法，它们都与I/O在磁盘上的分布位置有关。由于磁臂的移动是靠控制电路驱动步进电机来实现，它的运动速度相对于磁盘轴的旋转来讲较缓慢

8、因此，查找时间对磁盘调度的影响更为主要。9如果一个文件系统没有提供显式的打开命令（即没有OPEN命令），但又希望有打开的功能，以便在使用文件时能减少与磁盘的交往次数。那么应该把这一功能安排在哪个系统调用里合适？如何安排？答：文件系统中设置打开命令的根本目的，是减少文件操作时与磁盘的交往次数。如果系统没有提供显式的打开命令，但又要能减少与磁盘的交往次数，那么只需把这一功能安排在读或写系统调用命令里。这时，在读、写命令功能前面添加这样的处理：总是先到内存的活动目录表里查找该文件的FCB。如果找到，则表明在此前文件已经被打开，于是就可以立即进行所需要的读、写操作；如果没有找到，那么表明在此前文件还

9、没有打开。于是应该先按照文件名，到磁盘上去查找该文件的FCB，把它复制到内存的活动目录表里，然后再进行对它的操作。10为什么在使用文件之前，总是先将其打开后再用？答：有关文件的信息都存放在该文件的FCB里，只有找到文件的FCB，才能获得它的一切信息。但FCB是在磁盘里。因此，只要对文件进行操作，就要到磁盘里去找它的FCB。这种做法，无疑影响了文件操作的执行速度。正因为如此，操作系统才考虑在对文件进行操作前，先将其打开，把文件的FCB内容复制到内存中来。这样，查找文件的FCB，就不必每次都要去访问磁盘。二、计算题1设有一组作业，它们的到达时间和所需CPU时间如下所示。作业号到达时间所需CPU时间

10、19:0070分钟29:4030分钟39:5010分钟410:105分钟分别采用先来先服务和短作业优先作业调度算法。试问它们的调度顺序、作业周转时间以及平均周转时间各是什么？解：（1）采用先来先服务作业调度算法时的实施过程如下。作业号到达时间所需CPU时间开始时间完成时间周转时间19:0070分钟9:0010:1070分钟29:4030分钟10:1010:4060分钟39:5010分钟10:4010:5060分钟410:105分钟10:5010:5545分钟这时，作业的调度顺序是1234。其平均周转时间为：（70 + 60 + 60 + 45）/ 4 = 58.75 （2）采用短作业优先作业调

11、度算法时的实施过程如下。作业号到达时间所需CPU时间开始时间完成时间周转时间19:0070分钟9:0010:1070分钟410:105分钟10:1010:155分钟39:5010分钟10:1510:2535分钟29:4030分钟10:2510:5575分钟这时，作业的调度顺序是1432。其平均周转时间为：（70 + 5 + 35 + 75）/ 4 = 46.252某系统有三个作业：作业号到达时间所需CPU时间18.81.529.00.439.51.0系统确定在它们全部到达后，开始采用响应比高者优先调度算法，并忽略系统调度时间。试问对它们的调度顺序是什么？各自的周转时间是多少？解：三个作业是在9

12、5时全部到达的。这时它们各自的响应比如下：作业1的响应比 =（9.5 8.8）/ 1.5 = 0.46作业2的响应比 =（9.5 9.0）/ 0.4 = 1.25作业3的响应比 =（9.5 9.5）/ 1.0 = 0因此，最先应该调度作业2运行，因为它的响应比最高。它运行了0.4后完成，这时的时间是9.9。再计算作业1和3此时的响应比：作业1的响应比 =（9.9 8.8）/ 1.5 = 0.73作业3的响应比 =（9.9 9.5）/ 1.0 = 0.40因此，第二个应该调度作业1运行，因为它的响应比最高。它运行了1.5后完成，这时的时间是11.4。第三个调度的是作业3，它运行了1.0后完成，

13、这时的时间是12.4。整个实施过程如下。作业号到达时间所需CPU时间开始时间完成时间周转时间29.00.49.59.90.918.81.59.911.42.639.51.011.412.42.9作业的调度顺序是213。各自的周转时间为：作业1为0.9；作业2为2.6；作业3为2.9。3某请求分页式存储管理系统，接收一个共7页的作业。作业运行时的页面走向如下： 1，2，3，4，2，1，5，6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，6若采用最近最久未用（LRU）页面淘汰算法，作业在得到2块和4块内存空间时，各会产生出多少次缺页中断？如果采用先进先出（FIFO）页面淘汰算法时，结果又如何？解：

14、1）采用最近最久未用（LRU）页面淘汰算法，作业在得到2块内存空间时所产生的缺页中断次数为18次，如图3-3（a）所示；在得到4块内存空间时所产生的缺页中断次数为10次，如图3-3（b）所示。图3-3 LRU时的情形（2）采用先进先出（FIFO）页面淘汰算法，作业在得到2块内存空间时所产生的缺页中断次数为18次，如图3-4（a）所示；在得到4块内存空间时所产生的缺页中断次数为14次，如图3-4（b）所示。图3-4 FIFO时的情形关于先进先出（FIFO）页面淘汰算法，在给予作业更多的内存块时，缺页中断次数有可能上升，这是所谓的异常现象。但要注意，并不是在任何情况下都会出现异常。是否出现异常，

15、取决于页面的走向。本题所给的页面走向，在FIFO页面淘汰算法下，并没有引起异常：2块时缺页中断次数为18次，4块时缺页中断次数为14次。4系统内存被划分成8块，每块4KB。某作业的虚拟地址空间共划分成16个页面。当前在内存的页与内存块的对应关系如下表所示，未列出的页表示不在内存。页 号块 号页 号块 号02441153269530117试指出对应于下列虚拟地址的绝对地址：（a）20（b）4100（c）8300解：（a）虚拟地址20对应的页号是0，页内位移是20。用0去查页表，知道第0页现在存放在内存的第2块。由于每块的长度是4KB，所以第2块的起始地址为8192。因此，虚拟地址20所对应的绝对

16、地址是： 8192+20=8212（b）虚拟地址4100对应的页号是： 4100/4096=1（“/”是整除运算符）对应的页内位移是： 4100%4096=4（“%”是求余运算符）用1去查页表，知道第1页现在存放在内存的第1块。第1块的起始地址为4096。因此，虚拟地址4100所对应的绝对地址是： 4096+4=4100（c）虚拟地址8300对应的页号是： 8300/4096=2（“/”是整除运算符）对应的页内位移是： 8300%4096=108（“%”是求余运算符）用2去查页表，知道第2页现在存放在内存的第6块。第6块的起始地址为 64K=24576因此，虚拟地址8300所对应的绝对地址是

17、24576+108=246845磁盘请求以10、22、20、2、40、6、38柱面的次序到达磁盘驱动器。移动臂移动一个柱面需要6ms，实行以下磁盘调度算法时，各需要多少总的查找时间？假定磁臂起始时定位于柱面20。（a）先来先服务；（b）最短查找时间优先；（c）电梯算法（初始由外向里移动）。解：（a）先来先服务时，调度的顺序是20102220240638，总共划过的柱面数是： 10+12+2+18+38+34+32=146因此，总的查找时间为：1466=876ms。（b）最短查找时间优先时，调度的顺序是202210623840（由于磁臂起始时定位于柱面20，所以可以把后面第20柱面的访问立即进行

18、总共划过的柱面数是： 2+12+4+4+36+2=60 因此，总的查找时间为：606=360ms。（c）电梯算法（初始由外向里移动）时，调度的顺序是202238401062（由于磁臂起始时定位于柱面20，所以可以把后面第20柱面的访问立即进行），总共划过的柱面数是： 2+16+2+30+4+4=58因此，总的查找时间为：586=348ms。6假定磁盘的移动臂现在处于第8柱面。有如下表所示的6个I/O请求等待访问磁盘，试列出最省时间的I/O响应次序。序 号柱 面 号磁 头 号扇 区 号1963275631520649445209567152解：由于移动臂现在处于第8柱面，如果按照“先来先服务

19、调度算法，对这6个I/O的响应次序应该是897159207；如果是按照“最短查找时间优先”调度算法，对这6个I/O的响应次序可以有两种，一是8971520（到达9时完成1和4的请求，到达7时完成2和6的请求），二是8791520（到达7时完成2和6的请求，到达9时完成1和4的请求）；如果按照“电梯”调度算法，对这6个I/O的响应次序可以有两种，一是8915207（由里往外的方向，到达9时完成1和4的请求，到达7时完成2和6的请求），二是8791520（由外往里的方向，到达7时完成2和6的请求，到达9时完成1和4的请求）；如果按照“单向扫描”调度算法，对这6个I/O的响应次序是89152007。对比后可以看出，实行8791520的响应次序会得到最省的时间，因为这时移动臂的移动柱面数是： 1+2+6+5 = 14