答:从透明性上看,分布式操作系统优于网络操作系统。网络用户能够感觉到所访问的资源是在本地还是在远地;而在分布式系统中,用户感觉不到所访问的资源是否在本地。分布式操作系统掩盖了资源在地理位置上的差异。从资源共享上看,分布式操作系统比网络操作系统能共享更多的资源。在网络操作系统中,一个计算任务不能由一台主机任意迁移到另外一台主机上运行;而在分布式操作系统中,所有作业可以由一台主机任意迁移到另外一台主机上处理,即可实现处理机和存储资源的共享,从而达到整个系统的负载平衡。
14.为什么构成分布式系统的主机一般都是相同的或兼容的? 答:这样更有利于进程的动态迁移。如果主机不兼容,则在一台主机上能运行的进程,因所用指令系统不同,在另一台主机上可能无法运行,导致进程难于在不同主机间迁移,使得分布式系统难于实现负载平衡。
15.为什么嵌入式操作系统通常采用微内核结构?
答:嵌入式操作系统与一般操作系统相比具有比较明显的差别: (1)嵌入式操作系统规模一般较小,因为一般硬件配置较低,而且对操作系统提供的功能要求也不高。(2)应用领域差别大,对于不同的应用领域其硬件环境和设备配置情况有明显差别。所
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以,嵌入式操作系统一般采用微内核(micro kernel)结构。微内核包括如下基本成分:
(1)处理机调度;(2)基本内存管理;(3)通讯机制;(4)电源管理。 二、 进程管理习题及解答:
1. 为何引入多道程序设计? 在多道程序系统中,内存中作业的道数是否越多越好? 请说明原因。
答:引入多道程序设计技术是为了提高计算机系统资源的利用率。在多道程序系统中,内存中作业的道数并非越多越好。一个计算机系统中的内存、外设等资源是有限的,只能容纳适当数量的作业,当作业道数增加时,将导致对资源的竞争激烈,系统开销增大,从而导致作业的执行缓慢,系统效率下降。
2. 什么是进程? 进程具有哪些主要特性? 比较进程与程序之间相同点与不同点. 答:进程是具有一定独立功能的程序关于一个数据集合的一次运行活动。进程具有以下主要特性:(1)并发性:可以与其它进程一道在宏观上同时向前推进。(2)动态性:进程是执行中的程序。此外进程的动态性还体现在如下两个方面:首先,进程是动态产生、动态消亡的;其次,在进程的生存期内,其状态处于经常性的动态变化之中。(3)独立性:进程是调度的基本单位,它可以获得处理机并参与并发执行。(4)交往性:进程在运行过程中可能会与其它进程发生直接或间接的相互作用。(5)异步性:每个进程都以其相对独立、不可预知的速度向前推进。(6)结构性:每个进程有一个控制块PCB。进程和程序的相同点:程序是构成进程的组成部分之一,一个进程存在的目的就是执行其所对应的程序,如果没有程序,进程就失去了其存在的意义。
进程与程序的差别:(1)程序是静态的,而进程是动态的;(2)程序可以写在纸上或在某一存储介质上长期保存,而进程具有生存期,创建后存在,撤销后消亡;(3)一个程序可以对应多个进程,但一个进程只能对应一个程序;例如,一组学生在一个分时系统中做C语言实习,他们都需要使用C语言的编译程序对其源程序进行编译,为此每个学生都需要有一个进程,这些进程都运行C语言的编译程序。另外,一个程序的多次执行也分别对应不同的进程。
3. 有人说,用户进程所执行的程序一定是用户自己编写的。 这种说法对吗?如不对举例说明之。
答:这种说法不对。例如,C编译程序以用户进程身份运行,但C编译程序一般并不是用户自己编写的。此外还有调试程序、字处理程序等工具软件。
4. 什么是进程上下文?进程上下文包括哪些成分?哪些成分对目态程序是可见的?
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答:进程是在操作系统支持下运行的,进程运行时操作系统需要为其设置相应的运行环境,如系统堆栈、地址映射寄存器、打开文件表、PSW与PC、通用寄存器等。 在UNIX System V中,将进程的物理实体与支持进程运行的物理环境合称为进程上下文(process context),进程上下文包括三个组成部分:
·用户级上下文。是由用户进程的程序块、用户数据块(含共享数据块)和用户堆栈组成的进程地址空间。
·系统级上下文。包括进程控制块、内存管理信息、进程环境块,以及系统堆栈等组成的进程地址空间
·寄存器上下文。由程序状态字寄存器、各类控制寄存器、地址寄存器、通用寄存器、用户堆栈指针等组成。
其中用户级上下文和部分寄存器上下文对目态程序是可见的。 5. 进程一般具有哪三个主要状态?举例说明状态转换的原因。 答:进程在其生存期内可能处于如下三种基本状态之一:
(1) 运行态(Run): 进程占有处理机资源,正在运行。 显然,在单处理机系统中任一时刻只能有一个进程处于此种状态;
(2) 就绪态(Ready): 进程本身具备运行条件,但由于处理机的个数少于可运行进程的个数,暂未投入运行。 即相当于等待处理机资源
(3) 等待态(Wait): 也称挂起态(Suspended)、封锁态(Blocked)、睡眠态(Sleep)。 进程本身不具备运行条件,即使分给它处理机也不能运行。 进程正等待某一个事件的发生,如等待某一资源被释放,等待与该进程相关的I/O传输的完成信号等。
进程的三个基本状态之间是可以相互转换的。具体地说,当一个就绪进程获得处理机时,其状态由就绪变为运行;当一个运行进程被剥夺处理机时,如用完系统分给它的时间片、出现更高优先级别的其它进程,其状态由运行变为就绪;当一个运行进程因某事件受阻时,如所申请资源被占用、启动I/O传输未完成,其状态由运行变为等待;当所等待事件发生时,如得到申请资源、I/O传输完成,其状态由等待变为就绪。 6. 有几种类型进程队列?每类各应设置几个队列? 答:通常,系统中的进程队列分为如下三类:
(1) 就绪队列:整个系统一个。所有处于就绪状态的进程按照某种组织方式排在这一队列中,进程入队列和出队列的次序与处理机调度算法有关。在某些系统中,就绪队列可能有多个,用以对就绪进程分类,以方便某种调度策略的实施。
(2) 等待队列:每个等待事件一个,当进程等待某一事件时,进入与该事件相关的等待队列中;当某事件发生时,与该事件相关的一个或多个进程离开相应的等待队列,进入就绪队列。
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(3) 运行队列:在单CPU系统中只有一个,在多CPU系统中每个CPU各有一个,每个队列中只有一个进程,指向运行队列头部的指针被称作运行指示字。 7. 线程控制块TCB中一般应包含那些内容?
答:一般TCB中的内容较少,因为有关资源分配等多数信息已经记录于所属进程的PCB中.TCB中的主要信息包括线程标识、线程状态、调度参数、现场、链接指针,其中现场信息主要包括通用寄存器、指令计数器PC以及用户栈指针.对于操作系统支持的线程,TCB中还应包含系统栈指针。
8. 同一进程中的多个线程有哪些成分是共用的,哪些成分是私用的?
答:同一进程中的多个线程共享进程获得的主存空间和资源,包括代码区、数据区、动态堆空间。线程的私有成分包括:线程控制块;一个执行栈;运行时动态分给线程的寄存器。 9. 比较用户级线程与系统级线程间在以下方面的差别和各自的优缺点。 (1) 创建速度;(2)切换速度;(3)并行性;(4)TCB的存储位置
答:用户级线程由系统库支持。线程的创建和撤销,以及线程状态的变化都由库函数控制并在目态完成,与线程相关的控制结构TCB保存在目态空间并由运行系统维护。由于线程对操作系统不可见,系统调度仍以进程为单位,核心栈的个数与进程个数相对应。
用户级别线程的优点在于:(1)线程不依赖于操作系统,可以采用与问题相关的调度策略,灵活性好;
(2)同一进程中的线程切换不需进入操作系统,因而实现效率较高。 缺点在于:(1)同一进程中的多个线程不能真正并行,即使在多处理机环境中;(2)由于线程对操作系统不可见,调度在进程级别,某进程中的一个线程通过系统调用进入操作系统受阻,该进程的其它线程也不能运行。
核心级别线程通过系统调用由操作系统创建,线程的控制结构TCB保存于操作系统空间,线程状态转换由操作系统完成,线程是CPU调度的基本单位。另外由于系统调度以线程为单位,操作系统还需要为每个线程保持一个核心栈。
核心级线程的优点是并发性好,在多CPU环境中同一进程中的多个线程可以真正并行执行。核心级别线程的缺点是线程控制和状态转换需要进入操作系统完成,系统开销比较大。 10. 何谓作业? 何谓作业步?作业何时转为进程?
答:作业是早期批处理系统引入的一个概念。用户要求计算机系统为其完成的计算任务的集合称为作业,分时用户在一次登录后所进行的交互过程也常被看作一个作业。
一般来说,作业是比进程大的一个概念,一个作业通常包含多个计算步骤,作业中一个相对独立的处理步骤称为一个作业步。当作业被作业调度程序选中并调入内存时,将按作业步创
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建相应进程。作业步骤之间具有顺序或并发关系。一个作业步通常可以由一个进程来完成,这样一个作业在内存处理时通常与多个进程相对应,即作业与进程具有一对多的关系。 11. 分析作业、进程、线程三者之间的关系。
答:一个作业被调入内存执行时可能要为其创建多个进程,进程是资源分配的基本单位,一个进程可能对应若干个线程,线程是处理器调度的基本单位。 12. 何谓系统开销? 试举三个例子说明之。
答:运行操作系统程序,实现系统管理所花费的时间和空间称为系统开销。例如,操作系统的内核要占用内存空间,页面调度时需占用设备资源并消耗处理机时间,进程切换时也要占用处理器时间。
三、 处理机调度习题及解答: 1.试说明下述概念之间的联系与差别: (1) 系统调用命令(2) 访管指令(3) 广义指令 答:访管指令由指令码和访管中断号两部分组成。即: SVC n─── ①
其中SVC(SuperVisor Call)为指令码,表明为访管指令; n为访管中断号,其值是一整数,具体表示何种访问要求。中断发生时,硬件中断装置将访管中断号n送入旧的程序状态字内的中断码字段,访管中断总控程序由系统堆栈中将其取出,并据此转入对应的服务程序。在实际使用时,用户程序与操作系统之间还需要相互传递参数和返回值。 如此,用户使用访管指令的一般形式为: 准备参数 SVC n
取返回值─── ②
根据具体访管要求约定,参数及返回值可以通过寄存器传递,也可以通过内存传递。 对于后者,操作系统必须能够访问进程空间。通常将②称为系统调用命令,它除访管指令外,还有准备参数和取返回值。为了使用方便,在高级语言中一般将其写为与过程调用相类似的形式,即:
返回值=系统调用名称(参数1,参数2,?,参数m);─── ③
当然,编译程序会将③翻译成形如②的形式。其中系统调用名称对应①,不同的系统调用名称对应不同的整数n。在有的书中,也将③称为代表②的宏指令或广义指令。
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