操作系统原理习题答案

1. 简述脱机I/O和联机I/O

a. 脱机输入输出方式(Off-Line I/O)是为了解决人机矛盾及CPU 和I/O 设备之间速度不

匹配而提出的.它减少了CPU 的空闲等待时间，提高了I/O 速度.具体内容是将用户程序和数据在一台外围机的控制下，预先从低速输入设备输入到磁带上，当CPU 需要这些程序和数据时，在直接从磁带机高速输入到内存，从而大大加快了程序的输入过程，减少了CPU 等待输入的时间，这就是脱机输入技术；当程序运行完毕或告一段落，CPU 需要输出时，无需直接把计算结果送至低速输出设备，而是高速把结果输出到磁带上，然后在外围机的控制下，把磁带上的计算结果由相应的输出设备输出，这就是脱机输出技术。

b. 若这种输入输出操作在主机控制下进行则称之为联机输入输出方式.

2. 内存管理有哪些功能？它们的主要任务是什么？

a. 主要功能: 内存分配，内存保护，地址映射和内存扩充等.

b. 内存分配的主要任务是为每道程序分配内存空间，提高存储器利用率，以减少不可用的内存空间，允许正在运行的程序申请附加的内存空间，以适应程序和数据动态增长的需要.

? 内存保护的主要任务是确保每道用户程序都在自己的内存空间中运行，互不干扰. ? 地址映射的主要任务是将地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中与之对应的物

理地址.

? 内存扩充的主要任务是借助虚拟存储技术，从逻辑上去扩充内存容量.

3. 目前常用的磁盘调度算法有哪些？没中算法应该优先考虑的问题是什么？《5

章》

目前常用的磁盘调度算法包括：（1）先来先服务调度算法FCFS。根据进程请求访问磁盘的先后次序进行调度，优点是公平、简单且每个进程的请求都能依次得到处理，不会出现某一进程的请求长期得不到满足的情况，但寻道时间可能较长。（2）最短寻道时间优先调度算法SSTF。选择所要求访问磁道与磁头当前所在磁道距离最近的进程优先调度，但并不能保证平均寻道时间最短。本算法具较好的寻道性能，但可能导致进程饥饿现象。（3）扫描算法SCAN（又称为电梯调度算法），对最短寻道时间优先调度算法略加修改而形成。不仅考虑欲访问磁道与磁头当前所

在磁道的间距，更优先考虑的是磁头当前移动的方向既能获得较好的寻道性，又能防止进程饥饿，广泛用于大、中、小型机及网络中。扫描算法存在的问题是：当磁头刚从里到外移动过某一磁道时，恰有一进程请求访问此磁道，该进程必须等待，待磁头从里向外，然后再从外向里扫描完所有要访问的磁道后，才处理该进程的请求，致使该进程的请求被严重推迟。（4）循环扫描算法CSCAN。规定磁头单向移动，避免了扫描算法导致的某些进程磁盘请求的严重延迟。（5）N-步扫描算法。为克服前述SSTF、SCAN、CSCAN 等调度算法都可能出现的磁臂停留在某处不动的情况即磁臂粘着现象，将磁盘请求队列分成若干个长度为N 的子队列，按先来先服务算法依次处理这些子队列，而各队列分别以扫描算法进行处理。（6）FSCAN 算法，其实质为N-步扫描算法的简化。将磁盘请求队列分成两个子队列：①当前所有请求磁盘I/O的进程形成的队列，按扫描算法处理；②在扫描期间新出现的所有磁盘请求进程队列，本次扫描结束后②添加到①的队尾，从而使所有新要求都被推迟到下一次扫描时处理。

4. 试比较网络OS和分布式OS

a. 网络OS 是基于由一些互联的自主计算机系统组成的计算机网络，以计算机技术和

通信技术高度发展为基础，能实现相互通信和相互合作功能的系统.分布式OS 是指多个分散的处理单元，经互联网络连接而形成的系统.

b. 在分布性上，两者都具有分布处理功能，但网络OS 的控制功能大多集中在某个(些)主机或网络服务器中，即集中式，而分布式OS 则是较均匀地分布在系统的各个站点上，是完全分布式的.

?

在并行性上，分布式OS 的任务分配程序可将多个任务分配到多个处理单元上而实现并行，网络OS中通常无任务分配功能,每个用户的任务通常在自己(本地)的计算机上处理. ?

在透明性上，两者都具透明性，但网络OS 指在操作实现上的透明性，而分布式OS 则在系统内部的细节上实现了很好的隐藏，即具有物理上的透明性. ?

在共享性上，分布式OS 是比较完全的实现共享，而网络OS 共享的资源大多是在主机或网络服务器中. ?

在健壮性上，分布式系统由于处理和控制功能是分布的，还拥有容错技术实现系统重构，因而具有很强的健壮性；而网络OS 的控制功能大多集中在主机或服务器中，是系统具有潜在的不可靠性，健壮性差.

5. 简述线程和进程的区别和联系（SSS）

线程具有很多传统进程所具有的特征，所以又称为轻型进程或进程元，相应地把

传统进程称为重型进程，传统进程相当于只有一个线程的任务。在线程的操作系统中，通常一个进程都拥有若干个线程，至少也有一个线程。

a. 在引入线程的OS 中，把线程作为调度和分派的基本单位，而把进程作为资源拥有的基本单位；

b. 在引入线程的OS 中，不仅进程之间可以并发执行，而且在一个进程中的多个线程之间，亦可并发执行，因而使OS 具有更好的并发性；

c. 进程始终是拥有资源的一个独立单位，线程自己不拥有系统资源，但它可以访问其隶属进程的资源；

d. 在创建，撤消和切换进程方面，进程的开销远远大于线程的开销.

6. 为什么要引入设备独立性，如何实现设备独立性《5章》

在现代操作系统中，为了提高系统的可适应性和可扩展性，都毫无例外地实现了设

备独立性，也即设备无关性。其基本含义是，应用程序独立于具体使用的物理设备，即应用程序以逻辑设备名称来请求使用某类设备。进一步说，在实现了设备独立性的功能后，可带来两方面的好处：（1）设备分配时的灵活性；（2）易于实现I/O 重定向(指用于I/O 操作的设备可以更换即重定向，而不必改变应用程序)。为了实现设备的独立性，应引入逻辑设备和物理设备两个概念。在应用程序中，使用逻辑设备名称来请求使用某类设备；而系统执行时，是使用物理设备名称。鉴于驱动程序是一个与硬件（或设备）紧密相关的软件，必须在驱动程序之上设置一层软件，称为设备独立性软件，以执行所有设备的公有操作、完成逻辑设备名到物理设备名的转换（为此应设置一张逻辑设备表）并向用户层（或文件层）软件提供统一接口，从而实现设备的独立性。

7. 何谓死锁？产生死锁的原因和必要条件是什么？（SSS） a. 死锁是指多个进程因竞争资源而造成的一种僵局，若无外力作用，这些进程都将永

远不能再向前推进;

b. 产生死锁的原因有二，一是竞争资源，二是进程推进顺序非法； c. 必要条件是: 互斥条件，请求和保持条件，不剥夺条件和环路等待条件.

8. 什么是死锁，在解决死锁的几个方法中哪种最容易实现，哪种方法使资源利用率最高？（SSS） a. 解决死锁可归纳为四种方法: 预防死锁，避免死锁，检测死锁和解除死锁；

b. 其中，预防死锁是最容易实现的；

c. 避免死锁使资源的利用率最高.

9. 文件系统的模型可分三层，详细说明其中每一层包含的基本内容

文件系统模型可分为三层，最底层是对象及其属性；中间层是对对象进行操纵和管理的软件集合；最高层是文件系统提供给用户的接口。 1）

对象及其属性：文件管理系统管理的对象有① 文件。作为文件管理的直接对象。② 目录。 为了方便用户对文件的存取和检索。 ③ 磁盘（磁带）存储空间。 文件和目录必定占用存储空间，对这部分空间的有效管理不仅能提高外村的利用率，而且能提高对文件的存取速度。（P206）

2）

对对象操纵和管理的软件集合：这是文件管理系统的核心部分。文件系统的功能大多是在这一层实现的。其中包括：对文件存储空间的管理。对文件目录的管理、用于将文件的逻辑地址转换为物理地址的机制、对文件读和写的管理，以及对文件的共享和保护等功能。

3）

文件系统的接口：为方便用户使用文件系统，文件系统通常向用户提供两种类型的接口：（1）命令接口。这是指作为用户与文件系统交互的接口。用户可以通过键盘中断键入命令，取得文件系统的服务。（2）程序接口。这是指作为用户程序与文件系统的接口。用户程序可以通过系统调用来缺德文件系统的服务。

10. 分别就字节多路通道，数据选择通道和数组多路通道进行解释

① 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。具体而言，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。

② 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。 ③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。

11. 什么是进程，为什么要引入进程？进程与程序有什么关系？