2012操作系统试卷与答案

北京科技大学 2011--2012学年第 2 学期
一、名词解释（每小题3分，共15分）。

1．作业:在一次应用业务处理中,从输入开始到输出结束,用户要求计算机所做的有关该次业务处理的全部工作称为一个作业.
2．软中断：通信进程之间用来模拟硬中断的一种信号通信方式，接受进程在适当的时机自动进行中断处理或完成软中断信号对应的功能。

3．文件：具有文件名，而且在逻辑上具有完整意义的信息项的有序序列。

信息项是构成文件内容的基本单位。

所有的信息项可能等长，也可能不等长。

各信息项具有顺序关系。

4．进程同步:异步环境下的一组并发进程,因直接制约而相互发送消息达到相互合作、相互等待、协调推进时序和速度的执行过程。

5．实时调度：实时操作系统设计和实现的进程或任务调度的方法与策略，其要求和特点是：及时、可靠、可控、容错
二、判断下列表述是否正确（每小题2分，共10分）。

1．进程调度与线程调度没有区别。

（错）
2．地址重定位对于单用户系统是必要的。

（对）
3．中断处理完后一律回到中断前的进程里执行。

（错）
4．Spooling系统的目的之一是提高设备利用率。

（对）
5．分布式操作系统与网络操作系统是同一类操作系统。

（错）
三、简要回答下列问题（25分）。

1．操作系统的2个主要作用是什么? （9分）
①管理系统中的各种资源：多个用户使用一个计算机系统，即系统中有多个程序在执行。

这些程序在执行的过程中要求使用系统中的各种资源，多个程序的资源需求在时间和顺序上等会经常发生冲突，这些冲突会造成使用混乱甚至可能损坏设备。

要防止这种冲突就需要有一个资源仲裁者，由它负责资源在各个程序之间的调度，保证系统中的各种资源得以有效的利用。

这个仲裁者就是操作系统。

②为用户提供良好的界面：早期的计算机是没有操作系统的，靠的是一步一步的手工
辅助来完成计算机行为的环节过渡。

有了操作系统后，一切行为环节的过渡都由它来自动处理。

它提供的３种用户界面是：交互终端命令（行命令或可视化点击）；作业控制语言（运行作业说明书，批处理文件；系统调用命令（通过debug,asm,c,basic等语言系统来调用系统提供的进程命令、进程通信命令、文件/目录命令、资源分配/回收命令）。

2．程序并发性指的是什么？与并行性有何区别？（8分）
所谓程序并发是指在计算机系统中同时存在多个程序，宏观上看来，这些程序是同时向前推进的。

程序的并发性体现在两方面：１）用户程序与用户程序之间并发执行；２）用户程序与操作系统程序之间并发执行。

并发与并行是两个不同的概念。

程序并行执行要求微观上的同时，即在绝对的同一时刻有多个程序同时向前推进，这要求机内有多个CPU，每个CPU上有一个进程（程序），我们说，这若干个CPU上的进程（程序）是并行的。

3．定时装置提供哪几种时钟？其作用为何？（8分）
为了实现系统管理和维护，硬件必须提供定时装置，即时钟。

硬件时钟分为绝对时钟和间隔
时钟。

绝对时钟：它是计算机模拟实现的时钟，其时间表示形式与日常用的电子表相似，即为：年、
月、日、时、分、秒。

它的值存于硬件寄存器中，开机时由电源供电计时，关机时由机内电
池供电计时。

它的初值可由程序设定，以后可以修改，也可编程去读取它的值。

绝对时钟是
必须的，但它不产生中断信号。

间隔时钟：也称作闹钟。

它每隔固定的时间间隔，如10ms，发生一次时钟中断。

时钟中断发
生后，操作系统获得控制权，以便运行系统管理和维护程序。

四、I/O数据传送控制方式有哪几种？试比较它们的优缺点。

（10分）。

数据传输控制有4种方式：程序查询，中断，内存直接存取（DMA）和通道方式。

（4分）
程序查询需占用CPU 很多时间；中断则能将处理机解放出来，但对于字符式设备，其中断频率
太高，也会耗费处理机较多时间。

DMA方式可达到大块数据传输要求，只在一整块传完后中断，但
每传完一块后，需要处理机干预。

通道是一个专用的传输处理机，有自己的处理指令，而且可以控制
多个传输设备，是灵活而功能强大的传输方式。

后3种均需要借助中断技术来实现。

（6分）
五、已知某进程空间的虚拟地址为{段号|页号|页内地址}={22|15|568}，页长为1024字节，页号从0编码，计算出其物理地址（8分）。

其物理地址=62*1024+568=64056
当时的快表内容如下：
六、阐述文件的物理组织的若干方法及其特点（12）
主要的物理结构：顺序结构、链表结构、索引结构、hash结构、倒排结构
等。

1）顺序结构：又称连续结构。

一个文件占有若干个连续的物理块，其首块号及块数记录于文件控制块FCB中。

特点是：访问速度快，文件增长困难。

2）链表结构：又称串联结构。

一个文件占有若干个不连续的物理块，各块之间用指针相连。

其首块号记录于该文件的控制块FCB中。

特点是：文件长
度动态变化容易，随机访问的速度慢，开销较大。

3）索引结构：一个文件占有若干个不连续的存储块，这些块的块号记录在一个索引表中。

索引表首块号和块数记录在文件控制块FCB中。

特点是：访
问速度快，长度变化容易；存储开销大，索引块（表）内外存均要占用。

可以采用多级索引。

4）hash结构：又称杂碎结构或散列结构。

一个文件的逻辑记录（不是块）通过散列函数影射到不连续的物理外存中。

以某个键值（域值）散列的结
果若发生冲突，则以顺序探察法解决。

记录中要增加冲突计数和空闲标志
2个域。

特点是：只适用于定长记录和按键随机查找的访问方式，如构造
文件目录：一个记录的内容就是一个目录项。

5）倒排结构：以键值和记录地址构成的索引结构称为倒排结构。

特点是：查找速度快；系统开销大。

七、论互斥机制与有限和无限资源管理(20分)
互斥机制是实现互斥的工具，实现互斥就是防止资源的破坏。

互斥机制的描述：信号灯变量与P-V操作（Dijkstra 68年发明）。

等待WAIT：使资源命令的进程进入等待；发信号SIGNAL：使等待队列的进程解脱一个。

信号灯变量是一个整数，为正时可用作资源数，为0时表示资源刚好占用完，为负时为等待资源的进程个数。

P操作：P（S），其中S为某种资源的信号灯变量，
S.count=S.count-1
IF S.count<0 THEN WAIT（S.queue）//即资源命令进程进入该种资源
的等待队列。

V操作：V（S），其中S为信号灯变量，
S.count=S.count+1
IF S.count<=0 THEN SIGNAL（S.queue）//即等待队列中的资源命令进
程解脱一个。

注意：P，V操作均为原语操作，否则可能出错；等待队列分为动态等待和排队等待；P，V操作不仅可以解决互斥，也可用来实现同步（协同）。

a)无限资源管理
于是，对于无限资源的互斥使用的程序描述为：
{常规指令序列；
P（S）；//若无资源时等待于此。

互斥指令序列；
V（S）；
常规指令序列；
}
b)有限资源管理
“生产者/消费者”问题是一个典型的有限资源管理问题。

该问题的描述是这样的：设有一个生产者，他生产物品并放入箱子中；又设有一个消费者，他从箱子中取出物品并消费掉。

其中箱子的容量是N，即可放N件物品，生产者和消费者的活动可分别描述如下：生产者进程P1：消费者进程P2：
生产一件物品；箱子中取出一件物品；
物品放入箱子中；消耗这件物品；
重复前面两项工作。

重复前面两项工作。

进程P1和P2在并发执行时对有限资源箱子会发生资源破坏，为此要实现互斥。

设两个信号灯变量S1，S2，且S1初值取N，S2初值取0，则S1正好表示箱子里的空格数，S2表示箱子里的物品数。

将一件物品放入箱子中相当于执行一次占用空格资源命令和释放一次物品资源命令；由箱子中取出一件物品相当于执行一次吃掉物品资源命令和释放一
个空格资源命令。

如下进程搭配就不会产生资源破坏。

生产者进程P1：消费者进程P2：
AA：生产一件物品； BB：P（S2）；//物品资源P P（S1）；//空格资源P 箱子中取出一件物品；
物品放入箱子中； V（S1）；//空格资源V V（S2）；//物品资源V 消费这件物品；
GOTO AA GOTO BB。