第一章 操作系统引论
1．设计现代OS的主要目标是什么？ 答：(1)有效性 (2)方便性 (3)可扩充性 (4)开放性 2．OS的作用可表现在哪几个方面？
答：(1)OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口；(2)OS作为计算机系统资源的管理者；(3)OS实现了对计算机资源的抽象。
3．为什么说OS实现了对计算机资源的抽象？
答：OS首先在裸机上覆盖一层I/O设备管理软件，实现了对计算机硬件操作的第一层次抽象；在第一层软件上再覆盖文件管理软件，实现了对硬件资源操作的第二层次抽象。OS 通过在计算机硬件上安装多层系统软件，增强了系统功能，隐藏了对硬件操作的细节，由它们共同实现了对计算机资源的抽象。 4．试说明推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是什么？
答：主要动力来源于四个方面的社会需求与技术发展：(1)不断提高计算机资源的利用率；(2)方便用户；(3)器件的不断更新换代；(4)计算机体系结构的不断发展。 5．何谓脱机I/O和联机I/O？
答：脱机I/O 是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机，在外围机的控制下，把纸带或卡片上的数据或程序输入到磁带上。该方式下的输入输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进行的。而联机I/O方式是指程序和数据的输入输出都是在主机的直接控制下进行的。 7．实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？
答：关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及时接收并及时处理该命令，在用户能接受的时延内将结果返回给用户。解决方法：针对及时接收问题，可以在系统中设置多路卡，使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据；为每个终端配置缓冲区，暂存用户键入的命令或数据。针对及时处理问题，应使所有的用户作业都直接进入内存，并且为每个作业分配一个时间片，允许作业只在自己的时间片内运行，这样在不长的时间内，能使每个作业都运行一次。 8．为什么要引入实时OS？
答：实时操作系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处 理，并控制所有实时任务协调一致地运行。引入实时OS 是为了满足应用的需求，更好地满 足实时控制领域和实时信息处理领域的需要。 9．什么是硬实时任务和软实时任务？试举例说明。
答：硬实时任务是指系统必须满足任务对截止时间的要求，否则可能出现难以预测的结果。
举例来说，运载火箭的控制等。软实时任务是指它的截止时间并不严格，偶尔错过了任务的截止时间，对系统产生的影响不大。举例：网页内容的更新、火车售票系统。
12．试从交互性、及时性以及可靠性方面，将分时系统与实时系统进行比较。
答：(1)及时性：实时信息处理系统对实时性的要求与分时系统类似，都是以人所能接受的等待时间来确定；而实时控制系统的及时性，是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的，一般为秒级到毫秒级，甚至有的要低于100微妙。(2)交互性：实时信息处理系统具有交互性，但人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。不像分时系统那样能向终端用户提供数据和资源共享等服务。(3)可靠性：分时系统也要求系统可靠，但相比之下，实时系统则要求系统具有高度的可靠性。因为任何差错都可能带来巨大的经济损失，甚至是灾难性后果，所以在实时系统中，往往都采取了多级容错措施保障系统的安全性及数据的安全性。
13．OS有哪几大特征？其最基本的特征是什么？
答：并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征；最基本的特征是并发性。 14．处理机管理有哪些主要功能？它们的主要任务是什么？
答：处理机管理的主要功能是：进程管理、进程同步、进程通信和处理机调度；进程管理：为作业创建进程，撤销已结束进程，控制进程在运行过程中的状态转换。进程同步：为多个进程(含线程)的运行进行协
调。通信：用来实现在相互合作的进程之间的信息交换。处理机调度：(1)作业调度。从后备队里按照一定的算法，选出若干个作业，为他们分配运行所需的资源(首选是分配内存)。(2)进程调度：从进程的就绪队列中，按照一定算法选出一个进程，把处理机分配给它，并设置运行现场，使进程投入执行。 15．内存管理有哪些主要功能他们的主要任务是什么？
答：内存管理的主要功能有：内存分配、内存保护、地址映射和内存扩充。内存分配：为每道程序分配内存。内存保护：确保每道用户程序都只在自己的内存空间运行，彼此互不干扰。地址映射：将地址空间的逻辑地址转换为内存空间与对应的物理地址。内存扩充：用于实现请求调用功能，置换功能等。 16．设备管理有哪些主要功能？其主要任务是什么？
答：主要功能有: 缓冲管理、设备分配和设备处理以及虚拟设备等。主要任务: 完成用户提出的I/O 请求，为用户分配I/O 设备；提高CPU 和I/O 设备的利用率；提高I/O速度；以及方便用户使用I/O设备. 17．文件管理有哪些主要功能？其主要任务是什么？
答：文件管理主要功能：文件存储空间的管理、目录管理、文件的读/写管理和保护。文件管理的主要任务：管理用户文件和系统文件，方便用户使用，保证文件安全性。 18．是什么原因使操作系统具有异步性特征？
答：操作系统的异步性体现在三个方面：一是进程的异步性，进程以人们不可预知的速度向前推进，二是程序的不可再现性，即程序执行的结果有时是不确定的，三是程序执行时间的不可预知性，即每个程序何时执行，执行顺序以及完成时间是不确定的。 20．在微内核OS中，为什么要采用客户/服务器模式？
答：C/S 模式具有独特的优点：⑴数据的分布处理和存储。⑵便于集中管理。⑶灵活性和可扩充性。⑷易于改编应用软件。
21．试描述什么是微内核OS。
答：(1)足够小的内核;(2)基于客户/服务器模式;(3)应用机制与策略分离原理;(4)采用面向对象技术。 23．何谓微内核技术？在微内核中通常提供了哪些功能？
答：把操作系统中更多的成分和功能放到更高的层次(即用户模式)中去运行，而留下一个尽量小的内核，用它来完成操作系统最基本的核心功能，称这种技术为微内核技术。在微内核中通常提供了进程(线程)管理、低级存储器管理、中断和陷入处理等功能。
24．微内核操作系统具有哪些优点？它为何能有这些优点？
答：(1)提高了系统的可扩展性;(2)增强了系统的可靠性;(3)可移植性;(4)提供了对分布式系统的支持(5)融入了面向对象技术
第二章 进程管理
1. 什么是前趋图？为什么要引入前趋图？
答：前趋图(Precedence Graph)是一个有向无循环图，记为DAG(Directed AcyclicGraph)，用于描述进程之间执行的前后关系。
2. 画出下面四条语句的前趋图:
S1=a：=x+y; S2=b：=z+1; S3=c：=a – b； S4=w：=c+1;
答：其前趋图为：
3. 什么程序并发执行会产生间断性特征？
答：程序在并发执行时，由于它们共享系统资源，为完成同一项任务需要相互合作，致使这些并发执行的
进程之间，形成了相互制约关系，从而使得进程在执行期间出现间断性。 4．程序并发执行时为什么会失去封闭性和可再现性？
答：程序并发执行时，多个程序共享系统中的各种资源，因而这些资源的状态由多个程序改变，致使程序运行失去了封闭性，也会导致其失去可再现性。
5．在操作系统中为什么要引入进程概念？它会产生什么样的影响
答：为了使程序在多道程序环境下能并发执行，并对并发执行的程序加以控制和描述，在操作系统中引入了进程概念。影响: 使程序的并发执行得以实行。 6．试从动态性，并发性和独立性上比较进程和程序
答：(1)动态性是进程最基本的特性，表现为由创建而产生，由调度而执行，因得不到资源而暂停执行，由撤销而消亡。进程有一定的生命期，而程序只是一组有序的指令集合，是静态实体。(2)并发性是进程的重要特征，同时也是OS 的重要特征。引入进程的目的正是为了使其程序能和其它进程的程序并发执行，而程序是不能并发执行的。(3)独立性是指进程实体是一个能独立运行的基本单位，也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位。对于未建立任何进程的程序，不能作为独立单位参加运行。 7．试说明PCB 的作用，为什么说PCB 是进程存在的惟一标志？
答：PCB 是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序，成为一个能独立运行的基本单位，成为能与其它进程并发执行的进程。OS是根据PCB对并发执行的进程进行控制和管理的。
8．试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因。
答： (1)就绪状态→执行状态：进程分配到CPU资源;(2)执行状态→就绪状态：时间片用完;(3)执行状态→阻塞状态：I/O请求;(4)阻塞状态→就绪状态：I/O完成. 9．为什么要引入挂起状态？该状态有哪些性质？
答：引入挂起状态处于五种不同的需要: 终端用户需要，父进程需要，操作系统需要，对换需要和负荷调节需要。处于挂起状态的进程不能接收处理机调度。
10．在进行进程切换时，所要保存的处理机状态信息有哪些？
答：进行进程切换时，所要保存的处理机状态信息有：(1)进程当前暂存信息;(2)下一指令地址信息;(3)进程状态信息;(4)过程和系统调用参数及调用地址信息。 11．试说明引起进程创建的主要事件。
答：引起进程创建的主要事件有：用户登录、作业调度、提供服务、应用请求。 12．试说明引起进程被撤销的主要事件。
答：引起进程被撤销的主要事件有：正常结束、异常结束(越界错误、保护错、非法指令、特权指令错、运行超时、等待超时、算术运算错、I/O 故障)、外界干预(操作员或操作系统干预、父进程请求、父进程终止)。
13．在创建一个进程时所要完成的主要工作是什么？
答：(1)OS 发现请求创建新进程事件后，调用进程创建原语Creat()；(2)申请空白PCB；(3)为新进程分配资源；(4)初始化进程控制块；(5)将新进程插入就绪队列. 14．在撤销一个进程时所要完成的主要工作是什么？
答：(1)根据被终止进程标识符，从PCB 集中检索出进程PCB，读出该进程状态。(2)若被终止进程处于执行状态，立即终止该进程的执行，置调度标志真，指示该进程被终止后重新调度。(3)若该进程还有子进程，应将所有子孙进程终止，以防它们成为不可控进程。(4)将被终止进程拥有的全部资源，归还给父进程，或归还给系统。(5)将被终止进程PCB 从所在队列或列表中移出，等待其它程序搜集信息。 15．试说明引起进程阻塞或被唤醒的主要事件是什么？
答：a. 请求系统服务；b. 启动某种操作；c. 新数据尚未到达；d. 无新工作可做. 17．为什么进程在进入临界区之前应先执行“进入区”代码？而在退出前又要执行“退出 区”代码？
答：为了实现多个进程对临界资源的互斥访问，必须在临界区前面增加一段用于检查欲访问的临界资源是否正被访问的代码，如果未被访问，该进程便可进入临界区对资源进行访问，并设置正被访问标志，如果正被访问，则本进程不能进入临界区，实现这一功能的代码为\进入区\代码；在退出临界区后，必须执行\退出区\代码，用于恢复未被访问标志，使其它进程能再访问此临界资源。 18. 同步机构应遵循哪些基本准则？为什么？
答：同步机构应遵循的基本准则是：空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待原因：为实现进程互斥进入自己的临界区。
19. 试从物理概念上说明记录型信号量wait 和signal。
答：wait(S)：当S.value>0 时，表示目前系统中这类资源还有可用的。执行一次wait 操作，意味着进程请求一个单位的该类资源，使系统中可供分配的该类资源减少一个，因此描述为S.value:=S.value-1；当S.value<0时，表示该类资源已分配完毕，进程应调用block原语自我阻塞，放弃处理机，并插入到信号量链表S.L中。signal(S)：执行一次signal操作，意味着释放一个单位的可用资源，使系统中可供分配的该类资源数增加一个，故执行S.value:=S.value+1 操作。若加1 后S.value≤0，则表示在该信号量链表中，仍有等待该资源的进程被阻塞，因此应调用wakeup 原语，将S.L链表中的第一个等待进程唤醒。 20．你认为整型信号量机制是否完全遵循了同步机构的四条准则？
答：整型信号量机制不完全遵循同步机制的四条准则，它不满足“让权等待”准则。 21．如何利用信号量机制来实现多个进程对临界资源的互斥访问？并举例说明之。
答：为使多个进程互斥访问某临界资源，只需为该资源设置一互斥信号量mutex，并设其初值为1，然后将各进程访问该资源的临界区CS置于wait(mutex)和signal(mutex)操作之间即可。这样，每个欲访问该临界资源的进程在进入临界区之前，都要先对mutex 执行wait 操作，若该资源此刻未被访问，本次wait 操作必然成功，进程便可进入自己的临界区，这时若再有其他进程也欲进入自己的临界区，此时由于对mutex 执行wait操作定会失败，因而该进程阻塞，从而保证了该临界资源能被互斥访问。当访问临界资源的进程退出临界区后，应对mutex执行signal 操作，释放该临界资源。利用信号量实现进程互斥的进程描述如下： Var mutex: semaphore:=1；
begin parbegin
process 1: begin
repeat
wait(mutex)； critical section signal(mutex)； remainder section until false； end
process 2: begin
repeat
wait(mutex)； critical section signal(mutex)； remainder section until false； end
parend
22．试写出相应的程序来描述图2-17所示的前驱图。
答：(a)Var a, b, c, d, e, f, g, h; semaphore:= 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0; begin parbegin
begin S1; signal(a); signal(b); end;
begin wait(a); S2; signal(c); signal(d); end; begin wait(b); S3; signal(e); end; begin wait(c); S4; signal(f); end; begin wait(d); S5; signal(g); end; begin wait(e); S6; signal(h); end; begin wait(f); wait(g); wait(h); S7; end; parend end
(b)Var a, b, c, d, e, f, g, h,i,j; semaphore:= 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,0,0, 0; begin parbegin
begin S1; signal(a); signal(b); end;
begin wait(a); S2; signal(c); signal(d); end; begin wait(b); S3; signal(e); signal(f); end; begin wait(c); S4; signal(g); end; begin wait(d); S5; signal(h); end; begin wait(e); S6; signal(i); end; begin wait(f); S7; signal(j); end;
begin wait(g);wait(h); wait(i); wait(j); S8; end; parend end
23．在生产者消费者问题中，如果缺少了signal(full)或signal(empty),对执行结果有何影响？ 答：如果缺少signal(full)，那么表明从第一个生产者进程开始就没有改变信号量full 值，即使缓冲池产品已满，但full 值还是0，这样消费者进程执行wait(full)时认为缓冲池是空而取不到产品，消费者进程一直处于等待状态。如果缺少signal(empty)，在生产者进程向n个缓冲区投满产品后消费者进程才开始从中取产品，这时empty=0，full=n，那么每当消费者进程取走一个产品empty 值并不改变，直到缓冲池取空了，empty 值也是0，即使目前缓冲池有n 个空缓冲区，生产者进程要想再往缓冲池中投放产品也会因为申请不到空缓冲区被阻塞。
24．在生产消费者问题中，如果将两个wait 操作即wait(full)和wait(mutex)互换位置，或者将signal(mutex)与signal(full)互换位置，结果如何？
答：将wait(full)和wait(mutex)互换位置后，可能引起死锁。考虑系统中缓冲区全满时，若一生产者进程先执行了wait(mutex)操作并获得成功，则当再执行wait(empty)操作时，它将因失败而进入阻塞状态，它期待消费者进程执行signal(empty)来唤醒自己，在此之前，它不可能执行signal(mutex)操作，从而使试图通过执行wait(mutex)操作而进入自己的临界区的其他生产者和所有消费者进程全部进入阻塞状态，这样容易引起系统死锁。若signal(mutex)和signal(full)互换位置后只是影响进程对临界资源的释放次序，而不会引起系统死锁，因此可以互换位置。
25．我们在为某一临界资源设置一把锁W，当W=1时表示关锁，当W=0时表示锁已打开。 试写出开锁和关锁的原语，并利用他们实现互斥。 答：整型信号量：lock(W): while W=1 do no-op
W:=1;
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