华工-操作系统课后作业

1. 什么是操作系统？可以从哪些角度阐述操作系统的作用？

答：操作系统是计算机系统中的一个系统软件是能有效地组织和管理计算机系统中的硬件和软件资源合理地组织计算机工作流程控制程序的执行并向用户提供各种服务功能使得用户能够灵活、方便、有效地使用计算机并使整个计算机系统能高效地运行的一组程序模块的集合。

作用：控制管理计算机的全部硬软件资源合理组织计算机内部各部件协调工作为用户提供操作和编辑界面的程序集合。

2. 简要叙述批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统的概念及特点。

答：采用批量处理作业方式的操作系统叫多道批量操作系统（Batch Operating System）。

实时操作系统（Real Time Operating System）是指外界事件或数据产生时，能够接收并以足够快的速度予以处理，其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出快速响应。并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。

允许多个联机用户同时使用一台计算机系统进行计算的操作的系统统称分时操作系统 （Time Sharing Operating System.）。

3. 操作系统需要管理哪些资源？它的基本功能是什么？

答：硬件资源CPU打印机等软件资源数据程序等。操作系统（Operating System，简称OS），是电子计算机系统中负责支撑应用程序运行环境以及用户操作环境的系统软件，同时也是计算机系统的核心与基石。它的职责常包括对硬件的直接监管、对各种计算资源（如内存、处理器时间等）的管理、以及提供诸如作业管理之类的面向应用程序的服务等等。

4. 操作系统对外提供了哪些接口？

答：（1）操作系统的命令接口

通过在用户和操作系统之间提供高级通信来控制程序运行用户通过输入设备发出一系列命令告诉操作系统执行所需功能它包括了键盘操作命令和作业控制命令称为作业一级的用户接口。命令接口的两种最普遍和主要的方式是直接命令方式命令行和间接命令方式命令文件。 （2） 操作系统的程序接口

它是用户程序和操作系统之间的接口用户程序通过它们使用系统资源及系统服务这种接口方式通常采用若干系统调用组成。系统调用是操作系统对外提供的一批系统子功能是一类特殊的过程调用由机器指令完成。 （3）操作系统的交互界面

它直接支持界面和程序界面提供一个易用性的操作平台使用户非常方便地寻找和使用各种命令、执行各类程序完成各种操作。 例菜单驱动、视窗操作环境等。

交互界面要求是友好的设计时应考虑简化命令、用户响应提示、求助和系统后援命令重呼、确认等问题

第二章：进程管理

1．PCB有什么作用？PCB中主要包括什么信息？为什么说PCB是进程存在的唯一标志？

答：操作系统管理的进程是多种多样的要对这些进程实施有效的管理必须对进程进行抽象。为了便于系统控制和描述进程的活动在操作系统核心为进程定义了一个进程控制块PCB。PCB用于描述进程的基本情况以及进程运行和变化的过程它与进程一一对应。当系统创建进程时为进程分配一个PCB在进程运行过程中系统通过PCB对进程实施管理和控制进程结束时系统将收回PCB。

PCB中的内容主要包括调度信息和现场信息两大部分。调度信息包括进程名、进程号、优先级、当前状态、资源信息、程序和数据的位置信息、隶属关系和各种队列指针信息等。现场信息主要包括程序状态字、时钟寄存器和界限寄存器等描述进程运行情况的信息。

在进程的整个生命周期中系统总是通过其PCB 对进程进行控制系统是根据进程的PCB 而不是任何别的什么而感知到该进程的存在的所以说PCB 是进程存在的唯一标志。

2．请画出完整的进程状态转换图并说出在什么情况下进程会出生何种状态转换。

答：进程状态转换图如下：

因等待事件而发生

唤醒 调度 时间片到

运行 就绪 等待 等到某个事件发生而睡眠

3．进程在运行时存在那两种制约关系？并举例说明。

答：1、间接相互制约2、直接制约关系。

间接制约关系是多个进程间彼此无任何逻辑上的关系仅由于它们同处于一个系统共享系统资源而发生了制约关系。如分时系统中有两个用户进程分别编译他们的PASCAL源程序在单CPU系统中这两个进程只能分时占用处理机编译各自的源程序它们间存在着间接制约关系。直接制约关系是多个协作进程之间存在的逻辑上制约关系即一个进程的执行依赖于另一个进程的消息当一个进程没有得到另一个进程的消息时应等待直到消息到达被唤醒为止。如共享一缓冲器的读进程和打印进程它们间存在着直接制约关系因为两个进程必须同步才能完成共同的任务。

4．用信号量(signal和wait操作)实现下图所示前趋关系：

答：wait（S）：while S≤0 do no—op S :=S-1；

Single（S）：S ：=S+1；

5．试比较进程间低级和高级通信工具。当前有哪几种进程间高级通信工具？

答：当前有哪几种进程间高级通信工具 答用户用低级通信工具实现进程通信很不方便因为其效率低通信对用户不透明所有的操作都必须由程序员来实现而高级通信工具则可弥补这些缺陷用户可直接利用操作系统所提供的一组通信命令高效地传送大量的数据。

第三章：处理机调度与死锁

1．什么是处理机高级、中级和低级调度？各级调度的主要任务是什么？

答：高级调度又称为作业调度、长程调度用于决定把外存上处于后备队列中的哪些作业调入内存并为它们创建进程、分配必要的资源排在就绪队列上。中级调度平衡负载调度中程调度。低级调度进程调度、短程调度。 高级调度的主要任务用于决定把外存上处于后备队列中的哪些作业调入内存并为它们创建进程分配必要的资源然后再将新创建的进程插入就绪队列上准备执行。 中级调度的主要任务根据存储资源量和进程的当前状态来决定辅存和主存中进程的对换。 低级调度的主要任务用于决定就绪队列中的哪个进程应获得处理机然后再由分派程序执行将处理机分配给该进程的具体操作。

2．什么是死锁？产生死锁的原因和必要条件是什么？

答：死锁多个进程在运行过程中因争夺资源而陷入僵局。

产生死锁的原因：1、竞争资源；2、进程间推进顺序非法。

产生死锁的必要条件：1、互斥条件（资源独占）；2、请求和保持条件（占资源A，要资源B ）；3、不剥夺条件（未使用完的资源不能被剥夺）；4、环路等待条件（资源占用形成环链）。

3．下列A、B、C、D四个进程在FCFS和SJF调度方式下的平均周转时间和调度先后顺序。

进程名 到达时服务时间 间 1 100 1 100 A B C D

0 1 2 3 4．银行家算法中，若出现下述资源分配情况：

Process P0 P1 P2 P3 P4 Allocation 0032 1000 13 0332 0014 Need 0012 1750 2356 0652 0656 Avilable 1622 试问：（1）该状态是否安全？

（2）若进程P2提出请求Request(1,2,2,2)后，系统能否将资源分配给它？

答：不安全；

第四章：存储器管理

1．简述存储器层次结构分几层，每层存放什么数据，作用是什么？

答：分五层

层0：CPU内寄存器组由编译器完成分配传送速度按处，理机速度； 层1：高速缓存cache可几个层次MMU控制 ；

层2：主存储器基本存储器MMU与操作系统管理存取策略 ； 层3：外存储器硬盘联机存储器I/O处理；

层4：后援存储器光盘、磁带机海量联机存储器I/O处理。

2．分区存储管理中常用哪些分配策略？比较它们的优缺点。

答：1、固定分区存储管理

其基本思想是将内存划分成若干固定大小的分区每个分区中最多只能装入一个作业。当作业申请内

存时系统按一定的算法为其选择一个适当的分区并装入内存运行。由于分区大小是事先固定的因而可容纳作业的大小受到而且当用户作业的地址空间小于分区的存储空间时造成存储空间浪费。

2、可变分区存储管理

可变分区存储管理不是预先将内存划分分区而是在作业装入内存时建立分区使分区的大小正好与

作业要求的存储空间相等。这种处理方式使内存分配有较大的灵活性也提高了内存利用率。但是随着对内存不断地分配、释放操作会引起存储碎片的产生。

3．虚拟存储器有那些特征？其中最本质的特征是什么？

答：a. 虚拟存储器具有离散性，多次性，对换性和虚拟性的特征； b. 其中最本质的特征是离散性。

4．图示并解释请求分页式存储管理地址转换过程。 答：

5．一个作业按依访问如下页面7、0、1、2、0、3、0、4、2、3、0、3、2、1、2、0、1、7、0、

1，若分配给该作业的物理块数M为3，计算在Optical、FIFO和LRU置换算法下的缺页中断次数和缺页率。

答：缺页定义为所有内存块最初都是空的，所以第一次用到的页面都产生一次缺页。 当内存块数量为3时：发生缺页中断的次数为16。

第五章：设备管理

1．计算机系统中I/O设备有哪些分类方式？

答： 可以从多方面对I/O设备进行分类

a 按使用特性分类可以划分为 ：1、存储设备如磁盘、磁带、光盘等；2、 输入/输出设备如打印机、键盘、显示器、音声输入/输出设备等等； 3、 终端设备包括通用终端、专用终端和虚终端；4 脱机设备。

b 按所属关系分类可划分为：1、 系统设备指在操作系统生成时已经等机载系统中的标准设备如打印机、磁盘等时钟也是一系统设备；2、用户设备指在系统生成时未登记在系统中的非标准设备。

c 按资源分配分类可划分为：1、独占设备通常分配给某个进程在该进程释放之前其他进程不能使用。如打印机和纸带读入机；2、共享设备允许若干个进程同时使用。如磁盘机；3、 虚拟设备通过假脱机技术把原来的独占设备改造成若干进程所共享的设备以提高设备的利用率。

d 按传输数据数量分类可划分为：1、字符设备如打印机、终端、键盘等低速设备；2、 块设备如磁盘、磁带等高速外存储器。

2．简要叙述四种I/O控制方式的工作过程。 答：I/O控制方式

1、程序直接控制方式：CPU指挥控制器启动设备工作后反复测试设备的忙闲标志位I/O部件状态寄存器中某一位决定内存和外设之间是否继续交换一个字节。

2、中断控制方式：CPU向外设发出命令后转去做其他工作。当数据到达控制器的数据寄存器后控制器发中断信号要求CPU服务。CPU执行下一步数据传输。

3、DMA方式：允许DMA控制器“接管”总线的控制权直接控制外设与内存的数据交换。

4、通道方式：把对一个数据块的读或写为单位的干预减少为对一组数据块的读或写及有关的控制和管理为单位的干预。 同时又可实现CPU、通道和I/O设备三者的并行操作。

3．什么是设备性？如何实现设备性？

答：设备性是指操作系统把所有外部设备统一当作成文件来看待只要安装它们的驱动程序任何用户都可以象使用文件一样操纵、使用这些设备而不必知道它们的具体存在形式。

为了实现设备的性应引入逻辑设备和物理设备两个概念。在应用程序中使用逻辑设备名称来请求使用某类设备而系统执行时是使用物理设备名称。鉴于驱动程序是一个与硬件或设备紧密相关的软件必须在驱动程序之上设置一层软件称为设备性软件以执行所有设备的公有操作、完成逻辑设备名到物理设

备名的转换为此应设置一张逻辑设备表并向用户层或文件层软件提供统一接口从而实现设备的性。

4．目前常用的磁盘调度算法有哪些？每种算法优先考虑的问题是什么？

答：目前常用的磁盘调度算法有3种包括FCFS、SSTF和SCAN。它们优先考虑的问题分别如下：

FCFS，即先来先服务，优先考虑请求的先后次序。 SSTF，即最短寻道优先，优先考虑寻道时间短的请求。

SCAN，即扫描算法，主要从寻道较短且无“饥饿”现象两方面考虑。目前该算法又发展了多个修正版

本电梯调度算法就是其中之一。

第六章：文件管理

1．什么是文件的逻辑结构和物理结构？按照这两种结构文件可以分为哪些类别？各有什么特

点？

答：文件的逻辑结构：从用户观点出发所观察到的文件组成形式是用户可以直接处理的数据及其结构于文件的物理特性又称文件组织。 文件的物理结构 又称为文件的存储结构 是指文件在外存上的存储组织形式。

文件的逻辑结构可分为有结构文件和无结构文件。有结构文件是指由一个以上的记录构成的文件又称为记录式文件。根据记录的长度又可分为定长和不定长两类。定长记录指文件中所有记录的长度都是相同的。变长记录指文件中各记录的长度不相同。

根据组织方式不同又分为顺序文件、索引文件、索引顺序文件和无结构文件。

2．外存分配有哪些方式？

答：外存分配方式有：连续分配方式、链接分配方式和索引分配方式。

3．什么是目录？什么是目录文件？文件控制块中包含什么信息项？

答：1、目录：是文件的索引。

2、文件目录是一种数据结构用于表示系统中的文件及其物理地址供检索时使用 。 3、文件控制块中包含基本信息、存储控制信息和使用信息。

4．常用的文件存储空间管理方法有哪些？

答：常用的方法有空闲表法和空闲链表法。

第八章：网络操作系统

1．简述OSI七层模型分别是哪七层，每层有什么功能？

答：1、物理层

物理层所处理的数据单位是比特bit物理层向上为数据链路层提供物理链路实现透明的比特流bit stream传输服务物理层向下与物理媒体相连要确定连接物理媒体的网络接口的机械、电气、功能和过程方面的特性。

2、数据链路层

数据链路层负责在单个链路上的结点间传送以帧frame为PDU的数据在不太可靠的物理链路上实现可

靠的数据传输。数据链路层的主要功能包括建立、维持和释放数据链路的连接链路的访问控制流量控制和差错控制。

3、网络层

网络层传送的PDU称为分组或包packet在物理网络间传送分组负责将源端主机的报文通过中间转发结点传送到目的端。网络层是通信子网的最高层为主机提供虚电路和数据报两种方式的服务。网络层主要负责分组转发和路由选择根据路由表把分组逐跳地由源站传送到目的站并能适应网络的负载及拓扑结构的变化动态地更新路由表。

4、传输层

传输层传输的PDU称为报文message传输层为源结点和目的结点的用户进程之间提供端到端的可靠的传输服务。端到端的传输指的是源结点和目的结点的两个传输层实体之间不涉及路由器等中间结点。为了保证可靠的传输服务传输层具备以下一些功能面向连接、流量控制与拥塞控制、差错控制相网络服务质量的选择等。

5、会话层

会话层在传输层服务的基础上增加控制会话的机制建立、组织和协调应用进程之间的交互过程。会话层提供的会话服务种类包括双工、半双工和单工方式。会话管理的一种方式是令牌管理只有令牌持有者才能执行某种操作。会话层提供会话的同步控制当出现故障时会话活动在故障点之前的同步点进行重复而不必从头开始。

6、表示层

表示层定义用户或应用程序之间交换数据的格式提供数据表示之间的转换服务保证传输的信息到达目的端后意义不变。

7、应用层

应用层直接面向用户应用为用户提供对各种网络资源的方便的访问服务。

2．TCP/IP网络体系结构分几层？每层作用是什么？

答：TCP/IP网络体系结构分4层。

应用层应用程序间沟通的层如简单电子邮件传输SMTP、文件传输协议FTP、网络远程访问协议Telnet等。

传输层在此层中它提供了节点间的数据传送服务如传输控制协议TCP、用户数据报协议UDP等TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中这一层负责传送数据并且确定数据已被送达并接收。

互连网络层负责提供基本的数据封包传送功能让每一块数据包都能够到达目的主机但不检查是否被正确接收如网际协议IP。

网络接口层对实际的网络媒体的管理定义如何使用实际网络如Ethernet、Serial Line等来传送数据。

3．为了实现网络通信，NOS必须具有什么基本功能？

答：网络操作系统功能通常包括处理机管理、存储器管理、设备管理、文件系统管理以及为了方便用户使用操作系统向用户提供的用户接口网络环境下的通信、网络资源管理、网络应用等特定功能 。此外还有：

1. 网络通信

这是网络最基本的功能其任务是在源主机和目标主机之间实现无差错的数据传输。 2. 资源管理 对网络中的共享资源硬件和软件实施有效的管理、协调诸用户对共享资源的使用、保证数据的安全性和一致性。

3. 网络服务

电子邮件服务、文件传输、存取和管理服务、共享硬盘服务、共享打印服务。 4. 网络管理

网络管理最主要的任务是安全管理一般这是通过“存取控制”来确保存取数据的安全性以及通过“容错技术”来保证系统故障时数据的安全性。 5.互操作能力 所谓互操作在客户/服务器模式的LAN环境下是指连接在服务器上的多种客户机和主机不仅能与服务器通信而且还能以透明的方式访问服务器上的文件系统 。