计算机操作系统第三版课后答案（汤子瀛等著）
14 试说明改进型Clock置换算法的基本原理.
a. 因为对于修改过的页面在换出时所付出的开销将比未被修改过的页面的开销大，所以在改进型Clock
---算法中，出了须考虑到页面的使用情况外，还须再增加一个置换代价这一因素； b. 在选择页面作为淘汰页面时，把同时满足未使用过和未被修改作为首选淘汰页面. 15 什么是抖动? 产生抖动的原因是什么?
a. 抖动(Thrashing)就是指当内存中已无空闲空间而又发生缺页中断时，需要从内存中调出一页程序或
---数据送磁盘的对换区中，如果算法不适当，刚被换出的页很快被访问，需重新调入，因此需再选一页
---调出，而此时被换出的页很快又要被访问，因而又需将它调入，如此频繁更换页面，以致花费大量的
---时间，我们称这种现象为\抖动\
b. 产生抖动的原因是由于CPU的利用率和多道程序度的对立统一矛盾关系引起的，为了提高CPU利用率，
---可提高多道程序度，但单纯提高多道程序度又会造成缺页率的急剧上升，导致CPU的利用率下降，而
---系统的调度程序又会为了提高CPU利用率而继续提高多道程序度，形成恶性循环，我们称这时的进程
---是处于\抖动\状态.
16 试说明请求分段系统中的缺页中断处理过程? (见P185图6-12)
17 如何实现分段共享?
a. 可在每个进程的段表中，用相应的表项来指向共享段在内存中起始地址； b. 配置相应的数据结构作为共享段表，可在段表项中设置共享进程计数Count，每调用一次该共享段，
---Count指增1，每当一个进程释放一个共享段时，Count执行减1操作，若减为0，则由系统回收该共享
---段的物理内存，以及取消在共享段表中该段所对应的表项； c. 对于一个共享段，应给不同的进程以不同的存取权限； d. 不同的进程可以使用不同的段号去共享该段. 18 Intel 80386芯片可支持哪几种方式的存储管理? a. 不分段也不分页的存储管理方式； b. 分页不分段的存储管理方式； c. 分段不分页的存储管理方式； d. 分段分页存储管理方式.
19 试说明80386的分段地址变换机构的工作原理. a. 采用段寄存器和虚地址结构； b. 在分段部件中，地址变换是将逻辑地址变换为线性地址，然后送分页部件中.(具体见P191) 20 试说明80386的两级分页地址变换机构的原理. (见P193)
21 可通过哪些途径来提高内存利用率?
(有待讨论,该题可以看成是对本章的本质内容的全面概括和总结) 计算机操作系统【第七章】
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1．试画出微机和主机中常采用的I/O系统结构图。 微机中常采用的I/O系统结构图为： 主机中常采用的I/O系统结构图为： 2．试说明设备控制器的构成。 设备控制器的构成如图所示：
由上图可见，设备控制器由以下三部分组成：（1）设备控制器与处理机的接口，该接口用于实现CPU与设备控制器之间的通信，提供有三类信号线：数据线、地址线和控制线。（2 ）设备控制器与设备的接口，可以有一个或多个接口，且每个接口连接一台设备。每个接口都存在数据、控制和状态三种类型的信号。（3）I/O逻辑，用于实现对设备的控制。其 通过一组控制线与处理机交互，处理机利用该逻辑向控制器发送I/O命令，I/O逻辑对收到的命令进行译码。
3．为了实现CPU与设备控制器之间的通信，设备控制器应具有哪些功能？ 为了实现CPU与设备控制器之间的通信，设备控制器应具有如下功能：（1）接受和识别命令。CPU可以向控制器发送多种不同的命令，设备控制器应能接收并识别这些命令。设置控制寄存器来存放所接收的命令和参数。（2）数据交换，指实现CPU与控制器之间、控制器与设备之间的数据交换。设置数据寄存器来存放有关数据。（3）设备状态的了解和报告。 控制器记录下所连接设备的状态以供CPU了解。为此，要在控制器中设置一状态寄存器，用其中的每一位反映设备的某一状态。（4）地址识别。配置地址译码器以便于正确识别设 备地址。
4．分别就字节多路通道、数据选择通道和数组多路通道进行解释。
① 字节多路通道含有许多非分配型子通道分别连接在低、中速I/O设备上，子通道按时间片轮转方式共享主通道，按字节方式进行数据传送。具体而言，当第一个子通道控制其I/O 设备完成一个字节的交换后，便立即腾出字节多路通道（主通道），让给第二个子通道使用；当第二个子通道也交换完一个字节后，又依样把主通道让给第三个子通道使用，以此
类推。转轮一周后，重又返回由第一个子通道去使用主通道。② 数组选择通道只含有一个分配型子通道，一段时间内只能执行一道通道程序、控制一台设备按数组方式进行数据传 送。通道被某台设备占用后，便一直处于独占状态，直至设备数据传输完毕释放该通道，故而通道利用率较低，主要用于连接多台高速设备。③数组多路通道是将数组选择通道传 输速率高和字节多路通道能使各子通道分时并行操作的优点相结合而形成的一种新通道。其含有多个非分配型子通道分别连接在高、中速I/O设备上，子通道按时间片轮转方式共享 主通道，按数组方式进行数据传送，因而既具有很高的数据传输速率，又能获得令人满意的通道利用率。
5．如何解决因通道不足而产生的瓶颈问题？
解决因通道不足而产生的瓶颈问题的最有效方法是增加设备到主机间的通路而不是增加通道。换言之，就是把一个设备连接到多个控制器上，而一个控制器又连接到多个通道上。 这种多通路方式不仅可以解决该瓶颈问题，而且能够提高系统的可靠性，也即不会因为个别通道或控制器的故障而使设备与存储器之间无法建立通路进行数据传输。 6．试说明I/O控制发展的主要推动因素是什么？
推动I/O控制发展的主要动力在于尽量减少主机对I/O控制的干预，把主机从繁杂的I/O控制事务中解脱出来，以有更多的时间和精力去完成其数据处理任务。同时，中断机制在计算 机系统中的引入、DMA控制器的出现和通道研制的成功使I/O控制的发展具备了技术支持和成为可能。
7．有哪几种I/O控制方式？
有四种I/O控制方式，即程序I/O控制方式、中断驱动I/O控制方式、直接存储器访问DMA
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控制方式及I/O通道控制方式。 8．试说明DMA的工作流程。
以从磁盘读入数据为例来说明DMA方式的工作流程：当CPU要从磁盘读入一数据块时，便向磁盘控制器发送一条读命令，该命令被送入DMA控制器的命令寄存器CR中。同时，还需发送本次要将数据读入的内存起始目标地址，该地址被送入DMA控制器的内存地址寄存器MAR中；本次要读的字（节）数则送至DMA控制器的数据计数器DC中。另外，还需将磁盘中数据读取的源地址直接送到DMA控制器的I/O控制逻辑上。然后，启动DMA控制器进行数据传送。此后，CPU便可去处理其它任务，而整个的数据传送便由DMA控制器负责控制。当DMA控制器已从磁盘中读入一个字（节）的数据，并送入DMA控制器的数据寄存器DR后，再挪用一个存储器周期，将该字（节）传送到MAR所指示的内存单元中。接着，便对MAR内容加1和将DC内容减1。若DC内容减1后不为0，表示传送未完，便准备再传送下一个字（节），否则，由DMA控制器发出中断请求。参图所示： 9．引入缓冲的主要原因是什么？
操作系统引入缓冲机制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；（2）减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制；（3）提高CPU与 I/O设备之间的并行性。
10．为什么在单缓冲情况下，系统对一块数据的处理时间为max(C, T)+M ?
在块设备输入时，先从磁盘把一块数据输入到缓冲区，耗时为T；然后由操作系统将缓冲区数据传送给用户区，耗时为M；接下来便由CPU对这一块数据进行计算，耗时为C。在单缓冲情况下，磁盘把数据输入到缓冲区的操作和CPU对数据的计算过程可以并行展开，所以系统对每一整块数据的处理时间为max(C, T) + M。
11．为什么在双缓冲情况下，系统对一块数据的处理时间为max(C, T)
该方式又称缓冲对换方式。写入者花费时间T将数据写满一个缓冲区后再写另一个缓冲区；读出者花费时间M将一个缓冲区数据送到用户区后再传送另一个缓冲区数据，运算者读出 用户区进行处理。由于将数据从缓冲区传送到用户区操作必须与读用户区数据进行处理串行进行，而且它们又可以与从外存传送数据填满缓冲区的操作并行。因此耗时大约为max (C+M,T)。考虑到M是内存中数据块的“搬家”耗时，非常短暂可以省略，因此近似地认为是：max(C,T)。
12．试绘图说明把多缓冲用于输出时的情况。 把多缓冲用于输出时的情况如图所示：
13．试说明收容输入工作缓冲区和提取输出工作缓冲区的工作情况。
① 收容输入工作缓冲区的工作情况为：在输入进程需要输入数据时，调用GetBuf(EmptyQueue)过程，从EmptyQueue队列的队首摘下一个空缓冲区，把它作为收容输入工作缓冲区Hin。然后，把数据输入其中，装满后再调用PutBuf(InputQueue, Hin)过程，将该缓冲区挂在输入队列InputQueue的队尾。② 提取输出工作缓冲区的工作情况为：当要输出数据时，调用GetBuf(OutputQueue)过程，从输出队列的队首取得一装满输出数据的缓冲区作为提取输出的工作缓冲区Sout。在数据提取完后，再调用PutBuf(EmptyQueue, Sout)过程，将该缓冲区挂到空缓冲队列EmptyQueue的队尾。 14．什么是安全分配方式和不安全分配方式？
① 所谓安全分配方式，是指每当进程发出I/O请求后，便进入阻塞状态，直到其I/O操作完成时才被唤醒。在采用这种分配策略时，一旦进程已经获得某种设备（资源）后便阻塞， 使它不可能再请求任何资源，而在它运行时又不保持任何资源。因此，这种分配方式已经摒弃了造成死锁的四个必要条件之一的“请求和保持”条件，所以分配是安全的。其缺点 是进程进展缓慢，即CPU与I/O设备是串行工作的。② 所谓不安全分配方式，是指进程发
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出I/O请求后仍继续执行，需要时又可发出第二个I/O请求、第三个I/O请求。仅当进程所请求的设备已被另一个进程占有时，进程才进入阻塞状态。其优点是一个进程可同时操作多个设备，从而使进程推进迅速。而缺点是分配不安全，因为它可能具有“请求和保持”条 件，所以可能造成死锁。因此，在设备分配程序中还需增加一个功能，用于对本次的设备分配是否会发生死锁进行安全性计算，仅当计算结果说明分配是安全的情况下才进行分配。 15．为什么要引入设备独立性？如何实现设备独立性？ 在现代操作系统中，为了提高系统的可适应性和可扩展性，都毫无例外地实现了设备独立性，也即设备无关性。其基本含义是，应用程序独立于具体使用的物理设备，即应用程序
以逻辑设备名称来请求使用某类设备。进一步说，在实现了设备独立性的功能后，可带来两方面的好处：（1）设备分配时的灵活性；（2）易于实现I/O重定向(指用于I/O操作的设 备可以更换即重定向，而不必改变应用程序)。
为了实现设备的独立性，应引入逻辑设备和物理设备两个概念。在应用程序中，使用逻辑设备名称来请求使用某类设备；而系统执行时，是使用物理设备名称。鉴于驱动程序是一 个与硬件（或设备）紧密相关的软件，必须在驱动程序之上设置一层软件，称为设备独立性软件，以执行所有设备的公有操作、完成逻辑设备名到物理设备名的转换（为此应设置 一张逻辑设备表）并向用户层（或文件层）软件提供统一接口，从而实现设备的独立性。 16．在考虑到设备的独立性时，应如何分配独占设备？ 在考虑到设备的独立性时，应按如下步骤来分配独占设备：（1）进程以逻辑设备名提出I/O请求。（2）根据逻辑设备表相应表项获得I/O请求的逻辑设备对应类型的物理设备在系 统设备表中的指针。（3）从指针所指位置起顺序检索系统设备表，直到找到一个属于对应I/O请求所用类型、空闲可用且基于设备分配安全性算法验证为安全分配的设备的设备控 制表，将对应设备分配给请同达程；如果未找到安全可用的空闲设备，则把请同达程的进程控制块挂到相应类型设备的等待队列上等待唤醒和分配。（4）系统把设备分配给I/O请 同达程后，再到该设备的设备控制表中找出与其相连接的控制器的控制器控制表，根据其状态字段判断该控制器是否忙碌，若忙则把请同达程的进程控制块挂到该控制器的等待队 列上；否则将该控制器分配给进程。（5）系统把控制器分配给I/O请同达程后，再到该控制器的控制器控制表中找出与其相连接的通道的通道控制表，根据其状态字段判断该通道 是否忙碌，若忙则把请同达程的进程控制块挂到该通道的等待队列上；否则将该通道分配给进程。（6）只有在设备、控制器和通道三者都分配成功时，这次的设备分配才算成功，然后便可启动设备进行数据传送。
17．什么是虚拟设备？其实现所依赖的关键技术有哪些？
通过虚拟技术可将一台独占设备变换成若干台逻辑设备，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。其实现所依赖的关键技术是SPOOLING技术。
18．试说明SPOOLING系统的组成。
SPOOLing系统是对脱机I/O工作的模拟，其必须有高速随机外存（通常采用磁盘）的支持。SPOOLING系统主要有以下四个部分：（1）输入井和输出井，为磁盘上开辟的两大存储空 间，分别模拟脱机输入/出时的磁盘，并用于收容I/O设备输入的数据和用户程序的输出数据；（2）输入缓冲区和输出缓冲区，在内存中开辟，分别用于暂存由输入设备和输出井送 来的数据；（3）输入进程SPi和输出进程SPo，分别模拟脱机输入/出时的外围控制机，用于控制I/O过程；（4）I/O请求队列，由系统为各个I/O请同达程建立的I/O请求表构成的队 列。
19．在实现后台打印时，SPOOLING系统应为请求I/O的进程提供哪些服务？ 在实现后台打印时，SPOOLING系统应为请求I/O的进程提供以下服务：（1）由输出进程在
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输出井中为之申请一空闲盘块区，并将要打印的数据送入其中；（2）输出进程再为用户进 程申请一张空白的用户打印表，并将用户的打印要求填入其中，再将该表挂到请求打印队列上。（3）一旦打印机空闲，输出进程便从请求打印队列的队首取出一张请求打印表，根 据表中的要求将要打印的数据从输出井传送到内存缓冲区，再由打印机进行打印。 20．试说明设备驱动程序具有哪些特点？ 设备驱动程序具有如下特点：（1）驱动程序主要是在请求I/O的进程与设备控制器之间的一个通信程序；（2）驱动程序与I/O设备的特性紧密相关；（3）驱动程序与I/O控制方式 紧密相关；（4）驱动程序与硬件紧密相关，因而其中的一部分程序必须用汇编语言书写，且基本部分往往已被固化在ROM中。
21．试说明设备驱动程序应具有哪些功能？ 设备驱动程序的主要功能包括：（1）将接收到的抽象要求转为具体要求；（2）检查用户I/O请求的合法性，了解I/O设备的状态，传递有关参数，设置设备的工作方式；（3）发出 I/O命令，启动分配到的I/O设备，完成指定的I/O操作；（4）及时响应由控制器或通道发来的中断请求，并根据其中断类型调用相应的中断处理程序进行处理；（5）对于设置有通 道的计算机系统，驱动程序还应该能够根据用户的I/O请求，自动地构成通道程序。 22．设备驱动程序通常要完成哪些工作？ 设备驱动程序通常要完成以下工作：（1）将抽象要求转换为具体要求；（2）检查I/O请求的合法性；（3）读出和检查设备的状态；（4）传送必要的参数；（5）设置工作方式； （6）启动I/O设备。
23．设备中断处理程序通常需完成哪些工作？ 设备中断处理程序通常需完成如下工作：（1）唤醒被阻塞的驱动程序进程；（2）保护被中断进程的CPU环境；（3）分析中断原因、转入相应的设备中断处理程序；（4）进行中断处理；（5）恢复被中断进程的现场。
计算机操作系统【第八章】
1． 分别就数据项、记录和文件的概念进行解释。
数据项可分为基本数据项和组合数据项。基本数据项是用于描述一个对象某种属性的字符集，是数据组织中可以命名的最小逻辑数据单位，又称为原子数据、数据元素或字段，其 具有数据名、数据类型及数据值三个特性。组合数据项则由若干数据项构成。记录是一组相关数据项的集合，用于描述一个对象某方面的属性。文件是具有文件名的一组相关信息的集合。
2． 按文件的物理结构，可将文件分为哪几类？ 按文件的物理结构，可将文件分为三类：（1）顺序文件，指把逻辑文件中的记录顺序地存储到连续的物理盘块中；（2）链接文件，指文件中的各个记录可以存放在不相邻的各个 物理块中，但通过物理块中的链接指针，将它们链接成一个链表；（3）索引文件，指文件中的各个记录可以存放在不相邻的各个物理块中，但通过为每个文件建立一张索引表来实 现记录和物理块之间的映射关系。
3． 文件系统的模型可分为三层，试说明其每一层所包含的基本内容。 答： 文件系统模型如图所示：
（1）最低层为对象及其属性说明，主要包括文件、目录、磁盘存储空间等三类对象。（2）最高层是文件系统提供给用户的接口，分为命令接口、程序接口和图形化用户接口等三 种类型。（3）中间层是对对象进行操纵和管理的软件集合，是文件系统的核心部分，拥有文件存储空间管理、文件目录管理、地址映射、文件读写管理及文件共享与保护等诸多功 能。具体又可分为四个子层：①I/O控制层（又称为设备驱动程序层），主要由磁盘驱动程
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