操作系统考试课后习题复习
第一章
1.试说明推动分时系统形成和发展的主要动力是什么？
答：推动分时系统形成和发展的主要动力是更好地满足用户的需要。主要表现在：CPU 的
分时使用缩短了作业的平均周转时间；人机交互能力使用户能直接控制自己的作业；主机的
共享使多用户能同时使用同一台计算机，独立地处理自己的作业。
2. 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。
3.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。
4.什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。
5. 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。
6. 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。
7. 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，二是进程的不可再现性，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。
8.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。
9.
内存管理有哪些主要功能?他们的主要任务是什么？（又叫存储器管理功能）
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之对应的物理地址。
内存扩充：用于实现请求调用功能，置换功能等。
第二章：
1.什么是进程？
由程序，数据，PCB构成了进程实体，进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
为了使程序并发执行，并且可以对并发执行的程序加以描述和控制，人们引入“进程”概念。
2.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。
3.
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。
4.PCB中的信息
其信息包括四大块：进程标识符，处理机状态，进程调度信息，进程控制信息。
PCB为进程管理提供的信息有：通用寄存器，指令计数器，程序状态字，用户栈指针
进程调度：进程状态，进程优先级，事件，其他信息。
5.进程控制块的组织方式有哪几种？
线性方式，链接方式，索引方式
6.（AND）
什么是AND信号量？试利用AND信号量写出生产者一消费者问题的解法。
答：为解决并行带来的死锁问题，在wait 操作中引入AND 条件，其基本思想是将进
程在整个运行过程中所需要的所有临界资源，一次性地全部分配给进程，用完后一次性释放。
解决生产者－消费者问题可描述如下:
int i=0,out=0;
item buffer[n];
semaphore mutex =1,empty=n,full=0;
void producer(){
do{
producer an item nextp;
...
Swait(empty,mutex);
buffer[in]=nextp;
in=(in+1)%n;
Ssignal(mutex,full);
}while(TRUE);
}
void consumer(){
do{
Swait(full,mutex);
nextc=buffer[out];
out=(out+1)%n;
Ssignal(mutex,empty);
consumer the item in nextc;
...
}while(TRUE);
}
7.（信号量集）
什么是信号量集？试利用信号量集写出读者一写者问题的解法。
答：对AND信号量加以扩充，形成的信号量集合的读写机制。
解法：
int RN;
semaphore L=RN,mx=1;
void Reader(){
do{
Swait(L,1,1);
Swait(mx,1,0);
...
perform read operation;
...
Ssignal(L,1);
}while(TRUE);
}
void Writer(){
do{
Swait(mx,1,1;L,RN,0);
perform write operation;
Ssignal(mx,1);
}while(TRUE);
}
void main(){
cobegin
Reader();Writer();
coend
}
8（整型）
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
关于信号量问题查看第二章19以后
第三章
1.
高级调度与低级调度的主要任务是什么？为什么要引入中级调度？
答：高级调度的主要任务是根据某种算法，把外存上处于后备队列中的那些作业调入内存。
低级调度是保存处理机的现场信息，按某种算法先取进程，再把处理器分配给进程。
引入中级调度的主要目的是为了提高内存利用率和系统吞吐量。使那些暂时不能运行的进程不再占用内存资源，将它们调至外存等待，把进程状态改为就绪驻外存状态或挂起状态。
2.
何谓死锁？产生死锁的原因和必要条件是什么？
答：死锁是指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当进程处于这种僵持状
态时，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。
产生死锁的原因为竞争资源和进程间推进顺序非法。其必要条件是：互斥条件、请求和
保持条件、不可抢占条件、循环等待条件。
第四章
1.
为什么要引入动态重定位？如何实现？
答：在程序执行过程中，每当访问指令或数据时，将要访问的程序或数据的逻辑地址转换成
物理地址，引入了动态重定位；
具体实现方法是在系统中增加一个重定位寄存器，用来装入程序在内存中的起始地址，
程序执行时，真正访问的内存地址是相对地址与重定位寄存器中的地址相加之和，从而实现
动态重定位。
2.
在采用首次适应算法回收内存时，可能出现哪几种情况？应怎样处理这些情况？
答：在采用首次适应算法回收内存时可能出现4种情况：
（1）回收区前邻空闲区。将回收区与前邻空闲区合并，将前邻空闲区大小修改为两者之和。
（2）回收区后邻空闲区。将两区合并，改后邻空闲区始址为回收区始址，大小为两者之和。
（3）回收区前后均邻空闲区。将三个分区合并，修改前邻空闲区大小为三者之和。
（4）回收区前后均不邻空闲区。为回收区设置空闲区表项，填入回收区始址和大小并插入
空闲区队列。
3.
分区存储管理中常用那些分配策略？比较它们的优缺点。（基于空闲分区链的内存分配与回收算法的应用实例：首次适应法，循环首次适应法，最佳适应法）
答：分区存储管理中的常用分配策略：首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适应算法、最坏适应算法。
首次适应算法优缺点：保留了高址部分的大空闲区，有利于后来的大型作业分配；低址部分不断被划分，留下许多难以利用的小空闲区，每次查找都从低址开始增加了系统开销。
循环首次适应算法优缺点：内存空闲分区分布均匀，减少了查找系统开销；缺乏大空闲分区，导致不能装入大型作业。
最佳适应算法优缺点：每次分配给文件的都是最适合该文件大小的分区，内存中留下许多难以利用的小空闲区。
最坏适应算法优缺点：剩下空闲区不太小，产生碎片几率小，对中小型文件分配分区操作有利；存储器中缺乏大空闲区，对大型文件分区分配不利。
4.
较详细的说明引入分段存储管理是为了满足用户哪几方面的需要。
答：
1) 方便编程。用户通常把自己的作业按照逻辑关系划分为若干段，每段都从0 编址，并
有自己名字和长度。因此，希望要访问的逻辑地址是由段名和段内偏移量决定。
2) 信息共享。在实现对程序和数据的共享时，是以信息逻辑单位为基础。分页系统中的页
是存放信息的物理单位，无完整意义，不便于共享；段是信息的逻辑单位。为了实现段
的共享，希望存储管理能与用户程序分段的组织方式相适应。
3) 信息保护。对信息的逻辑单位进行保护，分段能更有效方便地实现信息保护功能。
4) 动态增长。在实际应用中，有些段特别是数据段，在使用过程中会不断增长，事先又无
法确切知道增长多少。分段存储管理方式能较好解决这个问题。
5) 动态链接。运行时先将主程序对应的目标程序装入内存并启动运行，运行过程中又需要
调用某段时，才将该段调入内存链接。所以动态链接也要求以段作为管理单位。
5.
在具有快表的段页式存储管理方式中，如何实现地址变换？
答：在CPU给出有效地址后，由地址变换机构自动将页号P送入高速缓冲寄存器，并将此
页号与高速缓存中的所有页号比较，若找到匹配页号，表示要访问的页表项在快表中。可直
接从快表读出该页对应物理块号，送到物理地址寄存器中。如快表中没有对应页表项，则再
访问内存页表，找到后，把从页表项中读出物理块号送地址寄存器；同时修改快表，将此页
表项存入快表。但若寄存器已满，则OS必须找到合适的页表项换出。
6.
试全面比较连续分配和离散分配方式.
答：
（1）连续分配是指为一个用户程序分配一个连续的地址空间，包括单一和分区两种分配方
式。单一方式将内存分为系统区和用户区，最简单，只用于单用户单任务操作系统；分区方
式分固定和动态分区。
（2）离散分配方式分为分页、分段和段页式存储管理。分页式存储管理旨在提高内存利用
率，分段式存储管理旨在满足用户(程序员)的需要，段页式存储管理则将两者结合起来，具
有分段系统便于实现、可共享、易于保护和动态链接等优点，又能像分页系统很好解决外部
碎片及为各段可离散分配内存等问题，是比较有效的存储管理方式；
7.
可采用哪几种方式将程序装入内存？它们分别适用于何种场合？
答： （1）绝对装入方式，只适用于单道程序环境。
（2）可重定位装入方式，适用于多道程序环境。
（3）动态运行时装入方式，用于多道程序环境；不允许程序运行时在内存中移位置。
第五章：
1.
虚拟存储器有哪些特征？其中最本质的特征是什么？
答：虚拟存储器有多次性、对换性、虚拟性三大特征。最本质的特征是虚拟性。
2.
实现虚拟存储器需要哪几个关键技术？
答：
（1）在分页请求系统中是在分页的基础上，增加了请求调页功能和页面置换功能所形成的
页式虚拟存储系统。允许只装入少数页面的程序（及数据），便启动运行。
（2）在请求分段系统中是在分段系统的基础上，增加了请求调段及分段置换功能后形成的
段式虚拟存储系统。允许只装入少数段（而非所有段）的用户程序和数据，即可启动运行。3.
3.
在请求分页系统中，页表应包括哪些数据项？每项的作用是什么？
答：页表应包括：页号、物理块号、状态位P、访问字段A、修改位M和外存地址。
其中状态位P 指示该页是否调入内存，供程序访问时参考；访问字段A 用于记录本页在一
段时间内被访问的次数，或最近已有多长时间未被访问，提供给置换算法选择换出页面时参
考；修改位M 表示该页在调入内存后是否被修改过；外存地址用于指出该页在外存上的地
址，通常是物理块号，供调入该页时使用。
4.
在请求分页系统中，常采用哪几种页面置换算法？
答：采用的页面置换算法有：最佳置换算法和先进先出置换算法，最近最久未使用（LRU）置换算法，Clock置换算法，
最少使用置换算法，页面缓冲算法等。
5.
有一个虚拟存储系统, 每个进程在内存占有3块内存块，刚开始时内存块为空。有以下访页序列:
1、5、4、1、2、3、2、1、5、4、2、4、6、5、1
试给出下列情形下的缺页次数和缺页中断率。
(1)系统采用先进先出(FIFO)淘汰算法.
(2)系统采用最近最少使用(LRU)淘汰算法.
（1）1 5 4 1 2 3 2 1 5 4 2 4 6 5 1
解 1 5 4 4 2 3 3 1 5 4 2 2 6 5 1
1 5 5 4 2 2 3 1 5 4 4 2 6 5
1 1 5 4 4 2 3 1 5 5 4 2 6
* * * + * * + * * * * + * * *
中断率：12/15=0.8
- 1 5 4 1 2 3 2 1 5 4 2 4 6 5 1
解 1 5 4 4 4 3 3 3 5 5 5 5 6 6 6
1 5 5 2 2 2 2 2 4 4 4 4 4 1
1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 5 5
* * * + * * + + * * * + * * *
中断率：11/15=
第六章
1.
有哪几种I/O控制方式？各适用于何种场合？
答：共有四种I/O 控制方式。
(1)程序I/O 方式：早期计算机无中断机构，处理机对I/O设备的控制采用程序I/O方式或称忙等的方式。
(2)中断驱动I/O 控制方式：适用于有中断机构的计算机系统中。
(3)直接存储器访问（DMA）I/O 控制方式：适用于具有DMA控制器的计算机系统中。
(4)I/O 通道控制方式：具有通道程序的计算机系统中。
第七章
1.
何为文件逻辑结构？何为文件的物理结构
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形式，也就是用户可以直接
处理的数据及其结构，它独立于物理特性，而文件的物理结构则是指文件在外存上的
存储组织形式，与存储介质的存储性能有关。
