30．如何利用管程来解决生产者与消费者问题？
答：
首先建立一个管程，命名为ProclucerConsumer，包括两个过程：
（1）Put（item）过程。生产者利用该过程将自己生产的产品放到缓冲池，用整型变
量count 表示在缓冲池中已有的产品数目，当count≥n 时，表示缓冲池已满，生产者须等待。
（2）get（item）过程。消费者利用该过程从缓冲池中取出一个产品，当count≤0
时，表示缓冲池中已无可取的产品，消费者应等待。
PC 管程可描述如下：
type producer-consumer =monitor Var in,out,count:integer; buffer:array[0,…,n-1]of item; notfull，notempty:condition; procedure entry dot(item) begin if count>=n then not full.wait; buffer(in):=nextp; in:=(in+1)mod n; count:=count+1; if notempty.queue then notempty.signal; end procedure entry get(item) begin if count<=0 then not full.wait; nextc:=buffer(out); out:=(out+1)mod n; count:=count-1; if notfull.quene then notfull.signal; end begin in:=out:=0; count:=0 end
在利用管程解决生产者一消费者问题时，其中的生产者和消费者可描述为：
producer: begin pepeat produce an inem in nestp PC.put(item); until false; end consumer: begin repeat PC.get(item); consume the item in enxtc; until false; end
31．什么是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:
var mutex,empty,full: semaphore:=1,n,0; buffer: array[0,...,n-1] of item; in,out: integer:=0,0; begin parbegin producer: begin repeat … produce an item in nextp; … wait(empty); wait(s1,s2,s3,...,sn); //s1,s2,...,sn为执行生产者进程除empty外其余的条件 wait(mutex); buffer(in):=nextp; in:=(in+1) mod n; signal(mutex); signal(full); signal(s1,s2,s3,...,sn); until false; end consumer: begin repeat wait(full); wait(k1,k2,k3,...,kn); //k1,k2,...,kn 为执行消费者进程除full外其余的条件 wait(mutex); nextc:=buffer(out); out:=(out+1) mod n; signal(mutex); signal(empty); signal(k1,k2,k3,...,kn); consume the item in nextc; until false; end parend end
32．什么是信号量集？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：
Var RN integer; L,mx: semaphore:=RN,1; begin parbegin reader:begin repeat Swait(L,1,1); Swait(mx,1,1); … perform read operation; … Ssignal(L,1); until false end writer:begin repeat Swait(mx,1,1;L,RN,0); perform write operation; Ssignal(mx,1); until false end parend end
33．试比较进程间的低级与高级通信工具。
答：
用户用低级通信工具实现进程通信很不方便，效率低，通信对用户不透明，所有操作都必须由程序员来实现，而高级通信工具弥补了这些缺陷，用户直接利用操作系统提供的一组通信命令，高效地传送大量的数据。
34．当前有哪几种高级通信机制？
答：
共享存储器系统、消息传递系统以及管道通信系统。
35．消息队列通信机制有哪几方面的功能？
答：
（1）构成消息（2）发送消息（3）接收梢息（4）互斥与同步。
39. 为了在多线程OS中实现进程之间的同步与通信，通常提供了哪几种同步机制？
答：
同步功能可以控制程序流并访问共享数据，从而并发执行多个线程。
共有四种同步模型：互斥锁、读写锁、条件变量和信号。
40．用于实现线程同步的私用信号量和公用信号量之间有何差别？
答：
（1）私用信号量。当某线程需利用信号量实现同一进程中各线程之间的同步时，可调用创建信号量的命令来创建一个私用信号量，其数据结构存放在应用程序的地址空间中。
（2）公用信号量。公用信号量是为实现不同进程间或不同进程中各线程之间的同步而设置的。其数据结构是存放在受保护的系统存储区中，由OS为它分配空间并进行管理。
第三章 处理机调度与死锁
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。
3．何谓作业、作业步和作业流？
答：
作业包含通常的程序和数据，还配有作业说明书。系统根据该说明书对程序的运行进行控制。批处理系统中是以作业为基本单位从外存调入内存。
作业步是指每个作业运行期间都必须经过若干个相对独立相互关联的顺序加工的步骤。
作业流是指若干个作业进入系统后依次存放在外存上形成的输入作业流；在操作系统的控制下，逐个作业进程处理，于是形成了处理作业流。
4．在什么情况下需要使用作业控制块JCB？其中包含了哪些内容？
答：
每当作业进入系统时，系统便为每个作业建立一个作业控制块JCB，根据作业类型将它插入到相应的后备队列中。
JCB 包含的内容通常有：1) 作业标识2)用户名称3)用户账户4)作业类型（CPU繁忙型、I/O芳名型、批量型、终端型）5)作业状态6)调度信息（优先级、作业已运行）7)资源要求8)进入系统时间9) 开始处理时间10)作业完成时间11) 作业退出时间12) 资源使用情况等
5．在作业调度中应如何确定接纳多少个作业和接纳哪些作业？
答:
作业调度每次接纳进入内存的作业数，取决于多道程序度。应将哪些作业从外存调入内存，取决于采用的调度算法。最简单的是先来服务调度算法，较常用的是短作业优先调度算法和基于作业优先级的调度算法。
7．试说明低级调度的主要功能。
答：
（1）保存处理机的现场信息（2）按某种算法选取进程（3）把处理机分配给进程。
8．在抢占调度方式中，抢占的原则是什么？
答：
抢占的原则有：时间片原则、优先权原则、短作业优先权原则等。
9．在选择调度方式和调度算法时，应遵循的准则是什么？
答：
（1）面向用户的准则：周转时间短、响应时间快、截止时间的保证、优先权准则。
（2）面向系统的准则：系统吞吐量高、处理机利用率好、各类资源的平衡利用。
10．在批处理系统、分时系统和实时系统中，各采用哪几种进程（作业）调度算法？
答：
批处理系统的调度算法：短作业优先、优先权、高响应比优先、多级反馈队列调度算法。
分时系统的调度算法：时间片轮转法。
实时系统的调度算法：最早截止时间优先即EDF、最低松弛度优先即LLF算法。
11．何谓静态和动态优先级？确定静态优先级的依据是什么？
答：
静态优先级是指在创建进程时确定且在进程的整个运行期间保持不变的优先级。
动态优先级是指在创建进程时赋予的优先权，可以随进程推进或随其等待时间增加而改变的优先级，可以获得更好的调度性能。
确定进程优先级的依据：进程类型、进程对资源的需求和用户要求。
12．试比较FCFS和SPF两种进程调度算法。
答：
相同点：两种调度算法都可以用于作业调度和进程调度。
不同点：FCFS调度算法每次都从后备队列中选择一个或多个最先进入该队列的作业，将它们调入内存、分配资源、创建进程、插入到就绪队列。该算法有利于长作业/进程，不利于短作业/进程。SPF算法每次调度都从后备队列中选择一个或若干个估计运行时间最短的作业，调入内存中运行。该算法有利于短作业/进程，不利于长作业/进程。
13．在时间片轮转法中，应如何确定时间片的大小？
答：
时间片应略大于一次典型的交互需要的时间。一般应考虑三个因素：系统对相应时间的要求、就绪队列中进程的数目和系统的处理能力。
14．通过一个例子来说明通常的优先级调度算法不能适用于实时系统？
答：
实时系统的调度算法很多，主要是基于任务的开始截止时间和任务紧急/松弛程度的任务优先级调度算法，通常的优先级调度算法不能满足实时系统的调度实时性要求而不适用。
15．为什么说多级反馈队列调度算法能较好地满足各方面用户的需求？
答：
（1）终端型作业用户提交的作业大多属于较小的交互型作业，系统只要使这些作业在第一队列规定的时间片内完成，终端作业用户就会感到满足。
（2）短批处理作业用户，开始时像终端型作业一样，如果在第一队列中执行一个时间片段即可完成，便可获得与终端作业一样的响应时间。对于稍长作业，通常只需在第二和第三队列各执行一时间片即可完成，其周转时间仍然较短。
（3）长批处理作业，它将依次在第1，2，…，n个队列中运行，然后再按轮转方式运行，用户不必担心其作业长期得不到处理。所以，多级反馈队列调度算法能满足多用户需求。
19．为什么在实时系统中，要求系统（尤其是CPU）具有较强的处理能力？
答：
实时系统中通常有着多个实时任务。若处理机的处理能力不够强，有可能因为处理机忙不过来而使某些实时任务得不到及时处理，导致发生难以预料的后果。
20．按照调度方式可将实时调度算法分为哪几种？
答：
可分为非抢占式和抢占式两种算法。而非抢占式算法又分为非抢占式轮转和优先调度算法；抢占式调度算法又分为基于时钟中断的抢占式优先权和立即抢占式优先权调度算法。
21．什么是最早截止时间优先调度算法？举例说明。
答：
根据任务的开始截止时间确定的任务优先级调度算法。截止时间越早则优先级越高。该算法要求在系统中保持一个实时任务就绪队列，该队列按各任务截止时间的先后排序。
举例：非抢占式调度方式用于非周期实时任务。图3-9是将该算法用于非抢占调度方式之例。该例中具有四个非周期任务，它们先后到达。系统首先调度任务1执行，在任务1执行期间，任务2、3又先后到达。由于任务3的开始截止时间早于任务2，故系统在任务1后将调度任务3执行。在此期间又到达作业4，其开始截止时间仍是早于任务2的，故在任务3执行完后，系统又调度任务4执行，最后才调度任务2执行。
图3-9 EDF算法用于非抢占调度的调度方式
22．什么是最低松弛度优先调度算法？举例说明之。
答：
该算法是根据任务紧急(或松弛)的程度，来确定任务的优先级。任务的紧急程度愈高，为该任务所赋予的优先级就愈高，以使之优先执行。
例如，一个任务在200 ms 时必须完成，而它本身所需的运行时间就有100 ms，因此，调度程序必须在100 ms 之前调度执行，该任务的紧急程度(松弛程度)为100 ms。又如，另一任务在400 ms 时必须完成，它本身需要运行 150 ms，则其松弛程度为 250 ms。
27．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、不剥夺条件、环路等待条件。
28．在解决死锁问题的几个方法中，哪种方法最易于实现？哪种方法使资源利用率最高？
答：
解决死锁的四种方法即预防、避免、检测和解除死锁中，预防死锁最容易实现；
避免死锁使资源的利用率最高。
29．请详细说明可通过哪些途径预防死锁。
答：
（1）摈弃“请求和保持”条件，就是如果系统有足够资源，便一次性把进程需要的所
有资源分配给它；
（2）摈弃“不剥夺”条件，就是已经拥有资源的进程，当它提出新资源请求而不能立即满足时，必须释放它已保持的所有资源，待以后需要时再重新申请；
（3）摈弃“环路等待”条件，就是将所有资源按类型排序标号，所有进程对资源的请求必须严格按序号递增的次序提出。
30．在银行家算法的例子中，如果P0发出请求向量由Request(0,2,0)改为Request(0,1,0)，
问系统可否将资源分配给它？(此答案有点问题，需重新考虑)
答：
答：
（1）可以。银行家算法各种资源数量分别为10、5、7，在T0时刻的资源分配如图所示：
（2）具体分析如下：
① Requst0(0,1,0)<=Need0(7,4,3);
②Requst0(0,1,0)<=Available(2,3,0);
系统先假定可为P0分配资源，并修改Available0，Allocation0和Need0向量，由此形成的资源变化情况如下图所示：
（3）P0请求资源：P0发出请求向量Requst0(0,1,0),系统按银行家算法进行检查：
① Requst0(0,1,0)<=Need0(7,4,3);
②Requst0(0,1,0)<=Available(2,3,0);
③ 系统暂时先假定可为P0分配资源，并修改__有关数据，如下图所示
综上所述系统可以将资源分配给它。
31．银行家算法中出现以下资源分配，试问
（1）该状态是否安全？
（2）若进程P2提出请求Request（1,2,2,2）后，系统能否将资源分配给它？(参考答案有错)
答：
（1）安全，因为存在安全序列{P0,P3,P4,P1,P2}
（2）系统能分配资源，分析如下。
① Request(1,2,2,2) <=Need2(2,3,5,6);
② Request(1,2,2,2) <=Available2(1,3,5,4)改成Available2(1,6,2,2)；
③系统先假定可为P2分配资源，并修改Available2，Allocation2和Need2向量，
由此形成的资源变化情况如下图所示：
④ 再利用安全性算法检查此时系统是否安全。如下图
由此进行的安全性检查得知，可以找到一个安全序列{P2,P0,P1,P3,P4}。
补充 2 6 16 17 18 31图
略
第四章 存储器管理
1．为什么要配置层次式存储器？
答：
设置多个存储器可以使存储器两端的硬件能并行工作；采用多级存储系统，特别是
Cache 技术，是减轻存储器带宽对系统性能影响的最佳结构方案；在微处理机内部设置各种缓冲存储器，减轻对存储器存取的压力。增加CPU中寄存器数量大大缓解对存储器压力。
2．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。
3．何谓静态链接？何谓装入时动态链接和运行时的动态链接？
答：
静态链接是指在程序运行前，先将各目标模块及它们所需的库函数，链接成一个完整的装配模块，以后不再拆开的链接方式。
装入时动态链接是指将用户源程序编译后得到的一组目标模块，在装入内存时采用边装入边链接的链接方式。
运行时动态链接是指对某些目标模块的链接，是在程序执行中需要该目标模块时，才对它进行的链接。
6．在动态分区分配方式中，应如何将各空闲分区链接成空闲分区链？
答：
在每个分区的起始部分，设置一些控制分区分配的信息，以及用于链接各分区所用的前向指针；在分区尾部设置一个后向指针，通过前后向链接指针，将所有空闲分区链成一个双向链。当分区分配出去后，把状态位由“0”改为“1”。
7．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。
9．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。
11．令 表示大小为 、地址为x 的块的伙伴系统地址，试写出的通用表达式。
答:
当 时， ；当 时，
12．分区存储管理中常用那些分配策略？比较它们的优缺点。
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。
13．在系统中引入对换后可带来哪些好处？
答：
交换技术将暂不需要的作业移到外存，让出内存空间以调入其它作业，交换到外存的作业也可以被再次调入。目的是解决内存紧张问题，带来的好处是进一步提高了内存利用率和系统吞吐量。
15．为实现对换，系统应具备哪几方面的功能？
答：
系统应具备三方面功能：对换空间管理，进程换出，进程换入。
16．在以进程为单位进行对换时，每次是否都将整个进程换出？为什么？
答：
在以进程为单位进行对换时，并非每次都将整个进程换出。这是因为：
(1)从结构上讲，进程由程序段、数据段和进程控制块组成的，其中进程控制块总有部分或全部常驻内存，不被换出。
(2)程序段和数据段可能正被若干进程共享，此时它们也不能换出。
20．为实现分页存储管理，需要哪些硬件的支持？
答：
动态重定位技术、虚拟存储技术、多道程序设计技术。
22．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。
23．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。
25．为什么说分段系统比分页系统更易于实现信息的共享和保护？
答：
分页系统的每个页面是分散存储的，为了实现信息共享和保护，页面之间需要一一对应，为此需要建立大量的页表项；而分段系统的每个段都从0 编址，并采用一段连续的地址空间，在实现共享和保护时，只需为要共享和保护的程序设置一个段表项，将其中的基址与内存地址一一对应就能够实现。
26．分段和分页存储管理有何区别？
答：
（1）页是信息的物理单位，分页是为了实现离散分配方式，以消减内存的外部零头，提高内存利用率。段则是信息的逻辑单位，它含有一组相对完整的信息。
（2）页的大小固定且由系统决定，由系统把逻辑地址划分为页号和页内地址两部分，是由机械硬件实现的,因而在系统中只能有一种大小的的页面;而段的长度却不固定,决定于用户所编写的程序,通常由编译程序在对原程序进行编译时,根据信息的性质来划分。
（3）分页的作业地址空间是一维的,而分段作业地址空间则是二维的。
27．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；
补充 3 4 5 11 14 17 18 19 21 24
略
另外
4．在进行程序链接时，应完成哪些工作？
答：
由链接程序Linker将编译后形成的一组目标模块，以及它们需要的库函数链接在一起，形成一个完整的装入模块Load Module。主要工作是修改程序内的相对地址和修改目标程序中的外部调用标号。
第五章 虚拟存储器
3．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。
4．实现虚拟存储器需要哪些硬件支持？
答：
（1）请求分页（段）的页（段）表机制（2）缺页（段）中断机构（3）地址变换机构
5．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。
6．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。
10．在请求分页系统中，应从何处将所需页面调入内存？
答：
请求分页系统中的缺页从何处调入内存分三种情况：
（1）系统拥有足够对换区空间时，可以全部从对换区调入所需页面，提高调页速度。在进程运行前将与该进程有关的文件从文件区拷贝到对换区。
（2）系统缺少足够对换区空间时，不被修改的文件直接从文件区调入；当换出这些页面时，未被修改的不必换出，再调入时，仍从文件区直接调入。对于可能修改的，在换出时便调到对换区，以后需要时再从对换区调入。
（3）UNIX 方式。未运行页面从文件区调入。曾经运行过但被换出页面，下次从对换区调入。UNIX系统允许页面共享，某进程请求的页面有可能已调入内存，直接使用不再调入。
12．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。
13．在一个请求分页系统中，采用LRU 页面置换算法时，假如一个作业的页面走向为4 , 3 , 2 ,1 , 4 , 3 , 5 , 4 ,3 , 2 , 1 ,5，当分配给该作业的物理块数M分别为3和4时，试计算访问过程中所发生的缺页次数和缺页率 ? 比较所得结果?(参考答案有错)
答：
当分配给该作业的物理块数M为3时，缺页7次，缺页率: 7/12=0.583；
当分配给该作业的物理块数M为4时，缺页4次，缺页率: 4/12=0.333.
-------以上解答出错。正确解法见下面：
答：
当分配给该作业的物理块数M为3时，缺页9次，缺页率: 9/12=3/4；
当分配给该作业的物理块数M为4时，缺页10次，缺页率: 10/12=5/6.
14．实现LRU算法所需的硬件支持是什么?
答：
需要寄存器和栈等硬件支持。寄存器用于记录某进程在内存中各页的使用情况，栈用于保存当前使用的各个页面的页面号。
15．试说明改进型 Clock 置换算法的基本原理.
答：
因为修改过的页面在换出时付出的开销比未被修改过的页面大，在改进型Clock 算法
中，既考虑页面的使用情况，还要增加置换代价的因素；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。
24．说明请求分段系统中的缺页中断处理过程。
答：
请求分段系统中的缺页中断处理过程描述如下：
（1）根据当前执行指令中的逻辑地址查页表，判断该页是否在主存储器中
（2）该页标志为“0”形成缺页中断，中断装置通过交换PSW让操作系统的中断处理程序占用处理器。
（3）操作系统处理缺页中断处理的办法是查主存分配表找一个空闲的主存块，查页表找出该页在磁盘上位置，启动磁盘读出该页信息。
（4）把从磁盘上读出的信息装入找到的主存块中。
（5）当页面住处被装入主存后，应修改页表中对应的表目，填上该页所占用的主存块把标志置为“1”，表示该页已在主存储器中
（6）由于产生缺页中断时的那条指令并没执行完，所以在把页面装入之后应重新执行被中断指令。
请求分段系统中的缺页中断处理过程如下图所示：
补充 1 2 7 8 9 [16,23],25,26
略
另外
12．在请求分页系统中，通常采用哪种页面分配方式？为什么？
答：
固定分配方式是基于进程的类型(交互型)或根据程序员、系统管理员的建议，为每个进程分配固定页数的内存空间，整个运行期间不再改变；采用可变分配方式有全局置换和局部置换两种，前者易于实现，后者效率高。
30．如何实现分段共享 ?
答：
在每个进程的段表中，用相应的表项指向共享段在内存中起始地址；配置相应的数据结构作为共享段表，在段表项中设置共享进程计数Count，每调用一次该共享段，Count值增 1，每当进程释放一个共享段时，Count减1，若减为0，则系统回收该共享段的物理内存，取消在共享段表中该段对应的表项；共享段应给不同的进程以不同的存取权限；不同的进程可以使用不同的段号去共享该段。
第六章 输入输出系统
5．试说明设备控制器的组成。
答：
由设备控制器与处理机的接口，设备控制器与设备的接口与I/O逻辑组成。
6．为了实现CPU与设备控制器间的通信，设备控制器应具备哪些功能？
答：
接收和识别命令；数据交换；标识和报告设备状态；地址识别；数据缓冲；差错控制。
10.设备中断处理程序通常需完成哪些工作？
答：
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。
12．试说明设备驱动程序具有哪些特点。
答：
设备驱动程序具有如下特点：
（1）是请求 I/O 进程与设备控制器间的一个通信程序；
（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，部分程序用汇编语言书写，基本部分往往固化在ROM中。
13．试说明设备驱动程序应具有哪些功能？
答：
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请求合法性，了解I/O 设备状态，传递有关参数，设置设备工作方式；
（3）发出I/O 命令，启动分配到的I/O设备，完成指定I/O 操作；
（4）及时响应由控制器或通道发来的中断请求，根据中断类型调用相应中断处理程序处理；
（5）对于有通道的计算机，驱动程序还应该根据用户 I/O 请求自动构成通道程序。
15．试说明推动I/O控制发展的主要因素是什么？
答：
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，用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。
16．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。
答：
以从磁盘读入数据为例，说明DMA的工作流程。当CPU要从磁盘读入数据块时，先向磁盘控制器发送一条读命令。该命令被送到命令寄存器CR中。同时还发送本次要读入数据的内存起始目标地址，送入内存地址寄存器MAR；本次要读数据的字节数送入数据计数器DC，将磁盘中的源地址直接送DMA控制器的I/O控制逻辑上。然后启动DMA 控制器传送数据，以后CPU便处理其它任务。整个数据传送过程由DMA控制器控制。下图为DMA方式的工作流程图。
18．为何要引入设备独立性？如何实现设备独立性？
答：
现代操作系统为了提高系统的可适应性和可扩展性，都实现了设备独立性或设备无关性。基本含义是应用程序独立于具体使用的物理设备，应用程序以逻辑设备名请求使用某类设备。实现了设备独立性功能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。
为了实现设备的独立性，应引入逻辑设备和物理设备概念。在应用程序中，使用逻辑设备名请求使用某类设备；系统执行时是使用物理设备名。鉴于驱动程序是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设备独立性软件，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。
20．在考虑到设备的独立性时，应如何分配独占设备？
答：
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) 根据逻辑设备表获得I/O请求的逻辑设备对应物理设备在系统设备表中的指针。
(3) 检索系统设备表，找到属于请求类型、空闲可用且分配安全设备的设备控制表，将对应设备分配给请求进程；未找到则等待等待唤醒和分配。
(4) 到设备控制表中找出与其相连接的控制器的控制器控制表，根据状态字段判断是否忙碌，忙则等待；否则将该控制器分配给进程。
(5) 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，判断通道是否忙碌，忙则等待；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。
答：
设备虚拟是指把独占设备经过某种技术处理改造成虚拟设备。
可虚拟设备是指一台物理设备在采用虚拟技术后，可变成多台逻辑上的虚拟设备，则可虚拟设备是可共享的设备，将它同时分配给多个进程使用，并对这些访问该物理设备的先后次序进行控制。
22．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？
答：
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）由输出进程在输出井中申请一空闲盘块区，并将要打印的数据送入其中；
（2）输出进程为用户进程申请空白用户打印表，填入打印要求，将该表挂到请求打印队列。
（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。
24．引入缓冲的主要原因是什么？
答：
引入缓冲的主要原因是：
（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
25．在单缓冲情况下，为什么系统对一块数据的处理时间为max（C,T）+M?
答：
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送给用户区，耗时M；接下来由CPU对块数据进行计算，耗时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。
26．为什么在双缓冲情况下，系统对一块数据的处理时间为max（T,C）?
答：
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，计算者读出用户区数据进行处理。由于将数据从缓冲区传到用户区操作必须与读用户区数据处理串行进行，而且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M是内存数据块的移动耗时非常短暂可以省略，因此近似地认为系统对一块数据处理时间为max(C,T)。
27．试绘图说明把多缓冲用于输出时的情况。
答：
多缓冲用于输出的示意图如下：
28．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。
答：
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，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。
29．何谓安全分配方式和不安全分配方式？
答：
① 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。这种分配方式已经摒弃了造成死锁的“请求和保持”条件，分配是安全的。缺点是进程进展缓慢，CPU与I/O设备串行工作。
②不安全分配方式是指进程发出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。仅当进程请求的设备已被另一个进程占有时，进程才进入阻塞状态。优点是一个进程可同时操作多个设备，进程推进迅速。缺点是分配不安全，可能具有“请求和保持”条件，可能造成死锁。因此，在设备分配程序中需增加一个功能，用于对本次的设备分配是否会发生死锁进行安全性计算，仅当计算结果表明分配安全的情况下才进行分配。
30.磁盘访问时间由哪几部分组成？每部分时间应如何计算？
答：
磁盘访问时间由寻道时间Ts、旋转延迟时间Tr、传输时间Tt 三部分组成。
（1）Ts 是启动磁臂时间s 与磁头移动n条磁道的时间和，即Ts = m × n + s。
（2）Tr是指定扇区移动到磁头下面所经历的时间。硬盘15000r/min时Tr为2ms;软盘300或600r/min时Tr为50~100ms。
（3）Tt 是指数据从磁盘读出或向磁盘写入经历的时间。Tt的大小与每次读/写的字节数b和旋转速度有关：Tt = b/rN。
31.目前常用的磁盘调度算法有哪几种？每种算法优先考虑的问题是什么？
答：
目前常用的磁盘调度算法有先来先服务、最短寻道时间优先及扫描等算法。
(1) 先来先服务算法优先考虑进程请求访问磁盘的先后次序；
(2) 最短寻道时间优先算法优先考虑要求访问的磁道与当前磁头所在磁道距离是否最近；
(3) 扫描算法考虑欲访问的磁道与当前磁道间的距离，更优先考虑磁头当前的移动方向。
补充 [1,4] ,[6,9],11,14,19,23
略
另外
3．什么是字节多路通道？什么是数组选择通道和数组多路通道？
答：
（1）字节多路通道。按字节交叉方式工作的通道。通常含有许多非分配型子通道，数量从几十到数百个，每个子通道连接一台I/O 设备，控制其I/O 操作。子通道按时间片轮转方式共享主通道。
（2）数组选择通道。按数组方式传送数据，传输速率很高，每次只允许一个设备数据。
（3）数组多路通道。将数组选择通道传输速率高和字节多路通道的各子通道分时并行操作的优点结合而成。含有多个非分配型子通道，具有很高的数据传输率和通道利用率。
4．如何解决因通道不足而产生的瓶颈问题？
答：
解决问题的有效方法是增加设备到主机间的通路而不增加通道，把一个设备连到多个控制器上，控制器又连到多个通道上，这种多通路方式解决了“瓶颈”问题，提高了系统可靠性，个别通道或控制器的故障不会使设备和存储器之间没有通路。
5．试对VESA 及PCI两种总线进行比较。
答：
VESA总线的设计思想是以低价占领市场。总线带宽32位，最高传输速率132Mb/s。
广泛用于486微机。缺点是能连接的设备数仅为2~4 台，控制器中无缓冲，难于适应处理器速度的提高，不支持Pentium机。
PCI总线在CPU和外设间插入了复杂的管理层，协调数据传输和提供一致接口。管理
层中配有数据缓冲，放大了线路的驱动能力，最多支持10种外设，支持高时钟频率的CPU运行，最大传输速率132Mb/s。可连接ISA、EISA等传统总线，又支持Pentium的64位系统，是基于奔腾等新一代微处理器而发展的总线。
18．试说明SPOOLing 系统的组成。
答：
SPOOLing 系统由输入井和输出井、输入缓冲区和输出缓冲区、输入进程 SPi 和输出进程SPo 三部分组成。
第七章 文件管理
1．何谓数据项、记录和文件？
答：
①数据项分为基本数据项和组合数据项。基本数据项描述一个对象某种属性的字符集，具有数据名、数据类型及数据值三个特性。组合数据项由若干数据项构成。
②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。
③文件是具有文件名的一组相关信息的集合。
2．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：
第一层：对象及其属性说明（文件、目录、硬盘或磁带存储空间）；
第二层：对对象操纵和管理的软件集合（I/O控制层即设备驱动程序、基本文件系统即物理I/O层、基本I/O管理程序或文件组织模块层、逻辑文件系统层）
第三层：文件系统接口（命令接口/图形化用户接口与程序接口）。
4．试说明用户可以对文件施加的主要操作有哪些？
答：
用户通过文件系统提供的系统调用对文件实施操作。
（1）基本文件操作：创建、删除、读、写、截断、设置读/写位置等；
（2）文件打开和关闭操作：第一步通过检索文件目录找到指定文件属性及其在外存上位置；第二步对文件实施读写等相应操作。
（3）其他文件操作：一是文件属性操作；二是目录操作；三是文件共享与文件系统操作的系统调用实现等。
6．何谓逻辑文件？何谓物理文件？
答：
逻辑文件是物理文件中存储的数据的一种视图方式，不包含具体数据，仅包含物理文件中数据的索引。物理文件又称文件存储结构，是指文件在外存上的存储组织形式。
8．如何提高对变长记录顺序文件的检索速度？
答：
基本方法是为变长记录顺序文件建立一张索引表，以主文件中每条记录的长度及指向对应记录的指针（即该记录在逻辑地址空间的首址）作为相应表项的内容。由于索引表本身是一个定长记录的顺序文件，若将其按记录键排序，则实现了对主文件方便快捷的直接存取。如果文件较大，应通过建立分组多级索引以进一步提高检索效率。
12．试说明对索引文件和索引顺序文件的检索方法。
答：
①索引文件的检索，首先根据用户（程序）提供的关键字，利用折半查找法检索索引表，找到相应表项；再利用给出的指向记录指针值，访问对应记录。
②索引顺序文件的检索，首先利用用户（程序）提供的关键字及查找方法，检索索引表，找到该记录在记录组中的第一条记录表项，得到第一个记录在主文件中的位置；再利用顺序查找法查找主文件，找到所要求的记录。
