二．简答题
1．简述Spooling系统是如何模拟脱机外围设备操作的。
答：预输入程序模拟控制输入的外围机，缓输出程序模拟控制输出的外围机，输入井和输出井模拟脱机外围设备操作的两个磁盘。
2．在Spooling系统中设计了一张\缓输出表\，请问哪些程序执行时要访问缓输出表，简单说明之。
答：井管理程序把作业执行结果文件登记在缓输出表中；缓输出程序从缓输出表中查找结果文件并打印输出。
3．什么是缓冲?为什么要引入缓冲?
答：缓冲是用来在两种不同速度的设备之间传输信息时平滑传输过程的常用手段。除 了在关键的地方采用少量硬件缓冲器之外，大都采用软件缓冲。软件缓冲区是指在I/O操 作期间用来临时存放输入输出数据的一块存储区域。在操作系统中，引入缓冲的主要原因 可归结为以下几点：
（1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。一般情况下，程序的运行过程是时而 进行计算，时而进行输入或输出。以输出为例，如果没有缓冲，则程序在输出时，必然由于打印机的速度跟不上而使CPU停下来等待；然而在计算阶段，打印机又无事可做。如果设置一个缓冲区，程序可以将待输出的数据先输出到缓冲区中，然后继续执行；而打印机则可以从缓冲区取出数据慢慢打印。
（2）减少中断CPU的频率，放宽对CPU中断响应时间的限制。例如，假定从系统外传来的数据只用一位二进制位来接收，则每收到一位二进制数就要中断CPU一次，如果数据通信速率为9.6kbs，则中断CPU的频率也为9.6kHz，即每100us就要中断CPU一次，若设置一个具有8位的缓冲寄存器，则可使CPU被中断的次数降低为前者的1/8。
（3）提高CPU和I/O设备之间的并行性。
4．什么是虚拟设备?为什么在操作系统中引入虚拟设备?
答：虚拟设备是指通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台逻辑设备，供若干个用户进程同时使用，通常把这种经过虚拟技术处理后的设备称为虚拟设备。
在操作系统设备管理中，引入虚拟设备是为了克服独占设备速度较慢、降低设备资源利用率的缺点，从而提高设备的利用率。 5．假脱机系统的基本工作原理是什么? 答：假脱机技术主要由输入程序模块和输出程序模块所组成，系统分别为之创建输入进程和输出进程，它们的优先级高于一般用户进程。输入进程负责通过通道将信息从输入设备送到盘区的输入井中，输出进程负责通过通道将信息从盘区的输出井送到输出设备。主机仅和快速存储设备磁盘中的输入井和输出井交换信息，大大提高了信息处理的速率。 6．简述设备分配的过程。
答：设备分配程序要用到系统设备表、设备控制表、控制器控制表和通道控制表。设 备分配时要考虑到设备的固有属性、分配的算法、防止死锁以及用户程序与实际使用的物 理设备无关等特性。设备分配的过程主要是：
(1)从系统设备表SDT中找到需要的物理设备的设备控制表DCT；
(2)若设备闲，则分配，然后从设备控制表DCT中找到控制器控制表指针所指出的控制器控制表COCT； (3)若控制器闲，则分配，然后从控制器控制表COCT中找到通道控制表指针所指出的通道控
制表CHCT；
(4)根据通道控制表CHCT中的状态信息来判断是否可以启动I/O设备传送信息，若闲则可以，若忙则把该进程插入到等待通道的队列中去。
7．在某系统中，从磁盘将一块数据输入到缓冲区需要花费的时间为T，CPU对一块数据进行处理的时间为C，将缓冲区的数据传送到用户区所花时间为M，那么在单缓冲和双缓冲情况下，系统处理大量数据时，一块数据的处理时间为多少? 答：（1）在无缓冲的情况下，先从磁盘把一块数据输入到用户数据区，所花费的时间为T；然后便由CPU对这一块数据进行计算，计算时间为C，所以每一块数据的处理时间为T+C。
（2）在单缓冲的情况下，先从磁盘把一块数据输入到缓冲区，所花费的时间为T；然后由操作系统将缓冲区的数据传送到用户区，其所花的时间为M：接下来便由CPU对这一块数据进行计算，计算时间为C。由于CPU的计算操作与磁盘的数据输入操作可以并行，因此一块数据的处理时间为max(C,T)+M。
（3）在双缓冲的情况下，先从磁盘把一块数据输入到第一个缓冲区，装满后便将数据 输入第二个缓冲区，与此同时操作系统可将第一个缓冲区的数据传送到用户区；当CPU对第一块数据进行计算时，又可将磁盘输人数据送入第一个缓冲区，当计算完成后又可从第二个缓冲区中取数据，如此反复交替使用两个缓冲区。当C>T时，计算操作比输入操作慢，在此情况下，上一块数据计算完成后，仍需将一个缓冲区中的数据传送到用户区，花费时间为M，再对这块数据进行计算，花费时间C，所以一块数据的处理时间为C+M，即max(C,T)+M；当C 8．在某计算机系统中，时钟中断处理程序每次执行的时间为2ms(包括进程切换开销)。若时钟中断频率为60Hz,试问CPU用于时钟中断处理的时间比率为多少? 答：在计算机系统中，时钟以固定的频率中断CPU，以增加日历计数或控制系统中的 一些定时操作。由题目所给条件可知，时钟中断频率为60Hz，所以时钟周期为： 1/60s=50/3ms：在每个时钟周期中，CPU要用2ms时间执行中断程序，所以CPU用于时钟中断处理的时间比率为： 2/(50/3)=6/50=12% 9．当平均队列长度较小时，所有的磁盘调度算法都退化为FCFS调度算法，请说明原因。 答：当队列长度L为1时，算法FCFS、SSTF、LOOK和C—LOOK功能都是等同的，当L为2时，通过把FCFS和SSTF、LOOK和C—LOOK作比较，就会发现它们功能等同的情况大约是50％，而且访问的局部性也可以使调度算法之间差异变得极小． 10．除FCFS外的所有磁盘调度算法都不是真正公平的(例如,会出现饥饿现象)。 (1)说明为什么? (2)提出一个确保公平性的方案． (3)为什么公平性在分时系统中是一个很重要的指标? 答：(1)对位于当前磁头所在的磁道上的新请求，从理论上讲，只要它们一到达就可得到服务，对位于其他磁道上的请求则不然。 (2)预定一时间限额，把所有在这期间内尚未服务的请求“强行”移到队列的顶部，并置其相关的位以指明任何新的请求都不得移到这些请求之前。对SSTF而言，必须相对于这些“老”请求的最后一个，重新组织队列的剩余部分。 (3)将公平性作为分时系统中的重要指标的目的是，为了避免造成响应时间过长而使某些进程等待太久。 11．SSTF算法比较有利于中间柱面的磁道，说明这是为什么? 答：磁盘的中心是到盘中所有其他磁道的平均距离最短的位置，这样在服务了第一个请求后，磁头将很可能更靠近中心磁道。因此，使用SSTF算法将有更多的机会首先到达中心磁道。一旦到达某个特定的磁道上．SSTF往往把磁头保持在该磁道附近，这样就可以调整最初的趋势而使磁头向中间移动。 12．实现SPOOLing技术系统需付出哪些代价? 答：(1)占用大量内存作为外设间传送用的缓冲区，系统所用的表格页占用不少内存空间； (2)占用大量磁盘空间用作输入和输出； (3)增加了系统的复杂性。 13．如何将独占设备改造成可共享使用的虚设备？ 答：独占型设备的使用效率低，在一段时间内只能由一个用户所占用，从而常常影响整个系统的效率。如果采用SPooling技术实现将程序运行过程中所需的输入信息从独占型设备上输至输入井，从而使程序运行时可以直接从输入井获得所需的信息。对用户来说，只要保证信息的正确存取就行，至于信息是从磁盘获得还是从输入设备上获得都无关紧要。系统借助于硬件的中断装置和通道技术，使得中央处理器与各种外围设备以及各外围设备之间均可并行工作。作业执行是从磁盘上读信息来代替从输入机的输入操作，不仅使多个作业可以同时执行，而且加快了作业的执行速度．提高了单位时间内处理作业的能力。在作业执行的同时，还可利用输入设备继续预输入作业信息．这种联机同时操作极大地提高了独占设备的利用率。 14．在设备管理中，何谓设备独立性? 如何实现设备独立性? 答：设备独立性，又称设备无关性，指用户程序独立于所使用的具体物理设备，即用户只使用逻辑设备名。其体现在两个方面。一方面是从程序设计的角度看待设备。从这个角度看去，各种设备所体现的接口应该都是一致的。程序中可使用相同的命令读出不同设备上的数据，也可以用相同的命令将输出数据送到各种不同的设备上，不同设备之间的差异由操作系统来处理，对程序加以屏蔽。设备无关性的另一方面是指，在操作系统管理设备和相应操作时，对所有的设备都采用统一的方式进行。由于各类设备之间的差异，软件实现时，很难达到真正的一致。一般采用层次式、模块化的思想来实现设备管理子系统。低层程序用来屏蔽设备的具体细节，高层软件将各类设备的操作都以一致的界面对用户提供。与设备无关性紧密相关的是统一命名法。一个文件或设备名将简单地只是一个字符串或一个整数，而完全不依赖于设备。 为实现设备独立性，系统应为每个用户进程配置1张用于联系逻辑设备名和物理设备名的映射表，表中一般应包含：逻辑设备名、物理设备名和驱动程序入口地址。 15．何谓虚拟设备？请说明Spooling系统是如何实现虚拟设备的。 答：操作系统利用共享设备来模拟独占设备的工作，当系统只有一台输入设备或一台输 出设备的情况下，可允许两个以上的作业并行执行，并且每个作业都感觉到获得了供自己独占使用的输入设备和输出设备，我们说，操作系统采用的这种技术为用户提供了虚拟设备。 Spooling技术借助磁盘和通道实现了输入／输出过程的共享。当用户提出输入／输出请求时，系统及时响应，此时用户会认为己独占输入输出设备；但事实上，有多道作业同时进入该过程，并分别占用各个阶段。可假设如下情况：第一道作业提出打印申请，得到响应后正在打印机上输出；此时第二道作业提出输出请求，系统响应后将其送入磁盘输出井，一旦第一道作业打印结束，第二道作业可马上开始打印；接着第三道、第四道作业也源源不断地提出输出请求并得到响应，先后进入输出井及占用打印机。若系统控制得好，可令整个过程被数道作业共享，而每一个进入输出过程的作业都会认为自己在独占打印机。可以说，该系统向用户提供了多台打印机。 16．磁盘是用来存放文件和数据的，因此可以说磁盘仅仅是用作文件系统的设备。这句话对吗?为什么? 答：不正确，磁盘不仅用于存放文件，还可作为主存的延伸，即提供虚存管理。在虚存 的设计思想中，主存作为实际的物理空间，仅存放目前较为活跃的程序部分，其它不活跃部分暂存于辅存(即磁盘空间)，等待调度程序在主、辅存间进行交换调度。 17．什么是通道？通道有哪几种类型? 答：通道又称I/O处理机，它主要用于主存与外设之间的信息传输，从属于中央处理机，能与中央处理机并行操作。通道可分为三类： （1）字节多路通道； （2）选择通道； （3）数组多路通道。 18．为什么说有了通道技术和中断技术才真正做到了CPU与外设的并行操作? 答：通道是负责外围设备与主存之间进行数据交换，能单独完成输人输出操作的处理机。有了通道，主存和外围设备之间的数据交换就不要CPU干预了，CPU可以做与输入输出无关的其他工作，从而使计算机系统获得了CPU与外围设备之间并行工作的能力。 I/O中断是通道和CPU协调工作的一种手段。如果没有中断技术，CPU就要不断去查询通道以及设备执行的情况，这样一来，CPU还是把大量的时间花在了查询上，不能很好地为其他进程服务。使用中断技术，CPU可以完全不管通道和设备的执行情况，因为无论操作正常结束或操作异常结束，通道都会发出中断，通知CPU来处理。 综上所述，通道技术和中断技术的出现，使得主存可以直接与外设交换数据，而CPU得以与外设并行地工作，大大提高了CPU的使用效率。 19．分析磁盘数据块的一次读/写操作所需要花费的时间。 答：磁盘数据块的一次读/写操作所需要花费的时间分成三个部分：寻找时间、延迟时间和传送时间。寻找时间是指磁头在移动臂带动下移动到指定柱面所需的时间。延迟时间为指定扇区旋转到磁头位置所需的时间。传送时间是由磁头把扇区中信息读到主存或把主存中信息写到扇区中所需的时间。 寻找时间和延迟时间与信息在磁盘上的位置有关，传送时间是硬件设计就固定的。 二．简答题 1．什么是文件?它包含哪些内容及特点? 答：文件是信息的一种组织形式，是存储在外存上的具有标识名的一组相关信息集合。 文件包含的内容有：源程序、二进制代码、文本文档、数据、表格、声音和图像等。 文件的特点如下： (1)文件具有保存性，它被存储在某种存储介质上，长期保存和多次使用。 (2)文件是按名存取的，每个文件具有惟一的标识名，通过标识名(文件名)来存取文件中的信息，而不需了解文件在存储介质上的具体物理位置。 (3)文件的内容是一组信息的集合，信息可以是源程序、二进制代码、文本文档、数据、表格、声音和图像等。 2．文件系统要解决哪些问题? 答：文件系统的主要目标是提高存储空间的利用率，它要解决的主要问题有：完成文 件存储空间的管理，实现文件名到物理地址的转换，实现文件和目录的操作，提供文件共 享能力和安全措施，提供友好的用户接口。文件系统向用户提供了有关文件和目录操作的 各种功能接口和系统调用，如命令接口、程序接口和交互接口等。 3．文件系统中常采用的物理结构有哪些? 答：文件的物理结构侧重于提高存储空间的利用率和减少存取时间，它对文件的存取 方法有较大的影响。由于外存设备的不同，文件被划分为大小相等的物理块，它是存放文 件信息或分配存储空间的基本单位，也是文件系统与主存之间传输和交换信息的基本单位。 物理块大小一般是固定的，物理块与逻辑记录的关系可以是：一个物理块可以存放一个或 多个逻辑记录，或者多个物理块存放一个逻辑记录。 目前操作系统中常采用如下物理结构文件： （1）顺序文件：它是按照逻辑文件中的记录顺序，依次把逻辑记录存储到连续的物理块中而形成的文件。 （2）链接文件：它的物理块不是连续的，也不必顺序排列，但每个物理块中设置一个指针，指向下一个物理块的地址，这样，所有的物理块被链接起来，形成一个物理文件，称为链接文件或串联文件。 （3）索引文件：它是文件系统为每个文件另外建立一张指示逻辑记录和物理块之间的对应关系表，此表称为索引表，文件本身和索引表组成的文件称为索引文件。 4．什么是文件的逻辑组织和物理组织? 答：文件的逻辑组织——用户对文件的观察和使用是从自身处理文件中数据时采用的组织方式来看待文件组织形式。这种从用户观点出发所见到的文件组织形式称为文件的逻辑组织。 文件的物理组织——文件在存储设备上的存储组织形式称为文件的物理组织。 5．一个含五个逻辑记录的文件，系统把它以链接结构的形式组织在磁盘上，每个记录占用一个磁盘块，现要求在第一记录和第二记录之间插入一个新记录，简述它的操作过程。 答：从文件目录中找到该文件，按址读出第一个记录； 取出第一个记录块中指针，存放到新记录的指针位置；把新记录占用的物理块号填入第一个记录的指针位置； 启动磁盘把第一个记录和新记录写到指字的磁盘块上。 6．为什么文件系统要具有为文件分配存储空间的能力？ 答：要把文件保存到存储介质上时，必须要记住哪些存储空间已经被占用，哪些存储空间是空闲的，文件只能够保存到空闲的空间去，否则会破坏已经保存的信息。 7．当用户自愿撤离或终止一个作业时，某些系统自动删除所有相关的文件，除非用户明显地请求保留它们;而另一些系统则保留所有文件，除非用户明显的请求删除它们。试叙述这两种途径的特点。 答：对于前一种途径，由于不必保留不再需要的文件，可使每一用户所需的文件空间变成最小。后一种途径则对用户更为安全，因为用户不会由于疏忽没有保存文件而使文件丢失。 8．设置文件目录的目的是什么? 文件目录组织都有哪几种形式? 答：由于系统中文件的种类多、数量大，所以设置文件目录的目的是为了便于查找文件、操作文件、共享文件及保护文件。 文件目录组织有三种形式：(1)简单(一级)目录，(2)二级目录；(3)树型目录 9．简述文件系统按名存取的含义。 答：文件系统为用户提供“按名存取”，即用户不必考虑文件存储在哪里，怎样组织输入输出等工作，只要使用文件名，操作系统通过查找目录，就能对存储介质上的信息进行相应的操作。 10．什么是流式文件?什么是记录式文件? 答：逻辑文件有两种形式：流式文件和记录式文件。流式文件对文件内的信息不再划分单位．它是由—组相关信息组成的有序字符流。长度直接按字节计算。记录式文件允许用户 把信息按逻辑上独立的涵义划分为信息单位(记录)，文件由若干个个相关的记录组成，每个记录又由若干个数据项组成。 11．怎样实现文件的保护和保密? 答：文件的保护是防止文件被破坏。为防止系统故障造成的破坏应采用建立副本和定时转储的方法保护文件；为防止用户共享文件时造成的破坏，应规定用户使用文件的权限。 文件的保密是指防止他人未经文件主授权而窃取文件。常见的文件保密措施有：设置口令、使用密码等。 12．UNIX系统如何防止用户共享文件时造成的破坏? 答：UNIX系统将用户分成三类：文件主、同组用户和其他用户。文件主根据情况规定其同组用户和其他用户对文件的使用权限(读、写、可执行)，用3位二进制数表示某类用户对某个文件的存取权限，如111表示可读、可写、可执行．而相应位为0则表示不允许该操作。 某文件的保护信息是111 110 100，就表示文件主可读、写、执行，同组用户可读、写，而其他用户仅能读。