计算机操作系统 汤子瀛 第3章
计算机操作系统汤子瀛第四版课后习题答案
计算机操作系统汤子瀛第四版课后习题答案第一章1设计现代OS的主要目标是什么？答：（1）有效性（2）方便性（3）可扩充性（4）开放性2. OS的作用可表现在哪几个方面？答：（1）OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口（2）OS作为计算机系统资源的管理者（3）OS实现了对计算机资源的抽象3 ?为什么说OS实现了对计算机资源的抽象？答：OS首先在裸机上覆盖一层I/O设备管理软件，实现了对计算机硬件操作的第一层次抽象；在第一层软件上再覆盖文件管理软件，实现了对硬件资源操作的第二层次抽象。
OS 通过在计算机硬件上安装多层系统软件，增强了系统功能，隐藏了对硬件操作的细节，由它们共同实现了对计算机资源的抽象。
4 ?试说明推劢多道批处理系统形成和収展的主要劢力是什么？答：主要动力来源于四个方面的社会需求与技术发展：（1）不断提高计算机资源的利用率；（2）方便用户；（3）器件的不断更新换代；（4）计算机体系结构的不断发展。
5.何谓脱机I/O和联机I/O ?答：脱机I/O 是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机，在外围机的控制下，把纸带或卡片上的数据或程序输入到磁带上。
该方式下的输入输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进行的。
而联机I/O 方式是指程序和数据的输入输出都是在主机的直接控制下进行的。
6 .试说明推劢分时系统形成和収展的主要劢力是什么？答：推动分时系统形成和发展的主要动力是更好地满足用户的需要。
主要表现在：CPU 的分时使用缩短了作业的平均周转时间；人机交互能力使用户能直接控制自己的作业；主机的共享使多用户能同时使用同一台计算机，独立地处理自己的作业。
7 .实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？答：关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及时接收并及时处理该命令，在用户能接受的时延内将结果返回给用户。
解决方法：针对及时接收问题，可以在系统中设臵多路卡，使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据；为每个终端配臵缓冲区，暂存用户键入的命令或数据。
计算机操作系统第三课后答案全含(作者：汤子瀛等著)免费下载
同时还必须注意使各CPU的负载平衡.
23 试说明网络OS的主要功能.
a. 网络通信。
b. 资源管理。
c. 网络服务。
d. 网络管理。
e. 互操作能力.
24 试比较网络OS和分布式OS.
a. 网络OS是基于由一些互联的自主计算机系统组成的计算机网络，以计算机技术和通信技术高度发展为
---多道批处理系统是对单道批处理系统的改进，其主要优点是资源利用率高，系统吞吐量大；缺点是
平均周转时间长，无交互能力.
9. 实现分时系统的关键问题是什么?应如何解决?
a. 关键问题：及时接收，及时处理。
b. 对于及时接收，只需在系统中设置一多路卡，多路卡作用是使主机能同时接收用户从各个终端上输
入的数据；
下，预先从低速输入设备输入到磁带上，当CPU需要这些程序和数据时，在直接从磁带机高速输入
到内存，从而大大加快了程序的输入过程，减少了CPU等待输入的时间，这就是脱机输入技术。当
程序运行完毕或告一段落，CPU需要输出时，无需直接把计算结果送至低速输出设备，而是高速把
结果输出到磁带上，然后在外围机的控制下，把磁带上的计算结果由相应的输出设备输出，这就是
度；以及方便用户使用I/O设备.
15 文件管理有哪些主要功能?其主要任务是什么?
a. 主要功能: 对文件存储空间的管理，目录管理，文件的读，写管理以及文件的共享和保护.
b. 主要任务: 对用户文件和系统文件进行管理，以方便用户使用，并保证文件的安全性.
16 试在交互性，及时性和可靠性方面，将分时系统与实时系统进行比较.
b. 其中最基本特征是并发和共享.
《计算机操作系统》汤小丹
out 输出指针
计数器
counter
n-1
n-2
0
1 2
3
4 5
in 输入指针
• PP和CP共享的变量： Var n,integer; Type item=„; Var buffer:array[0,1„n-1] of item; in,out:0,1„n-1; counter:0,1„n;
PP:repeat CP:repeat „„ while counter=0 do no-op produce an item in nextp; nextc:=buffer[out]; „„ out:=(out+1)mod n; while counter=n do no-op; counter:=counter-1; buffer[in]:=nextp; consume the item in nextc in:=(in+1)mod n; counter:=counter+1; until false; until false;
记录型信号量
3.2.2
AND型信号量和信号量集
1. AND型信号量集 • 整型和记录型信号量机制是针对进程间共享一个临界 资源而言的。多个进程共享多个临界资源时则要采取 另外的信号量机制。 若A和B按下述次序执行wait操作: • 设A(Dmutex,Emutex 和B为进程，都要求访问共享数据 D和E，这时D和E 初值为1） 为临界资源。为 D、E设置用于互斥的信号量Dmutex、E processA:wait(Dmutex);//Dmutex=0 mutex，令初值为 1，这时A和B有操作： processB:wait(Emutex);//Emutex=0 Process A: process B: 阻塞 processA:wait(Emutex);//Emutex=-1,A processB:wait(Dmutex);//Dmutex=-1,B 阻塞 wait(Dmutex); wait(Emutex); 此时A，B进入死锁状态。显 然，进程要求 wait(Emutex); wait(Dmutex); 的共享资源越多，死锁的可能性越大。
计算机操作系统 第四版 汤小丹 课件 第3章
度的层次。
2
第三章
处理机调度与死锁
3.1.1 处理机调度的层次
1. 高级调度(High Level Scheduling) 2. 低级调度(Low Level Scheduling) 3. 中级调度(Intermediate Scheduling)
其优先级越高。对于短作业优先调度算法，作业的长短就是
作业的优先级，作业所需运行的时间越短，其优先级越高。 但上述两种优先级都不能反映作业的紧迫程度。
20
第三章
处理机调度与死锁
2. 高响应比优先调度算法(Highest Response Ratio
Next，HRRN) 在批处理系统中，FCFS算法所考虑的只是作业的等待 时间，而忽视了作业的运行时间。而SJF算法正好与之相反， 只考虑作业的运行时间，而忽视了作业的等待时间。高响应
第三章
处理机调度与死锁
第三章
处理机调度与死锁
3.1 处理机调度的层次和调度算法的目标 3.2 作业与作业调度 3.3 进程调度 3.4 实时调度 3.5 死锁概述 3.6 预防死锁 3.7 避免死锁 3.8 死锁的检测与解除 习题
1
第三章
处理机调度与死锁
3.1
处理机调度的层次和调度算法的目标
在多道程序系统中，调度的实质是一种资源分配，处理
15
第三章
处理机调度与死锁
3.2.3 先来先服务(FCFS)和短作业优先(SJF)调度算法
1. 先来先服务(first-come first-served，FCFS)调度 算法 FCFS是最简单的调度算法，该算法既可用于作业调度， 也可用于进程调度。当在作业调度中采用该算法时，系统将
计算机操作系统汤子瀛第3章
• 解：采用字位扩展的方法。需要32片SRAM芯片。
MREQ#
A22-2 R/W#
OE# A22-20 ramsel0
3-8 译码
ramsel1
ramsel2
A19-2
… ramsel7
CPU
D31~D0
WE A CE
WE A CE
WE A CE
256Kx8 4片
存储器芯片的控制信号
SRAM 芯片的控制信号： ADD 地址信号，在芯片手册中通常表示为 A0，A1，A2，…。 CS 芯片选择，低电平时表示该芯片被选中。 WE 写允许，低电平表示写操作，高电平表示读操作。 Dout 数据输出信号，在芯片手册中通常表示为 D0，D1，D2，…。 Din 数据输入信号。 OE 数据输出允许信号。
WE A CE
256K ×1
D
D0
WE A CE
256K ×1
D
D1
WE A CE
256K ×1
D
D2
A19-2
WE A CE
256K ×1
D
D31
例2 设有若干片256K×8位的SRAM芯片，问： (1) 采用字扩展方法构成2048KB的存储器需要多少片SRAM芯片？ (2) 该存储器需要多少字节地址位？ (3) 画出该存储器与CPU连接的结构图，设CPU的接口信号有地址信号、数据信号、控 制信号MREQ#和R/W#。 (4) 写出译码器逻辑表达式。
列地址译码 控
制
列地址
图 3-2 RAM 的阵列结构
动态存储单元
字选择
数据线
CT
CD
图 3-3 动态存储单元结构
汤子瀛《计算机操作系统》(第4版)笔记和课后习题考研真题详解
汤子瀛《计算机操作系统》（第4版）笔记和课后习题（含考研真题）详解完整版>精研学习wang>无偿试用20％资料
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第1章操作系统引论
1.1复习笔记
1.2课后习题详解
1.3考研真题详解
第2章进程的描述与控制
2.1复习笔记
2.2课后习题详解
2.3考研真题详解
第3章处理机调度与死锁
3.1复习笔记
3.2课后习题详解
3.3考研真题详解
第4章存储器管理
4.1复习笔记
4.2课后习题详解
4.3考研真题详解
第5章虚拟存储器
5.1复习笔记
5.2课后习题详解
5.3考研真题解
第6章输入输出系统
6.1复习笔记
6.2课后习题详解
6.3考研真题详解
第7章文件管理
7.1复习笔记
7.2课后习题详解
7.3考研真题详解
第8章磁盘存储器的管理
8.1复习笔记
8.2课后习题详解
8.3考研真题详解
第9章操作系统接口
9.1复习笔记
9.2课后习题详解
9.3考研真题详解
第10章多处理机操作系统10.1复习笔记
10.2课后习题详解10.3考研真题详解
第11章多媒体操作系统11.1复习笔记
11.2课后习题详解11.3考研真题详解
第12章保护和安全12.1复习笔记
12.2课后习题详解12.3考研真题详解。
《操作系统》自编作业手册
《操作系统》自编作业手册翟高寿北京交通大学计算机学院2009年2月编修说明《操作系统》自编作业手册综合根据自制电子课件旧版、汤子瀛教科书旧版、汤子瀛教科书新版、自编《系统程式》、参编《操作系统原理》等完成。
第一章 操作系统引论习题1.1 什么是操作系统？用自己的话谈谈你对操作系统概念的认识与理解。
1.2 设想由你自己负责组织一个项目团队来构建操作系统，你应当要求项目成员事先学习和掌握哪些硬件基础知识？并给出你对相关知识的理解与总结。
1.3 什么是输入输出重定向？什么是管道联接？分别加以举例说明。
1.4 试阐述程序接口与用户交互接口（即命令接口和图形化接口）之间的关系？并给出你对系统调用实现机制及处理过程的完整理解与总结。
1.5 谈谈你对脱机I/O和联机I/O的认识与理解。
1.6 试从多个角度来阐述单道/多道批处理系统与分时系统及实时系统的区别。
1.7 谈谈你对操作系统应当具备的资源管理功能（包括所引入的核心概念）的认识与理解。
为保证资源的有效管理与控制，操作系统于是体现出哪些特征？1.8 操作系统的基本设计原则有哪些？谈谈你对操作系统发展历程中所采用的几种结构的认识与理解。
自选实验1编程和替换Linux命令解释程序ShellI. 自己选取和设计一组联机命令，可通过调用系统内核过程加以实现或仅仅在屏幕上显示命令自身（算是虚化实现），至少一条命令如文件拷贝的处理牵涉到系统调用；II. 设计和构建命令解释程序并替换原Linux命令解释程序Shell启动系统和运行测试；III. 撰写实验报告，阐述实验目的、实验目标、实验步骤、技术难点及解决方案、关键数据结构和算法流程、测试方案与过程及运行效果、结论与体会等。
自选实验2利用C和汇编混合编程实现最简操作系统I. 实现二次装入引导过程；II. 以嵌入式汇编指令实现的C程序内核可非常简单（注意可执行程序格式）；III. 撰写实验报告，阐述实验目的、实验目标、实验步骤、技术难点及解决方案、关键数据结构和算法流程、测试方案与过程及运行效果、结论与体会等。
教材《计算机操作系统(第三版)》汤小丹汤子瀛等编西安电子科
1.2.3 多道批处理系统
1. 多道程序设计的基本概念
•用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个队列， 称为“后备队列”；
•然后，由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择 若干个作业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资 源。
实时系统(Real-Time System)是指系统能及时(或即时) 响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理
1. 应用需求
(1) 实时控制。（如生产控制、导弹制导、
(2)
飞机自动驾驶）
(3)
(4) (2) 实时信息处理。（如：火车票订票系统）
根据对截止时间的要求来划分
(1) 硬实时任务。系统必须满足任务对截止时间的要 求，否则可能出现难以预测的结果。
致） (5) (5) 作业管理问题。（组织作业，计算型，IO型）
1.2.4 分时系统
1. 分时系统(Time-Sharing System)的产生 •“用户的需求”是分时系统发展的动力。 •用户的需求具体表现在以下几个方面： (1) 人—机交互。（如调试程序） (2) 共享主机。 (3) 便于用户上机。 （终端直接连入）
启 动 I/ O
t3 t4
t5 t6
I/O 完成
结束 中断
t7 t8
(a ) 单 道 程 序 运 行 情 况
程序 A 程序 B 程序 C 程序 D
程 序 A I/O 请 求
程 序 A I/O 完 成 程 序 A 再 被 调 度
程序 A
A完 成
程 序 B I/O 请 求
程序 B
程 序 B I/O 完 成
作业调度，是从后备队列中按照一定的算法，选择出若干 个作业，为它们分配其必需的资源(首先是分配内存)。
教材：《计算机操作系统(第三版)》汤小丹、汤子瀛等编西安电子科 共59页
第一章 操作系统引论
用户 程序 监督 程序
I/O 中断 请求 启动 I/O
I/O 操作
t1 t2
I/O 中断 请求
I/O 完成 结束 中断
启 动 I/ O
t3 t4
t5 t6
(3) 图形、窗口方式。用户通过屏幕上的窗口和图 标来操纵计算机系统和运行自己的程序。
第一章 操作系统引论
2. OS作为计算机系统资源的管理者 计算机系统资源分为四类：处理器、存储器、 I/O 设备以及信息(数据和程序)。 •处理机管理， 用于分配和控制处理机； •存储器管理，主要负责内存的分配与回收； •I/O设备管理，负责I/O设备的分配与操纵； •文件管理，负责文件的存取、共享和保护。
是
源 程序
有 错吗 ？
否
运行 目 标程 序
装配 目 标程 序
图 1-3 单道批处理系统的处理流程
第一章 操作系统引论
2. 单道批处理系统的特征 单道批处理系统并非是现在人们所理解的OS。但比 起人工操作方式的系统已有很大进步。
该系统的主要特征如下： (1) 自动性。 (2) 顺序性。 (3) 单道性。
程序 C
程 序D I/O 请 求
程序 D
调度 程序
(b ) 四 道 程 序 运 行 情 况
图 1-4 单道和多道程序运行情况
第一章 操作系统引论
(2) 可提高内存和I/O设备利用率。 (3) 增加系统吞吐量。
第一章 操作系统引论
2. 多道批处理系统的特征 (1) 多道性。 (2) (2) 无序性。 (3) (3) 调度性。 （作业调度，进程调度）
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计算机操作系统(第三版)[汤子丹_汤子瀛]课后习题答案
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第一章1．设计现代OS的主要目标是什么？答：（1）有效性（2）方便性（3）可扩充性（4）开放性2．OS的作用可表现在哪几个方面？答：（1）OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口（2）OS作为计算机系统资源的管理者（3）OS实现了对计算机资源的抽象3．为什么说OS实现了对计算机资源的抽象？答：OS首先在裸机上覆盖一层I/O设备管理软件，实现了对计算机硬件操作的第一层次抽象；在第一层软件上再覆盖文件管理软件，实现了对硬件资源操作的第二层次抽象。
OS 通过在计算机硬件上安装多层系统软件，增强了系统功能，隐藏了对硬件操作的细节，由它们共同实现了对计算机资源的抽象。
4．试说明推劢多道批处理系统形成和収展的主要劢力是什么？答：主要动力来源于四个方面的社会需求与技术发展：（1）不断提高计算机资源的利用率；（2）方便用户；（3）器件的不断更新换代；（4）计算机体系结构的不断发展。
5．何谓脱机I/O和联机I/O？答：脱机I/O 是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机，在外围机的控制下，把纸带或卡片上的数据或程序输入到磁带上。
该方式下的输入输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进行的。
而联机I/O方式是指程序和数据的输入输出都是在主机的直接控制下进行的。
6．试说明推劢分时系统形成和収展的主要劢力是什么？答：推动分时系统形成和发展的主要动力是更好地满足用户的需要。
主要表现在：CPU 的分时使用缩短了作业的平均周转时间；人机交互能力使用户能直接控制自己的作业；主机的共享使多用户能同时使用同一台计算机，独立地处理自己的作业。
7．实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？答：关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及时接收并及时处理该命令，在用户能接受的时延内将结果返回给用户。
解决方法：针对及时接收问题，可以在系统中设臵多路卡，使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据；为每个终端配臵缓冲区，暂存用户键入的命令或数据。
计算机操作系统(汤小丹第三版)第3章 处理机调度与死锁
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Ci P N i 1 i
25
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第三章 处理机调度与死锁
3.3.2 实时调度算法的分类
1、非抢占式调度算法
图 3-8 非抢占式实时进程调度
26
第三章 处理机调度与死锁
2、抢占式调度算法
图 3-8 抢占式实时进程调度
27
第三章 处理机调度与死锁
3.4.3 常用的几种实时调度算法
1、 最早截止时间优先即EDF(Earliest Deadline First)算法
11
第三章 处理机调度与死锁
3.2.2 选择调度方式和调度算法的若成 这段时间间隔。
1 i （2）平均周转时间： T Ti n i 1
W0 T
（3）带权周转时间：作业周转时间T与系统为它提供 的服务时间TS之比：
作业 调度 后 备 队 列
时间片完
进程调度 进程完成
就 绪 队 列
CPU
事件1出现
等待事件1
事件2出现 … 事件n出现 … …
等待事件2 … 等待事件n
图 3-2 具有高、低两级调度的调度队列模型
9
第三章 处理机调度与死锁
3、 同时具有三级调度的调度队列模型
作业调度 后备队列 批量作业 交互型作业 中级调度 时间片完 就绪队列 进程完成
进程名 到达 时间 A 0 B C D E 1 2 3 4 服务 时间 4 3 5 2 4 带权平均 周转时间
22
完成 时间
周转 时间
带权周 转时间
平均周转时间
第三章 处理机调度与死锁
2、多级反馈队列调度算法 就绪队列1 S1 S2 S3 至CPU 至CPU
就绪队列2 就绪队列3
计算机操作系统第三版课件
1.3.2 共享(Sharing)
在操作系统环境下，所谓共享是指系统中的资源可 供内存中多个并发执行的进程(线程)共同使用。由于资 源属性的不同，进程对资源共享的方式也不同，目前主 要有以下两种资源共享方式。
1. 互斥共享方式
系统中的某些资源，如打印机、磁带机，虽然它们可以提 供给多个进程(线程)使用，但为使所打印或记录的结果不致造 成混淆，应规定在一段时间内只允许一个进程(线程)访问该资 源。为此，当一个进程A要访问某资源时，必须先提出请求， 如果此时该资源空闲，系统便可将之分配给请求进程A使用， 此后若再有其它进程也要访问该资源时(只要A未用完)则必须 等待。 仅当A进程访问完并释放该资源后， 才允许另一进程 对该资源进行访问。我们把这种资源共享方式称为互斥式共 享，而把在一段时间内只允许一个进程访问的资源称为临界 资源或独占资源。 计算机系统中的大多数物理设备，以及某 些软件中所用的栈、变量和表格，都属于临界资源，它们要 求被互斥地共享。
用户 应用程序 系统调用 命令 图标、窗口
操作系统 计算机硬件
图 1-1 OS作为接口的示意图
(1) 命令方式。这是指由OS提供了一组联机命令(语 言)， 用户可通过键盘输入有关命令，来直接操纵计算 机系统。
(2) 系统调用方式。OS提供了一组系统调用，用户 可在自己的应用程序中通过相应的系统调用，来操纵 计算机。
(1) 人—机交互。 (2) 共享主机。 (3) 便于用户上机。
2. 分时系统实现中的关键问题
为实现分时系统，其中，最关键的问题是如何使用户 能与自己的作业进行交互，即当用户在自己的终端上键入 命令时， 系统应能及时接收并及时处理该命令，再将结 果返回给用户。 此后， 用户可继续键入下一条命令，此 即人—机交互。应强调指出，即使有多个用户同时通过自 己的键盘键入命令，
计算机操作系统汤子瀛版
当新到达的作业（进程）比正在执行的作业（进程） 明显地短时，将剥夺长作业（进程）的执行，将处理 机分配给作业（进程），使之优先执行。
第一节 调度的类型和模型
3、中级调度 又称中程调度
(1)引入中级调度的目的
是为了提高内存的利用率和系统吐量。
(2)定义
应使那些暂时不能运行的进程不再占用宝贵的 内存空间，而将它们调至外存上去等待，称此 时的进程状态为就绪驻外存状态，或挂起状态。 当这些进程重又举备运行条件，且内存又稍有 空闲时，由中级调度决定，将外存上的那些重 又具备运动条件的就绪进程重新调入内存，并 修改其状态为就绪态，挂在就绪队列上，等待 进程调度。
重要准则。
①定义
截止时间：指某任务必须开始执行的最迟时间，或必须完成的最 迟时间，对于严格的实时系统，其调度方式和调度算法必须保证 这点。否则将可能引起难以预料的后果。
（4）优先权准则 让紧急的作业，得到及时的处理。
第二节 调度算法
• 调度算法是指：根据系统的资源分配策 略所规定的资源分配算法，对于不同的 系统和系统目标，通常采用不同的调度 算法。
2)具有高低级调度的调度队列模型
图 3-2 具有高、低两级调度的调度队列模型
3、同时具有三级调度的调度队列模型
当在OS中引入中级调度后，可把就绪态 分为内存就绪状态、外存就绪状态。可 把阻塞状态进一步分成内存阻塞和外存 阻塞两种状态。在调出操作的情况下， 可使内存就绪转变为外存就绪、内存阻 塞转变为外存阻塞；在中级调度的作用 下，外存就绪转变为内存就绪。
这种调度方式的优点是实现简单、系统开销小，适用大 于多数的批处理系统环境。但它难于满足紧急任务的 要求。
(2)抢占方式（Preemptive Mode） 这种调度方式，允许调度程序根据某种原则，去停止 某个正在执行的进程，将已分配给该进程的处理机， 重新分陪另一进程。
计算机操作系统【第三章】汤子瀛版
计算机操作系统【第三章】汤子瀛版计算机操作系统【第三章】1. 什么是临界资源和临界区?a. 一次仅允许一个进程使用的资源成为临界资源.b. 在每个进程中，访问临界资源的那段程序称为临界区.2. 为什么进程在进入临界区之前，应先执行"进入区"代码，在退出临界区后又执行"退出区"代码?为了实现多个进程对临界资源的互斥访问，必须在临界区前面增加一段用于检查欲访问的临界资源是否正被访问的代码，如果未被访问，该进程便可进入临界区对资源进行访问，并设置正被访问标志，如果正被访问，则本进程不能进入临界区，实现这一功能的代码成为"进入区"代码；在退出临界区后，必须执行"退出区"代码，用于恢复未被访问标志.3. 同步机构应遵循哪些基本准则?为什么?a. 空闲让进.b. 忙则等待.c. 有限等待.d. 让权等待.4. 试从物理概念上来说明记录型信号量和wait和signal操作?(有待讨论).5. 你认为整型信号量机制和记录型信号量机制，是否完全遵循了同步机构的四条准则?a. 在整型信号量机制中，未遵循"让权等待"的准则.b. 记录型信号量机制完全遵循了同步机构的"空闲让进,忙则等待,有限等待,让权等待"四条准则.6. 在生产者－消费者问题中，如果缺少了signal(full)或signal(empty),对执行结果会有何影响?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;beginparbeginproducer: beginrepeat..produce an item in nextp;..wait(empty);wait(mutex);buffer(in):=nextp;in:=(in+1) mod n;signal(mutex);/* ************** */signal(full);/* ************** */until false;endconsumer: beginrepeatwait(full);wait(mutex);nextc:=buffer(out);out:=(out+1) mod n;signal(mutex);/* ************** */signal(empty);/* ************** */consume the item in nextc;until false;endparendend可见，生产者可以不断地往缓冲池送消息，如果缓冲池满，就会覆盖原有数据，造成数据混乱.而消费者始终因wait(full)操作将消费进程直接送入进程链表进行等待，无法访问缓冲池,造成无限等待.7. 在生产者－消费者问题中，如果将两个wait操作即wait(full)和wait(mutex)互换位置；或者是将signal(mutex)与signal(full)互换位置结果会如何?var mutex,empty,full: semaphore:=1,n,0;buffer: array[0,...,n-1] of item;in,out: integer:=0,0;beginparbeginproducer: beginrepeat..produce an item in nextp;..wait(empty);wait(mutex);buffer(in):=nextp;in:=(in+1) mod n;/* ***************** */signal(full);signal(mutex);/* ***************** */until false;endconsumer: beginrepeat/* **************** */wait(mutex);wait(full);/* **************** */nextc:=buffer(out);out:=(out+1) mod n;signal(mutex);signal(empty);consume the item in nextc;until false;endparendenda. wait(full)和wait(mutex)互换位置后，因为mutex在这儿是全局变量，执行完wait(mutex)，则mutex赋值为0，倘若full也为0，则该生产者进程就会转入进程链表进行等待，而生产者进程会因全局变量mutex为0而进行等待，使full始终为0，这样就形成了死锁.b. 而signal(mutex)与signal(full)互换位置后，从逻辑上来说应该是一样的.8. 我们为某临界区设置一把锁W，当W=1时，表示关锁；W=0时，表示锁已打开.试写出开锁原语和关锁原语，并利用它们去实现互斥.开锁原语:unlock(W):W=0;关锁原语:lock(W);if(W==1) do no_op;W=1;利用开关锁原语实现互斥:var W: semaphore:=0;beginparbeginprocess :beginrepeatlock(W);critical sectionunlock(W);remainder sectionuntil false;endparend9. 试修改下面生产者－消费者问题解法中的错误:producer:beginrepeat..producer an item in nextp;wait(mutex);wait(full); /* 应为wait(empty),而且还应该在wait(mutex)的前面*/buffer(in):=nextp;/* 缓冲池数组游标应前移: in:=(in+1) mod n; */signal(mutex);/* signal(full); */until false;endconsumer:beginrepeatwait(mutex);wait(empty); /* 应为wait(full),而且还应该在wait(mutex)的前面*/nextc:=buffer(out);out:=out+1; /* 考虑循环，应改为: out:=(out+1) mod n; */signal(mutex);/* signal(empty); */consumer item in nextc;until false;end10 试利用记录型信号量写出一个不会出现死锁的哲学家进餐问题的算法.设初始值为1的信号量c[I]表示I号筷子被拿(I=1,2,3,4,...,2n),其中n为自然数. send(I):Beginif I mod 2==1 then{P(c[I]);P(c[I-1 mod 5]);Eat;V(c[I-1 mod 5]);V(c[I]);}else{P(c[I-1 mod 5]);P(c[I]);Eat;V(c[I]);V(c[I-1 mod 5]);}End11 在测量控制系统中的数据采集任务，把所采集的数据送一单缓冲区；计算任务从该单缓冲中取出数据进行计算.试写出利用信号量机制实现两者共享单缓冲的同步算法.int mutex=1;int empty=n;int full=0;int in=0;int out=0;main(){cobeginsend();obtain();coend}send(){while(1){..collect data in nextp;..wait(empty);wait(mutex);buffer(in)=nextp;in=(in+1) mod n;signal(mutex);signal(full);}}//sendobtain(){while(1){wait(full);nextc:=buffer(out);out:=(out+1) mod n;signal(mutex);signal(empty);culculate the data in nextc;}//while}//obtain12 画图说明管程由哪几部分组成?为什么要引入条件变量?管程由三部分组成:局部于管程的共享变量说明；对该数据结构进行操作的一组过程；对局部于管程的数据设置初始值的语句. (图见P80)因为调用wait原语后，使进程等待的原因有多种，为了区别它们，引入了条件变量.13 如何利用管程来解决生产者－消费者问题?(见P82)14 什么是AND信号量?试利用AND信号量写出生产者－消费者问题的解法.为解决并行所带来的死锁问题，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;beginparbeginproducer: beginrepeat..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;endconsumer: beginrepeatwait(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;endparendend15 在单处理机环境下，进程间有哪几种通信方式?a. 共享存储器系统通信方式;b. 消息传递系统通信方式;c. 管道通信方式.16 试比较进程间的低级通信工具与高级通信工具.用户用低级通信工具实现进程通信很不方便，因为其效率低，通信对用户不透明，所有的操作都必须由程序员来实现. 而高级通信工具则可弥补这些缺陷，用户可直接利用操作系统所提供的一组通信命令，高效地传送大量的数据.17 消息队列通信机制应有哪几方面功能?略18 试比较消息队列与管道通信机制.a. 所谓管道，是指用于连接一个读进程和一个写进程，以实现它们之间通信的共享文件，又称pipe文件.管道通信是属于共享存储器系统的.b. 消息队列通信机制属于消息传递系统通信机制，存在通信链路，有消息的格式，有若干缓冲队列，采用独特的发送原语和接收原语. (详见P89－90)10.试比较FCFS和SPF两种进程调度算法答：FCFS进程调度算法：一种最简单的调度算法，比较有利于长作业（进程），而不利于短作业（进程）SPF进程调度算法：对短作业或短进程优先调度的算法。
计算机操作系统课件(汤子瀛)
第一章 操作系统引论
3. OS
对于一台完全无软件的计算机系统(即裸机)，即使其功 能再强，也必定是难于使用的。如果我们在裸机上覆盖上一 层I/O设备管理软件，用户便可利用它所提供的I/O命令，来 进行数据输入和打印输出。此时用户所看到的机器， 将是一 台比裸机功能更强、使用更方便的机器。通常把覆盖了软件 的机器称为扩充机器或虚机器。如果我们又在第一层软件上 再覆盖上一层文件管理软件，则用户可利用该软件提供的文 件存取命令，来进行文件的存取。此时，用户所看到的是台 功能更强的虚机器。如果我们又在文件管理软件上再覆盖一 层面向用户的窗口软件，则用户便可在窗口环境下方便地使 用计算机，形成一台功能更强的虚机器。
第一章 操作系统引论
用户程序 监督程序
I/O 中断请求 启动 I/O
I/O 操作
t1 t2
I/O 中断请求
I/O 完成
启动 I/O
结束中断
t3 t4
t5 t6
I/O 完成
结束中断
t7 t8
(a) 单道程序运行情况
程序A 程序B 程序C 程序D
程序A I/O 请求
程序A I/O 完成 程序A再被调度
1.2.2 单道批处理系统
1. 单道批处理系统(Simple Batch Processing System)的处理过程
开始
还有 下 一个 作业？
是 把下一个作业的源 程序 转换为 目标程 序
否
停止
是
源程 序
有错 吗？
否
运行 目标 程序
装配 目标 程序
图 1-3 单道批处理系统的处理流程
第一章 操作系统引论
第一章 操作系统引论
在OS (1) 提高CPU的利用率。
【精品】计算机操作系统(第三版)汤子丹汤子瀛课后习题答案
第一章1．设计现代OS的主要目标是什么？答：(1)有效性（2）方便性(3)可扩充性(4）开放性2．OS的作用可表现在哪几个方面？答：（1）OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口（2）OS作为计算机系统资源的管理者（3)OS实现了对计算机资源的抽象3．为什么说OS实现了对计算机资源的抽象?答：OS首先在裸机上覆盖一层I/O设备管理软件，实现了对计算机硬件操作的第一层次抽象；在第一层软件上再覆盖文件管理软件，实现了对硬件资源操作的第二层次抽象.OS通过在计算机硬件上安装多层系统软件，增强了系统功能，隐藏了对硬件操作的细节，由它们共同实现了对计算机资源的抽象。
4．试说明推劢多道批处理系统形成和収展的主要劢力是什么?答:主要动力来源于四个方面的社会需求与技术发展:（1）不断提高计算机资源的利用率;（2）方便用户；（3）器件的不断更新换代；(4）计算机体系结构的不断发展。
5．何谓脱机I/O和联机I/O？答：脱机I/O是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机，在外围机的控制下，把纸带或卡片上的数据或程序输入到磁带上。
该方式下的输入输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进行的。
而联机I/O方式是指程序和数据的输入输出都是在主机的直接控制下进行的。
6．试说明推劢分时系统形成和収展的主要劢力是什么？答：推动分时系统形成和发展的主要动力是更好地满足用户的需要。
主要表现在:CPU的分时使用缩短了作业的平均周转时间；人机交互能力使用户能直接控制自己的作业；主机的共享使多用户能同时使用同一台计算机，独立地处理自己的作业。
7．实现分时系统的关键问题是什么?应如何解决?答：关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及时接收并及时处理该命令,在用户能接受的时延内将结果返回给用户。
解决方法:针对及时接收问题，可以在系统中设臵多路卡，使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据；为每个终端配臵缓冲区，暂存用户键入的命令或数据.针对及时处理问题,应使所有的用户作业都直接进入内存,并且为每个作业分配一个时间片，允许作业只在自己的时间片内运行，这样在不长的时间内，能使每个作业都运行一次。
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D7 ~D0
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D7 ~D0
例2 设有若干片256K×8位的SRAM芯片，问： (1) 采用字扩展方法构成2048KB的存储器需要多少片SRAM芯片？ (2) 该存储器需要多少字节地址位？ (3) 画出该存储器与CPU连接的结构图，设CPU的接口信号有地址信号、数据信号、控 制信号MREQ#和R/W#。 (4) 写出译码器逻辑表达式。
CAS
tASR 地址 (a) 只用 RAS*的刷新
DRAM时序（四）
• 刷新周期：
– RAS only：刷新行地址有效RAS有效刷新行地址和RAS撤销 – CAS befor RAS：CAS有效RAS有效CAS撤销RAS撤销 – hidden：（在访存周期中）RAS撤销RAS有效
tRAS
WC
ADD tAW
WE
tOTW
CS
Dout Din (b) 写周期 tDS tDH
图 3-12
静态存储器的读写周期
DRAM时序（一）
• 读周期：
– 行地址有效行地址选通列地址有效列地址选通数据输出行选通、 列选通及地址撤销
RAS CAS
tASR tAH ADD tRCS tRCH tRAC tCAC Dout (a) 读周期 tDOH tASC tAH tCYC tRAS tCAS
D
256K ×1
D
256K ×1
D
256K ×1
D
D0 D31~D0
D1
D2
D31
字扩展
MREQ# A20-18 A20-0 R/W# OE# ramsel0 3-8 译码 ramsel1 A17-0 ramsel2 … ramsel7
CPU
WE
A CE
WE
A CE
WE
A CE
WE
A CE
256K ×8
D
256K ×8
D
256K ×8
D
256K ×8
D
D7 ~D0 D7 ~D0
D7 ~D0
D7 ~D0
D7 ~D0
字位扩展
MREQ# A22-20 A22-2 R/W#
OE# ramsel0
3-8 译码 ramsel1 A19-2 ramsel2 … ramsel7
CPU
WE
A CE
WE
A CE
WE
刷新控制器 刷新计数器 行地址 行地址缓冲器 时钟发生器 1 译码器 存储单元 阵列
RAS
只读存储器
掩膜式：
二极管 ROM 行选 1 单 元 行选 0 单 元 双极型 ROM 行选 Vdd MOS ROM 行选
列选 行选
列选 行选
列选
列选
列选
列选
熔丝阵列BL0 WL0 WL1源自WL2 WL3 BL1 BL2 BL3
数 据 控 制
数据 输入数据 驱动 控制
列 I/O 电路 列选择驱动 列地址译码
列
地
址
图 3-2
RAM 的阵列结构
动态存储单元
数据线 字选择
C
T
CD
图 3-3
动态存储单元结构
动态存储器芯片
W
CAS
数据入缓冲器 时钟发生器 2 列地址缓冲器 A0 A1 A2 A3
P Q
数据出缓冲器 列地址译码器 读出放大器
(1) 画出地址译码方案
• 解：(1)
romsel1 romsel0
Y0 Y1 Y2
ramsel0 ~ ramsel4
Y3
Y4
Y5
Y6
Y7
3:8 译码器 OE s2 s1 s0 MREQ# A15 A14 A13
译码器的输出信号逻辑表达式为： romsel0 = A15 * A14 * A13 * MREQ# romsel1 = A15 * A14 *A13* MREQ# ramsel0 = A15 *A14*A13* MREQ# ramsel1 = A15* A14 * A13 * MREQ# ramsel2 = A15* A14 *A13* MREQ# ramsel3 = A15*A14* A13 * MREQ# ramsel4 = A15*A14*A13* MREQ#
Dout Din
OE
DRAM 芯片增加的控制信号： RAS* CAS*
SRAM时序
• 读周期：
– 地址有效CS有效数据输出CS复位地址撤销
tRC tA ADD tCO tOTD tOHA tCX Dout (a) 读周期
CS
• 写周期：
– 地址有效CS有效数据有效CS复位（数据输入）地址撤销 t
RAS
tCSR tCHR
CAS
地址 (b) CAS*在 RAS*之前的刷新
DRAM时序（五）
• 刷新周期：
– RAS only：刷新行地址有效RAS有效刷新行地址和RAS撤销 – CAS befor RAS：CAS有效RAS有效CAS撤销RAS撤销 – hidden：（在访存周期中）RAS撤销RAS有效
WE
DRAM时序（二）
• 写周期：
– 行地址有效行地址选通列地址、数据有效列地址选通数据输入行 选通、列选通及地址撤销
tCYC tRAS
RAS CAS
tASR tAH address tRWL tCWL tASC tAH tCAS
WE
tWP tDS Din
tWCH tDH
(b) 写周期
图 3-13
源极
控制栅极
漏极
电极导体
----
----
二氧化硅
基片
相联存储器——框图
输入寄存器 屏蔽寄存器 D MK 存储体 Q 输出寄存器
M S
选 择 电 路
相联存储器——单元结构
WE D D 1 0 MK S M
Q
相联存储器——阵列的构成
WE D0 C0,0 MK0 D1 C0,1 MK1 S0 S1 C1,1 M 1 C1,0 M Q1 0 Q0
例3 设有若干片256K×8位的SRAM芯片，问： (1) 如何构成2048K×32位的存储器？ (2) 需要多少片RAM芯片？ (3) 该存储器需要多少字节地址位？ (4) 画出该存储器与CPU连接的结构图，设CPU的接口信号有地址信号、数 据信号、控制信号MREQ#和R/W#。 • 解：采用字位扩展的方法。需要32片SRAM芯片。
相联存储器——访问实例
01xx 0011 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 输入寄存器 屏蔽寄存器 0 0 1 0 匹 配 结 果
0111
输出寄存器
二、存储器的基本组织
位扩展
MREQ# A19-2 R/W# A19-2
CPU
WE
A
CE
WE
A
CE
WE
A
CE
WE
A
CE
256K ×1
动态存储器的读写周期
DRAM时序（三）
• 刷新周期：
– RAS only：刷新行地址有效RAS有效刷新行地址和RAS撤销 – CAS befor RAS：CAS有效RAS有效CAS撤销RAS撤销 – hidden：（在访存周期中）RAS撤销RAS有效
tRAS
RAS
tRCP tCH tAH
基片 (a) MOS 晶体管结构 浮置栅 (b) MOS 晶体管导通状态 0V 击穿电流 +5V
----
----
+ - -+ + + + -- - - - - - - - - - - - - - - - - - -
(c) EPROM 晶体管结构
(d) EPROM 晶体管导通状态
电可擦写ROM——EEPROM及Flash存储器
解：32片256K×1位的SRAM芯片可构成256K×32位的存储器。 如果采用32位的字编址方式，则需要18条地址线，因为218=256K。 因为存储容量为256K×32=1024KB，所以CPU访存最高地址位为A19。
MREQ# A19-2 R/W# A19-2
CPU
WE A CE
WE A CE
D31 ~D0
D31 ~D0
D31 ~D0
例4 某计算机的主存地址空间中，从地址000016到3FFF16为ROM存储 区域，从400016到5FFF16为保留地址区域，暂时不用，从600016到 FFFF16为RAM地址区域。RAM的控制信号为CS#和WE#，CPU的地 址线为A15~A0，数据线为8位的线路D7~D0，控制信号有读写控制 R/W#和访存请求MREQ#，要求： (1) 画出地址译码方案 (2) 如果ROM和RAM存储器芯片都采用8K×1的芯片，试画出存储 器与CPU的连接图。 (3) 如果ROM存储器芯片采用8K×8的芯片，RAM存储器芯片采用 4K×8的芯片，试画出存储器与CPU的连接图。 (4) 如果ROM存储器芯片采用16K×8的芯片，RAM存储器芯片采用 8K×8的芯片，试画出存储器与CPU的连接图。
WE A CE
WE A CE
256K ×1
D
256K ×1
D
256K ×1
D
256K ×1
D
D0 D31 ~D0
D1
D2
D31
例2 设有若干片256K×8位的SRAM芯片，问： (1) 采用字扩展方法构成2048KB的存储器需要多少片SRAM芯片？ (2) 该存储器需要多少字节地址位？ (3) 画出该存储器与CPU连接的结构图，设CPU的接口信号有地址信号、数据信号、控 制信号MREQ#和R/W#。 (4) 写出译码器逻辑表达式。 解：(1) 该存储器需要2048K/256K = 8片SRAM芯片； (2) 需要21条地址线，因为221=2048K，其中高3位用于芯片选择，低18位作为每个 存储器芯片的地址输入。 (3) 该存储器与CPU连接的结构图如下。