操作系統(tǒng)精髓與設(shè)計(jì)原理·第五版復(fù)習(xí)題及答案

1、1第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述1.1列出并簡(jiǎn)要地定義計(jì)算機(jī)的四個(gè)主要組成部分。主存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序；算術(shù)邏輯單元，能處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)；控制單元，解讀存儲(chǔ)器中的指令并且使他們得到執(zhí)行；輸入輸出設(shè)備，由控制單元管理。1.2定義處理器寄存器的兩種主要類別。用戶可見(jiàn)寄存器：優(yōu)先使用這些寄存器，可以使機(jī)器語(yǔ)言或者匯編語(yǔ)言的程序員減少對(duì)主存儲(chǔ)器的訪問(wèn)次數(shù)。對(duì)高級(jí)語(yǔ)言而言，由優(yōu)化編譯器負(fù)責(zé)決定把哪些變量應(yīng)該分配給主存儲(chǔ)器。一些高級(jí)語(yǔ)言，如C語(yǔ)

2、言，允許程序言建議編譯器把哪些變量保存在寄存器中?？刂坪蜖顟B(tài)寄存器：用以控制處理器的操作，且主要被具有特權(quán)的操作系統(tǒng)例程使用，以控制程序的執(zhí)行。1.3一般而言，一條機(jī)器指令能指定的四種不同操作是什么？處理器－寄存器：數(shù)據(jù)可以從處理器傳送到存儲(chǔ)器，或者從存儲(chǔ)器傳送到處理器。處理器－IO：通過(guò)處理器和IO模塊間的數(shù)據(jù)傳送，數(shù)據(jù)可以輸出到外部設(shè)備，或者從外部設(shè)備輸入數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理：處理器可以執(zhí)行很多關(guān)于數(shù)據(jù)的算術(shù)操作或邏輯操作?？刂疲耗承┲噶?/p>

3、可以改變執(zhí)行順序。1.4什么是中斷？中斷：其他模塊（IO，存儲(chǔ)器）中斷處理器正常處理過(guò)程的機(jī)制。1.5多中斷的處理方式是什么？處理多中斷有兩種方法。第一種方法是當(dāng)正在處理一個(gè)中斷時(shí)，禁止再發(fā)生中斷。第二種方法是定義中斷優(yōu)先級(jí)，允許高優(yōu)先級(jí)的中斷打斷低優(yōu)先級(jí)的中斷處理器的運(yùn)行。1.6內(nèi)存層次的各個(gè)元素間的特征是什么？存儲(chǔ)器的三個(gè)重要特性是：價(jià)格，容量和訪問(wèn)時(shí)間。1.7什么是高速緩沖存儲(chǔ)器？高速緩沖存儲(chǔ)器是比主存小而快的存儲(chǔ)器，用以協(xié)調(diào)主存

4、跟處理器，作為最近儲(chǔ)存地址的緩沖區(qū)。1.8列出并簡(jiǎn)要地定義IO操作的三種技術(shù)?？删幊蘄O：當(dāng)處理器正在執(zhí)行程序并遇到與IO相關(guān)的指令時(shí)，它給相應(yīng)的IO模塊發(fā)布命令（用以執(zhí)行這個(gè)指令）；在進(jìn)一步的動(dòng)作之前，處理器處于繁忙的等待中，直到該操作已經(jīng)完成。中斷驅(qū)動(dòng)IO：當(dāng)處理器正在執(zhí)行程序并遇到與IO相關(guān)的指令時(shí)，它給相應(yīng)的IO模塊發(fā)布命令，并繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)指令，直到后者完成，它將被IO模塊中斷。如果它對(duì)于進(jìn)程等待IO的完成來(lái)說(shuō)是不必要的，可能是

5、由于后續(xù)指令處于相同的進(jìn)程中。否則，此進(jìn)程在中斷之前將被掛起，其他工作將被執(zhí)行。直接存儲(chǔ)訪問(wèn)：DMA模塊控制主存與IO模塊間的數(shù)據(jù)交換。處理器向DMA模塊發(fā)送一個(gè)傳送數(shù)據(jù)塊的請(qǐng)求，（處理器）只有當(dāng)整個(gè)數(shù)據(jù)塊傳送完畢后才會(huì)被中斷。1.9空間局部性和臨時(shí)局部性間的區(qū)別是什么？空間局部性是指最近被訪問(wèn)的元素的周圍的元素在不久的將來(lái)可能會(huì)被訪問(wèn)。臨時(shí)局部性（即時(shí)間局部性）是指最近被訪問(wèn)的元素在不久的將來(lái)可能會(huì)被再次訪問(wèn)。1.10開(kāi)發(fā)空間局部性和

6、時(shí)間局部性的策略是什么？空間局部性的開(kāi)發(fā)是利用更大的緩沖塊并且在存儲(chǔ)器控制邏輯中加入預(yù)處理機(jī)制。時(shí)間局部性的開(kāi)發(fā)是利用在高速緩沖存儲(chǔ)器中保留最近使用的指令及數(shù)據(jù)，并且定義緩沖存儲(chǔ)的優(yōu)先級(jí)。第2章操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)概述2.1操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的三個(gè)目標(biāo)是什么？方便：操作系統(tǒng)使計(jì)算機(jī)更易于使用。3因被取消。3.4搶占一個(gè)進(jìn)程是什么意思？處理器為了執(zhí)行另外的進(jìn)程而終止當(dāng)前正在執(zhí)行的進(jìn)程，這就叫進(jìn)程搶占。3.5什么是交換，其目的是什么？交換是指把主

7、存中某個(gè)進(jìn)程的一部分或者全部?jī)?nèi)容轉(zhuǎn)移到磁盤(pán)。當(dāng)主存中沒(méi)有處于就緒態(tài)的進(jìn)程時(shí)，操作系統(tǒng)就把一個(gè)阻塞的進(jìn)程換出到磁盤(pán)中的掛起隊(duì)列，從而使另一個(gè)進(jìn)程可以進(jìn)入主存執(zhí)行。3.6為什么圖3.9（b）中有兩個(gè)阻塞態(tài)？有兩個(gè)獨(dú)立的概念：進(jìn)程是否在等待一個(gè)事件（阻塞與否）以及進(jìn)程是否已經(jīng)被換出主存（掛起與否）。為適應(yīng)這種22的組合，需要兩個(gè)阻塞態(tài)和兩個(gè)掛起態(tài)。3.7列出掛起態(tài)進(jìn)程的4個(gè)特點(diǎn)。1.進(jìn)程不能立即執(zhí)行。2.進(jìn)程可能是或不是正在等待一個(gè)事件。如果

8、是，阻塞條件不依賴于掛起條件，阻塞事件的發(fā)生不會(huì)使進(jìn)程立即被執(zhí)行。3.為了阻止進(jìn)程執(zhí)行，可以通過(guò)代理把這個(gè)進(jìn)程置于掛起態(tài)，代理可以是進(jìn)程自己，也可以是父進(jìn)程或操作系統(tǒng)。4.除非代理顯式地命令系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，否則進(jìn)程無(wú)法從這個(gè)狀態(tài)中轉(zhuǎn)移。3.8對(duì)于哪類實(shí)體，操作系統(tǒng)為了管理它而維護(hù)其信息表？?jī)?nèi)存、IO、文件和進(jìn)程。3.9列出進(jìn)程控制塊中的三類信息。進(jìn)程標(biāo)識(shí)，處理器狀態(tài)信息，進(jìn)程控制信息。3.10為什么需要兩種模式（用戶模式和內(nèi)核模式）？

9、用戶模式下可以執(zhí)行的指令和訪問(wèn)的內(nèi)存區(qū)域都受到限制。這是為了防止操作系統(tǒng)受到破壞或者修改。而在內(nèi)核模式下則沒(méi)有這些限制，從而使它能夠完成其功能。3.11操作系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程所執(zhí)行的步驟是什么？1.給新進(jìn)程分配一個(gè)唯一的進(jìn)程標(biāo)識(shí)號(hào)。2.給進(jìn)程分配空間。3.初始化進(jìn)程控制塊。4.設(shè)置正確的連接。5.創(chuàng)建或擴(kuò)充其他的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。3.12中斷和陷阱有什么區(qū)別？中斷與當(dāng)前正在運(yùn)行的進(jìn)程無(wú)關(guān)的某些類型的外部事件相關(guān)，如完成一次IO操作。陷阱與當(dāng)前正

10、在運(yùn)行的進(jìn)程所產(chǎn)生的錯(cuò)誤或異常條件相關(guān)，如非法的文件訪問(wèn)。3.13舉出中斷的三個(gè)例子。時(shí)鐘終端，IO終端，內(nèi)存失效。3.14模式切換和進(jìn)程切換有什么區(qū)別？發(fā)生模式切換可以不改變當(dāng)前正處于運(yùn)行態(tài)的進(jìn)程的狀態(tài)。發(fā)生進(jìn)程切換時(shí)，一個(gè)正在執(zhí)行的進(jìn)程被中斷，操作系統(tǒng)指定另一個(gè)進(jìn)程為運(yùn)行態(tài)。進(jìn)程切換需要保存更多的狀態(tài)信息。第4章線程、對(duì)稱多處理和微內(nèi)核線程、對(duì)稱多處理和微內(nèi)核4.1表3.5列出了在一個(gè)沒(méi)有線程的操作系統(tǒng)中進(jìn)程控制塊的基本元素。對(duì)于多

11、線程系統(tǒng)，這些元素中那些可能屬于線程控制塊，那些可能屬于進(jìn)程控制塊？這對(duì)于不同的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)通常是不同的，但一般來(lái)說(shuō)，進(jìn)程是資源的所有者，而每個(gè)線程都有它自己的執(zhí)行狀態(tài)。關(guān)于表3.5中的每一項(xiàng)的一些結(jié)論如下：進(jìn)程標(biāo)識(shí)：進(jìn)程必須被標(biāo)識(shí)，而進(jìn)程中的每一個(gè)線程也必須有自己的ID。處理器狀態(tài)信息：這些信息通常只與進(jìn)程有關(guān)。進(jìn)程控制信息：調(diào)度和狀態(tài)信息主要處于線程級(jí)；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在兩級(jí)都可出現(xiàn)；進(jìn)程間通信和線程間通信都可以得到支持；特權(quán)在兩級(jí)都可以存在；