计算机操作系统（第三版）前六章课后习题--与题号对应(5)

答：在以进程为单位进行对换时，并非每次将整个进程换出。这是 因为： a.从结构上讲，进程是由程序段、数据段和进程控制块组成的， 其中进程控制块总有部分或全部常驻内存，不被换出。 b.程序段和数据段可能正被若干进程共享，此时它们也不能被换 出。

13. 为实现分页存储管理，需要哪些硬件支持？ 为实现分页存储管理，需要哪些硬件支持？ 需要有页表机制、地址变换机构的硬件支持。

16. 为什么说分段系统较之分页系统更易于实现信息共享和保护? 为什么说分段系统较之分页系统更易于实现信息共享和保护

答：a.对于分页系统，每个页面是分散存储的，为了实现信息共享和 保护，则页面之间需要一一对应起来，为此需要建立大量的页 表项； b.而对于分段系统，每个段都从 0 开始编址，并采用一段连续的 地址空间，这样在实现共享和保护时，只需为所要共享和保护 的程序设置一个段表项，将其中的基址与内存地址一一对应起 来即可。

17. 分页和分段有何区别 分页和分段有何区别?

答：a.分页和分段都采用离散分配的方式，且都要通过地址映射机构 来实现地址变换，这是它们的共同点； b.对于它们的不同点有三，第一，从功能上看，页是信息的物理 单位，分页是为实现离散分配方式，以消减内存的外零头，提 高内存的利用率， 即满足系统管理的需要， 而不是用户的需要； 而段是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息， 目的是为了能更好地满足用户的需要；第二页的大小固定且由 计算机操作系统第三版答案 26 / 47 系统确定，而段的长度却不固定，决定于用户所编写的程序； 第三分页的作业地址空间是一维的，而分段的作业地址空间是 二维的。

18. 试全面比较连续分配和离散分配方式。 试全面比较连续分配和离散分配方式。

答：a.连续分配是指为一个用户程序分配一个连续的地址空间，包括 单一连续分配方式和分区式分配方式，前者将内存分为系统区 和用户区，系统区供操作系统使用，用户区供用户使用，是最 简单的一种存储方式，但只能用于单用户单任务的操作系统 中；分区式分配方式分为固定分区和动态分区，固定分区是最 简单的多道程序的存储管理方式，由于每个分区的大小固定， 必然会造成存储空间的浪费；动态分区是根据进程的实际需 要，动态地为之分配连续的内存空间，常用三种分配算法: 首 次适应算法，该法容易留下许多难以利用的小空闲分区，加大 查找开销；循环首次适应算法，该算法能使内存中的空闲分区 分布均匀，但会致使缺少大的空闲分区；最佳适应算法，该算 法也易留下许多难以利用的小空闲区； b.离散分配方式基于将一个进程直接分散地分配到许多不相邻 的分区中的思想，分为分页式存储管理，分段存储管理和段页 式存储管理. 分页式存储管理旨在提高内存利用率，满足系统 管理的需要， 分段式存储管理则旨在满足用户(程序员)的需要， 在实现共享和保护方面优于分页式存储管理，而段页式存储管 理则是将两者结合起来， 取长补短， 即具有分段系统便于实现，可共享，易于保护，可动态链接等优点，又能像分页系统那样 很好的解决外部碎片的问题，以及为各个分段可离散分配内存 等问题，显然是一种比较有

效的存储管理方式； c.综上可见，连续分配方式和离散分配方式各有各自的特点，应 根据实际情况加以改进和利用.

19. 虚拟存储器有哪些特征 其中最本质的特征是什么？ 虚拟存储器有哪些特征?其中最本质的特征是什么？ 其中最本质的特征是什么

答：特征：离散性、多次性、对换性、虚拟性； 最本质的特征：离散性；最重要的特征：虚拟性。

20. 实现虚拟存储器需要哪些硬件支持？ 实现虚拟存储器需要哪些硬件支持？答：a.对于为实现请求分页存储管理方式的系统，除了需要一台具有 一定容量的内存及外存的计算机外，还需要有页表机制，缺页 中断机构以及地址变换机构； b.对于为实现请求分段存储管理方式的系统，除了需要一台具有 一定容量的内存及外存的计算机外，还需要有段表机制，缺段 中断机构以及地址变换机构；

21. 实现虚拟存储器需要哪几个关键技术？ 实现虚拟存储器需要哪几个关键技术？

答：a.分页和分段都采用离散分配的方式，且都要通过地址映射机构 来实现地址变换，这是它们的共同点；

25. 在请求分页系统中，通常采用哪种页面分配方式——物理块分配 在请求分页系统中， 通常采用哪种页面分配方式——物理块分配 —— 策略？ 策略？ 三种分配方式：固定分配局部置换、可变分配全局置换、可变分 配局部置换。

26. 在一个请求分页系统中，采用 FIFO 页面置换算法时，假如一个 在一个请求分页系统中， 页面置换算法时， 作业的页面走向为 4、3、2、1、4、3、5、4、3、2、1、5，当 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 ， 分配给该作业的物理块数 M 分别为 3 和 4 时，试计算在访问过 程中所发生的缺页次数和缺页率，并比较所得结果。 程中所发生的缺页次数和缺页率，并比较所得结果。 4 3 2 1 4 3 5 4 3 1 M=3 2 5 5 2 1 4 4 3 4 3 2 1 3 2 1 4 2 1 4 3 5 4 3 5 2 3 M=4 4 4 3 4 3 2 4 3 2 1 5 3 2 1 5 4 2 1 5 4 3 1 5 4 3 2 1 4 3 2 1 5 3 2 M=3 时，采用 FIFO 页面置换算法的缺页次数为 9 次，缺页 率为 75%； M=4 时，采用 FIFO 页面置换算法的缺页次数为 10 次，缺 页率为 83%。 由此可见， 增加分配给作业的内存块数， 反而增加了缺页次 数，提高了缺页率，这种现象被称为是 Belady 现象。

28. 试说明改进型 Clock 置换算法的基本原理。 置换算法的基本原理。 基本原理：在将一个页面换出时，如果该页已被修改过，便须将该页重新写 回到磁盘上；但如果该页未被修改过，则不必将它写回磁盘上。 在改进型算法中，除需考虑页面的使用情况外，还须再增加一个 因素，即置换代价，这样，选择页面换出时，既要是未使用过的 页面，又要是未被修改过的页面。

15 什么是抖动 产生抖动的原因是什么 什么是抖动? 产生抖动的原因是什么? a.抖动(Thrashing)就是指当内存中已无空闲空间而又发生缺页中 断时，需要从

内存中调出一页程序或数据送磁盘的对换区中， 如果算法不适当，刚被换出的页很快被访问，需重新调入，因 此需再选一页调出，而此时被换出的页很快又要被访问，因而 又需将它调入，如此频繁更换页面，使得系统把大部分时间用 在了页面的调进换出上，而几乎不能完成任何有效的工作，我 们称这种现象为\抖动\。 b.产生抖动的原因是由于 CPU 的利用率和多道程序度的对立统 一矛盾关系引起的， 为了提高 CPU 利用率， 可提高多道程序度， 但单纯提高多道程序度又会造成缺页率的急剧上升，导致 CPU 的利用率下降， 而系统的调度程序又会为了提高 CPU 利用率而 继续提高多道程序度，形成恶性循环，我们称这时的进程是处 于\抖动\状态。

第五章 设备管理

3. 什么是字节多路通道？什么是数组选择通道和数组多路通道？ 什么是字节多路通道？什么是数组选择通道和数组多路通道？

答：a.字节多路通道含有许多非分配型子通道分别连接在低、中速 I/O 设备上，子通道按时间片轮转方式共享主通道，按字节方式进 行数据传送。 当第一个子通道控制其 I/O 设备完成一个字节的交 换后，便立即腾出字节多路通道（主通道），让给第二个子通 道使用；当第二个子通道也交换完一个字节后，又依样把主通 道让给第三个子通道使用，以此类推。转轮一周后，重又返回 由第一个子通道去使用主通道。 b.数组选择通道只含有一个分配型子通道，一段时间内只能执行 一道通道程序、控制一台设备按数组方式进行数据传送。通道 被某台设备占用后，便一直处于独占状态，直至设备数据传输 完毕释放该通道，故而通道利用率较低，主要用于连接多台高 速设备。 c. 数组多路通道是将数组选择通道传输速率高和字节多路通道 能使各子通道分时并行操作的优点相结合而形成的一种新通 道。 其含有多个非分配型子通道分别连接在高、 中速 I/O 设备上， 子通道按时间片轮转方式共享主通道，按数组方式进行数据传 送，因而既具有很高的数据传输速率，又能获得令人满意的通 道利用率。

4. 如何解决因通道不足而产生的瓶颈问题？ 如何解决因通道不足而产生的瓶颈问题？

答：解决因通道不足而产生的瓶颈问题的最有效方法是增加设备 到主机间的通路而不是增加通道。换言之，就是把一个设备连接 到多个控制器上，而一个控制器又连接到多个通道上。这种多通 路方式不仅可以解决该瓶颈问题，而且能够提高系统的可靠性， 也即不会因为个别通道或控制器的故障而使设备与存储器之间无 法建立通路进行数据传输。

6. 试说明 I/O 控制发展的主要推动因素是什么？ 试说明 控制发展的主要推动因素是什么？ 答： 促使 I/O 控制不断发展的几个主要因素如下： a.尽量减少 CPU 对 I/O 控制的干预，把 CPU 从繁杂的 I/O 控制中 解脱出来，以便更多地去完成数据处理任务。 b.缓和 CPU 的高速性和设备的低速性之间速度不匹配的矛盾，以 提高 CPU 的利用率和系统的吞吐量。 c.提高 CPU 和 I/O 设备操作的并行程度，

使 CPU 和 I/O 设备都处 于忙碌状态，从而提高整个系统的资源利用率和系统吞吐量。

7. 有哪几种 I/O 控制方式？各适用于何种场合？ 控制方式？各适用于何种场合？

答：I/O 控制方式： 程序 I/O 方式、 中断驱动 I/O 控制方式、 DMAI/O 控制方式、I/O 通道控制方式。程序 I/O 方式适用于早期的计算机 系统中， 并且是无中断的计算机系统； 中断驱动 I/O 控制方式是普 遍用于现代的计算机系统中；DMA I/O 控制方式适用于 I/O 设备 为块设备时在和主机进行数据交换的一种 I/O 控制方式； I/O 设 当 备和主机进行数据交换是一组数据块时通常采用 I/O 通道控制方 式，但此时要求系统必须配置相应的通道及通道控制器。 计算机操作系统第三版答案 32 / 47 10. 在单缓冲情况下，为什么系统对一块数据的处理时间为 max(C, 在单缓冲情况下， T)+M ?？ ？ 在块设备输入时，假定从磁盘把一块数据输入到缓冲区的时 间为 T； 操作系统将缓冲区数据传送给用户区的时间为 M； CPU 而 对这一块数据进行计算得时间为 C。在单缓冲情况下，由于设备 的输入操作和 CPU 的处理操作可以并行， 所以系统对每一整块数 据的处理时间为 max(C, T) + M。

11. 为什么在双缓冲情况下，系统对一块数据的处理时间为 max(C, 为什么在双缓冲情况下， T)？ ？ 该方式又称缓冲对换方式，在设备输入时，先将数据送入第一缓冲区，装满后便转向第二缓冲区。此时操作系统可以从第一 缓冲区移出数据， 并送入用户进程。 接着由 CPU 对数据进行计算。 在双缓冲区中，不仅设备的输入操作和 CPU 的处理操作可以并 行，设备的输入操作和数据的传送操作也可以并行，因此耗时大 约为 max(C+M,T)。考虑到 M 是内存中数据块的“搬家”耗时，非 常短暂可以省略，因此近似地认为是：max(C,T)

15. 为什么要引入设备独立性？如何实现设备独立性？ 为什么要引入设备独立性？如何实现设备独立性？

答：引入设备独立性，可使应用程序独立于具体的物理设备，是 设备分配具有灵活性。另外容易实现 I/O 重定向。 为了实现设备独立性，必须在设备驱动程序之上设置一层设 备独立性软件，用来执行所有 I/O 设备的公用操作，并向用户层 软件提供统一接口。 关键是系统中必须设置一张逻辑设备表 LUT用来进行逻辑设备到物理设备的映射，其中每个表目中包含了逻 辑设备名、物理设备名和设备驱动程序入口地址三项；当应用程 序用逻辑设备名请求分配 I/O 设备时，系统必须为它分配相应的 物理设备， 并在 LUT 中建立一个表目， 以后进程利用该逻辑设备 名请求 I/O 操作时， 便可从 LUT 中得到物理设备名和驱动程序入 口地址。

16．在考虑到设备的独立性时，应如何分配独占设备？ ．在考虑到设备的独立性时，应如何分配独占设备？

答：在考虑到设备的独立性时，应按如下步骤来分配独占设备： （1）进程以逻辑设备名提出 I/O 请求。 （2） 根据逻辑设备表相应表项获得 I/O 请求的逻辑设备对应类型 的物理设备在系统设备表中的指针。 （3）从指针所指位置起顺序检索系统设备表，直到找到一个属 于对应 I/O 请求所用类型、空闲可用且

基于设备分配安全性算法 验证为安全分配的设备的设备控制表，将对应设备分配给请求进 程；如果未找到安全可用的空闲设备，则把请求进程的进程控制 块挂到相应类型设备的等待队列上等待唤醒和分配。 （4）系统把设备分配给 I/O 请求进程后，再到该设备的设备控制 表中找出与其相连接的控制器的控制器控制表，根据其状态字段 判断该控制器是否忙碌，若忙则把请求进程的进程控制块挂到该 控制器的等待队列上；否则将该控制器分配给进程。 （5）系统把控制器分配给 I/O 请求进程后，再到该控制器的控制 器控制表中找出与其相连接的通道的通道控制表，根据其状态字 计算机操作系统第三版答案 34 / 47 段判断该通道是否忙碌，若忙则把请求进程的进程控制块挂到该 通道的等待队列上；否则将该通道分配给进程。 （6）只有在设备、控制器和通道三者都分配成功时，这次的设 备分配才算成功，然后便可启动设备进行数据传送。

17．什么是虚拟设备？其实现所依赖的关键技术有哪些？ ．什么是虚拟设备？其实现所依赖的关键技术有哪些？

答：虚拟设备是指通过虚拟技术，可将一台独占设备变换成若干 台逻辑设备，供若干个用户（进程）同时使用。由于多台逻辑设 备实际上并不存在，而只是给用户的一种感觉，因此被称为虚拟 设备。其实现所依赖的关键技术是 SPOOLing 技术。

19．在实现后台打印时，SPOOLING 系统应为请求 I/O 的进程提供 ．在实现后台打印时， 哪些服务？ 哪些服务？

答：在实现后台打印时，SPOOLing 系统应为请求 I/O 的进程提 供以下服务：（1）由输出进程在输出井中为之申请一空闲盘块 区，并将要打印的数据送入其中； （2）输出进程再为用户进程申请一张空白的用户打印表，并将 用户的打印要求填入其中，再将该表挂到请求打印队列上。 （3）一旦打印机空闲，输出进程便从请求打印队列的队首取出 一张请求打印表，根据表中的要求将要打印的数据从输出井传送 到内存缓冲区，再由打印机进行打印。

第六章 文件管理

1. 何谓数据项、记录和文件？ 何谓数据项、记录和文件？

答：a.数据项是最低级的数据组织形式，可分为基本数据项和组合数 据项。基本数据项是用于描述一个对象某种属性的字符集，是 数据组织中可以命名的最小逻辑数据单位，即原子数据，又称 为数据元素或字段。组合数据项则由若干个基本数据项构成。 b.记录是一组相关数据项的集合，用于描述一个对象某方面的属 性。 c.文件是指有创建者所定义的、具有文件名的一组相关信息的集 合提。

4. 何谓逻辑文件 ？ 何谓物理文件 ？ (何谓文件逻辑结构？ 何谓文件 何谓逻辑文件？何谓物理文件？ 何谓文件逻辑结构 何谓文件逻辑结构？ 的物理结构) 的物理结构 文件的逻辑结构是指从用户的观点出发所观察到的文件组织

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