南京晓庄操作系统习题册答案 上.docx

南京晓庄操作系统习题册答案 上.docx

《南京晓庄操作系统习题册答案 上.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《南京晓庄操作系统习题册答案 上.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

南京晓庄操作系统习题册答案上

第一章

判断改错题（正确的打√，错误的打×并改正）

实时系统只能应用于生产控制系统，不能应用于信息处理系统。

（）

并发含有“同时进行”的概念，是指两个或者是多个事件在同一时刻发生。

（）

操作系统虚拟机在逻辑功能上与裸机一样，具有一个物理实体。

（）

对用户而言，操作系统是一种人机交互的环境，对设计者而言，它是一种强功能的系统资源管理程序。

（）

资源的共享是以程序的并行执行为条件的，没有程序的并行执行，就没有资源的共享。

（）

计算机系统的资源包括程序和数据两大部分。

（）

若把计算机系统分为若干层次，则按由上而下顺序可分为应用系统与应用软件、操作系统、其它系统软件和裸机。

（）

批处理控制程序解决了作业间的自动转换，减少了时间浪费，尤其是主机CPU时间的浪费，如果一个用户的计算作业非常庞大,也不会独自一直占据CPU。

（）

习题解答：

错；应为：

实时系统能应用于生产控制系统，也能应用于信息处理系统。

错；应为：

……是指两个或者是多个事件在一段时间间隔内同时发生。

错；应为：

操作系统虚拟机在逻辑功能上与裸机不同，但只具有一个物理实体。

对；

错；应为：

资源的共享是以程序的并发执行为条件的，没有程序的并发执行，就没有资源的共享。

错；应为：

计算机系统的资源包括硬件资源和软件资源两大部分。

错：

应为：

若把计算机系统分为若干层次，则按由上而下顺序可分为应用系统与应用软件、其它系统软件、操作系统和裸机。

错；应为：

……，尤其是主机CPU时间的浪费，如果一个用户的计算作业非常庞大,就会独自一直占据CPU。

对；

填空题

实时含有立即、及时之意，因而是实时系统最关键的因素。

操作系统的层次结构中，与或运行频率较高的模块都安排在紧靠硬件的软件层中，这一部分通常称为，它在执行基本操作时，往往是利用操作来实现，该操作具有原子性。

UNIX是一个真正的用户、任务的操作系统。

如果一个操作系统兼有、和三者或其中两者的功能，这样的操作系统称为通用操作系统。

实现多道程序设计必须妥善解决三个问题：

、和系统资源的管理和调度。

批处理系统的主要优点是，资源利用率高，系统开销小，它的缺点在于作业处理的，用户交互能力较弱。

操作系统是对计算机进行的程序，是计算机和的接口。

提供网络通讯和网络资源共享功能的操作系统称为操作系统。

对系统总体设计目标来说，批处理系统注重提高计算机的效率，尽量增加系统的，分时系统应保证用户的，而实时系统在及时响应和处理的前提下，再考虑。

在主机控制下进行的输入/输出操作称为操作。

在计算机系统中，是整个系统硬件的核心和基础，而在计算机软件系统中，

具有同样的核心和基础作用。

习题解答：

响应时间；

硬件紧密相关，内核，原语；

多，多，网络；

批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统；

文件，作业；

系统吞吐量大，平均周转时间较长；

控制和管理，用户；

网络；

吞吐量，交互性，与用户的交互性；

联机I/O操作；

CPU，操作系统；

简答题

简述操作系统在计算机系统中的位置。

答：

操作系统OS是运行在计算机硬件系统上的最基本的系统软件。

它在计算机系统中位于计算机裸机和计算机用户之间，为系统软件和用户应用软件提供了强大的支持。

简述描述操作系统的虚拟机的观点和资源管理的观点。

答：

描述操作系统有两种主要观点，一种是虚拟机的观点——装有操作系统的计算机极大地扩展了原计算机的功能，给用户提供了一个友好的、易于操作的界面，对用户来说，好像是一个扩展了的机器，即一台虚拟机器。

另一种是资源管理的观点，操作系统完成对处理机、存储器、I/O设备等硬件资源和文件等软件资源的管理。

什么是操作系统？

它有什么基本特征？

答：

操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理组织计算机的工作流程，以及方便用户的程序的集合。

操作系统的基本特征是：

并发——是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。

宏观上是同时的，微观上是交替的。

共享——系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。

根据资源的不同属性，可分为两种资源共享方式：

互斥共享和同时访问。

虚拟——通过某种技术把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物，物理实体是实的，即实际存在，而后者是虚的，是用户的感觉。

异步性——在多道程序环境下，多个进程并发执行，但由于资源等因素的限制，内存中的每个进程何时执行，何时暂停，以怎样的速度向前推进，每道程序需多少时间才能完成，都是不可预知的，进程以异步的方式运行。

但只要运行环境相同，作业经过多次运行，都会获得完全相同的结果。

多道程序设计时应注意什么问题？

答：

处理机管理问题——多道程序之间如何分配CPU，使CPU既能满足各程序运行的需要，又能提高处理机的利用率。

内存管理问题——为每道程序分配必要的内存空间，并防止程序遭破坏。

I/O设备管理——分配为多道程序共享的I/O设备，方便用户使用，提高设备利用率。

文件管理问题——组织大量的程序和数据，便于用户使用，保证数据的安全和一致。

作业管理问题——对系统中各种类型的作业进行组织。

本章综合练习题

实时操作系统必须在（   ）内处理来自外部的事件。

A.一个机器周期      B.被控制对象规定的时间

C.周转时间              D.时间片

操作系统中最基本的两个特征是（  ）

A.并发和不确定性  B.并发和共享  C.共享和虚拟 D.虚拟和不确定性

分时系统追求的目标是（ ）

A.充分利用I/O设备       B.快速响应用户

C.提高系统吞吐量          D.充分利用内存

批处理系统的主要缺点是（  ）

A.系统吞吐量小  B.CPU利用率不高 C.资源利用率低 D.无交互能力

在主机控制下进行的输入输出操作称为（  ）操作。

如果操作系统具有很强的交互性，可同时供多个用户使用，系统响应比较及时，则属于（   ）类型；如果系统可靠，响应及时但仅有简单交互能力则属于（   ）类型；如果操作系统在用户提交作业后不提供交互能力，它追求的是计算机资源的高利用率，大吞吐量和作业流程的自动化，则属于（   ）类型。

设内存中有三道程序A、B、C，它们按A、B、C的优先次序执行。

它们的计算和I/O操作时间

A

B

C

计算操作\程序

30

60

20

I/O

40

30

40

计算

10

10

20

如下表所示（单位：

ms）。

假设三道程序使用相同设备进行I/O操作，即程序以串行方式使用设备。

试画出单道运行和多道运行的时间关系图（调度程序的时间忽略不计）。

在两种情况下，完成三道程序各要花多少时间？

试比较分时系统和实时系统。

第二章

判断改错题（正确的打√，错误的打×并改正。

）

进程由程序和数据两部分组成。

（）

在生产者消费者进程中，V操作的次序无关紧要，而P操作次序不能颠倒。

（）

产生死锁的原因之一是对计算机操作不当，造成计算机死机。

（）

原语是指操作系统中的初始化程序。

（）

若进程处于阻塞状态，当引起阻塞的条件被解除时，进程状态应变为运行状态。

（）

并发进程可以同时进入临界区，交替访问临界资源。

（）

程序的封闭性是指该程序不允许某些进程调用。

（）

消息通信因为它数据量较小，因而它是一种低级通信方式。

（）

单机系统最多允许两个进程处于运行状态。

（）

死锁产生，必须要满足四个必要条件，所以，为避免死锁产生，主要注意如何不让这四个必要条件成立，并打破循环等待资源的环路。

（）

操作系统的进程管理是整个操作系统管理中的核心，它包含了进程的调度、协调以及进程通信。

（）

习题解答：

错；应为：

进程由程序、数据和进程控制块及相关表格组成。

对；

错；应为：

产生死锁的原因是：

进程推进顺序不当或竞争资源。

错；应为：

原语由若干条指令所构成、用于完成一定功能的一个过程，具有原子性。

错；应为：

……当引起阻塞的条件被解除时，进程状态应变为就绪状态。

错；应为：

并发进程必须互斥进入临界区，互斥访问临界资源。

错；应为：

程序的封闭性是指该程序在运行独占系统资源，只有程序本身能改变系统资源。

错；应为：

消息通信的数据量大，它是一种高级通信方式。

错；应为：

单机系统只允许一个进程处于运行状态。

对；

对；

填空题

操作系统中，进程是、和管理的最小独立单位，操作系统的各种活动都与有关。

消息传递系统属于级通信方式，进程间的数据交换以为单位。

一个进程可以由系统创建，或者由用创建原语创建。

被创建的进程开始处于等待状态。

在条件成熟时，采用原语为它们分配除以外的所需资源，并被排列到队列中。

一次仅允许一个进程使用的资源称为，同时把访问该资源的那段程序代码称为。

轮转法是按照轮流地把处理器分配给就绪队列中的进程，该算法多用于系统中，其难点在于。

信号量的物理意义是当信号量大于零时表示；当信号量小于零时，其绝对值为。

死锁的检测可以通过图，利用定理来实现。

进程运行过程中，因为、等待I/O操作等事件发生时，通过原语将它撤下，排入队列，并引起新的。

有m个进程共享同一临界资源，若使用信号量机制实现对临界资源的互斥访问，则信号量值的变化范围是。

对单处理机系统，处于状态的进程只能有1个，处于就绪状态的进程可以有多个，它们仅未获得控制权，按某种方式排成一队列，此队列称为队列，操作系统必须按照一定的，每次从队列中选择一个进程投入运行，这个选择过程称为。

习题解答：

资源分配，调度，进程；

高，消息；

父进程，调度，处理器，就绪；

临界资源，临界区；

时间片，分时，时间片的确定；

资源的数目，等待该资源的进程数目；

资源分配，死锁；

缺乏资源，阻塞，等待，进程调度；

[1-m，1]；

运行，处理器，就绪，调度算法，进程调度；

简答题

处理机管理的主要任务是什么？

具有哪些主要功能？

答：

处理机管理的主要任务是对处理机进行分配，并对其运行进行有效的控制和管理。

主要功能有：

进程控制、进程同步、进程通信和进程调度。

程序的顺序执行和并发执行有何不同？

答：

程序的顺序执行具有以下特点：

顺序性——处理机的操作，严格按程序所规定的顺序执行。

封闭性——程序在封闭的环境下运行，独占全机资源，执行结果不受外界因素影响。

可再现性——只要程序执行的环境和初始条件相同，程序多次重复执行，不论是不停顿执行，还是走走停停，都将获得相同的结果。

而程序的并发执行恰好相反，具有间断性、失去封闭性和不可再现性。

（展开说明）

简述进程的定义，进程的基本状态以及进程状态转换的典型原因。

答：

进程是可并发执行的程序在一个数据集上的运行过程。

进程有三种基本状态：

就绪，执行和阻塞。

AB

C

D

A:

进程调度B:

发生某事件无法执行

C:

时间片到或优先级高的进程到达D:

阻塞的事件消失

简述进程与程序的区别。

答：

进程是可并发执行的程序在一个数据集合上的运行过程，进程有动态性、并发性、独立性和异步性、结构特征，而程序是静态的，不能并发执行，未建立进程的程序也不能作为一个独立的单位参加运行。

进程的实体是什么？

答：

进程通过三个部分被感知：

程序、数据集合、进程控制块及相应表格，这三部分组成了进程的实体。

程序是进程运行所对应的执行代码，数据集合是进程运行所必需的数据资源，进程控制块是保存进程状态，控制进程转换的标志。

简述进程控制块的主要内容。

答：

PCB的内容

进程标识符信息——外部标识符、内部标识符。

处理机状态信息

进程调度信息——进程状态、优先级等。

进程控制信息——程序和数据地址、同步机制、资源清单等。

简述进程通信的概念，最基本的通信原语有那些？

答：

为了进行进程协调，进程间应具有一定联系，这种联系通常采用进程间交换数据的方式进行，称为进程通信。

最基本的通信原语有发送原语和接收原语。

简述读者——写者问题的思想。

答：

读者—写者问题是典型的进程同步问题。

一个数据对象（数据文件或记录）可被多个进程共享，其中有些进程要求读（读者进程），而另一些进程要求对数据对象进行写或修改（写者进程）。

允许多个读进程同时读一个共享对象，但绝不允许一个写进程和其它读进程或写进程同时访问共享对象。

该问题常被用来测试新同步原语。

什么是原语？

★

答：

由若干条指令所构成、用于完成一定功能的一个过程，具有原子性。

简述引起进程调度的原因。

答：

缺乏资源——正在运行的进程因某个条件不能满足，进入阻塞状态；运行进程被撤下，引起调度另一个进程进入运行。

时间片到——分时系统中，每当时间片到，正在运行的进程被暂时停止，排入就绪队列，引起调度另一就绪进程进入运行

外部中断——外部中断信号引起调度。

进程结束——进程正常执行完毕，终止，此时系统调度另一进程运行。

进程调度有何功能？

有哪些常用的调度算法？

答：

查询、登记和更新进程控制表PCB中相应表项，并根据表项中的内容和状态作出选择决定；根据系统选定的调度算法，从就绪进程队列中选取一个就绪进程，分配CPU，并决定它运行多长时间（调度方式）；进行实际分配工作，更新被调度进程和正在运行进出的PCB表项，修改状态，切换进程执行代码。

常用的调度算法有：

先进先出法、短执行进程优先法、优先级调度法、轮转法等。

什么叫安全状态？

常用什么方法保持系统处于安全状态？

答：

若系统能按某种顺序（安全序列）来为每个进程分配其所需资源，直至最大需求，使每个进程都可顺利完成，此时系统处于安全状态。

在银行家算法中检查资源分配后系统的安全性，保证系统处于安全状态，不会发生死锁。

进程之间存在哪几种相互制约关系？

各是什么原因引起的？

下列活动分别属于哪种制约？

（1）若干同学去图书馆借书

（2）两队举行篮球比赛（3）流水线生产的各道工序（4）商品生产和社会消费。

答：

进程之间存在两种相互制约关系：

（1）间接相互制约——资源共享关系，是由于多个进程共享同一资源引起的。

（2）直接相互制约——相互合作关系，是由于多个进程相互合作，共同完成同一任务造成。

其中

（1）、

（2）属于间接相互制约，而（3）、（4）属于直接相互制约。

系统中有3个进程，4个相同类型的资源，每个进程最多需要2个资源，该系统是否回发生死锁？

为什么？

答：

该系统不会发生死锁。

因为4个资源分配给3个进程，无论如何分配，总会有1个进程能够分配到2个资源，该进程获得其最大资源数后，完成并释放其资源，剩余2个进程就可获得最大资源数，顺利完成，系统始终存在安全序列，故系统不会死锁。

资源分配图如下图，系统是否处于死锁状态？

r1r2r3r4

答：

对该图进行化简，得到如下图所示的结果。

由于该图是不可完全简化的，所以根据死锁定理，系统处于死锁状态。

r1r2r3

r4

简述解决死锁的途径：

1）、预防死锁——设置某些限制条件，去破坏产生死锁的四个必要条件之一。

2）、避免死锁——资源动态分配过程中，用某方法防止系统进入不安全状态。

3）、检测死锁——允许发生死锁，但通过系统设置的检测机构，检测死锁的发生，并精确确定与死锁有关的进程和资源。

4）、解除死锁——将进程从死锁状态下解脱。

设有进程P1和P2并发执行，都要享用资源R1，R2，使用资源情况如下：

进程P1：

……申请R1……申请R2……释放R1……

进程P2：

……申请R2……申请R1……释放R2……

判断是否会产生死锁，并解释其原因。

答：

在不同的运行推进速度下，可能产生死锁。

在某时刻，P1占用R1，又去申请R2；而P2占用R2，又去申请R1；互不释放自己占用的资源，又得不到自己所需的资源，系统处于僵持状态，形成死锁。

简述死锁定理。

答：

用资源分配图加以简化的方法来检测系统是否处于死锁状态。

S为死锁状态的充分条件是，当且仅当s状态的资源分配图是不可完全简化的。

该充分条件称为死锁定理。

综合应用题

请用信号量实现4*100接力赛的同步过程

解答：

S1S2S3

P1、P2、P3和P4分别代表四位运动员，他们的跑步顺序受其位置的限制。

从上图表示可以看出，此题相当于是用信号量描述前趋关系。

S1、S2、S3、的初值均为0。

P1：

起跑——>前进100米——>V（S1）

P2：

P（S1）——>起跑——>前进100米——>V（S2）

P3：

P（S2）——>起跑——>前进100米——>V（S3）

P4：

P（S3）——>起跑——>前进100米——>到达终点

有一发送者进程和一接收者进程，其流程如下。

s是用于实现进程同步的信号量，m是用于实现进程互斥的信号量。

试完成流程图。

假定缓冲区有无限多个，s和m的初值为多少？

发送者接收者

申请缓冲区C

把信息写入缓冲区D

A从消息链首取一个缓冲区

将缓冲区放到消息链尾V（m）

B从缓冲区取出消

息

V（s）释放缓冲区

解答：

s=0表示满缓冲的数量、即多少缓冲区里有消息

m=1表示互斥信号量

A：

P（m）B：

V（m）C：

P（s）D：

P（m）

由题意，m用于实现进程互斥，初值应为1，并应成对出现，由接收者进程的V（m）操作可知，m用于实现消息链存、取缓冲区操作的互斥，故D为P（m）。

相应的，A为P（m），B为V（m）。

由发送者进程可知，当发送者将一个消息放入消息链尾后，执行V（s）操作，故s表示接收者可取消息的数量，又因s用于实现进程同步，所以接收者接受消息前，应判断是否有消息可以取，需对s执行P操作，所以C为P（s），发送者发送消息前，接收者无消息可取，s的初值应为0。

桌上有一只盘子，最多允许存放两只水果，每次只能放入或取出一个水果。

爸爸专向盘中放苹果，妈妈专向盘中放桔子，两个儿子专等吃盘中的苹果，两个女儿专等吃盘中的桔子。

试用PV操作实现爸爸、妈妈、儿子、女儿之间的同步与互斥关系。

解答：

由题意，盘中最多可以放两只水果，而不管放入的是何种水果，故只要盘中有空位置，父母均可执行放水果的操作，即父母的放水果（苹果、桔子）操作仅取决于盘中是否有空位置。

只有盘中有苹果，儿子才能取，只有盘中有桔子，女儿才能取，即儿女取水果的操作取决于相应水果是否存在。

从另一个角度讲，父亲放苹果与儿子取苹果要同步，母亲放桔子与儿子取桔子要同步，分别需要用同步信号量实现。

每次只能向盘子放入或从盘中取出一个水果，用互斥信号量实现。

设置信号量s1=2，表示盘子中可放水果的空位置；

s2=1，表示盘中放、取水果的互斥信号量；

s3=0，表示盘中苹果的数目；s4=0，表示盘中桔子的数目；

父亲：

母亲：

儿子：

女儿：

P（S1）P（S1）P（S3）P（S4）

P（S2）P（S2）P（S2）P（S2）

放苹果放桔子取苹果取桔子

V（S2）V（S2）v（S2）v（S2）

V（S3）V（S4）V（S1）V（S1）

在公共汽车上，司机和售票员的活动分别是

司机：

启动车辆；正常行车；到站停车；

售票员：

关车门；售票；开车门；

在汽车不断到站、停车、行驶过程中，这两个活动存在着同步关系，试用信号量和P、V操作实现它们的同步。

解答：

根据常识，车门关好后司机方可启动车辆，到站停车后售票员方可打开车门，即门的开、关与车的停、开存在着相互制约的同步关系。

定义信号量run，表示司机是否可以启动车辆，也就是车门的状态（0表示门开，1表示门关），初值为0。

定义信号量stop表示售票员是否可以开车门，即车是否停好（0表示车停，1表示车开），初值为0。

初始状态为车停门开。

售票员：

上乘客；

关车门；

V（run）;车门关好后，run加1，表明司机可以启动车辆。

售票；

P（stop）;判断是否可以开车门；若司机已停车，stop为1，继续；

开车门；若司机未停车，stop为0，阻塞，无法开车门。

下乘客；

司机：

P（run）;判断是否可以启动车辆；若售票员已关门run为1，继续；

启动车辆；若售票员未关门run为0，阻塞，无法启动车辆。

正常行车；

到站停车；

V（Stop）;停车后，stop加1，表明售票员可以开车门。

某寺庙，有小、老和尚若干，有一水缸，由小和尚提水入缸供老和尚引用。

水缸可容12桶水,水取自同一井中。

水井径窄，每次只能容一个桶取水。

水桶总数为4个。

每次入、取缸水仅为一桶，且不可同时进行。

试给出有关取水、入水的算法描述。

解答：

分析题目可知，小和尚负责用桶到井中取水并将水倒入缸中，其操作依次为拿桶、井中取水、倒水入缸。

水桶只有4个，只有拿到桶后方可继续，否则需要等桶，因水井径窄，每次只能容一个桶取水，故取水的小和尚对水井的访问必须是互斥的。

老和尚负责用桶从缸中取水，其操作依次为拿桶、缸中取水。

只有拿到桶后方可继续，否则需要等桶。

每次入、取缸水仅为一桶，且不可同时进行，表明小和尚倒水入缸、老和尚取水必须互斥。

同时，缸中没水，老和尚不能取水，要等待小和尚倒水入缸；水缸满，小和尚不能倒水入缸，要等待老和尚取水，也就是说，小和尚倒水入缸和老和尚取水必须同步。

设置互斥信号量和同步信号量：

m1=1，表示小和尚从水井取水时，对水井的互斥访问，即一次只能有一个水桶进出水井；

m2=1，表示小和尚倒水入缸、老和尚取水时对水缸的互斥访问，即每次入、取缸水只能一个桶；

count=4，表示是否有桶可以供小和尚、老和尚使用；

full=0满缓冲，表示缸内有水的桶数，控制老和尚取水；

empty=12，空缓冲，缸内还能放水的桶数，控制小和尚倒水入缸；

P（empty）判断缸中是否有倒水的位置，若有，水位-1，继续；

P（count）判断是否有水桶可以使用，若有，可用水桶数目-1，继续；

P（m1）判断能否对水井访问，即是否有其他小和尚从水井取水

从井中取水互斥控制一个水桶从水井取水；

V（m1）

P（m2）判断能否对水缸访问，即是否有其他和尚取水或倒水

送水入缸互斥地将水倒入水缸；

V（m2）

V（count）水入缸后，水桶空闲，可供其他和尚使用。

可用水桶数目+1

V（full）水入缸后可供老和尚取水，可取水的桶数+1

此题特别要注意P操作的次序，例如：

如果P（empty）和P（count）操作次序颠倒，就有可能产生死锁。

若某时刻水缸水满（empty=0;full=12），而四个小和尚依次拿水桶去井中取水，此时P（count）均执行减1操作，count的值变为0，但继续执行P（empty）时，empty-1，empty<0，阻塞；此时老和尚想取水，执行P（full），继续，执行P（count），此时couunt-1，count<0，阻塞，即老和尚没有水桶可以取水。

老和尚无法取水，小和尚无法倒水，形成僵局，死锁发生。

所以，P操作的顺序不可颠倒。

小和尚从水井取水入缸

老和尚从缸中取水

P（full）缸中是否有水供老和尚取用；若有，可取