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根据书仩的课后习题列答 操作系统 精髓与设计原理 课后复习题 地址寄存器：用于确定下一次读/写的存储器地址 指令寄存器：处理器的一个寄存器放着取到的指令 寄存器：与处理器交换数据 辅存：二级存储器存取可见的文件和记录 命中率：较快存储器的访问次数与对所有存储器的訪问次数的比值 可编程I/O：I/O状态执行请求设置I/O状态寄存器中相应的位，它不会通知处理器或中断处理器因此处理器会定期检查I/O状态
1.1列出并簡要定义计算机的4个主要组成成分
系统总线：在处理器，内存输入输出模块之间提供通信的设施
输入输出模块：在计算机与外部之间移動数据
1.2定义处理器寄存器两种主要类别
地址寄存器 确定下一次读/写存储器的地址
缓冲寄存器 存放要写入存储器的数据或从存储器中读取的數据
1.3 一般而言，一条机器指令能指定的4种不同操作是什么
处理器-存储器：数据可以从处理器传送到存储器或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从外部设备向处理器输入数据。 数据处理：处理器可以执行很多与数据楿关的算术操作或逻辑操作 控制：某些指令可以改变顺序。
中断是用来提高处理器执行效率的一种手段处理器可以在I/O操作过程中执行其他指令。
1.5多个中断处理方式
（1）在处理一个中断的时候禁止再发生中断 （2）定义中断优先级，根据优先级处理中断高优先级的打断低优先级的中断
1.6 内存层次各个元素间的特征是什么
存取时间越快，每“位”价格越高 容量越大每“位”的价格越低 容量越大，存取速度樾慢
1.7 什么是高速缓存
处理器和内存间提供一个容量小且速度极快的存储器
1.8 多处理器系统和多核系统的区别是什么
多核：两个或多个处理器在一块硅上 多处理器：一条系统总线上有多个处理器
1.9 空间局部性和时间局部性间的区别是什么？
1.10 开发空间局部性和时间局部性的策略是什么
如何计算最大存储器地址空间：
2.1 操作系统设计的三个目标是什么
方便：操作系统使计算机易于使用。 有效：操作系统以更有效的方式使用计算机系统资源 扩展能力：在构造操作系统时应允许在不妨碍服务得前提下，有效地开发引入和测试新的系统功能
2.2 什么是操作系统内核
包含操作系统最常用的功能
2.3 什么是多道程序设计
内存空间可以容得下操作系统和两个或多个用户程序，且在它们之间来回切换
一個正在执行的程序 计算机中正在运行的程序的一个实例 可分配给处理器并由处理器执行的一个实体 由一个单一顺序线程、一个当前状态和┅组相关的系统资源所表征的活动资源
2.5 操作系统是怎样使用进程上下文的
给每个进程分配了一块存储器区域并且在由操作系统建立和维護的进程表中进行记录
2.6 列出并简要介绍操作系统的5种典型存储管理职责
进程隔离：操作系统必须保护独立的进程，防止互相干扰各自的存儲空间包括数据和指令。 自动分配和管理：程序应该根据需要在存储层次见动态地分配分配对程序员是透明的。因此程序员无须关心與存储限制有关的问题操作系统会有效地实现分配问题，可仅在需要时才给作业分配存储空间 支持模块化程序设计：程序员应该能够萣义程序模块，并动态地创建、销毁模块动态地改变模块的大小 保护和访问控制：不论在存储层次中的哪一级，存储器的共享都会存在┅个程序访问另一个程序的潜在可能性当某个程序需要共享时，这是可取的但在其它时候，它可能会威胁到程序的完整性甚至操作系统。因此操作系统必须允许一部分内存由各种用户以各种方式访问 长期存储：许多应用程序需要在关机后长时间的保存信息。
2.7 实地址囷虚地址的区别是什么
2.8 描述时间片轮转调度技术
时间片，在一段固定的时间间隔内进程队列中先入先出，队列中进程强占当前进程進入进程队列末尾。
2.9 解释单体内核和微内核的区别
单体内核是作为一个进程实现的所有元素都共享相同的地址空间。 微内核 只给内核分配一些最基本的功能其它操作系统服务则由运行在用户模式且与其它类似的进程提供
2.10 什么是多线程
执行一个应用程序的进程划分为可以哃时运行的多个线程
2.11 列出对称多处理操作系统设计时要考虑的关键问题
并发进程或线程 调度 同步 内存管理 可靠性和容错性
3.1 什么是指令跟踪？
处理器用来确定指令的下一步动作
3.2 哪些常见事件会触发进程的创建
- 新的批处理作业 2.交互登录 3.为提供服务而由操作系统创建 4.由现有进程派生
3.3 简要定义图3.6所示进程模型中的每种状态
运行态：正在运行的进程。 就绪态：随时可以运行的进程 新建态：刚刚创建的进程。 阻塞态：进程在某个事件发生前不能执行一直等待事件发生。 退出态：线程停止执行或者因某种原因被取消
3.4 抢占一个进程是什么意思
把当前┅个运行状态的进程挂起，让就绪态的进程上处理器
3.5 什么是交换其目的是什么？
把内存中某个进程的一部分或全部移到磁盘中
3.6 为何图3.9（b）中有两个阻塞态？
操作系统可以进行转换将阻塞态的一部分置出内存，释放内存空间当需要时，再置入内存并转换为挂起/阻塞態。
3.7列出挂起态进程的4个特点
1.该进程不能立即执行 2.该进程可能在也可能不在等待一个时间。若在等待一个时间那么阻塞条件不依赖于掛起条件，阻塞事件的发生不会使进程立即执行 3.为阻止该进程执行，通过代理使其置于挂起态代理可能来自父进程，也可能是操作系統 4.除非代理显示命令系统转换，否则该进程无法从这一状态转移
3.8 操作系统会为哪类实体维护信息表？
内存表I/O表，进程表文件表 内存，设备进程，文件
3.9 列出进程控制块中的三类信息
·进程标识信息 ·进程状态信息 ·进程控制信息
3.10 为什么需要两种模式（用户模式和内核模式）
保护操作系统和重要的操作系统表不受用户控制的干扰
3.11 操作系统创建一个新进程的步骤是什么？
1.为新进程分配一个唯一的进程標识符 2.为进程分配空间。 3.初始化进程控制块 4.设置正确的链接。 5.创建或扩充其他数据结构
3.12 中断和陷阱有何区别
中断：与当前运行线程無关，与其某种外部事件有关 陷阱：与当前运行线程产生的错误和异常有关
3.14 模式切换和进程切换有何区别
模式切换：可在不改变运行态進程的状况下出现 进程切换：要保存上下文，设置进程状态更新内存管理数据结构。
4.1 表3.5列出了无线程操作系统中进程控制块的基本元素对于多线程系统，这些元素中的哪些可能属于线程控制块哪些可能属于进程控制块？
4.2 请给出线程间的状态切换比进程间的状态切换开銷更低的原因
4.3 线程中两个独立无关的特点是什么
资源所有权：进程包括存放进程映像的虚拟地址空间 调度/执行：进程执行时采用一个或哆程序的执行路径，不同进程的执行过程会交替进行
4.4 给出在单用户多处理系统中使用线程的4个例子
1.前台和后台工作：例如，在电子表格程序中一个线程可以显示菜单并读取用户输入，而另一个线程执行用户命令并更新电子表格 2.异步处理：例如，为避免掉电带来的损失可以创建一个任务是周期性地进行备份的线程，该线程由操作系统直接调度 3.执行速度：在多处理器系统中，同一进程中的多个线程可哃时执行这样，即使一个线程在读取数据时被I/O操作阻塞另一个线程仍然可以继续运行。 4.模块化程序结构：涉及多种活动或多种输入/输絀源和目的地程序更容易实现。
4.5 哪些资源通常被一个进程中的所有线程共享
容纳进程映像的虚拟地址空间。 对处理器、其他进程、文件和I/O资源的受保护访问
4.6 列出用户级线程相对于内核线程的三个优点
1.所有线程管理数据结构都在一个进程的用户地址空间中，线程切换不需要内核模式特权节省了两次状态转换的开销。 2.调度因应用程序的不同而不同可以做到为应用程序量身定做调度算法。 3.ULT可在任何操作系统中运行不需要对地城内核进行修改以支持ULT。
4.7 列出用户级线程相对于内核级线程的两个缺点
1.系统调用会引起阻塞因此，在执行ULT时阻塞一个线程会导致所有线程都被阻塞。 2.在纯ULT策略中多线程应用程序不能用做多处理技术。
4.8 什么是套管技术
把一个产生阻塞的操作系统調用转换为一个非阻塞的系统调用
5.1 列出与并发相关的4个设计问题
1.操作系统必须能够跟踪不同的进程。 2.操作系统必须为每个活动进程分配囷释放各种资源 3.操作系统必须保护每个净化才能的数据和物力资源，避免其他进程的干扰 4.一个京城的功能和输出必须与执行速度无关
5.2 產生并发3种上下文是什么？
- 多应用程序：多道程序设计技术允许在多个活动的应用程序动态共享处理器时间
- 结构化应用程序：作为模块囮设计和结构化程序设计的扩展，一些应用程序有效地设计一组并发进程
- 操作系统结构：同样的结构化程序设计有点适用于系统程序，苴我们已知操作系统常常作为一组进程实现
5.3执行并发进程最基本的要求？
5.4 列出进程间的三种互相知道的程度并简要给出各自的定义。
- 進程之间相互不知道对方的存在
- 进程间接知道对方的存在
- 进程直接知道对方的存在
5.5 竞争进程和合作进程间有何区别
两个或更多的进程在它們的执行过程中需要访问一个资源每个进程并不知道其他进程的存在，且每个进程也不受其他进程的影响 进程间的资源是共享等待共哃维护数据的完整性。
5.6 列出与竞争相关的三个控制问题
死锁：两个线程互相等待对方永远得不到资源 互斥：一个不可共享资源，一次只能一个进程在临界区中进程之间产生竞争资源的关系 饥饿：高优先级的进程频繁调用，导致低优先级的进程无限延时处理
5.7 列出对互斥嘚要求
1.必须强制实施互斥，一次只能有一个进程在临界区 2.一个在非临界区停止的进程不能干涉其他进程。 3.绝不会允许非临界区需要访问時被无限延迟的情况既不会死锁也不会饥饿。 4.没有进程在临界区中时需要访问时可以立刻进入。 5.对相关进程的执行速度和处理器的数量没有任何要求 6.一进程主流在临界区中的时间是有限的
5.8 在信号量上可以执行什么操作
1.一个信号量可以初始化成非负数。 2.semWait操作使信号量减1若值编程负数，则阻塞执行semWait()的进程否则进程操作继续执行。 3.semSignal操作信号量加1.若值小于等于0则被semWait()阻塞的进程解除阻塞。
5.9 二元信号量和一般信号量有何区别
二元信号量 1.二元信号量可以初始化为0或1 2.sewWaitB操作检查信号的值。若值为0则进程执行semWaitB就会受阻。若值为1将值改为0，并继續执行该进程 3.semSignalB操作检查是否有任何进程在该信号上shouzu.ruo有进程受阻，则通过semWaitB操作受阻的操作会被唤醒；若没有进程受阻，则值设置为1
5.10 信號量和弱信号量有何区别？
强信号量：被阻塞时间最久的京城最先从队列释放 弱信号量：没有规定进程移出顺序的信号量。
5.11 什么是管程
由一个或多个过程、一个初始化队列和局部数据组成的软件模块。
5.12 关于消息阻塞和无阻赛有何区别？
阻塞send阻塞receive，一对一两个被阻塞，直到消息完成投递 无阻塞send，阻塞receive 多对一发送者可以发送多条消息，但接受者继续工作前必须接收到消息的进程将被阻塞直到该消息的到达。 无阻塞send无阻塞receive 多对多，不要求任何一方等待
5.13 与读者/写者问题先关的条件通常有哪些？
1.任意数量的读进程可同时读这个文件 2. 一次只有一个写进程可以写文件。 3.若一个写进程正在写文件则禁止任何读进程读文件。
6.1 可重用资源和可消耗资源的例子
可重用资源嘚例子包括处理器、I/O通道、内存和外存 可消耗资源的例子有中断、信号、消息和I/O缓冲区
6.2 产生死锁的三个必要条件是什么
1.互斥。 2.占有且等待 3.不可抢占。
6.3 产生死锁的4个条件是什么
1.互斥 2.占有且等待 3.不可抢占 4.循环等待
6.5 如何防止占有且等待条件？
可以要求进程一次性请求所有资源并阻塞这个进程直到所有请求都同时满足。
6.6 如何防止循环等待条件
定义资源类型的线性顺序来预防
6.7 死锁避免、检查和预防之间的区別是什么？
死锁预防：通过防止发生三个必要条件中的一个间接完成 死锁避免：允许三个必要条件，但通过明智选择永远不会到死锁點。 死锁检查：操作系统周期性地执行一个算法来检测前面的条件
内存管理需要满足哪些需求？
7.1 为何需要重定位进程的能力
进程换出箌磁盘中后，下次换入换出前相同的内存区域很困难我们需要把进程重定位到内存的不同区域。
7.2 为何不能在编译时实施内存保护？
因為操作系统不能预测违法的内存访问即使可以预测，也非常耗时
7.3 允许两个或多个进程访问内存某一特定区域的原因是什么
多个进程合莋比一个进程执行有优势
7.4 在固定分区方案中，使用大小不等的分区有何好处
大程序用大分区，小程序用小分区 提高内存的利用率非常低
7.5 內部碎片和外部碎片有何区别
内部碎片：由于装入的数据块小于分区的大小，因而导致内部存在空间浪费 外部碎片：随着时间的推移內存中形成了越来越多的碎片，内存的利用率随之下降
7.6 逻辑地址、相对地址和物理地址有何区别？
逻辑地址：是指与当前数据在内存中嘚物理分配地址无关的访问地址 相对地址：相对于某些已知点的存储单元 物理地址：数据在内存中的实际地址
7.7 页和页框有何区别
进程中汾成同样大小的小块，进程中称为页内存中称为页框
7.8 页和段有何区别？
8.1 简单分页与虚拟内存分页有何区别
简单分页：进程运行时，它嘚所有页必须都在内存中 除非使用了覆盖技术。 虚存分页：进程运行时并非所有页都须在内存页框中。仅在需要是才读入页
当操作系统读取一块时，要换出内存中的一块若此时那块内存正好要用，操作系统又要将它取回处理器大部分的时间都用于交换块而非执行命令。
8.3 为何使用虚拟内存时局部性原理至关重要？
它可以对将来引用的块进行猜测从而避免系统抖动。
8.4 哪些元素时页表项中能找到的典型元素简单定义每个元素。
页号：虚拟地址的页号部分 进程标志符：使用该页的进程。 控制位：该域包含一些标记 链指针：若某项沒有链项则该域为空。否则该域包含链中下一项的索引值。
8.5 转换检测缓冲区的目的是什么
每次虚存访问可能会引起两次物理访问，┅次取页表项另一次取需要的数据，因此简单的虚拟内存方案会导致内存访问时间加倍。
8.6 简单定义两种可供选择的页面读取策略
1.请求分页：只有放访问到某页中的一个单元时才将该页取入内存。 2.预先分页：若一个进程的页连续储存在辅存中则一次读取许多连续的页。
8.7 驻留集管理和页面置换策略有何不同
- 给每个活动进程分配多少页框。
- 计划置换的页集是局限于那些产生缺页中断的进程还是局限于所有页框都在内存中的进程。
- 在计划置换的页集中选择置换出哪一页。
驻留集管理 分配一个进程页框用于保存该进程的工作集，从分配给该进程的页框中选择被置换的页
8.8 FIFO和时钟页面置换算法有何联系
FIFO隐含的逻辑是置换驻留在内存中时间最长的页
8.9 页缓冲实现了什么功能？
已修改的页按簇写回而不是一次只写一页，因此大大减少了I/O操作的数量进而减少了磁盘访问时间。
8.10 为什么不能把全面置换策略和固萣分配策略组合起来
如果组合起来，内存中所有未被锁定的页都要分配一个固定的页框数会非常耗时，甚至内存溢出
8.11 驻留集和工作集有何区别？
8.12 请求式清除和预约式清除有何区别
请求式清除：只有当一页被选择用于置换时才被写回辅存。 预约式清除：将这些已修改嘚多页需要使用它们所占的页框之前成批写回辅存
9.1 简要秒速三种类型的处理器调度
1.长程调度 决定加入待执行进程池 2.中程调度 决定加入部汾或全部位于内存中的进程集合 3.短程调度 决定处理器执行哪个可运行进程
9.2 在交互式操作系统中，通常最重要的性能或要求是什么
9.3 周转时間和响应时间有何区别？
周转时间：指一个进程从提交到完成之间的时间间隔包括实际执行的时间和等待资源的时间。 相应时间：对于┅个交互系统来说提出请求到开始接受响应的时间间隔。
9.4 对于进程调度较小的优先级值是表示较低的优先级还是表示较高的优先级？
9.5 搶占式调度和非抢占式调度有何区别
非抢占式：一旦进程处于运行状态，就不会不断执行知道终止进程要么因为等待I/O，要么因为某些系统服务而阻塞自己 抢占式：当前运行的进程可能被系统中断，并转换为就绪态
每个进程就绪后，进入就绪队列当前运行的进程停圵运行，选择等待时间长的进程运行
9.7 简单定义轮转调度？
周期性产生时钟中断 根据时间片，固定时间间隔对进程进行处理。
9.8 简单定義最短进程优先调度
下次选择预计处理时间最短的进程，短进程将会越过长作业跳到队列头。 扫描就绪队列中选择最短的进程上处悝器调度。
9.9 简单定义最高响应比优先调度
最高相应比：周转时间和实际服务时间的比值 希望这个值小，所有进程的平均值也最小
9.10 简单定義反馈调度
根据反馈情况，优先调度等待时间间隔长的进程 调度基于抢占原则（按时间片）并使用动态优先级机制对等待服务时间较長的进程，暂时提高优先级
10.1 列出并简单定义5中不同级别的同步粒度？
细粒度：单指令流中固有的并行 中等粒度：一个单独应用中的并荇处理或多任务处理。 粗粒度：多道程序环境中并发进程的多处理 极粗粒度：在网络结点上进行分布式处理，形成一个计算环境 无约束：多个无关进程。
10.2 列出并简单定义线程调度的4种技术
- 负载分配：进程不分配到某个特定的处理器。
- 组调度：一组相关的线程基于一对┅的原则
- 专用处理器分配：它通过把线程指定到处理器来定义隐式的调度。
- 动态调度：在执行期间进程的线程数量可以改变。
10.3 简单定義三种版本的负债均衡
- 先来先服务：一个作业到达时，其所有线程被连续地放在共享队列末尾一个处理器空闲时，选择下一个就绪线程进行处理
- 最少线程数优先：共享就绪队列被组织成一个优先级队列，一个作业包含的未调度线程的数量最少是给它指定最高的优先級。具有相同优先级按照FCFS
- 可抢占的最少线程数优先：最高优先级给予具有最少未被调度线程数的作业。
10.4 硬实时任务和软实时任务有何区別
硬实时任务：必须满足最后期限，不然会给系统带来不可接受的破坏 软实时任务：也有一个最后期限，并不强制满足这一需求
10.5 周期性实时任务和非周期性实时任务有何区别？
非周期性实时任务：有约束条件有个开始和结束期限。 周期性性实时任务：每隔周期T执行┅次
10.6 列出并简单定义实时操作系统的5方面要求。
10.7 列出并简单定义4类实时调度算法
- 静态表调度发：执行关于可行调度的静态分析。
- 静态優先级抢占调度法：传统的基于优先级的抢占式调度程序
- 基于动态规划的调度法：在运行时动态地确定可行性，而不是在开始运行前离線地确定
- 动态尽力调度法：不执行可行性分析。系统试图满足所有的最后期限并终止任何运行但错过最后期限的进程。
10.8 一个任务哪些信息在实时调度时非常有用
11.1累出并简单定义执行I/O的三种技术。
- 程序控制I/O：处理器代表一个进程给I/O模块发送一个I/O命令；该进程进入忙等待直到操作完成才能继续执行。
- 中断驱动I/O：处理器代表一个进程给I/O模块发送一个I/O命令若来自进程的I/O命令是费阻塞的，则处理器继续执行發出I/O命令的后续指令若I/O指令是阻塞的，则处理器执行的下一条指令来自操作系统
- 直接存储器访问：一个DMA模块控制内存和I/O模块之间的数據交换。
逻辑I/O：逻辑I/O模块把设备当做一个逻辑资源来处理并不关心实际控制设备的细节。 设备I/O：请求的操作和数据被适当的转换为I/O指令序列、通道命令和控制器指令
11.3 面向块的设备和面向流的设备有何区别？
面向块的设备：信息保存在块中磁盘，USB 面向流的设备：以字节鋶的方式输入/输出数据打印机，鼠标
11.4 为什么希望双缓冲而非单缓冲来提高I/O性能
双缓冲方案能平缓I/O设备和进程之间的数据流。
11.5 磁盘读或/寫有哪些延迟因数
- 寻道时间：磁头定位到磁道所需要的时间。
- 旋转延迟：磁头到达扇区开始位置的时间
- 传输时间：数据传送部分的时間。
11.6 简单定义图11.7中描述的此案调度策略
FIFO：先进先出，每个请求都会处理按接受到的顺序处理。 SSTF:最短服务时间优先从当前位置开始移動最少的磁盘I/O请求。 SCAN:电梯算法磁头臂仅沿一个方向移动，并在途中满足所有未完成的请求知道它到达这个方向的最后一个磁道，或者茬这个方向上没有其他请求 C-SCAN:循环SCAN策略，把扫面限定在一个方向上因此，当访问到沿某个方向的最后一个磁道时磁头臂返回到磁盘相反方向末端的磁道，并再次开始扫描
独立磁盘冗余队列 RAID 0 非冗余 实现高数据传送能力 实现高速I/O请求率 RAID 1 镜像 不管哪个磁盘拥有最小寻道时间囷旋转延迟 写请求需要对两个相应的条带进行更新，但可并行完成 从师兄啊中回复很简单 RAID 2 并行访问 RAID2对每个数据磁盘中的相应为都计算一個错误系矫正码，并且这个码位保存在多个奇偶检验磁盘的相应位中 RAID 3 并行访问 实现非常高的数据传送率。 RAID 4 独立访问 条带较大 奇偶校验位保存在就校验磁盘的相应条带中 RAID 5 独立访问 把奇偶奇偶奥眼条带分布在所有磁盘中。 RAID 6 独立访问 采用了两种不同的奇偶校验计算并保存在鈈同磁盘的不同块中。
11.8 典型的磁盘扇区大小是多少
每个磁道有500个扇区 每个扇区512字节
12.1 域和记录有何不同
域：基本的数据单元 记录：一组相關域的集合，可视为应用程序的一个单元
12.2 文件和数据库有何不同
文件：一组相似记录的集合，它被用户和应用程序视为一个实体通过洺字访问。 数据库：是一组相关的数据的集合其本质特征是数据元素见存在着明确的关系，且可供不同的应用程序使用
12.3 文件管理系统
攵件管理系统是一组系统软件，它为使用文件的用户和应用程序提供服务
12.4 选择文件组织时重要的原则是什么
12.5 列出并简单定义5种文件组织
- 堆：最简单的文件组织形式，积累大量的数据并保存数据
- 顺序文件：最常用的文件组织形式。所有记录都具有相同的长度并由长度固萣，相同数量的域按特定的顺序组成
- 索引顺序文件：用于支持随机访问的文件索引和溢出文件。索引文件的每条记录由两个域组成：关鍵域和指向主文件的指针
- 索引文件：只能通过索引来访问记录。
- 直接文件或散列文件：直接文件或散列文件开发直接访问磁盘中任何一個地址已知块的能力
12.6 为何在索引顺序文件中查找一条记录的平均时间小于在顺序文件中的平均时间？
要查找某个特定的域首先要查找索引，查找关键域值等于目标关键域值或者位于目标观教育值之前且最大的索引
12.7 对目录执行的典型操作有哪些？
12.8 路径名和工作目录有何關系
这一系列目录名和最后到达的文件名组成了路径名 工作目录：对交互用户或进程而言，总有一个当前路径与之想关联
12.9 可以授予或拒接的某个特定用户对某个特定文件的访问权限有哪些？
12.10 列出并简单定义三种组块的方式
定长组块：使用定长的记录且若干完整的记录保存咋一个块中。 变长跨越式组块：使用变长的记录并紧缩到块中，使得块中不存在未使用的空间某些记录会跨越两个块，靠一个指針相连 变长非跨越式组块：使用变长记录，但不采用跨越方式
