操作系统任爱华版第八章
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计算机操作系统(第四版)1-8章-课后答案(全)
计算机操作系统(第四版)1-8章-课后答案(全)第四版计算机操作系统课后答案第一章1. 操作系统的定义操作系统是一种软件，它管理着计算机系统的硬件和软件资源，并为用户和应用程序提供接口，以方便他们的使用。
2. 操作系统的功能操作系统具有以下功能：- 进程管理：负责创建、执行和终止进程，并管理它们的资源分配。
- 存储管理：管理计算机系统的内存资源，包括内存分配、虚拟内存和页面置换等。
- 文件系统管理：管理计算机系统中的文件和文件夹，包括文件的存储、读写和保护等。
- 设备管理：负责管理计算机系统中的各种设备，如打印机、键盘和鼠标等。
- 用户接口：提供用户与计算机系统进行交互的接口，如命令行界面和图形用户界面。
3. 操作系统的类型操作系统可以分为以下类型：- 批处理操作系统：按照一系列预先定义的指令集来运行任务。
- 分时操作系统：多个用户可以同时使用计算机系统。
- 实时操作系统：对任务的响应时间要求非常高，用于控制系统和嵌入式系统。
- 网络操作系统：支持多台计算机之间的通信和资源共享。
- 分布式操作系统：在多台计算机上分布式地管理和调度任务。
第二章1. 进程与线程的区别进程是计算机系统中正在运行的程序实例，而线程是进程内的一个执行单元。
进程拥有独立的地址空间和资源，而线程共享进程的地址空间和资源。
多个线程可以在同一进程内并发执行，从而提高系统的效率和资源利用率。
2. 进程的状态转换进程可以处于以下状态：- 创建状态：进程正在被创建。
- 就绪状态：进程准备好执行，等待分配CPU资源。
- 运行状态：进程占用CPU资源执行。
- 阻塞状态：进程等待某种事件发生。
- 终止状态：进程完成执行或被终止。
3. 进程调度算法操作系统使用进程调度算法来决定哪个进程应该被执行。
常见的调度算法有：- 先来先服务（FCFS）调度算法：按照进程到达的顺序进行调度。
- 最短作业优先（SJF）调度算法：选择运行时间最短的进程进行调度。
《操作系统教程(第四版)》课后习题答案
答；设每个进程等待I/O的百分比为P,则n个进程同时等待I/O的概率是P",当n个 进程同时等待I/O期间CPU是空闲的，故CPU的利用率为1J11・由题意可知，除 去操作系统,内存还能容纳4个用户进程，由于每个用户进程等待I/O的时间为80%,故：
CPU利用率=1-(80%)4=0.59
若再增加1MB内存，系统中可同时运行9个用户进程，此时：
时间0303132 7172 939495 105106 124125127129 139 168169 189单位1ms
4在单CPU和两台1/0(11,12)设备的多道程序设计环境下，同时投入三个作业运行•它 们的执行轨迹如下：
Jobl：I2(30ms)、CPU(lOms)、Il(30ms)、CPU(lOms)、I2(20ms)
CPU利用率=1-(80%)9=0.87
故增加1MB内存使CPU的利用率提高了47%；
87%-r59%= 147%
147%-100%=47%
2一个计算机系统，有一台输入机和一台打印机，现有两道程序投入运行，且程序A先开始做，程序B后开始运行.程序A的运行轨迹为：计算50ms、打印100ms、再计算50ms、打印100ms,结束。程序B的运行轨迹为：计算50ms、输入80ms、再计算100ms,结束.试说明⑴两道程序运行时，CPU有无空闲等待？若有，在哪 段时间内等待？为什么会等待？(2)程序A、B有无等待CPU的情况？若有，指出发 生等待的时刻。
I/O j、1121I121||32j
CPC i C111C21 | Clb C21；C31；~C33l
抢占式共用去190ms,单道完成需耍260ms＞节省70ms・
非抢占式共用去180ms,单道完成需要260ms,节省80ms•
CPU利用率=1-(80%)4=0.59
若再增加1MB内存，系统中可同时运行9个用户进程，此时：
时间0303132 7172 939495 105106 124125127129 139 168169 189单位1ms
4在单CPU和两台1/0(11,12)设备的多道程序设计环境下，同时投入三个作业运行•它 们的执行轨迹如下：
Jobl：I2(30ms)、CPU(lOms)、Il(30ms)、CPU(lOms)、I2(20ms)
CPU利用率=1-(80%)9=0.87
故增加1MB内存使CPU的利用率提高了47%；
87%-r59%= 147%
147%-100%=47%
2一个计算机系统，有一台输入机和一台打印机，现有两道程序投入运行，且程序A先开始做，程序B后开始运行.程序A的运行轨迹为：计算50ms、打印100ms、再计算50ms、打印100ms,结束。程序B的运行轨迹为：计算50ms、输入80ms、再计算100ms,结束.试说明⑴两道程序运行时，CPU有无空闲等待？若有，在哪 段时间内等待？为什么会等待？(2)程序A、B有无等待CPU的情况？若有，指出发 生等待的时刻。
I/O j、1121I121||32j
CPC i C111C21 | Clb C21；C31；~C33l
抢占式共用去190ms,单道完成需耍260ms＞节省70ms・
非抢占式共用去180ms,单道完成需要260ms,节省80ms•
operating system《操作系统》ch08-main memory
8.9
Memory-Management Unit (MMU)
Hardware device that maps virtual to physical address In MMU scheme, the value in the relocation register is added to every address generated by a user process at the time it is sent to memory The user program deals with logical addresses; it never sees the real physical addresses
Relocation registers used to protect user processes from each other, and from changing operating-system code and data
Base register contains value of smallest physical address Limit register contains range of logical addresses – each logical address must be less than the limit register MMU maps logical address dynamically
Chapter 8: Main Memory
整理课件
Chapter Objectives
To provide a detailed description of various ways of organizing memory hardware To discuss various memory-management techniques, including paging and segmentation To provide a detailed description of the Intel Pentium, which supports both pure segmentation and segmentation with paging
Memory-Management Unit (MMU)
Hardware device that maps virtual to physical address In MMU scheme, the value in the relocation register is added to every address generated by a user process at the time it is sent to memory The user program deals with logical addresses; it never sees the real physical addresses
Relocation registers used to protect user processes from each other, and from changing operating-system code and data
Base register contains value of smallest physical address Limit register contains range of logical addresses – each logical address must be less than the limit register MMU maps logical address dynamically
Chapter 8: Main Memory
整理课件
Chapter Objectives
To provide a detailed description of various ways of organizing memory hardware To discuss various memory-management techniques, including paging and segmentation To provide a detailed description of the Intel Pentium, which supports both pure segmentation and segmentation with paging
07级操作系统第8章习题解答
8.2 32 10 22 a.存储器地址空间/页大小= 2 / 2 = 2 ，所以在虚拟存 储器中指定页需要22位。 （210 字节 / 页） 4个字节 / 页表项） 28 个页表项。 （ / = 每一页包含 每个页表占据了8位，因此22位需要用到三级页表。 b.两级的页表包含28个页表项，一级页表包含26 个页表项 (8+8+6=22)。 c.我们这里有三级，三级所占位数为6，8，8，则页的个 数为： 1 + 2 6 + 214 = 16449 若三级所占位数为：8，6，8，则页的个数为：
操作系统第八章习题解答
8.1 • a • 步骤： • 从虚地址求取页号和页内偏移（利用公式： 虚地址=页号*页长+页内偏移） • 利用页表由页号求取对应的块号 • 求物理地址（利用公式：物理地址=块号*块 长+块内偏移，注意到块长=页长，块内偏 移=页内偏移）
• b. • (i) 1052 = 1024 + 28 虚拟页号为1，得到 帧号为7。 • 物理地址=7*1024+28=7196 • (ii) 2221 = 2 * 1024 + 173 • 虚拟页号为2，页错误。 • (iii) 5499 = 5 *1024 + 379虚拟页号为5，得 到帧号为0。 • 物理地址=0*1024+379=379
2 2
8.6 • a. 命中率=16/33
• b. 命中率=16/33
c. 对于这个特定的访问序列，采用上述两种 替换策略得到的命中率相等。一般来说，采 用LRU替换策略的命中率会高于采用FIFO 替换策略的情况，而对于这个特定的访问序 列来说，一个页面被载入之后，很少发生在 接下来的5次连续访问中再次被访问的情形， 因此缺页发生的时刻与LRU的情况相当接近， 从而使得对应的命中率接近于LRU。
安全操作系统简介任爱华版
标准化机构在信息安全方面的工作-2
在欧洲，由英国、荷兰和法国带头，开始联合研制欧 洲共同的安全评测标准
1991年颁布欧洲的ITSEC（信息技术安全标准）。 1993年，加拿大颁布CTCPEC（加拿大可信计算机产品
评测标准）。
1997年5月，由Visa、MasterCard等联合推出的安全 电子交易（SET）规范为在Internet上进行安全的电 子商务提供了一个开放的标准。 SET主要使用电子认证技术，其认证过程使用RSA和 DES算法，因此，可以为电子商务提供很强的安全保 护。可以说，SET规范是目前电子商务中最重要的协 议，它的推出必将大大促进电子商务的繁荣和发展。
自主访问控制功能（C1级）
Linux的自主访问控制
普通Linux只支持简单形式的自主访问控制，由资源 （文件等）的所有者根据所有者、同组者、其他人 等三类群体指定用户对资源的访问权。而超级用户 root实际可以不受访问权的限制。这对资源的保护 很不利。
强制访问控制功能（B级）
提供强制访问控制支持，采用Bell&LaPadula强制访问 控制模型，为主体(用户、进程等)和客体(文件、目录 、设备、IPC机制等)提供标签支持。
1987年，美国国家计算机安全中心（NCSC）为TCSEC 桔皮书提出可依赖网络解释（TNI），通常被称作红 皮书。
1991年，美国国家计算机安全中心（NCSC）为TCSEC 桔皮书提出可依赖数据库管理系统解释（TDI）。
1996年在上述标准的基础上，美国、加拿大和欧洲联 合研制CC（信息技术安全评测公共标准），颁布了CC 1.0版。
BLP 模型是根据军方的安全政策设计的，它要解决 的本质问题是对具有密级划分的信息的访问进行控 制。
BLP 模型是一个状态机模型，它定义的系统包含一个 初始状态Z0 和由一些三元组（请求，判定，状态） 组成的序列，三元组序列中相邻状态之间满足某种
操作系统教程答案
第一章操作系统概述课后习题1. 硬件将处理机划分为两种状态，即管态和目态，这样做给操作系统设计带来什么好处 ? 答：便于设计安全可靠的操作系统。
管态和目态是计算机硬件为保护操作系统免受用户程序的干扰和破坏而引入的两种状态。
通常操作系统在管态下运行，可以执行所有机器指令；而用户程序在目态下运行，只能执行非特权指令。
如果用户程序企图在目态下执行特权指令，将会引起保护性中断，由操作系统终止该程序的执行，从而保护了操作系统。
2. 何为特权指令?举例说明之。
如果允许用户执行特权指令，会带来什么后果？答：只能在管态下才能执行的指令称为特权指令。
如开关中断、置程序状态寄存器等。
如果允许用户执行特权指令，它将不仅影响当前运行的程序，而且还有可能影响操作系统的正常运行，甚至整个系统。
3. 中断向量在机器中的存储位置是由硬件确定的，还是由软件确定的 ? 答：中断向量在机器中的位置是由硬件确定的。
例如，在INTEL 80x86 CPU 中，内存空间0x00000——0x003ff为中断向量空间。
4. 中断向量的内容是由操作系统程序确定的还是由用户程序确定的？答：中断向量的内容是由操作系统程序确定的。
向量的内容包括中断处理程序的入口地址和程序状态字（中断处理程序运行环境），中断处理程序是由操作系统装入内存的，操作系统将根据装入的实际地址和该中断处理程序的运行环境来填写中断向量。
5. 中断向量内的处理机状态位应当标明是管态还是目态 ? 为什么? 答：应当标明是管态。
该状态由系统初试化程序设置，这样才能保证中断发生后进入操作系统规定的中断处理程序。
6. 中断和程序并发之间的关系是什么？答：中断是程序并发的必要条件。
如果没有中断，操作系统不能获得系统控制权，无法按调度算法对处机进行重新分配，一个程序将一直运行到结束而不会被打断。
7. 说明“栈”和“堆”的差别．答：栈是一块按后进先出（FIFO）规则访问的存储区域，用来实现中断嵌套和子程序调用的参数和返回断点。
现代操作系统第8章
所谓“打开”是指系统将指名文件的属性从外存拷 贝到内存打开文件表的一个表目中，并将该表目的 编号（索引）返回给用户，以后便利用返回的索引 号向系统提出操作请求。
Close系统调用用来关闭文件，OS将把该文件从打 开文件表中的表目上删除掉。
精品
9
文件操作
其他文件操作
为方便用户，OS都提供了数条有关文件操 作的系统调用，可将这些系统调用分为若干 类：
精品
6
文件系统模型
文文空完都（有件件明 户件闲成是：逻2系， 提系（）盘文与用选辑在统对 供块统磁1目件择块户这）的的盘文 使的录文号系和一文管大I件到件 用核/，统提O层理件部磁所物主进文心有对是高；实，盘在理分要数关行件部目文指I文(现设块/文用据功的带O操的件分录含件备号。缓于块件大）能系纵接。的有；的存冲处的量机管，统和口组进转大的理交事取系的理管等行换织制内换量务统速最的文；定理的存。，和之的底度直。与的集间管层处文的的接软合，理理件关相对主文件 。，及关键象要件，是操其。和。以作方属记。及便性录向的用说 （3）由磁磁文盘盘件（（系带磁统）带接）存口驱储动空程间序。组成。 逻辑文件系统
一、有结构文件：其记录长度可分为定长和不定长 两类。组织这些记录的方式有多种。而形成下述 几种文件：
⑴顺序文件。由一系列记录，按某种顺序排列所形成的 文件。其中的记录通常是定长记录。
⑵索引文件。当记录为可变长度时，通常为之建立一张 索引表，为每个记录在表中设置一表项。
⑶索引顺序文件。是上述两种文件方式的结合。它为文 件建立一张索引表，为每一组记录中的第一个记录设 置一表项。
此外，文件具有自己的属性，属性可包括： 文件类型、文件长度、文件的物理位置、文件 的存取控制、文件的建立时间等。
精品
Close系统调用用来关闭文件，OS将把该文件从打 开文件表中的表目上删除掉。
精品
9
文件操作
其他文件操作
为方便用户，OS都提供了数条有关文件操 作的系统调用，可将这些系统调用分为若干 类：
精品
6
文件系统模型
文文空完都（有件件明 户件闲成是：逻2系， 提系（）盘文与用选辑在统对 供块统磁1目件择块户这）的的盘文 使的录文号系和一文管大I件到件 用核/，统提O层理件部磁所物主进文心有对是高；实，盘在理分要数关行件部目文指I文(现设块/文用据功的带O操的件分录含件备号。缓于块件大）能系纵接。的有；的存冲处的量机管，统和口组进转大的理交事取系的理管等行换织制内换量务统速最的文；定理的存。，和之的底度直。与的集间管层处文的的接软合，理理件关相对主文件 。，及关键象要件，是操其。和。以作方属记。及便性录向的用说 （3）由磁磁文盘盘件（（系带磁统）带接）存口驱储动空程间序。组成。 逻辑文件系统
一、有结构文件：其记录长度可分为定长和不定长 两类。组织这些记录的方式有多种。而形成下述 几种文件：
⑴顺序文件。由一系列记录，按某种顺序排列所形成的 文件。其中的记录通常是定长记录。
⑵索引文件。当记录为可变长度时，通常为之建立一张 索引表，为每个记录在表中设置一表项。
⑶索引顺序文件。是上述两种文件方式的结合。它为文 件建立一张索引表，为每一组记录中的第一个记录设 置一表项。
此外，文件具有自己的属性，属性可包括： 文件类型、文件长度、文件的物理位置、文件 的存取控制、文件的建立时间等。
精品
现代操作系统（中文第三版）习题答案
标准答案）
7、下面的哪一条指令只能在内核态中使用？
a)禁止所有的中断。
b)读日期-时间时钟。
c)设晋日期-时间时钟。
d)改变存储器映像。
答：选择（a）、（c）、（d）应该被限制在内核模式。
8、考虑一个有两个CPU的系统，并且每一个CPU有两个线程（超线程）。假设有三个程序P0，P1，P2，分別以运行时间 5ms，10ms，20ms开始。运行这些程序需要多少时间？假设这三个程序都是100% 限于CPU，在运行时无阻塞，并且一旦设 定就不改变CPU。
的文件复制到装配点，使得他们在进行设备检查或修理时，可以在紧急事件中的普通路径上找到这些文件。
17、在一个操作系统中系统调用的目的是什么？ 答：系统调用允许用户进程在内核中访问和执行操作系统功能。用户程序使用系统调用操作系统服务。
18、对于下列系统调用，给出引起失败的条件：fork、exec以及unlink。 答：如果进程表中没有空闲的槽（或者没有内存和交换空间），fork 将失败。如果所给的文件名不存在，或者不是一个有效的 可执行文件，exec将失败。如果将要解除链接的文件不存在，或者调用unlink的进程没有权限，则unlink将失败。 19、在count = write(fd, buffer, nbytes);调用中，能在counБайду номын сангаас中而不是nbytes中返回值吗？如果能，为什么？ 答：如果fd不正确，调用失败，将返回1。同样，如果磁盘满，调用也失败，要求写入的字节数和实际写入的字节数可能不 等。在正确终止时，总是返回nbytes。 20、有一个文件，其文件描述符是fd，内含下列字节序列：3，1，4，1，5，9，2，6，5，3，5。 有如下系统调用：
12、在用户程序进行一个系统调用，以读写磁盘文件时，该程序提供指示说明了所需要的文件，一个指向数据缓冲区的指针 以及计数。然后，控制权转给操作系统，它调用相关的驱动程序。假设驱动程序启动磁盘并且直到中断发生才终止。在从磁盘 读的情况下，很明显，调用者会被阻塞（因为文件中没有数据）。在向磁盘写时会发生什么情况？需要把调用者阻塞一直等到 磁盘传送完成为止吗？答：也许。如果调用者取回控制，并且在最终发生写操作时立即重写数据，将会写入错误的数据。然 而，如果驱动程序在返回之前首先复制将数据复制到一个专用的缓冲器，那么调用者可以立即继续执行。另一个可能性是允许 调用者继续，并且在缓冲器可以再用时给它一个信号，但是这需要很高的技巧，而且容易出错。
7、下面的哪一条指令只能在内核态中使用？
a)禁止所有的中断。
b)读日期-时间时钟。
c)设晋日期-时间时钟。
d)改变存储器映像。
答：选择（a）、（c）、（d）应该被限制在内核模式。
8、考虑一个有两个CPU的系统，并且每一个CPU有两个线程（超线程）。假设有三个程序P0，P1，P2，分別以运行时间 5ms，10ms，20ms开始。运行这些程序需要多少时间？假设这三个程序都是100% 限于CPU，在运行时无阻塞，并且一旦设 定就不改变CPU。
的文件复制到装配点，使得他们在进行设备检查或修理时，可以在紧急事件中的普通路径上找到这些文件。
17、在一个操作系统中系统调用的目的是什么？ 答：系统调用允许用户进程在内核中访问和执行操作系统功能。用户程序使用系统调用操作系统服务。
18、对于下列系统调用，给出引起失败的条件：fork、exec以及unlink。 答：如果进程表中没有空闲的槽（或者没有内存和交换空间），fork 将失败。如果所给的文件名不存在，或者不是一个有效的 可执行文件，exec将失败。如果将要解除链接的文件不存在，或者调用unlink的进程没有权限，则unlink将失败。 19、在count = write(fd, buffer, nbytes);调用中，能在counБайду номын сангаас中而不是nbytes中返回值吗？如果能，为什么？ 答：如果fd不正确，调用失败，将返回1。同样，如果磁盘满，调用也失败，要求写入的字节数和实际写入的字节数可能不 等。在正确终止时，总是返回nbytes。 20、有一个文件，其文件描述符是fd，内含下列字节序列：3，1，4，1，5，9，2，6，5，3，5。 有如下系统调用：
12、在用户程序进行一个系统调用，以读写磁盘文件时，该程序提供指示说明了所需要的文件，一个指向数据缓冲区的指针 以及计数。然后，控制权转给操作系统，它调用相关的驱动程序。假设驱动程序启动磁盘并且直到中断发生才终止。在从磁盘 读的情况下，很明显，调用者会被阻塞（因为文件中没有数据）。在向磁盘写时会发生什么情况？需要把调用者阻塞一直等到 磁盘传送完成为止吗？答：也许。如果调用者取回控制，并且在最终发生写操作时立即重写数据，将会写入错误的数据。然 而，如果驱动程序在返回之前首先复制将数据复制到一个专用的缓冲器，那么调用者可以立即继续执行。另一个可能性是允许 调用者继续，并且在缓冲器可以再用时给它一个信号，但是这需要很高的技巧，而且容易出错。
《操作系统第八章》课件
磁盘缓存
使用高速பைடு நூலகம்存提高磁盘的读写 性能。
磁盘容量
采用不同的存储密度和容量， 满足不同的存储需求。
磁盘调度算法
先来先服务(FCFS) 最短寻道时间优先(SSTF) 电梯算法
结论和要点
1 操作系统的核心功能
内存管理、虚拟内存、页面置换算法、文件系统和磁盘管理。
2 优化性能的关键
合理选择适当的算法和策略。
3 持续学习的重要性
深入理解操作系统的原理和实践，提高技术水平。
《操作系统第八章》PPT 课件
本章将详细介绍操作系统的核心知识点，包括内存管理、虚拟内存、页面置 换算法、文件系统、磁盘管理和磁盘调度算法。
内存管理
1
分段
将内存划分为多个逻辑段，提供独立的
分页
2
地址空间。
将内存划分为固定大小的页，实现了地
址空间的连续性。
3
分段与分页的结合
综合利用分段和分页的优点，提高内存 管理的灵活性和效率。
选择最早进入内存的页面置换出 去。
最近最久未使用(LRU)
选择最长时间未被访问的页面置 换出去。
文件系统
概念
管理磁盘上的文件和目录，提供对文件的读写操作。
文件组织
采用多级目录结构，方便文件的组织和查找。
文件访问控制
通过权限设置，保护文件的安全性和隐私。
磁盘管理
硬盘组织
将磁盘分为多个磁道和扇区， 实现数据的存储。
虚拟内存
1 概念
将磁盘空间作为扩展的地址空间，实现了更大的内存容量。
2 页面置换
根据页面的访问频率和优先级，将不常用的页面从内存中换出，从而腾出空间。
3 优缺点
提高了内存的利用率和系统的性能，但也增加了页面置换的开销。
操作系统(第5版)第8章 实例分析：Linux操作系统
. Linux里，当进程运行用户程序时，称为“用户模式”；当进程运行中出现系统
调用或中断事件，转去执行操作系统内核程序时，称为“核心模式”。进程在核心模式 时，从事资源管理及各种控制活动；在用户模式时，在操作系统管理和控制下做自己的
. 工作。在Linux里处理机有两种运行状态：在核心态，CPU执行操作系统的程序；在用户
位移量
32位虚拟地址：
用户虚拟 地址空间
p1 10位
p2 10位
d 12位
一个页面
页表
页表索引
1M个页面
1M个表项 (1024个页面)
1024个表项
一个页面
3. 二级页表的地址转换过程
. 在知道一个虚拟地址后，就可根据地址的前10位，先去查页表索引，以便得到
该索引所对应的页表放在哪一个内存块。
. 再由地址中间的10位，去查这个页表，得到该页所对应的内存块的起始地址。 . 最后，与位移量d相加后，就得到最终所需要的物理地址。
程，只能由来自另一个进程发来的信号改变成就绪状态。
. 僵死状态：进程已经被终止，正在结束中。
5. Linux的进程族系
Linux系统初启时，自动建立系统的第一个进程：初始化进程。之后，所有的进程都 由它以及它的子孙创建。因此，Linux系统中的各个进程，相互之间构成了一个树型的 进程族系。
8.1.2 Linux的进程调度
. SCHED_OTHER—非实时进程的轮转调度
SCHED_OTHER是基于动态优先级的轮转调度策略，它适合于交互式的分时应用。 在这种调度策略里，进程的动态优先级用所谓的优先数来表示：优先数越小，相应的 优先级越高。操作系统对核心态进程和对用户态进程，采取不同的方法来改变其优先 数，从而改变优先级 。
调用或中断事件，转去执行操作系统内核程序时，称为“核心模式”。进程在核心模式 时，从事资源管理及各种控制活动；在用户模式时，在操作系统管理和控制下做自己的
. 工作。在Linux里处理机有两种运行状态：在核心态，CPU执行操作系统的程序；在用户
位移量
32位虚拟地址：
用户虚拟 地址空间
p1 10位
p2 10位
d 12位
一个页面
页表
页表索引
1M个页面
1M个表项 (1024个页面)
1024个表项
一个页面
3. 二级页表的地址转换过程
. 在知道一个虚拟地址后，就可根据地址的前10位，先去查页表索引，以便得到
该索引所对应的页表放在哪一个内存块。
. 再由地址中间的10位，去查这个页表，得到该页所对应的内存块的起始地址。 . 最后，与位移量d相加后，就得到最终所需要的物理地址。
程，只能由来自另一个进程发来的信号改变成就绪状态。
. 僵死状态：进程已经被终止，正在结束中。
5. Linux的进程族系
Linux系统初启时，自动建立系统的第一个进程：初始化进程。之后，所有的进程都 由它以及它的子孙创建。因此，Linux系统中的各个进程，相互之间构成了一个树型的 进程族系。
8.1.2 Linux的进程调度
. SCHED_OTHER—非实时进程的轮转调度
SCHED_OTHER是基于动态优先级的轮转调度策略，它适合于交互式的分时应用。 在这种调度策略里，进程的动态优先级用所谓的优先数来表示：优先数越小，相应的 优先级越高。操作系统对核心态进程和对用户态进程，采取不同的方法来改变其优先 数，从而改变优先级 。
操作系统(宗大华版)课后习题答案
第1章操作系统概述二、选择1．操作系统是一种 B 。
A．通用软件B．系统软件C．应用软件D．软件包2．操作系统是对 C 进行管理的软件。
A系统软件B．系统硬件C．计算机资源 D．应用程序3．操作系统中采用多道程序设计技术，以提高CPU和外部设备的 A 。
A．利用率B．可靠性C．稳定性D．兼容性4．计算机系统中配置操作系统的目的是提高计算机的 B 和方便用户使用。
A．速度B．利用率C．灵活性D．兼容性5． C 操作系统允许多个用户在其终端上同时交互地使用计算机。
A．批处理B．实时C．分时D．多道批处理6．如果分时系统的时间片一定，那么 D ，响应时间越长。
A．用户数越少B．内存越少C．内存越多D．用户数越多三、问答1．什么是“多道程序设计”技术？它对操作系统的形成起到什么作用？答：所谓“多道程序设计”技术，即是通过软件的手段，允许在计算机内存中同时存放几道相互独立的作业程序，让它们对系统中的资源进行“共享”和“竞争”，以使系统中的各种资源尽可能地满负荷工作，从而提高整个计算机系统的使用效率。
基于这种考虑，计算机科学家开始把CPU、存储器、外部设备以及各种软件都视为计算机系统的“资源”，并逐步设计出一种软件来管理这些资源，不仅使它们能够得到合理地使用，而且还要高效地使用。
具有这种功能的软件就是“操作系统”。
所以，“多道程序设计”的出现，加快了操作系统的诞生。
2．怎样理解“虚拟机”的概念？答：拿操作系统来说，它是在裸机上加载的第一层软件，是对计算机硬件系统功能的首次扩充。
从用户的角度看，计算机配置了操作系统后，由于操作系统隐蔽了硬件的复杂细节，用户会感到机器使用起来更方便、容易了。
这样，通过操作系统的作用使展现在用户面前的是一台功能经过扩展了的机器。
这台“机器”不是硬件搭建成的，现实生活中并不存在具有这种功能的真实机器，它只是用户的一种感觉而已。
所以，就把这样的机器称为“虚拟机”。
3．对于分时系统，怎样理解“从宏观上看，多个用户同时工作，共享系统的资源；从微观上看，各终端程序是轮流运行一个时间片”？答：在分时系统中，系统把CPU时间划分成许多时间片，每个终端用户可以使用由一个时间片规定的CPU时间，多个用户终端就轮流地使用CPU。
经典课件：操作系统实用教程(第二版)-1-1概论-2学时
分时系统的特点
2020/12/15
•多路性 •独占性 •交互性 •及时性
实时系统特点
•及时响应 •高可靠性和安全性 •系统的整体性强 •交互会话活动较弱 •专用系统 种类：实时信息处理、实时控制
2020/12/15
局域网
微型机
网关
2020/12/15
微型机
局域网间的连接
分布式系统
分布式系统是一个一体化的系统，在整个系统中有 一个全局的操作系统称为分布式操作系统。
•计算机技术的影响
目前，互联网技术、多媒体技术的发展，使计算机开始改变人们的生活。 未来的计算机将与各种新技术相结合， 与光电子学相结合，人们正在研究 光子计算机；与生物科学相结合，人们正在研究用生物材料进行运算的生 物计算机，以及用意识驱动计算机等技术。 2020/12/15
第一代计算机
2020/12/15
2020/12/15
教学计划
第一章 概述 （4学时） 第二章 操作系统用户接口（12学时） 第三章 进程与并发程序设计（10学时） 第四章 存储管理（8学时） 第五章 输入输出系统（6学时） 第六章 文件系统（8学时） 第七章 多机系统概述（3学时）
2020/12/15
教材与参考书
学时：51 教材：
继续计算
启动I/O
I/O完成
I/O操作
结束中断
t
机 器 作 业 在 机 器 上 人 工 操 操作时间与机器有 速度 计算所需时间 作时间 效运行时间之比
1 万 次 1小时 /秒
3分钟
1：20
6 0 万 1分钟 次/秒
3分钟
3：1
批处理
批处理把用户提交的作业成批送入计算机，然后由作业调度程 序自动选择作业运行。这样能缩短作业之间的交接时间，减少 处理机的空闲等待，从而提高了系统效率。此类操作系统有代 表性的是IBM公司为IBM360机器配置的操作系统OS/360。
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• 这是最简单的调度算法，按先后顺序调度。
按照作业提交或进程变为就绪状态的先后次序，分派 CPU 当前作业或进程占用CPU，直到执行完或因申请资源 而阻塞，如申请I/O，才出让CPU（非剥夺方式）。 在资源得到满足后作业或进程则被唤醒（如I/O完成）， 并不立即恢复执行，通常等到正在运行的作业或进程 出让CPU （因为是非剥夺方式）
处理机调度
• • • • 调度的类型与模型 调度算法 实时系统中的调度 多处理机调度
主要目的
• CPU调度是多道程序设计的基础，通过在进程之 间切换CPU，操作系统可以使计算机做更多的事， 提高CPU的利用率，并使不同的用户能够公平地 得到CPU资源 • 本节介绍处理机调度算法并对调度算法的特点进 行简单分析。
• 从就绪队列中选择一个等待CPU的进程并分配 CPU给它。调度程序负责将CPU分配给被选进程。
又称：
• 微观调度 • 进程调度：讨论一般调度概念时采用 • 线程调度：特指线程概念
决定就绪队列中的哪个进程将获得处理机
• 进程调度执行频繁，通常是几十毫秒执行一次 • 有两种实现方式：
– 非剥夺式nonpreemptive – 剥夺式，剥夺的原则如下：
对预计执行时间短的作业（进程）优先分派处理机。 通常后来的短作业不抢占正在执行中的CPU。 该算法与每个进程的下一个CPU处理周期相关
SJF的特点
• 优点：
比FCFS改善平均周转时间和平均带权周转时间，缩短 作业的等待时间； 提高系统的吞吐量；
• 缺点：
对长作业非常不利，可能长时间得不到执行；存在饥 饿现象 未能依据作业的紧迫程度来划分执行的优先级； 难以准确估计作业（进程）的执行时间，从而影响调 度性能。
算法评价
排队模型
n= W 其中：为进程平均到达率 W为进程在队列中的平均等待时间 n为平均队列长度
例如：平均每秒7个进程到达队列中，通常有14个 进程在队列中，则每个进程平均等待时间为2秒， 即： W=n/ =14/7=2
算法评价
• 评价方法： • 模拟：通 过模拟机 模拟这些 调度算法
• 带权平均周转时间
W=∑ (Wi) = (∑ ( Ti /Tir)) / n （ Tir 为实际运行时间）
• 响应时间(分时系统)
用户输入一个请求（如击键）到系统给出首次响应（如屏幕显示） 的时间
面向用户的调度准则2
• 截止时间的保证(实时系统) ：
开始截止时间，任务必须开始的最迟时间 完成截止时间，任务必须完成的最迟时间 是评价实时性能的重要指标。
可剥夺式 非可剥夺式；
优先级调度
静态优先级
• 创建进程时确定，直到进程终止前都不改变。通 常是一个整数。
决定优先级的因素有： 进程类型（系统进程优先级较高） 对资源的需求（对CPU和内存需求较少的进程，优先 级较高） 用户要求（紧迫程度和付费多少）
• 存在饥饿问题
动态优先级
• 在创建进程时赋予的优先级，可以在进程运行过 程中自动改变 如：
调度的类型
• 高级调度 • 中级调度 • 低级调度（CPU调度）
高级调度
• 又称为“宏观调度”或者“作业调度”
从用户工作流程的角度，一次提交的若干个作业，对 每个作业进行调度。时间上通常是分钟、小时或天。 接纳多少个作业，取决于允许多少个作业同时在内存 运行（多道程序度） 接纳哪些作业，取决于采用的调度算法
时间片长度的确定
• 时间片长度 q
过长：退化为FCFS算法，进程在一个时间片内都执行 完，导致对短的交互式请求的响应时间变长。 过短：用户的一次请求需要多个时间片才能处理完， 导致过多的进程切换降低了CPU效率 比较合理的折衷考虑，可设时间片为100ms
• 响应时间T ：
T(响应时间)=N(进程数目)*q(时间片)
SJF举例
SJF举例
时间片轮转算法(Round Robin)
• 本算法基本思路是通过以时间片轮转，提高进程 并发性和加快响应时间，从而提高资源利用率
轮转调度
最初的队列形成 可按照FCFS 或者按照优先 级排队 为每个进程分配 一个时间片， 轮流运行 调度信息包括了 进程进入就绪 队列的时间和 时间片大小
根据作业或进程的性质或类型的不同，将就绪队列再 分为若干个子队列。 每个作业固定归入一个队列。 不同队列可有不同的优先级、不同的时间片大小、不 同的调度策略等
多级队列调度(Multiple Queue Scheduling)
多级反馈队列调度(Multiple Feedback Queue Scheduling)
» 时间片原则(轮转RR) » 优先权原则/FCFS » 最短作业（进程）优先原则（SJF）
进程调度的队列（RR）
作业调度与进程调度队列
三级调度方式的队列
针对多个就绪对列的进程调度
CPU的三级调度示意图
调度准则Scheduling Criteria
• CPU利用率（utilization）
Tia Tr Tic Ti Wi Tic Ti Wi T T
3.25
3.43
W
3.25
2.7
W
五个进程按时间片运行的情况
q=1
q=4
小时间片导致进程切换时间增多
周转时间随时间片变化的方式
优先级算法(Priority Scheduling)
• 平衡各进程对响应时间的要求。适用于作业调度 和进程调度，可分成
B1(5)
B2(15)
B2(10)
B3(20)
多处理机调度
• 与单处理机调度的区别：
注重整体运行效率（而不是个别处理机的利用率） 调度方式增多(同构/异构有不同的调度方式) 进程的调度比单处理机的复杂
• 优先级：
代表任务运行的紧迫程度，紧迫的任务具有高优先级 别，严格的情况可采用剥夺调度方式。
• 公平性：
不因作业或进程本身的特性而影响对作业的调度性能， 比如造成长作业等待很长时间一直得不到运行的情况。
面向系统的调度性能准则
• 吞吐量：
单位时间内所完成的作业数（批处理系统调度考虑的 因素）
• 处理机利用率：
多级反馈队列算法(Round Robin with Multiple Feedback)
• 多级反馈队列算法是时间片轮转算法和优先级算 法的综合和发展。其特点是：
为提高系统吞吐量和缩短平均周转时间而照顾短进程 为获得较好的I/O设备利用率和缩短响应时间而照顾I/O 型进程 不必事先知道进程的执行时间，可在不同队列中动态 调节
作业从提交到完成（得到结果）所经历的时间。包括：在收容队 列中等待，CPU上执行，就绪队列和阻塞队列中等待，结果输出 等待
• 外存等待时间、就绪等待时间、CPU执行时间、I/O操作时间 • Ti = 作业完成时间Tic － 作业到达时间Tia
• 平均周转时间
平均周转时间T=∑(Ti) / n （n为作业总数）
分级轮转法
FCFS
链头指针 最高优先级 次高优先级
最低优先级
轮转
刚从CPU上 退下来的进程
实时调度
• 要求更详细的调度信息：如，就绪时间、开始或 完成截止时间、处理时间、资源要求、绝对或相 对优先级（硬实时或软实时） • 采用可剥夺式调度 • 快速中断响应，在中断处理时（硬件）关中断的 时间尽量短 • 快速任务分派。相应地采用较小的调度单位（如 线程）
• FCFS的特点
比较有利于长作业，而不利于短作业。 有利于CPU繁忙的作业，不利于I/O繁忙的作业。
FCFS
最短作业优先(SJF, Shortest Job First)
• 又称为“短进程优先”SPN(Shortest Process Next)；这是对FCFS算法的改进，其目标是减少 平均周转时间
实时调度算法
• • • • 时间片轮转 非剥夺式优先权调度 基于时钟中断剥夺式优先权调度 立即剥夺式调度
各 种 算 法 的 调 度 时 机
用于实时信息处理
用于不严格的实时控 制系统
基于时钟中断，用于 大多数实时系统中
用于对外部事件快速 响应的实时系统中
基于开始截止时间的任务调度
基于完成截止时间的任务调度
等待时间越长优先级越高
• 在就绪队列中的进程，随着等待时间的积累，其优先级不断提 高，经过一段时间后，其优先级可达到最高，从而获得调度执 行；
执行的时间越长优先级越低
• 运行中的进程每执行一个时间片，其优先级便降低一定的值， 如果一个进程持续执行，其优先级便可降低到不再为最高的而 让出CPU，次高优先级的进程获得CPU执行。
• 就绪进程的数目N ：如果响应时间固定，就绪进 程的数目越多，时间片越小
带权周转时间的计算:
五个进程分时运行的周 转时间运算
W=作业周转时间Ti/作业的实际运行时间Tr A进程：W=15/4=3.75=周转时间/服务时间 周转时间：作业完成时间Tic-作业到达时间Tia 平均周转时间T= (Ti)/n 带权平均周转时间W= (Wi)= ((Ti/Tri))/n
B任务周期是50，执行长 度是25； A任务周期为20,执行长 度为10 图中指示的位置是完成 截止时间
A1(10) A2(30) A3(50) A4(70) A5(90) A6(110) A7(130) A8(150)
B1(25)
B2(75)
B3(125)
A1
A2
A3
A4
A5 A6
A7
B1(20)
最高响应比优先调度算法
• 响应比的计算
• 等待时间相同，短作业优先（要求服务的时 间短） • 要求服务时间相同，优先权决定于等待时间， （FCFS) • 对于长作业，若等待时间过长，优先权可提 高 • 带权周转时间=周转时间/服务时间
按照作业提交或进程变为就绪状态的先后次序，分派 CPU 当前作业或进程占用CPU，直到执行完或因申请资源 而阻塞，如申请I/O，才出让CPU（非剥夺方式）。 在资源得到满足后作业或进程则被唤醒（如I/O完成）， 并不立即恢复执行，通常等到正在运行的作业或进程 出让CPU （因为是非剥夺方式）
处理机调度
• • • • 调度的类型与模型 调度算法 实时系统中的调度 多处理机调度
主要目的
• CPU调度是多道程序设计的基础，通过在进程之 间切换CPU，操作系统可以使计算机做更多的事， 提高CPU的利用率，并使不同的用户能够公平地 得到CPU资源 • 本节介绍处理机调度算法并对调度算法的特点进 行简单分析。
• 从就绪队列中选择一个等待CPU的进程并分配 CPU给它。调度程序负责将CPU分配给被选进程。
又称：
• 微观调度 • 进程调度：讨论一般调度概念时采用 • 线程调度：特指线程概念
决定就绪队列中的哪个进程将获得处理机
• 进程调度执行频繁，通常是几十毫秒执行一次 • 有两种实现方式：
– 非剥夺式nonpreemptive – 剥夺式，剥夺的原则如下：
对预计执行时间短的作业（进程）优先分派处理机。 通常后来的短作业不抢占正在执行中的CPU。 该算法与每个进程的下一个CPU处理周期相关
SJF的特点
• 优点：
比FCFS改善平均周转时间和平均带权周转时间，缩短 作业的等待时间； 提高系统的吞吐量；
• 缺点：
对长作业非常不利，可能长时间得不到执行；存在饥 饿现象 未能依据作业的紧迫程度来划分执行的优先级； 难以准确估计作业（进程）的执行时间，从而影响调 度性能。
算法评价
排队模型
n= W 其中：为进程平均到达率 W为进程在队列中的平均等待时间 n为平均队列长度
例如：平均每秒7个进程到达队列中，通常有14个 进程在队列中，则每个进程平均等待时间为2秒， 即： W=n/ =14/7=2
算法评价
• 评价方法： • 模拟：通 过模拟机 模拟这些 调度算法
• 带权平均周转时间
W=∑ (Wi) = (∑ ( Ti /Tir)) / n （ Tir 为实际运行时间）
• 响应时间(分时系统)
用户输入一个请求（如击键）到系统给出首次响应（如屏幕显示） 的时间
面向用户的调度准则2
• 截止时间的保证(实时系统) ：
开始截止时间，任务必须开始的最迟时间 完成截止时间，任务必须完成的最迟时间 是评价实时性能的重要指标。
可剥夺式 非可剥夺式；
优先级调度
静态优先级
• 创建进程时确定，直到进程终止前都不改变。通 常是一个整数。
决定优先级的因素有： 进程类型（系统进程优先级较高） 对资源的需求（对CPU和内存需求较少的进程，优先 级较高） 用户要求（紧迫程度和付费多少）
• 存在饥饿问题
动态优先级
• 在创建进程时赋予的优先级，可以在进程运行过 程中自动改变 如：
调度的类型
• 高级调度 • 中级调度 • 低级调度（CPU调度）
高级调度
• 又称为“宏观调度”或者“作业调度”
从用户工作流程的角度，一次提交的若干个作业，对 每个作业进行调度。时间上通常是分钟、小时或天。 接纳多少个作业，取决于允许多少个作业同时在内存 运行（多道程序度） 接纳哪些作业，取决于采用的调度算法
时间片长度的确定
• 时间片长度 q
过长：退化为FCFS算法，进程在一个时间片内都执行 完，导致对短的交互式请求的响应时间变长。 过短：用户的一次请求需要多个时间片才能处理完， 导致过多的进程切换降低了CPU效率 比较合理的折衷考虑，可设时间片为100ms
• 响应时间T ：
T(响应时间)=N(进程数目)*q(时间片)
SJF举例
SJF举例
时间片轮转算法(Round Robin)
• 本算法基本思路是通过以时间片轮转，提高进程 并发性和加快响应时间，从而提高资源利用率
轮转调度
最初的队列形成 可按照FCFS 或者按照优先 级排队 为每个进程分配 一个时间片， 轮流运行 调度信息包括了 进程进入就绪 队列的时间和 时间片大小
根据作业或进程的性质或类型的不同，将就绪队列再 分为若干个子队列。 每个作业固定归入一个队列。 不同队列可有不同的优先级、不同的时间片大小、不 同的调度策略等
多级队列调度(Multiple Queue Scheduling)
多级反馈队列调度(Multiple Feedback Queue Scheduling)
» 时间片原则(轮转RR) » 优先权原则/FCFS » 最短作业（进程）优先原则（SJF）
进程调度的队列（RR）
作业调度与进程调度队列
三级调度方式的队列
针对多个就绪对列的进程调度
CPU的三级调度示意图
调度准则Scheduling Criteria
• CPU利用率（utilization）
Tia Tr Tic Ti Wi Tic Ti Wi T T
3.25
3.43
W
3.25
2.7
W
五个进程按时间片运行的情况
q=1
q=4
小时间片导致进程切换时间增多
周转时间随时间片变化的方式
优先级算法(Priority Scheduling)
• 平衡各进程对响应时间的要求。适用于作业调度 和进程调度，可分成
B1(5)
B2(15)
B2(10)
B3(20)
多处理机调度
• 与单处理机调度的区别：
注重整体运行效率（而不是个别处理机的利用率） 调度方式增多(同构/异构有不同的调度方式) 进程的调度比单处理机的复杂
• 优先级：
代表任务运行的紧迫程度，紧迫的任务具有高优先级 别，严格的情况可采用剥夺调度方式。
• 公平性：
不因作业或进程本身的特性而影响对作业的调度性能， 比如造成长作业等待很长时间一直得不到运行的情况。
面向系统的调度性能准则
• 吞吐量：
单位时间内所完成的作业数（批处理系统调度考虑的 因素）
• 处理机利用率：
多级反馈队列算法(Round Robin with Multiple Feedback)
• 多级反馈队列算法是时间片轮转算法和优先级算 法的综合和发展。其特点是：
为提高系统吞吐量和缩短平均周转时间而照顾短进程 为获得较好的I/O设备利用率和缩短响应时间而照顾I/O 型进程 不必事先知道进程的执行时间，可在不同队列中动态 调节
作业从提交到完成（得到结果）所经历的时间。包括：在收容队 列中等待，CPU上执行，就绪队列和阻塞队列中等待，结果输出 等待
• 外存等待时间、就绪等待时间、CPU执行时间、I/O操作时间 • Ti = 作业完成时间Tic － 作业到达时间Tia
• 平均周转时间
平均周转时间T=∑(Ti) / n （n为作业总数）
分级轮转法
FCFS
链头指针 最高优先级 次高优先级
最低优先级
轮转
刚从CPU上 退下来的进程
实时调度
• 要求更详细的调度信息：如，就绪时间、开始或 完成截止时间、处理时间、资源要求、绝对或相 对优先级（硬实时或软实时） • 采用可剥夺式调度 • 快速中断响应，在中断处理时（硬件）关中断的 时间尽量短 • 快速任务分派。相应地采用较小的调度单位（如 线程）
• FCFS的特点
比较有利于长作业，而不利于短作业。 有利于CPU繁忙的作业，不利于I/O繁忙的作业。
FCFS
最短作业优先(SJF, Shortest Job First)
• 又称为“短进程优先”SPN(Shortest Process Next)；这是对FCFS算法的改进，其目标是减少 平均周转时间
实时调度算法
• • • • 时间片轮转 非剥夺式优先权调度 基于时钟中断剥夺式优先权调度 立即剥夺式调度
各 种 算 法 的 调 度 时 机
用于实时信息处理
用于不严格的实时控 制系统
基于时钟中断，用于 大多数实时系统中
用于对外部事件快速 响应的实时系统中
基于开始截止时间的任务调度
基于完成截止时间的任务调度
等待时间越长优先级越高
• 在就绪队列中的进程，随着等待时间的积累，其优先级不断提 高，经过一段时间后，其优先级可达到最高，从而获得调度执 行；
执行的时间越长优先级越低
• 运行中的进程每执行一个时间片，其优先级便降低一定的值， 如果一个进程持续执行，其优先级便可降低到不再为最高的而 让出CPU，次高优先级的进程获得CPU执行。
• 就绪进程的数目N ：如果响应时间固定，就绪进 程的数目越多，时间片越小
带权周转时间的计算:
五个进程分时运行的周 转时间运算
W=作业周转时间Ti/作业的实际运行时间Tr A进程：W=15/4=3.75=周转时间/服务时间 周转时间：作业完成时间Tic-作业到达时间Tia 平均周转时间T= (Ti)/n 带权平均周转时间W= (Wi)= ((Ti/Tri))/n
B任务周期是50，执行长 度是25； A任务周期为20,执行长 度为10 图中指示的位置是完成 截止时间
A1(10) A2(30) A3(50) A4(70) A5(90) A6(110) A7(130) A8(150)
B1(25)
B2(75)
B3(125)
A1
A2
A3
A4
A5 A6
A7
B1(20)
最高响应比优先调度算法
• 响应比的计算
• 等待时间相同，短作业优先（要求服务的时 间短） • 要求服务时间相同，优先权决定于等待时间， （FCFS) • 对于长作业，若等待时间过长，优先权可提 高 • 带权周转时间=周转时间/服务时间