操作系统概论课后习题

第一章操作系统简介

一、单项选择题

1.linux操作系统是（）

A.单用户单任务操作系统

B. 单用户多任务操作系统

C. 多用户单任务操作系统

D. 分时操作系统

2.操作系统内核中文件系统模块的主要功能是（）

A.实现虚拟存储

B. 保存系统文档和用户文档

C. 保护系统数据

D. 实现对文件的按名存取和文件的存储

3.下列关于批处理系统的叙述中，正确的是（）

A.批处理系统允许多个用户与计算机直接交互

B.批处理系统分为单道批处理系统和多道批处理系统。

C.单道批处理系统也可能同时是分时系统。

D.多道程序系统就是指多道批处理系统。

二、填空题

1.单道批处理系统的内存中只能驻留_______ 道用户作业，CPU和内存资源被用户作业独占。

2.单道批处理系统与无操作系统的计算机系统相比而言，减少了______________ 的时间。

3.操作系统是一组控制和经管计算机_______ 和_______ 资源、合理地对各类作业进行调度，以及方便用户的程序集合。

4.并发是指两个或两个以上的事件在______________ 的发生。

5.现代操作系统的特征包括并发、_______、虚拟和异步。

三、简答题

1.请说明操作系统的作用和功能。

作用：操作系统是控制和经管计算机系统内各种硬件和软件资源、合理有效地组织计算机系统的工作，为用户提供一个使用方便可扩展的工作环境，从而起到连接计算机和用户的接口作用

功能：处理器经管、作业经管、存储器经管、设备经管、文件经管。

2.请说明单道批处理系统、多道批处理系统、分时系统的特点及优缺点。1）单道批处理系统：最早出现的一种OS，具有单道性、自动性和顺序性。

与无操作系统的计算机系统相比而言，减少了人工操作的时间。但由于作业独占CPU和内存，当作业进行I/O时，CPU只能等待I/O完成而无事可做，导致CPU资源不能得到充分利用。

2）多道批处理系统：支持多道程序驻留内存，CPU不再空闲等待I/O，具有多道性、无序性、调度性和复杂性。

优点是能够提高CPU、内存和I/O设备的利用率和系统的吞吐量。缺点是系统平均周转时间长，缺乏交互能力。

3）分时系统：允许多个用户终端同时使用计算机，特点是具有多路性、独立性、及时性和交互性。

优点是向用户提供了人机交互的方便性，分时系统的实现需要解决及时接收和及时处理的关键问题。

3.内存（存储）经管有哪些主要功能？

1）经管内存空间。

2）进行逻辑地址到物理地址的转换

3）实现内存的逻辑扩充。

4）完成内存信息的共享和保护。

4.请说明指令执行的过程。

1）取指令：首先将要执行的指令从内存中取出送入cpu。

2）分析指令：然后由cpu对指令进行分析译码，判断该条指令要完成的操作。

3）执行指令：向各部件发出完成该操作的控制信号，实现该指令的功能。

5.操作系统具有哪些特征？

操作系统是覆盖在裸机上的第一层软件，为编译程序、数据库经管系统及其他应用程序提供运行环境。有以下特征。

并发：两个或多个事件在同一时间间隔内发生。

共享：系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。

虚拟：通过某种技术把一个物理实体变成若干逻辑上的对应物。

异步性：进程以不可预知的速度向前推进。

第二章进程经管

一、单项选择题

1.下列选项中，操作系统提供给应用程序的接口是（）

A.系统调用

B. 中断

C. 库函数

D. 原语

2.Wait(s) 操作中的block(s,l) 阻塞的进程是（）

A.申请资源的进程

B. 申请临界资源的进程

C. 调用wait(s) 的进程

D. 提供wait(s) 操作的系统进程

3.在一个单处理机系统中存在5个进程，处于就序列中的就绪进程数最多为（）

A.0个

B. 4个

C. 5个

D. 6个

4.若记录型信号量的wait(s)和signal(s)操作的信号量s初值为2，当前值为-1，则在s的阻塞队列中处于阻塞状态的进程数为（）

A.0个

B. 1个

C. 2个

D. 3个

二、填空题

1.进程是由正文段、_______ 和_______ 构成的实体。

2.进程的3种基本状态是执行态、_______ 态和_______ 态。

3.整型信号量的值只能被_______ 和_______ 改变，不允许系统中的其他程序改变信号量的值。

4.临界区是指访问_______ 的代码。

三、简答题

1.什么是进程？说明进程与程序的区别和联系。

进程的定义：①进程是允许并发执行的程序在某个数据集合上的运行过程。②进程是由正文段、用户数据段及程序控制块共同组成的执行环境。

进程与程序的区别：

①程序是静态的，进程是动态：程序是存储在某种介质上的二进制代码，进程对应了程序的执行过程。

②程序是永久的，进程是暂时存在的：程序的永久性是相对于进程而言。

③存在实体不同：程序是指令的集合，而进程包含了正文段，用户数据段和进程控制块。

进程与程序的联系：进程是程序的一次执行，进程总是对应至少一个特定的程序，执行程序的代码。一个程序可以对应多个进程。

2.操作系统在什么时候创建进程？操作系统如何创建一个进程？

操作系统通常在用户登录、作业调度、提供服务、应用请求时创建新进程。

创建进程的一般步骤：

①申请空白PCB。

②为新进程分配资源。

③初始化控制块。

④将新进程插入就绪队列。

3.时钟中断信号是如何产生的？时钟中断处理程序（时钟驱动程序）的功能是什么?

操作系统依靠时钟硬件和时钟驱动程序完成定时测量（①保存当前日期和时间。②维持定时器）。

1）OS时钟经管硬件（可编程间隔定时器PIT）由晶振、计数器和保持寄存器构成，其中晶振能够产生固定频率的脉冲，每产生一次脉冲，计数器的值减1，当计数器的值为0时，产生一次时钟中断信号，保持寄存器的值再次送计数器。

2）时钟软件--时钟驱动程序，也成为时钟中断处理程序，完成以下功能：①维护日期和时间。

②递减当前进程在一个时间片内的剩余执行时间，并检查是否为零，防止进程运行超时。

③对CPU的使用情况记账。

④递减报警计时器。

4.请说明单重中断的处理过程。

1）系统关闭中断，保护断点。

2）寻找中断入口。

3）执行中断处理程序。

4）中断返回：执行完中断指令后，从中断处返回主程序。

5）继续执行。

5.进程具有哪些特征？

进程是操作系统经管的实体，对应了程序的执行过程，有以下特征1）并发性：多个进程实体能在一段时间间隔内同时运行。

2）动态性：创建-执行-撤销。

3）独立性：在没有引入线程概念的操作系统中，进程是独立运行和资源调度的基本单位。

4）异步性：进程的执行时断时续，不可预知。

5）结构特征：包括用户正文段、用户数据段和进程控制块。

6.什么是线程？为什么要引入线程？

1）线程是进程的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位。性线程只拥有在运行中必需的资源，包括程序计数器、一组寄存器和栈，但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。

2）传统操作系统中，进程是进行资源分配和独立执行的基本单位。为了进一步提高程序的并发性，减少系统的开销，在操作系统中引入了线程的概念。

7.实现进程互斥的基本原理是什么？

1）记录性信号量机制：在记录性信号机制里面有Ｓ.value，记录的是资源的信号的量，通过去验证每次这个值是否大于0 ，来判断是否让进程来使用此资源，但是，一旦这个值s.value=1就允许一个进程访问该资源。从而实现了进程的互斥。这种机制用于各个进程对一个资源的共享。

2）AND型信号的机制：将一个进程中运行过程中的所有需要的资源，都一次性全部分配给进程。待进程使用完成后，在一并的去释放。这是好几个进程对好几个共享资源的一个实现的方法。

3）管程机制：利用共享数据结构抽想的表示系统的共享资源。把对该共享数据的操作定义为一组过程。进程对共享资源的操作，就是这组过程对共享数据的一个操作。

四、综合运用

有两个进程pA，pB合作解决文件打印问题：pA将文件记录从磁盘读入主存的缓冲区，每执行一次读一个记录；pB将缓冲区的内容打印出来，每执行一次打印一个记录。缓冲区的大小等于一个记录的大小。请用记录型信号量机制的wait(s) 和signal(s) 操作来保证文件的正确打印，并写出同步代码。

第三章进程调度与死锁

一、单项选择题

1.影响时间片大小选择的主要因素有（）

A.系统的响应时间

B. 系统的周转时间

C. 系统在单位时间内处理的作业量

D. 进程需要CPU服务的总时间

2.关于多级队列调度算法下列说法正确的是（）

A.每个就绪队列的优先权不同，调度算法相同

B.每个就绪队列的优先权相同，调度算法不同。

C.各就绪队列调度算法和优先权都有可能不同。

D.一个进程在运行过程中可能被插入不同的就绪队列。

3.某系统中有4个并发进程，都需要同类资源3个，试问该系统不会发生死锁的最少资源数是（）

A.6

B. 7

C. 8

D. 9

二、填空题

1.FCFS适合_______ 进程，不利于_______ 进程。

2.采用基于静态优先权的调度算法时，如不断有高优先级权进程进入就绪队列，低优先权进程可能进入_______ 状态。

3._____________________ 算法是用来避免死锁的算法。

4.S为死锁状态的_______ 条件是当且仅当S状态的资源分配图是不可完全简化的。

三、简答题

1.进程调度的功能是什么？

按照某种策略和算法从就绪态进程中为当前空闲的CPU选择在其上运行的新进程。

2.说明什么是时间片轮转调度算法？

每个进程被分配一个时间段，称作它的时间片，即该进程允许运行的时间。如果在时间片结束时进程还在运行，则CPU将被剥夺并分配给另一个进程。如果进程在时间片结束前阻塞或结束，则CPU当即进行切换。调度程序所要做的就是维护一张就绪进程列表，当进程用完它的时间片后，它被移到队列的末尾。

3.什么是多级队列调度算法？

将就绪队列分成多个独立队列，根据进程的某些特性（内存大小、优先权或进程类型等）进程会被永久分配到一个队列。每个队列有自己的调度算法。

4.什么是自调度方式？自调度有什么优缺点？

1）有一个公共的就绪队列，任何一个空闲的处理器都可以自行从公共队列中选取一个进程或一个线程运行。

2）优点是易移植，很容易将单处理器环境下的调度机制移植到多处理器系统中，同时有利于提高CPU的利用率。

系统中只有一个必须互斥访问的队列，当处理器的数目过大时，采用自调度算法的瓶颈问题会非常严重；并且具有低效性和线程切换频繁的缺点。

5.什么是死锁？引起死锁的原因是什么？

由于多个进程竞争共享资源而引起的进程不能向前推进的僵死状态称为死锁。

产生死锁的原因：竞争共享资源且分配资源的顺序不当。

四、简单应用

用银行家算法回答下列问题

1）need矩阵的内容是什么？

2）系统是否处于安全状态？

3）如果进程P1提出资源请求（0,4,2,0），这个请求能否立刻被满足？

第四章内存经管

一、单项选择题

1.关于操作系统内存经管的功能，下列叙述错误的是（）

A.回收内存

B. 为进程分配内存

C. 使程序尽可能用物理地址访问内存

D. 与硬件协同完成逻辑地址到物理地址的转换

2.在基于分页的虚拟存储经管系统中，页表项增加了修改位字段，下列程序中，需要使用这个字段的是（）

A.分配页框的程序

B. 选择换出页的程序

C. 从外存调入页的程序

D. 访问页的程序

3.多道程序环境下，操作系统分配CPU资源的基本单位是（）

A.程序

B. 进程

C. 作业

D. 指令

4.采用二级分页的存储经管系统中，若分页逻辑地址用32位表示，其中高10位表示页目录号p1，中间十位表示叶号p2，低12位表示页内偏移，则一个进程的逻辑地址空间大小最大为（）

A.4GB

B. 2GB

C. 4MB

D. 4KB

5.在一个实际系统中，进行页置换时，通常选择换出的页是（）

A.经常不用的页

B. 不会被修改的页

C. 最近既没有被修改也没有被访问过的页

D. 将来最久不会被访问的页

二、填空题

1.连续内存经管方式有3种，即_______ 、_______ 和_______ 。

2.CPU的页表寄存器用于存放_______ 进程的页表起始地址。

3.LRU置换算法选择的换出页是_____________________ 的页。

4.快表中存放的内容是____________________________ 。

5.在分段存储经管系统中，段表项中包括的基本内容有_______ 、_______ 和_______。

6.虚拟存储经管系统的特征有多次性、_______ 、_______ 和_______ 。

三、简答题

1.静态链接程序完成什么功能？

静态链接是在程序运行前，用链接程序将目标模块链接成一个完整的装入模块。静态连接程序的任务是对逻辑地址进行修改以及变换外部调用符号。

2.请说明分页存储经管的基本原理。

1）分页存储经管是将一个进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的片，称为页面或页，并为各页加以编号。

2）把内存空间分成与页面相同大小的若干个存储块，称为页框,也加以编号。3）分页存储：在为进程分配内存时，以页框为单位将进程中的若干个页分别装入到多个可以不相邻接的页框中。

4）进程的最后一页经常装不满一块而形成了不可利用的碎片，称之为“页内碎片。

5）页表：系统为进程建立的数据结构，作用是实现从页号到页框号的映射。

3.什么是抖动？抖动产生的原因是什么？

在请求分页系统中，若在内存引入过多的进程，会使进程的大部分时间都用于页面的换入/换出的操作，而几乎不能完成任何有效的工作。我们称这时的进程处于“抖动”状态。

抖动产生的原因是在内存中引入过多的进程而产生的。

4.请说明分段存储经管的原理。

1）分段：在分段存储经管方式中，作业的地址空间被划分为若干个段，每个段定义了一组逻辑信息。

2）分段的逻辑地址结构：逻辑地址是二维的，由段号和段内地址所组成。

3）段表：由操作系统维护的用于支持分段存储经管地址映射的数据结构。

4）分段系统的地址变换：为了实现从进程的逻辑地址到物理地址的变换功能，在系统中设置了段表寄存器，用于存放段表始址和段表长度TL。

（在进行地址变换时，系统将逻辑地址中的段号与段表长度TL进行比较。若S>TL，表示段号太大，是访问越界，于是产生越界中断信号；若未越界，则根据段表的始址和该段的段号，计算出该段对应段表项的位置，从中读出该段在内存的起始地址，然后，再检查段内地址d是否超过该段的段长SL。若超过，即d>SL，同样发出越界中断信号；若未越界，则将该段的基址d与段内地址相加，即可得到要访问的内存物理地址。）

四、综合应用

初始空闲链如图所示，分别表示第一个空闲区起始地址为20KB，大小为10KB；第二个空闲区起始地址为50KB，大小为100KB；第三个空闲区起始地址为300KB，大小为10KB。

20KB:10KB 50KB:100KB 300KB:10KB

初始空闲链

画出在题目给定条件下系统释放下列空闲区后的空闲链

1）

给定条件(1) 400KB:200KB

2）

给定条件(2) 30KB:20KB

3）

给定条件(3) 150KB:20KB

第五章文件系统

一、单项选择题

1.关于文件系统，下列叙述正确的是（）

A.文件的集合

B. 文件的目录

C. 实现文件经管的一组软件

D. 文件、经管文件的软件及数据结构的总体

2.位图可用于经管（）

a.文件目录 B. 磁盘空间

C. 文件的访问

D. 文件的保护

3.从用户角度看，引入文件系统的主要目的是（）

A.实现虚拟存储

B. 保存系统文档

C. 保存用户文档

D. 实现对文件的按名存取

二、填空题

1.常用的文件存取方式有两种：顺序存储和________ 。

2.在使用文件之前，必须先打开文件。打开文件的目的是将文件的________ 和________ 信息装入主存，以便于在对文件的后续访问中能快速存取文件信息。

3.目录是文件系统中实现________ ________ 的重要数据结构。

三、简答题

1.举例说明文件系统是如何实现文件的“按名存取”的？

（实现从逻辑文件到物理文件间的转换，即“按名存取”外存上的文件。）

2.文件系统如何经管空闲磁盘空间？

3.什么是i 结点？在i 结点中使用间接地址项有什么好处？

1）i节点可看作是一个指向磁盘上该文件存储区的地址。

2）当一个文件比较大，所含簇的数目太多时，i结点将无法记录所有的簇号，采用间接地址项，存放簇号，间接获取地址，能解决这个问题。

四、综合运用

Ext2文件系统的一个i结点包括15个地址项，没个地址项存32位地址（4个字节），其中12个地址项存直接地址；一个地址项存一次间接地址；一个地址项存二次间接地址；一个地址项存三次间接地址。当簇大小为4KB时，Ext2 能经管的文件的最大长度是多少？

第六章I/O设备经管

一、单项选择题

1.关于DMA控制方式，下列说法正确的是（）

A.采用DMA控制方式时，CPU不用干预整个输入/输出过程。

B.采用DMA控制方式时，每传输完一个数据块，CPU要执行中断处理。

C.采用DMA传输方式，CPU只在输入/输出开始和结束时干预输入/输出。

D.采用DMA传输方式只能提高传输速度，不能提高CPU与输入/输出设备的并行程度。

2.关于spooling系统的组成，下列说法正确的是（）

A.输入井和输出井都在内存中。

B.输出井和输出缓存都在硬盘中。

C.输入井和输入缓存都在硬盘中。

D.输入井和输出井都在硬盘中。

3.设备控制器的I/O逻辑包含的主要部件是（）

A.指令译码器

B. 指令译码器和地址译码器

C. 仅地址译码器

D. 仅控制寄存器

二、填空题

1.I/O设备按信息交换的单位分类，可分为字符设备和________ 设备。

2.在数据到达速率和数据离去速率不同的地方，都可以引入________ 。

3.设备独立性的基本含义是________ ________ 独立于具体使用的物理设备。

三、简答题

1.说明设备控制器的结构和功能。

逻辑构成：

①设备控制器和处理机的接口（数据线、控制线和地址线）。

②设备控制器与设备的接口（3类信号为数据、状态和控制信号）。

③I/O逻辑（主要由指令译码器和地址译码器两部分功能部件构成）。功能：

①接受和识别命令：接收CPU的命令和参数存放在控制器的控制寄存器中。

②数据交换：通过数据寄存器进行数据交换。

③设备状态的了解和报告。

④地址识别。

⑤数据缓冲。

⑥差错控制。

2.说明DMA控制器的结构和控制方式。

逻辑组成：主机与DMA的接口，DMA与设备的接口，以及I/O控制逻辑。

控制方式：DMA有两种方式，一种是查询方式，一种是中断方式。查询方式是通过查询标志位来判定DMA结束，中断方式是DMA结束的时候返回中断，在程序中不需要一直查询标志位。

3.什么是设备驱动程序？

设备驱动程序是I/O进程与设备控制器之间的通信程序，其主要任务是接受上层软件发来的抽象的I/O请求，如read或write命令，把它们转换为具体要求后，发送给设备控制器，启动设备去执行。