《操作系统概念》第六版作业解答1
操作系统概论课后习题及答案.doc
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管理计算机________________ 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：操作系统是控制和管理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：处理器管理、作业管理、存储器管理、设备管理、文件管理。
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。
《操作系统精髓与设计原理·第六版》中文版答案课件
复习题答案第1章计算机系统概述1.1 列出并简要地定义计算机的四个主要组成部分。
主存储器，存储数据和程序；算术逻辑单元，能处理二进制数据；控制单元，解读存储器中的指令并且使他们得到执行；输入/输出设备，由控制单元管理。
1.2 定义处理器寄存器的两种主要类别。
用户可见寄存器：优先使用这些寄存器，可以使机器语言或者汇编语言的程序员减少对主存储器的访问次数。
对高级语言而言，由优化编译器负责决定把哪些变量应该分配给主存储器。
一些高级语言，如C语言，允许程序言建议编译器把哪些变量保存在寄存器中。
控制和状态寄存器：用以控制处理器的操作，且主要被具有特权的操作系统例程使用，以控制程序的执行。
1.3 一般而言，一条机器指令能指定的四种不同操作是什么？处理器－寄存器：数据可以从处理器传送到存储器，或者从存储器传送到处理器。
处理器－I/O：通过处理器和I/O模块间的数据传送，数据可以输出到外部设备，或者从外部设备输入数据。
数据处理：处理器可以执行很多关于数据的算术操作或逻辑操作。
控制：某些指令可以改变执行顺序。
1.4 什么是中断？中断：其他模块（I/O，存储器）中断处理器正常处理过程的机制。
1.5 多中断的处理方式是什么？处理多中断有两种方法。
第一种方法是当正在处理一个中断时，禁止再发生中断。
第二种方法是定义中断优先级，允许高优先级的中断打断低优先级的中断处理器的运行。
1.6 内存层次的各个元素间的特征是什么？存储器的三个重要特性是：价格，容量和访问时间。
1.7 什么是高速缓冲存储器？高速缓冲存储器是比主存小而快的存储器，用以协调主存跟处理器，作为最近储存地址的缓冲区。
1.8 列出并简要地定义I/O操作的三种技术。
可编程I/O：当处理器正在执行程序并遇到与I/O相关的指令时，它给相应的I/O模块发布命令（用以执行这个指令）；在进一步的动作之前，处理器处于繁忙的等待中，直到该操作已经完成。
中断驱动I/O：当处理器正在执行程序并遇到与I/O相关的指令时，它给相应的I/O模块发布命令，并继续执行后续指令，直到后者完成，它将被I/O模块中断。
《操作系统原理》习题及参考答案
若系统中存在一组进程两个或多个进程它们中的每一个进程都占用了某种资源而又在等待该组中的别的进程所占用的资源在获得自己所需要的对方资源之前决不释放自己所占用的资源这种等待永远不能结束的状态称为死锁
《操作系统原理》
习题及参考答案
１．操作系统的定义。操作系统的五大基本功能。网络操作系统相对单机操作系统还应具备 什么功能？
９．常用的进程调度算法和作业调度算法有哪些？哪些适用于作业调度？哪些适用于进程 调度？
解：常用的作业调度算法有：先来先服务算法（FCFS）、最短作业优先算法（SJF）、最高响 应比优先算法（HRRN）、优先级调度算法、均衡调度算法等。 常用的进程调度算法有：先来先服务算法（FCFS）、优先级调度算法、时间片轮转调度算法 （RR）、分级调度算法、多级反馈轮转算法（MultiLevel Feedback Queue）等。
P2: …….. …….. ……. V(S3)
P3: P(S3) P(S3) …….. V(S4) V(S5) V(S6)
P4: P(S4) P(S4) …….. …….
P4: P(S4) ……. …….. …….
操作系统概念课后习题答案
1.1在多道程序和分时环境中，多个用户同时共享一个系统，返种情冴导致多种平安问题。
a. 列出此类的问题b.在一个分时机器中，能否确保像在与用机器上一样的平安度？并解释乀。
Answer:a.窃叏戒者复制*用户癿程序戒数据；没有合理癿预算来使用资源〔CPU，存，磁盘空闱，外围设备〕ｂ．应该丌行，因为人类设计癿仸何保护机制都会丌可避兊癿被另外癿人所破译，而丏径自信癿认为程序本身癿实现是正确癿是一件困难癿亊。
1.2资源的利用问题在各种各样的操作系统中出现。
试例丼在以下的环境中哪种资源必须被严栺的管理。
〔ａ〕大型电脑戒迷你电脑系统〔ｂ〕不效劳器相联的工作站〔ｃ〕手持电脑Answer: 〔ａ〕大型电脑戒迷你电脑系统：存呾CPU资源，外存，网络带宽〔ｂ〕不效劳器相联癿工作站：存呾CPU资源〔ｃ〕手持电脑：功率消耗，存资源1.3在什举情冴下一个用户使用一个分时系统比使用一台个人计算机戒单用户工作站更好？Answer:当另外使用分时系统癿用户较少时，仸务十分巨大，硬件速度径快，分时系统有意丿。
充分利用该系统可以对用户癿问题产生影响。
比起个人电脑，问题可以被更快癿解决。
迓有一种可能収生癿情冴是在同一时闱有许多另外癿用户在同一时闱使用资源。
当作业足够小，丏能在个人计算机上合理癿运行时，以及当个人计算机癿性能能够充分癿运行程序来到达用户癿满意时，个人计算机是最好癿，。
1.4在下面丼出的三个功能中，哪个功能在以下两种环境下，(a)手持装置(b)实时系统需要操作系统的支持？(a)批处理程序(b)虚拟存储器(c)分时Answer:对二实时系统来说，操作系统需要以一种公平癿方式支持虚拟存储器呾分时系统。
对二手持系统，操作系统需要提供虚拟存储器，但是丌需要提供分时系统。
批处理程序在两种环境中都是非必需癿。
1.5描述对称多处理〔ＳＭＰ〕和非对称多处理乀间的区别。
多处理系统的三个优点和一个缺点？Answer:ＳＭＰ意味着所以处理器都对等，而丏I/O可以在仸何处理器上运行。
《操作系统原理》习题及参考答案
3.2
14.4
17.6
9.2
2.9
C
9:00(9.0)
1
17.6
18.6
9.6
9.6
短作业优先算法：
作业号
进入输入 需运行时 开始运行 完成时间 周转时间 带权周转
井时间 间（小时） 时间
时间
A
8:00(8.0)
6.4
8.0
14.4
6.4
1
5
B
8:24(8.4)
3.2
15.4
18.6
10.2
3.2
１５． 设一个飞机航班售票系统有 n 个售票处，每个售票处通过终端访问系统的公共数据 区。假定公共数据区中的一些单元 Aj(j=1,2,3,…)分别存放某月某日某次航班的余票数。 用 P1,P2,…,Pn 表示个售票处为旅客服务时的处理进程； R1, R2, R3…, Rn 为各进程执 行时所用的工作单元。用 PV 操作和信号量保证售票系统的正确并发执行。
解：（1）设信号量 S2:=0; S3:=0; S4:=0;
P1:
P2:
P3:
……..
P(S2)
P(S3)
……..
……..
……..
V(S2)
…….
…….
V(S3)
V(S4)
V(S4)
（2）设信号量 S3:=0; S4:=0; S5:=0; S6:=0;
P1: …….. …….. …….. V(S3)
x
y
z
S1
S2
P1 x:=0
0
0
0
P1 x:=x+2
2
0
0
0
P1 P(S1)
《操作系统原理》习题及参考答案
1
总的执行时间为 180ms.如果单道执行这三个程序共需 80+100+80=260ms.所以节约 260－ 180ms.
(2) 若处理机调度程序每次进行程序状态转换的时间为 1ms，这三道程序的执行时间如下 图所示：
总共花费 180+6=186ms. ４．系统调用（陷入）处理过程。
解：系统调用（陷入）处理过程和中断处理过程是一样的，只是中断源是执行了访管指令 （MS DOS 的 INT 或 UNIX 的 trap）。
《操作系统原理》
习题及参考答案
１．操作系统的定义。操作系统的五大基本功能。网络操作系统相对单机操作系统还应具备 什么功能？
解：操作系统是计算机系统的一种系统软件，由它统一管理计算机系统中的软硬件资源， 合理地组织工作流程，以便有效地为用户提供一个功能强大、使用方便的工作环境，从而 在计算机与用户之间起到接口的作用。操作系统的五大基本功能是：处理机管理、存储器 管理、设备管理、文件系统管理和用户接口。网络操作系统还应具备的功能：网络通信、 资源共享、网络服务、网络用户接口。
３．设在内存中有三道程序：A、B、C，并按照 A、B、C 的优先次序运行，其内部计算和
I/O 操作时间由下图给出。
程序 A
程序 B
程序 C
计算 30ms
计算 60ms
计算 20ms
I/O 40ms
I/O 30ms
I/O 40ms
计算 10ms
计算 10ms
计算 20ms
要求： （1）试画出按多道程序运行的时间关系图（调度程序的执行时间忽略不计）。完成这三道 程序共花多少时间？比单道运行节省多少时间？ （2）若处理机调度程序每次进行程序状态转换的时间为 1ms，试画出在处理机调度程序管 理下各程序状态转换的时间关系图。完成这三道程序共花多少时间？ 解： (1)在调度程序执行时间忽略不计的情况下，这三道程序的执行时间如下图所示：
《操作系统精髓与设计原理·第六版》中文版答案
《操作系统概念》第六版作业解答2
Prove that the algorithm satisfies all three requirements for the critical-section problem. 互斥：只能有一个在临界区 Pi在临界区，Pj想进，看flag 某进程进入临界区之前，Pi、Pj都置flag为true，看turn，只有进了的进程退出临界区以后另一个才能进 进度： 当前没有进程在临界区，只有一个进程试图进，看flag 两个都试图进，看turn，进了进程在有限时间内复位flag 有限等待： Pi被拒绝进入临界区，Pj已在临界区或者获准进入，当Pj退出临界区，置turn为i，复位flag，Pi可以进
Boolean flag[2]; /* initially false */ int turn;
The structure of thread Ti (i=0 or 1), with Tj (j=1 or 0) being the other thread, is shown as:
do { flag [i] = true; while ( flag [j] ){ if (turn == j){ flag [i] = false; while (turn = = j); flag [i] = true; } } critical section turn = j; flag [i] = false; remainder section } while (1);
实现方法：软件方法、硬件方法
临界区问题的解决方案-满足三个基本条件
Mutual Exclusion(互斥条件 ： If process Pi is executing in its 互斥条件)： 互斥条件 CS, then no other processes can be executing in their CSs Progress(进入条件 ：If no process is executing in its CS and 进入条件)： 进入条件 some processes wish to enter their CSs, then only those processes that are not executing in their RSs can participate in the decision on which will enter its CS next, and this selection cannot be postponed indefinitely. Bounded Waiting(有限等待的条件 ：There exists a bound, or 有限等待的条件)： 有限等待的条件 limit, on the number of times that other processes are allowed to enter their CSa after a process has made a request to enter its CS and before that request is granted.
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用户和系统进程地创建和删除 进程的挂起和恢复 提供进程同步的机制 提供进程通信的机制 提供死锁处理的机制
3-cont.
3.2 What are the three major activities of an operating system in regard to memory management?
Symmetric multiprocessing中所有处理器同等对待，I/O可以 在任意CPU上处理。 Asymmetric multiprocessing具有一个主CPU和多个从CPU，主 CPU将任务分派到从CPU，I/O通常只能由主CPU处理。 多处理机系统的优点
比多个计算机系统可能更省钱（同样CPU个数） 执行程序更快 可靠性更高
a. Change to user mode. b. Change to monitor mode. c. Read from monitor memory. d. Write into monitor memory. e. Fetch an instruction from monitor memory. f. Turn on timer interrupt. g. Turn off timer interrupt.
Chapter 1
1.1 What are the three main purposes of an operating system?
环境提供者，为计算机用户提供一个环境，使得能够在计算机硬 件上方便、高效的执行程序 资源分配者，为解决问题按需分配计算机的资源，资源分配需尽 可能公平、高效 控制程序
缺点：软硬件更复杂
Chapter 2
2.2 How does the distinction between monitor mode and user mode function as a rudimentary form of protection (security) system?
通过建立一组只能在monitor mode才能执行的特权指令集，OS能够 确保总是能控制整个系统。
由许多短交易组成，下一次交易的结果可能不可预知 需要响应时间短
b. Interactive
1-cont.
1.6 Define the essential properties of the following types of operating systems:
c. Time sharing
1-cont.
1.6 Define the essential properties of the following types of operating systems:
a. Batch
相似需求的Job分批、成组的在计算机上执行，Job由操作员或自动Job程序 装置装载； 可以通过采用 buffering, off-line operation, spooling, multiprogramming 等技术使CPU 和 I/O不停忙来提高性能 批处理适合于需要极少用户交互的Job。
a. What are two such problems? b. Can we ensure the same degree of security in a time-shared machine as we have in a dedicated machine? Explain your answer. 用户之间互相偷数据、代码 对系统资源使用的记账信息
b. Change to monitor mode. c. Read from monitor memory. d. Write into monitor memory. g. Turn off timer interrupt.
Chapter 3
3.1 What are the five major activities of an operating system in regard to process management?
试着安装虚拟机VMWARE，然后在这台虚拟机上安装 一个操作系统 阅读Linux源码，给出某一个system call的源码并分 析，分析init/main.c给出流程图
Chapbe the differences among short-term, medium-term, and long-term scheduling.
剩余空间的管理 存储分配 磁盘调度
3-cont.
3.4 What are the five major activities of an operating system in regard to file management?
文件创建和删除 目录创建和删除 目录和文件操作原语的支持 文件到二级存储的映射 将文件备份到非易失存储设备
2-cont.
2.5 Which of the following instructions should be privileged?
a. Set value of timer. b. Read the clock. c. Clear memory. d. Turn off interrupts. e. Switch from user to monitor mode.
1-cont.
1.5 In a multiprogramming and time-sharing environment, several users share the system simultaneously. This situation can result in various security problems.
e. Network
在通用OS上添加
联网、通信功能 远程过程调用 文件共享
f. Distributed
具有联网、通信功能 提供远程过程调用 提供多处理机的统一调度调度 统一的存储管理 分布式文件系统
1-cont.
1.9 Describe the differences between symmetric and asymmetric multiprocessing. What are three advantages and one disadvantage of multiprocessor systems?
4-cont.
4.6 The correct producer–consumer algorithm in Section 4.4 allows only n - 1 buffers to be full at any one time. Modify the algorithm to allow all buffers to be utilized fully.
4-cont.
4.5 What are the benefits and detriments of each of the following? Consider both the systems and the programmers’ levels.
a. Symmetric and asymmetric communication b. Automatic and explicit buffering c. Send by copy and send by reference d. Fixed-sized and variable-sized messages
2-cont.
2.3 What are the differences between a trap and an interrupt? What is the use of each function?
An interrupt是硬件产生的系统内的流的改变 A trap是软件产生的“中断”。 interrupt可以被I/O用来产生完成的信号，从而避免CPU对设备的轮 询 A trap可以用来调用OS的例程或者捕获算术错误
使用CPU调度和多道程序提供对系统的经济交互式使用，CPU快 速地在用户之间切换 一般从终端读取控制，输出立即打印到屏幕
在专门系统中使用，从传感器读取信息，必须在规定时间内作出 响应以确保正确的执行
d. Real time
1-cont.
1.6 Define the essential properties of the following types of operating systems:
3-cont.
3.5 What is the purpose of the command interpreter? Why is it usually separate from the kernel?
读取命令（从用户或者命令文件）并执行（转化成系统调用） 可能会经常改变
3-cont.
Short-term，CPU调度 Long-term，job调度 Medium-term，分时系统中的中间调度级
4-cont.
4.4 Describe the actions a kernel takes to context switch between processes.
保存正在运行的进程的状态、恢复欲调度到CPU进程的状态
跟踪内存使用情况（哪一部分被使用、谁使用） 当内存空间可用的时候，确定将哪些进程调入内存（job调度） 按需要分配和回收内存