操作系统复习题集

三、简答题

1. 分页存储管理存在的局限性是什么?

逻辑地址空间：页是物理单位，共享困难、不便对代码进行分类管理，不能进行动态连接。

2. 多道程序系统为什么能提高CPU的利用率？ 利用了原来CPU空闲等待时间

3. 文件的逻辑结构有哪些？

一种是无结构的流式文件，是指对文件内信息不再划分单位，它是依次的一串字符流构成的文件；一种是有结构的记录式文件, 是用户把文件内的信息按逻辑上独立的含义划分信息单位，每个单位称为一个逻辑记录（简称记录）。所有记录通常都是描述一个实体集的，有着相同或不同数目的数据项，记录的长度可分为定长和不定长记录两类。

4. 什么是设备独立性？

应用程序独立于具体使用的物理设备。设备独立性又称为数据无关性。它指的是应用程序在使用设备进行I/O时，使用的是逻辑设备，而系统在实际执行时使用的是物理设备，由操作系统负责逻辑设备与物理设备的映射。

5. 为什么要引入线程，解释一下线程与进程之间的相互关系。

因为虽然进程可以提高CPU的利用率，但是进程之间的切换是非常耗费资源和时间的,为了能更进一步的提高操作系统的并发进,引进了线程.这样,进程是分配资源的基本 单位,而线程则是系统调度的基本单位.一个进程内部的线程可以共享该进程的所分配到的资源.线程的创建与撤消,线程之间的切换所占用的资源比进程要少很多.总的来说就是为了更进一步提高系统的并发性,提高CPU的利用率. 线程是进程的基础，进程包含多个线程，是线程的载体。

6. 死锁的必要条件是什么？

死锁：当某进程提出资源申请后，使得系统中一些进程处于无休止的阻塞状态，在无外力作用下，永远不能再继续前进。产生死锁的必要条件：互斥条件：某段时间内某资源只能由一个进程使用。不剥夺条件：资源在未使用完前，不能被剥夺，由使用进程释放。部分分配（请求和保持）：进程因请求资源而阻塞时，对已分配给它的资源保持不放。环路条件：发生死锁时，有向图必构成一环路。

7. 什么是虚拟内存？

虚拟内存是计算机系统内存管理的一种技术。它使得应用程序认为它拥有连续的可用的内存（一个连续完整的地址空间），而实际上，它通常是被分隔成多个物理内存碎片，还有部分暂时存储在外部磁盘存储器上，在需要时进行数据交换。

8. 假脱机技术是什么？

通过共享设备来模拟独享设备所采用的操作是假脱机操作，即在联机情况下外部设备设备同时操作。所使用的假脱机技术称之为假脱机技术。

9. 为银行取款机系统配备的操作系统应归类于什么类型的操作系统？

10. 多道程序设计的主要优点是什么？

解：多道程序设计是指在主存中同时存放多道用户作业，使它们都处于执行的开始点和结束点之间，这些程序共享计算机系统资源。多道程序设计的主要优点有：(1) 提高CPU的利用率。在多道程序环境下，多个程序共享计算机资源，当某个程序等待I/O操作时，CPU可以执行其他程序，大大提高了CPU的利用率。(2) 提高设备的利用率。在多道程序环境下，多个程序共享系统的设备，大大提高系统设备的利用率。(3)提高系统的吞吐量。在多道程序环境下，减少了程序的等待时间，提高了系统的吞吐量。

11. 请为的下面应用环境的计算机选择适合的操作系统。

(1）飞机的导航（2）办公室自动化系统（3）航空订票系统（4）复杂的科学计算（5）图书检索系统

12. 什么是并发、并行？

并发和并行是即相似又有区别的两个概念，并行是指两个或者多个事

件在同一时刻发生；而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理机系统中，每一时刻却仅能有一道程序执行，故微观上这些程序只能是分时地交替执行。倘若在计算机系统中有多个处理机，则这些可以并发执行的程序便可被分配到多个处理机上，实现并行执行，即利用每个处理机来处理一个可并发执行的程序，这样，多个程序便可以同时执行

13．什么是临界区？

一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源，在进程中对于临界资源访问的程序段称为临界区。

14. 引入缓冲的目的是什么？

答：（1）缓和外部设备和CPU的速度差异；（2）减少CPU被中断的

次数；（3）实现CPU和设备、设备和设备之间的并行操作。

15. 设备驱动程序的主要任务是什么？

设备驱动程序是请求I/O的进程与设备控制器之间的一个通信程序，主要功能有：

①将用户的要求转换为具体要求。

②检查用户的合法性，了解设备状态，根据要求传递参数，设置设备的工作方式。

③向设备控制器发I/O命令启动设备，完成具体的I/O操作。

④及时响应外设的中断请求，根据中断类型调用相应的中断处理程序。

⑤具有通道的控制系统，还要构造通道程序。

四、综合题

1. 信号量的PV操作解决进程的同步问题。 2. 银行家算法判断系统状态是否安全。

3. 分页系统中逻辑地址和物理地址的转换。

4. 页面置换算法，主要掌握先进先出、LRU、最佳置换。

5. 磁盘调度算法，包括FCFS、短寻道优先、电梯算法、LOOK算法等。 6. 进程调度算法，包括FCFS、短任务优先、最短剩余时间优先、时间片轮转等。

综合题案例：

1.考虑下列进程集，进程占用的CPU区间长度以毫秒来计算：

进程 区间时间 优先级 P1 10 3 P2 1 1 P3 2 3 P4 1 4 P5 5 2

假设在时刻0以进程P1，P2，P3，P4，P5的顺序到达。

a.画出4个Gantt图分别演示用FCFS、SJF、非抢占优先级（数字小代表优先级高）和RR（时间片＝1）算法调度时进程的执行过程。 b.在a里每个进程在每种调度算法下的周转时间是多少？ c.在a里每个进程在每种调度算法下的等待时间是多少？ d.在a里哪一种调度算法的平均等待时间对所有进程而言最小？ 答：a.甘特图（看教材138页） FCFS: P1 P2 P3 P4 P5 0 10 11 13 14 19 SJF: P2 P4 P3 P4 P5 0 1 2 4 9 19

非抢占优先级: P2 P5 P1 P3 P4 0 1 6 16 17 19 RR: P1 P2 P3 P4 P5 P1 P3 P5 P1 P5 P1 P5 P1 P5 P1 P1 P1 P1 P1 0 19

b.周转时间 P1 P2 P3 P4 P5 c.等待时间 P1 P2 P3 P4 P5 d.SJF

2.考虑一个运行十个I/O限制任务和一个CPU限制任务的系统。假设，I/O限制任务一次分配给一个I/O操作1毫秒的CPU计算，但每个I/O操作的完成需要 10毫秒。同时，假设间接的上下文切换要0.1毫秒，所有的进程都是长进程。对一个RR调度来说，以下情况时CPU的利用率是多少： a.时间片是1毫秒

FCFS 0 10 11 13 14 RR 9 1 5 3 9 SJF 9 0 2 1 4 非抢占优先级 6 0 16 18 2 FCFS 10 11 13 14 19 RR 19 2 7 4 14 SJF 19 1 4 2 9 非抢占优先级 16 1 18 19 6 b.时间片是10毫秒

答：a.时间片是1毫秒：不论是哪个进程被调度，这个调度都会为每一次的上下文切换花费一个0.1毫秒的上下文切换。CPU的利用率是1/1.1*100=92%。 b.时间片是10毫秒：这I/O限制任务会在使用完1毫秒时间片后进行一次上下文切换。这个时间片要求在所有的进程间都走一遍，因此，10*1.1+10.1(因为每个I / O限定任务执行为1毫秒，然后承担上下文切换的任务，而CPU限制任务的执行10毫秒在承担一个上下文切换之前) 。因此，CPU的利用率是20/21.1*100=94%。

3. 考虑下面的一个系统在某一时刻的状态：

Allocation Max Available A B C D A B C D A B C D

P0 0 0 1 2 0 0 1 2 1 5 2 0 P1 1 0 0 0 1 7 5 0 P2 1 3 5 4 2 3 5 6 P3 0 6 3 2 0 6 5 2 P4 0 0 1 4 0 6 5 6 使用银行家算法回答下面问题： a.Need矩阵的内容是怎样的？ b.系统是否处于安全状态？

c.如果从进程P1发出一个请求（0 4 2 0），这个请求能否被满足？ 答：a.Need矩阵的内容是

P0（0 0 0 0） P1（0 7 5 0） P2（1 0 0 2） P3（0 0 2 0） P4（0 6 4 0）。

b. .系统处于安全状态，因为Available矩阵等于（1 5 2 0），进程P0和P3都可以运行，当进程P3运行完时，它释放它的资源，而允许其它进程运行。

c.可以被满足，满足以后，Available矩阵等于（1 1 0 0），当以次序P0，P2, P3, P1 ,P4运行时候，可以完成运行。

4. 按顺序给出5个部分的内存，分别是100KB,500KB,200KB,300KB和600KB，用 first-fit,best-fit和worst-fit算法，能够怎样按顺序分配进程212KB,417KB,112KB,426KB和426KB？哪个算法充分利用了内存空间？ 答： a. First-fit:

b. 212K is put in 500K partition c. 417K is put in 600K partition

d. 112K is put in 288K partition (new partition 288K = 500K ? 212K) e. 426K must wait f. Best-fit:

g. 212K is put in 300K partition h. 417K is put in 500K partition i. 112K is put in 200K partition j. 426K is put in 600K partition k. Worst-fit:

l. 212K is put in 600K partition m. 417K is put in 500K partition n. 112K is put in 388K partition o. 426K must wait

Best-fit: 算法充分利用了内存空间。

5. 考虑一个分页系统在内存中存储着一张页表。

a.如果内存的查询需要200毫秒，那么一个分页内存的查询需要多长时间？ b.如果我们加上相关联的寄存器，75%的页表查询可以在相关联的寄存器中找到，那么有效的查询时间是多少？（假设如果入口存在的话，在相关的寄存器中找到页表入口不花费时间）

答：a.400毫秒：200毫秒进入页表，200毫秒进入内存中的字 b.有效进入时间=0.75*200毫秒+0.25*400毫秒=250毫秒

6. 假设有一个请求调页存储器，页表放在寄存器中：处理一个页错误，当有空的帧或被置换的页设有被修改过时要用8ms，当被置换的页被修改过明用20ms，存储器访问时间为100ns。

假设被置换的页中有70％被修改过，有效访问时间不超过200ns时最大可接受的页错误率是多少？

答：0.2 sec = (1 ? P) × 0.1 sec + (0.3P) × 8 millisec + (0.7P) × 20 millisec

0.1 = ?0.1P + 2400 P + 14000 P 0.1= 16,400 P P = 0.000006

7. 假设一个请求调页系统具有一个平均访问和传输时间为20ms的分页磁盘。地址转换是通过在主存中的页表来进行的，每次内存访问时间为1μs。这样，每个通过页表进行的内存引用都要访问内存两次。为了提高性能，加入一个相关内存，当页表项在相关内存中时，可以减少内存引用的访问次数。

假设80%的访问发生在相关内存中，而且剩下中的10%（总量的2%）会导致页错误。内存的有效访问时间是多少？ 答:

有效访问时间= (0.8) × (1 μsec)+ (0.1) × (2 μsec) + (0.1) × (5002 μsec)

= 501.2 μsec ≈ 0.5 millisec

8. 某虚拟存储器的用户空间共有32个页面，每页1KB，主存16KB。试问： （1）逻辑地址的有效位是多少？ （2）物理地址需要多少位？

（3）假定某时刻系统用户的第0，1，2，3页分别分配的物理块号为5，10，4，7，试将虚地址0A5C和093C变换为物理地址。

解

（1）程序空间的大小为32KB，因此逻辑地址的有效位数是15位。 （2）内存空间的大小是16KB，因此物理地址至少需要14位。

（3）当页面为1KB时，虚地址0A5C表示页号为00010，页内地址是1001011100。该页在内存的第4块，即块号为0100，因此0A5C的物理地址是01001001011100，即125CH。

（4）用同样的方法可以求得，093C的物理地址是113CH。

9. 若在一分页存储管理系统中，某作业的页表如下所示。已知页面大小为1024字节，试将逻辑地址1011，2148，3000，5012转化为相应的物理地址（注：此处块号即为页面号）。

页号 块号 0 2 1 3 2 1 3 6 解 本题中，为了描述方便，设页号为P，页内位移为W，逻辑地址为A，内存地址为M，页面大小为L，则

P=int(A/L) W=A mod L

对于逻辑地址1011 P=int(1011/1024)=0

W=1011 mod 1024=1011 A=1101=(0,1101)

查页表第0页在第2块，所以物理地址为M=1024*2+1101= 3059。

对于逻辑地址为2148 P=2148/1024=2

W=2148 mod 1024=100 A=2148=(2,100)

查页表第2页在第1块，所以物理地址为M=1024*1+100=1124。

对于逻辑地址为3000 P=3000/1024=2

W=3000 mod 1024=952 A=3000=(2,952)

查页表第2页在第1块，所以物理地址为M=1024*1+952=1976

对于逻辑地址5012 P=5012/1024=4

W=5012 mod 1024=916

因页号超过页表长度，该逻辑地址非法。

10. 某段式存储管理系统中，有一作业的段表（SMT）如下表所示，求逻辑地址[0，65]，[1，55]，[2，90]，[3，20]对应的主存地址（按十进制）。（其中方括号中的第一个元素为段号，第二个元素为段内地址）

段号 段长（容主存起始地址 状态 量） 0 200 600 1 1 50 850 1 2 100 1000 1 — 3 150 0 解 逻辑地址[0，65]：对应的主存地址为600＋65＝665。

逻辑地址[1，55]：因段内地址超过段长，所以产生段地址越界中断。 逻辑地址[2，90]：对应的主存地址为1000＋90＝1090。

逻辑地址[3，20]：因为状态位为0，即该段在辅存中，所以产生缺段中断。

11．对页面访问串：1，2，3，4，1，2，5，1，2，3，4，5，指出在驻留集大为3时，使用FIFO、OPT和LRU替换算法的缺页次数。(OPT和LRU如果出现多选项时使用FIFO)

答： FIFO: 缺页11次 页√ √ √ √ √ √ √ 面 号 1 2 3 4 1 2 5 1 1 1 1 4 4 4 4 4 2 2 2 1 1 1 1 3 3 3 2 5 5 OPT: 缺页7次 页√ √ √ √ 面 号 1 2 3 4 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 3 4 4 2 1 2 4 √ 5 1 1 1 2 2 5 5 √ √ √ √ 2 3 4 5 2 2 2 5 1 3 3 3 5 5 4 4 2 1 2 5 2 5 1 2 √ √ 3 4 5 3 3 3 2 4 4 5 5 5 √ √ √ 3 4 5 3 3 3 1 4 4 2 2 5 LRU: 缺页10次 页√ √ √ √ √ √ √ 面 号 1 2 3 4 1 2 5 1 1 1 1 4 4 4 5 5 2 2 2 1 1 1 1 3 3 3 2 2 2

12.假设一个磁盘驱动器有5000个柱面，从0到4999，驱动器正在为柱面143的一个请求提供服务，且前面的一个服务请求是在柱面125.按FIFO顺序，即将到来的请求队列是

86，1470，913，1774，948，1509，1022，1750，130

从现在磁头位置开始，按照下面的磁盘调度算法，要满足队列中即将到来的请求要求磁头总的移动距离（按柱面数计）是多少？ a. FCFS b. SSTF c. SCAN d. LOOK e. C-SCAN 答：

a. FCFS的调度是143 ， 86 ， 1470 ， 913 ， 1774 ， 948 ， 1509 ， 1022 ，

1750 ， 130 。总寻求距离是7081 。

b. SSTF的调度是143 ， 130 ， 86 ， 913 ， 948 ， 1022， 1470， 1509，

1750， 1774。总寻求距离是1745。

c. SCAN的调度是143 ， 913 ， 948 ， 1022， 1470， 1509， 1750， 1774 ，

4999 ， 130 ， 86 。总寻求距离是9769 。

d. LOOK的调度是143 ， 913 ， 948 ， 1022， 1470， 1509， 1750， 1774，

130 ， 86 。总寻求距离是3319 。

e. C-SCAN的调度是143 ， 913 ， 948 ， 1022 ， 1470 ， 1509 ， 1750 ，

1774 ， 4999 ， 86 ， 130 。总寻求距离是9813 。

f. C-LOOK的调度是143 ， 913 ， 948 ， 1022 ， 1470 ， 1509 ， 1750 ，

1774 ， 86 ， 130 。总寻求距离是3363 。

13.假设有两个并发进程P1和P2, 程序代码为 P1: begin P2: begin A; C; B； D; end end

其中，A, B, C和D均为原语。请给出P1和P2两个进程所有可能的执行过程。 答：ABCD，ACBD,ACDB,CDAB,CABD,CADB

14. 桌上有一空盘，只允许存放一个水果。爸爸可向盘中放苹果，也可向盘中放桔子。儿子专等吃盘中的桔子，女儿专等吃盘中的苹果。规定当盘中空时一次只能放一只水果供吃者取用，请用P、V原语实现爸爸、儿子、女儿三个并发进程的同步。

分析 在本题中，爸爸、儿子、女儿共用一个盘子，且盘中一次只能放一个水果。当盘子为空时，爸爸可将一个水果放入果盘中。若放入果盘中的是苹果，则允许女儿吃，儿子必须等待；若放入果盘中的是桔子，则允许儿子吃，女儿必须等待。本题实际上是生产者-消费者问题的一种变形。这里，生产者放入缓冲区的产品有两类，消费者也有两类，每类消费者只消费其中固定的一类产品。

解 在本题中，应设置三个信号量S、So、Sa，信号量S表示盘子是否为空，其初值为1；信号量So表示盘中是否有桔子，其初值为0；信号量Sa表示盘中是否有苹果，其初值为0。同步描述如下：

int S=1; int Sa=0; int So=0;

main( ) {

cobegin

father(); son();

daughter(); coend }

father() {

while(1)

{

P(S );

将水果放入盘中；

if （放入的是桔子）else V(Sa); } }

son( ) {

while(1)

{

P(So);

从盘中取出桔子； V(S); 吃桔子； } }

daughter( ) {

while(1) {

P(Sa);

从盘中取出苹果； V(S); 吃苹果； } } V(So);