操作系统作业参考答案及其知识点
操作系统作业参考答案及其知识点
第⼀章
思考题：
10、试叙述系统调⽤与过程调⽤的主要区别？
答：
（⼀）、调⽤形式不同
（⼆）、被调⽤代码的位置不同
（三）、提供⽅式不同
（四）、调⽤的实现不同
提⽰：每个都需要进⼀步解释，否则不是完全答案
13、为什么对作业进程批处理可以提⾼系统效率？
答：批处理时提交程序、数据和作业说明书，由系统操作员把作业按照调度策略，整理为⼀批，按照作业说明书来运⾏程序，没有⽤户与计算机系统的交互；采⽤多道程序设计，可以使CPU和外设并⾏⼯作，当⼀个运⾏完毕时系统⾃动装载下⼀个作业，减少操作员⼈⼯⼲预时间，提⾼了系统的效率。
18、什么是实时操作系统？叙述实时操作系统的分类。
答：实时操作系统（Real Time Operating System)指当外界事件或数据产⽣时，能接收并以⾜够快的速度予以处理，处理的结果⼜能在规定时间内来控制监控的⽣产过程或对处理系统做出快速响应，并控制所有实时任务协调⼀致运⾏的操作系统。
有三种典型的实时系统：
1、过程控制系统(⽣产过程控制)
2、信息查询系统(情报检索)
3、事务处理系统(银⾏业务)
19、分时系统中，什么是响应时间？它与哪些因素有关？
答：响应时间是⽤户提交的请求后得到系统响应的时间（系统运⾏或者运⾏完毕）。它与计算机CPU的处理速度、⽤户的多少、时间⽚的长短有关系。
应⽤题：
1、有⼀台计算机，具有1MB内存，操作系统占⽤200KB，每个⽤户进程占⽤200KB。如果⽤户进程等待I/0的时间为80％，若增加1MB内存，则CPU的利⽤率提⾼多少？
答：CPU的利⽤率=1-P n，其中P为程序等待I/O操作的时间占其运⾏时间的⽐例1MB内存时，系统中存放4道程序，CPU的利⽤率=1－（0.8）4＝59％
2MB内存时，系统中存放9道程序，CPU的利⽤率=1－（0.8）9＝87％
所以系统CPU的利⽤率提⾼了28％
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（1）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。答：单处理机A 、B 程序执⾏的时序图如下所⽰
在100-150毫秒期间，打印机和输⼊机同时⼯作，CPU 等待。在180-200毫秒期间，程序A 在150毫秒处开始执⾏，180毫秒处程序B 要执⾏，但是不得不等待到程序A 执⾏完毕。
知识点：
1、操作系统的概念
2、操作系统的⽬标、层次结构
3、操作系统的作⽤与功能、主要特性
4、多道程序设计中CPU 利⽤率的计算
5、操作系统提供的接⼝：程序接⼝与系统调⽤
第⼆章
思考题：
5、为什么要把机器指令分成特权指令和⾮特权指令？
答：当前计算机中都采⽤操作系统来管理资源，控制系统的执⾏流程，操作系统核⼼程序能够使⽤全部指令，但⽤户程序只能使⽤机器指令系统的⼀个⼦集，即⾮特权指令。因为⽤户程序如何使⽤有关资源管理的特权指令很容易造成系统的混乱，造成系统或⽤户信息的破坏。
28、进程最基本的状态有哪些？哪些事件可能引起不同状态之间的转换？答：进程有三个最基本的状态：运⾏态（running ）、就绪态（ready ）、等待态（blocked ）。
50
处理器输⼊机
100 150 180 200 250 300
时间
A
打印机
A
A
A
B
B
B
35、何谓进程控制块？它包含哪些基本信息？
答：进程控制块PCB，是操作系统⽤于记录和刻画进程状态及有关信息的数据结构。也是操作系统掌握进程的唯⼀资料结构，它包括了进程执⾏时的情况，以及进程让出处理器后所处的状态、断点等信息。
包含三类基本信息：
（1）标识信息
PID⽤于唯⼀地标识⼀个进程，分由⽤户使⽤的外部标识符和被系统使⽤内部标识号。?常⽤的标识信息有进程标识符、⽗进程的标识符、⽤户进程名、⽤户组名等。
（2）现场信息
保留进程运⾏时存放在处理器现场中的各种信息，进程让出处理器时必须把处理器现场信息保存到PCB中，当该进程重新恢复运⾏时也应恢复处理器现场。
现场信息包括通⽤寄存器内容、控制寄存器内容、⽤户堆栈指针、系统堆栈指针等。（3）控制信息
进程调度相关信息
进程组成信息
进程间通信相关信息
进程在⼆级存储器内的地址信息
CPU资源的占⽤和使⽤信息
进程特权信息
资源清单，包括进程所需全部资源、已经分得资源等
40、什么叫模式切换？它与进程切换有何主要区别？
答：模式切换：为了提⾼系统资源利⽤率，当中断发⽣时，暂时中断正在执⾏的⽤户进程，把进程从⽤户状态切换到内核状态，去执⾏操作系统例⾏程序以获得服务，这就是⼀次模式切换。
模式切换不同于进程切换，它并不引起进程状态变化，也不⼀定引起进程的切换，在完成了中断调⽤之后，完全可以再通过⼀次逆向的模式切换来继续执⾏⽤户进程。
有效合理使⽤它们可以提⾼OS效率和安全性
76、解释：（1）作业周转时间；（2）作业带权周转时间；（3）响应时间；（4）吞吐率。答：
作业周转时间：批处理⽤户从作业提交给系统开始，到作业完成为⽌的时间间隔。
作业带权周转时间：如果作业i的周转时间为ti，所需运⾏时间为tk，则称wi=ti /tk为该作业的带权周转时间，n个作业的带权周转时间的平均值为作业带权周转时间。
响应时间：互式进程从提交⼀个请求(命令)到接收到响应之间的时间间隔。
吞吐率：单位时间内处理的作业数。
89、叙述典型的实时调度算法。
答：
1）单⽐率调度算法
基本思想：为每个进程分配⼀个与事件发⽣频率成正⽐的优先数。例如，周期为20ms的进程优先数为50，周期为100ms的进程优先数为10，运⾏时调度程序总是调度优先数最⾼的就绪进程，并采取抢占式分配策略。
2）限期调度算法
基本思想：当⼀个事件发⽣时，对应的进程就按照截⽌期限被加⼊就绪进程队列。对于⼀个周期性事件，其截⽌期限即为事件下⼀次发⽣的时间。该调度算法⾸先运⾏队⾸进程，即截⽌时间最近的那个进程
3）最少裕度法
基本思想：⾸先计算各个进程的富裕时间，即裕度（laxity），然后选择裕度最少的进程执⾏。裕度=截⽌时间-(就绪时间+计算时间)
90、试述典型的多CPU调度算法。
答：
1）负载共享调度算法
基本思想：进程并不分配给⼀个特定处理器，系统维护⼀个全局性就绪线程队列，当⼀个处理器空闲时，就选择⼀个就绪线程占有处理器运⾏。
2）调度算法
基本思想：把⼀组进程在同⼀时间⼀次性调度到⼀组处理器上运⾏。
3）处理器专派调度算法
基本思想：给⼀个应⽤指派⼀组处理器，⼀旦⼀个应⽤被调度，它的每个线程被分配⼀个处理器并⼀直占有处理器运⾏直到整个应⽤运⾏结束。
4）动态调度算法
基本思想：由操作系统和应⽤进程共同完成调度。
应⽤题：
15、单道批处理系统中，下列三个作业采⽤FIFO调度算法和最⾼响应⽐优先算法进⾏调度，哪⼀种算法性能好？请完成下表：
通过平均作业周转时间和平均作业带权周转时间⽐较，最⾼响应⽐优先算法⽐FIFO调度算法性能好。
知识点：
1、单处理器与多处理器的概念
2、处理器的状态分类及其执⾏的指令分类
3、中断的概念、过程
4、进程的定义和属性、三种基本状态及其转化事件
5、进程包含的三⼤类基本信息、进程的创建、阻塞、唤醒、撤销、挂起、激活的基本过程
6、处理器调度的分类及其常见的调度算法(HRRF算法)
7、平均周转时间的计算
8、周转时间、响应时间、等待时间、执⾏时间的概念
9、作业的四种状态
第三章
思考题：
10、什么是临界区和临界资源？对临界区管理的基本原则是什么？
答：临界区：并发进程中与共享变量有关的程序段。
临界资源：在临界区中共享变量代表的资源。
⼀次⾄多允许⼀个进程进⼊临界区内
⼀个进程不能⽆限地停留在临界区内进程间通信效率最高的方式是
⼀个进程不能⽆限地等待进⼊临界区
14、什么是信号量？如何对它们进⾏分类？
答：信号量，⼀个进程在某⼀特殊点上被迫停⽌执⾏直到接收到⼀个对应的特殊变量值，这种特殊变量。
信号量按其⽤途分为：公⽤信号量和私有信号量。
信号量按其取值分为：⼆元信号量和⼀般信号量。
17、何谓管程？它有哪些属性？
答：管程，是由局部于⾃⼰的若⼲公共变量及其说明和所有访问这些公共变量的过程所组成的软件模块。
共享性
安全性
互斥性
25、什么是消息队列机制？叙述其⼯作原理。
答：消息队列机制，通过OS统⼀管理⼀组⽤于通信的消息缓冲存储区，来实现通信双⽅相互传递消息的机制，接收⽅的缓冲区采⽤队列进⾏管理，这就是消息队列机制。
基本⼯作原理：当⼀个进程要发送消息时，先在⾃⼰的消息发送区⾥⽣成发送的消息；然后向系统申请⼀个消息缓冲区，把消息从发送区复制到消息缓冲区中；随后该消息缓冲区被挂到接收消息的进程的消息队列上，供接近者在需要时从消息队列中摘下并复制到消息接近区去使⽤，同时释放消息缓冲区

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