湘潭大学信息工程学院2011—2012年上学期Linux系统分析期末考试试卷命题及答案

湘潭大学2011—2012年Linux系统分析课程期末考试试卷命题及答案1.bootsect.s程序、setup.s程序、head.s程序的作用？bootsect程序就是一个引导程序，负责把Linux操作系统内核从存储设备装入内存；setup.s 程序的作用是获取并保存系统参数，移动system，进入保护模式；head.s程序的作用是设置数据段段选择子和堆栈，设置中断描述符表，设置全局描述符表，设置页表，启动分页并调用内核启动函数main。

2.简答题：简述保护模式与实模式的区别？而每一个正在运行的任务都会有一个相应的LDT。

每一个描述符的长度是8个字节，格式如图3所示。

当段寄存器被加载的时候，段基地址就会从相应的表入口获得。

描述符的内容会被存储在一个程序员不可见的影像寄存器(shadow register)之中，以便下一次同一个段可以使用该信息而不用每次都到表中提取。

物理地址由16位或者32位的偏移加上影像寄存器中的基址组成。

实模式和保护模式的不同可以从下图很清楚地看出来。

实模式下寻址方式保护模式下寻址方式3.中断的基本概念？CPU执行程序时，由于发生了某种随机的事件(外部或内部)，引起CPU暂时中断正在运行的程序，转去执行一段特殊的服务程序(称为中断服务程序或中断处理程序)，以处理该事件，该事件处理完后又返回被中断的程序继续执行，这一过程称为中断。

4.异常处理流程5.理解和掌握系统调用处理流程，并考虑在此基础上如何增加一个系统调用？P84 图5-4 系统中断调用处理流程6.进程如何向内核传递子功能号和参数？●把子功能号放入eax中●如果还有其它参数（最多3个），则第1、第2和第3个参数分别放入寄存器ebx，ecx和edx中7.内核如何确定调用的C语言函数（数据结构是什么）？system_call（P86第80行）处理流程●保存现场●以子功能号作为索引查找sys_call_table，找到处理该功能的C语言函数，然后调用该函数。

●恢复现场数据结构：函数指针数组sys_call_talbe[] （P409）8.内核是如何把处理结果返回给进程的？系统调用的返回值保存在eax中9.掌握进程描述符数据结构？task_struct定义在sched.h中，参见P404第78行10.根据什么原则来选择进程？哪一个进程的时间片值counter大，就选择该进程。

11.进程的切换过程是什么样的（使用的指令以及TSS的作用）？在任务切换过程中●首先，CPU中各寄存器的当前值被自动保存到TR所指定的TSS中（当前任务的TSS中）●然后，下一任务的TSS的选择子被装入TR●最后，从TR所指定的TSS中取出各寄存器的值送到处理器的各寄存器中由此可见，通过在TSS中保存任务现场各寄存器状态的完整映象，实现任务的切换（TSS在任务切换过程中起着重要作用，通过它实现任务的挂起和恢复。

所谓任务切换是指挂起当前正在执行的任务，恢复或启动执行另一个任务。

Linux任务切换是通过switch_to这个宏来实现的，它利用长跳指令，当长跳指令的操作数是TSS描述符的时候，就会引起CPU的任务的切换，此时，CPU将所有寄存器的状态保存到当前任务寄存器TR所指向的TSS段中，然后利用长跳指令的操作数(TSS描述符)找到新任务的TSS段，并将其中的内容填写到各个寄存器中，最后，将新任务的TSS选择符更新到TR中。

这样系统就开始运行新切换的任务了。

由此可见，通过在TSS中保存任务现场各寄存器状态的完整映象，实现了任务的切换。

）12.进程调度发生的时机和条件？抢夺和主动放弃对进程的状态有什么影响？进程由内核态返回到用户态引起进程调度的原因有以下几类，(1)正在执行的进程执行完毕。

这时，如果不选择新的就绪进程执行，将浪费处理机资源。

(2)执行中进程自己调用阻塞原语将白己阻塞起来进入睡眠等状态。

(3)执行中进程调用了P原语操作，从而因资源不足而被阻塞；或调用了v原语操作激活了等待资源的进程队列。

(4)执行中进程提出I/O请求后被阻塞。

(5)在分时系统中时间片已经用完。

(6)在执行完系统调用等系统程序后返回用户进程时，这时可看作系统进程执行完毕，从而可调度选择一新的用户进程执行。

以上都是在可剥夺方式下的引起进程调度的原因。

在CPU执行方式是可剥夺时．还有(7)就绪队列中的某进程的优先级变得高于当前执行进程的优先级，从而也将引发进程调度。

（进程的三种基本状态:1.等待态：等待某个事件的完成；2.就绪态：等待系统分配处理器以便运行；3.运行态：占有处理器正在运行。

运行态→等待态往往是由于等待外设，等待主存等资源分配或等待人工干预而引起的。

等待态→就绪态则是等待的条件已满足，只需分配到处理器后就能运行。

运行态→就绪态不是由于自身原因，而是由外界原因使运行状态的进程让出处理器，这时候就变成就绪态。

例如时间片用完，或有更高优先级的进程来抢占处理器等。

就绪态→运行态系统按某种策略选中就绪队列中的一个进程占用处理器，此时就变成了运行态。

）影响：申请的资源无效13.进程0的特殊之处它是所有其他进程的祖先进程;所有其他的进程都是通过fork系统调用，复制进程0或者其后代进程产生的；只有进程0是静态产生的。

14.进程0的创建过程使用了哪些数据结构以及这些数据结构是如何被关联起来的？●申请一个进程描述符与进程内核堆栈的公用体；●把进程描述符的地址放在task数组的第0项；●在GDT中设置进程0的tss段描述符和ldt段描述符(sched_init函数, P102第392,393行)；●把进程0tss段描述符的选择子和ldt段描述符的选择子装载到tr寄存器和ldtr寄存器(404,405行)。

15.进程终止时要释放的资源包括什么？会出现什么问题？如何解决该问题？● 内存:(1).进程描述符和内核堆栈占用4K 空间(2)页表和页目录占用的物理页面(3)代码和数据占用的物理页面● GDT 中的LDT 和TSS 描述符● 打开的文件问题及解决：通常父进程在子进程终止后，需要查询子进程的终止状态，但是该状态保存在子进程的进程描述符中。

如果，子进程终止时释放了进程描述符，则无法查询终止状态.由父进程负责回收子进程的进程描述符。

但是，如果父进程在子进程之前终止，谁来负责回收子进程的进程描述符？进程在终止时，把所有未终止的子进程过继给进程1。

由进程1负责接收这些子进程终止信号，并回收子进程的进程描述符。

16.进程的睡眠和唤醒(1). 两种睡眠状态之间的区别？进程可以以两种状态进入睡眠：a.不可中断睡眠（sleep_on ）；b.可中断睡眠（interruptible_sleep_on ）不可中断睡眠：当资源有效时，在该资源等待队列上的进程全部都被唤醒。

.可中断睡眠：当资源有效时或是任一进程有信号时，在该资源等待队列上的进程全部都被唤醒。

(2).唤醒的效果？. 不可中断睡眠：有可能还会发生资源冲突。

常见的使用的方法是：while(资源无效) sleep_on(资源等待队列头指针的指针); 可中断睡眠：资源冲突；没有信号而被唤醒。

常见的使用的方法是：while(资源无效&&没有信号)interruptible_sleep_on(资源等待队列 头指针的指针);17.信号的基本概念？信号是一种进程间通讯的方式，这种机制是异步的。

子进程（sys_exit ）释放物理页面 关闭打开文件 父进程（sys_waitpid ） 释放子进程描述符 通知Linux支持32个信号，每个信号用一个整数值来标识。

参见书P107表5-5。

18.信号处理的数据结构参见task_struct，P404第83行long signal;对应32个信号，向进程发送信号就是把singal中信号对应的那一位置1。

signal |= 1<<(信号值-1)long blocked;对应32个信号，如果某个信号对应的那一位置1表示该信号被屏蔽。

signal&~blocked表示进程中未被屏蔽的信号。

struct sigaction {void (*sa_handler)(int);//信号处理函数指针，可以是用户自定义的函数sigset_t sa_mask;//在处理当前信号时需要屏蔽的信号，一般屏蔽本信号int sa_flags;//改变信号处理过程的标志void (*sa_restorer)(void);//恢复函数入口地址，用于清除用户堆栈这个//函数由libc提供，用户无法自行设置};信号响应函数是void(*)(int)类型的，内核在signal.h第45行定义了两个特殊的响应函数。

#define SIG_DFL ((void (*)(int))0)#define SIG_IGN ((void (*)(int))1)进程对于SIG_DFL的处理一般是结束进程，对于SIG_IGN一般是忽略在signal.h第37行由sa_flags标志值的定义#define SA_NOMASK 0x40000000//在信号的处理后不保留信号屏蔽设置#define SA_ONESHOT 0x80000000//信号处理函数一旦被调用过，就恢复到SIG_DFL19.SIGCHILD信号和SIGKILL信号参见P107 表5-5 进程信号20.信号处理的时机和条件信号是一种异步通信机制，当进程收到信号后，并不马上处理。

只有等到进程从系统调用或者中断处理返回到用户态前，才处理信号。

这时程序运行到system_call.s中的ret_from_sys_call标号地址处，先检查信号位图，找到第一个允许响应的信号值，将之压入内核堆栈，然后跳转到do_signal()函数。

（P86第101行）21.预定义的信号处理函数作用？do_signal根据信号值调用对应的信号处理函数。

难点在于当进程注册了自定义信号处理函数时，内核怎么调用用户态的函数？通过构造堆栈void do_signal（….）//定义在signal.c（P106第82行）作用：根据信号值调用信号处理函数。

22.SA_NOMASK和SA_ONESHOT的意思？SA_NOMASK：忽略sigaction结构的sa_mask域；SA_ONESHOT：当信号出现时，将信号操作置为默认操作。

23．设备号的作用，块设备管理模块的入口函数是什么，发送命令的过程和数据结构。

24.硬盘给控制器发送命令的函数是什么？hd_out()25.硬盘的读过程如何下命令（端口，参数等）? 下完命令如何？如何处理中断？答：执行程序产生一个读中断，调用中断处理程序，向硬盘控制器发送读扇区命令和参数，若BUSY位=0，控制器处于空闲状态，则将BUSY位置1，开始读扇区，控制器操作时BUSY=1，DRQ=0，读完一个扇区后，若所需读出的扇区数还没有读完，置DRQ=1，返回返回等待硬盘再次完成读操作后的中断处理，传送读数据，若全部扇区数据已经读完，则置DRQ=0，BUSY=0，处理请求结束事宜，执行其他硬盘操作。