第二章进程管理
第一部分教材习题（P81）
3、为什么程序并发执行会产生间断性特征？（P36）
4、程序并发执行，为何会失去封闭性和可再现性？（P37）
【解】程序在并发执行时，是多个程序共享系统中的各种资源，因而这些资源的状态将由多个程序来改变，致使程序的运行已失去了封闭性。同时由于失去了封闭性，也将导致其再失去可再现性。程序在并发执行时，由于失去了封闭性，程序经过多次执行后，其计算机结果已与并发程序的执行速度有关，从而使程序的执行失去了可再现性。
5、在操作系统中为什么要引入进程概念？（P37）它会产生什么样的影响？
【解】
在操作系统中引入进程的概念，是为了实现多个程序的并发执行。传统的程序不能与其他程序并发执行，只有在为之创建进程后，才能与其他程序（进程）并发执行。这是因为并发执行的程序（即进程）是“停停走走”地执行，只有在为它创建进程后，在它停下时，方能将其现场信息保存在它的PCB中，待下次被调度执行是，再从PCB中恢复CPU现场并继续执行，而传统的程序却无法满足上述要求。
建立进程所带来的好处是使多个程序能并发执行，这极大地提高了资源利用率和系统吞吐量。但管理进程也需付出一定的代价，包括进程控制块及协调各运行机构所占用的内存空间开销，以及为进行进程间的切换、同步及通信等所付出的时间开销。
6、试从动态性、并发性和独立性上比较进程和程序？（P37）
【解】
（1）动态性：进程既然是进程实体的执行过程，因此，动态性是进程最基本的特性。动态性还表现为：“它由创建而产生，由调度而执行，因得不到资源而暂停执行，以及由撤消而消亡”。可见，进程有一定的生命期。而程序只是一组有序指令的集合，并存放在某种介质上，本身并无运动的含义，因此，程序是个静态实体。
（2）并发性：所谓进程的并发，指的是多个进程实体，同存于内存中，能在一段时间内同时运行。并发性是进程的重要特征，同时也成为OS的重要特征。引入进程的目的也正是为了使其程序能和其它进程的程序并发执行，而程序是无法并发执行的。
（3）独立性：进程实体是一个能独立运行的基本单位，也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位。凡未建立进程的程序，都不能作为一个独立的单位参加运行。
试比较进程与程序的异同。
【解】进程和程序是紧密相关而又完全不同的两个概念。
（1）每个进程实体中包含了程序段和数据段这两个部分，因此说进程与程序是紧密相关的。但从结构上看，进程实体中除了程序段和数据段外，还必须包含一个数据结构，即PCB。（2）进程是程序的一次执行过程，因此是动态的；动态性还表现在进程由创建而产生、由调度而执行、由撤消而消亡，即它具有一定的生命期。而程序则只是一组指令的有序集合，并可
永久地存放在某种介质上，其本身不具有运动的含义，因此是静态的。
（3）多个进程实体可同时存放在内存中并发地执行，其实这正是引入进程的目的。程序（在没有为它创建进程时）的并发执行具有不可再现性，因此程序不能正确地并发执行。
（4）进程是一个能够独立运行、独立分配资源和独立接受调度的基本单位。程序（在没有为它创建进程时）因其不具有PCB，所以它是不可能在多道程序环境下独立运行的。
（5）进程与程序不一一对应。同一个程序的多次运行，将形成多个不同的进程；同一个程序的一次执行也可以产生多个进程；一个进程在其生命期的不同时候也可以执行不同的程序。
7、试说明PCB的作用？为什么说PCB是进程存在的惟一标志？（P41）
【解】PCB是进程实体的一部分，是OS中最重要的记录型数据结构。它记录了OS所需的、用于描述进程情况及控制进程运行所需的全部信息。PCB的作用，是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序（含数据）成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其他进程并发执行的进程。或者说，OS是根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理的。
在进程的整个生命期中，系统总是通过PCB对进程进行控制，也就是说，系统是根据进程的PCB感知到该进程的存在的，所以说，PCB是进程存在的标志。
8、试说明进程在三个基本状态之间转换的典型原因？（P38）
【解】
（1）处于就绪状态的进程，当进程调度程序为之分配了处理机后，该进程就由就绪状态变为执行状态
（2）正在执行的进程因发生某事件而无法执行，如暂时无法取得所需资源，则由执行状态转变为阻塞状态。
（3）正在执行的进程，如因时间片用完或被高优先级的进程抢占处理机而被暂停执行，该进程便由执行转变为就绪状态。
某系统的进程状态转换图如图所示。
（1）说明引起各种状态转换的典型事件。
（2）分析下述状态转换是否可立即引起其他的状态转换：1,2,3,4。
【解】
（1
（2状态转换2必然立即引发状态转换1：状态转换2发生后，进程调度程序必然要选出一个新的就绪进程投入运行，该新进程可能是其他进程，也可能是刚从执行状态转换成就绪状态的那个进程。
状态转换3可能立即引发状态转换1：状态转换3发生后，若就绪队列非空，则进程调度程序将选出一个就绪进程投入执行。
状态转换4
可能引发状态转换1：状态转换4发生后，若CPU 空闲，并且没有其他进程竞争CPU ，则该进程将被立即调度。
另外，状态转换4还可能同时引发状态转换1和2：若系统采用抢占调度方式，而新就绪的进程具备抢占CPU 的条件（如其优先权很高），则它可立即得到CPU 转换成执行状态，而原来正在执行的进程则转换成就绪状态。
某系统的进程状态变迁图，请说明：
（1）引起各种状态转换的典型事件有哪些？
（2）当我们观察系统中某些进程时，能够看到某一进程产生的一次状态转换能引起另一进程作一次状态转换。在什么情况下，当一个进程发生转换3时能立即引起另一个进程发生转换1？
（3）试说明是否会发生下述因果转换：
a)2→1
b)3→2
c)4→1
解：
（1）当进程调度程序从就绪队列中选取一个进程投入运行时引起转换1；正在执行的进程如因时间片用完而被暂停执行就会引起转换2；正在执行的进程因等待的事件尚未发生而无法执行（如进程请求完成I/O）则会引起转换3；当进程等待的事件发生时（如I/O 完成）则会引起转换4。
（2）如果就绪队列非空，则一个进程的转换3会立即引起另一个进程的转换1。这是因为一个进程发生转换3意味着正在执行的进程由执行状态变为阻塞状态，这时处理机空闲，进程调度程序必然会从就绪队列中选取一个进程并将它投入运行，因此只要就绪队列非空，一个进程的转换3能立即引起另一个进程的转换1。
（3）所谓因果转换指的是有两个转换，一个转换的发生会引起另一个转换的发生，前一个转换称为因，后一个转换称为果，这两个转换称为因果转换。当然这种因果关系并不是什么时候都能发生，而是在一定条件下才会发生。
a)2→1：当某进程发生转换2时，就必然引起另一进程的转换1。因为当发生转换2时，
正在执行的进程从执行状态变为就绪状态，进程调度程序必然会从就绪队列中选取一个进程投入运行，即发生转换1。
b)3→2：某个进程的转换3决不可能引起另一进程发生转换2。这是因为当前执行进程
从执行状态变为阻塞状态，不可能又从执行状态变为就绪状态。
c)4→1：当处理机空闲且就绪队列为空时，某一进程发生转换4，就意味着有一个进程
从阻塞状态变为就绪状态，因而调度程序就会将就绪队列中的此进程投入运行。
9、为什么要引入挂起状态？（P39）该状态具有哪些性质？
10、在进行进程切换时，所要保存的处理机状态信息主要有那些？（P42）
【解】保存的处理机状态信息主要由处理机中的各种寄存器内容组成。这些寄存器包括：通用寄存器，指令寄存器，程序状态字PSW，用户栈指针。
11、试说明引起进程创建的主要事件。（P44）
【解】
（1）用户登录在分时系统中，用户在终端键入登录命令后，若是合法用户，系统将为该终端用户建立一个进程，并插入到就绪队列中。
（2）作业调度批处理程序中，作业调度程序按一定的算法调度到某个作业时，就将该作业装入内存，为它分配必要的资源，并立即为其创建进程，插入就绪队列中。
（3）提供服务运行中用户程序提出某种请求，系统专门创建一个进程来提供用户所需服务。（4）应用请求应用进程自己创建一个进程，使自己和新进程以并发运行方式完成特定任务。
12、试说明引起进程被撤消的主要事件。
13、在创建一个进程时所要完成的主要工作是什么？（P44）
【解】需完成的主要工作有：
（1）申请空白PCB ；
（2）为新进程分配资源；
（3）初始化PCB ，其中包括：
●初始化标识符信息。将系统分配的标识符、父进程标识符填入新PCB中；
●初始化处理机状态信息。使程序计数器指向程序入口地址，使栈指针指向栈顶；
●初始化处理机控制信息。将进程状态设置为就绪或静止就绪，对于优先级通常设置为
最低，除非用户提出高优先级要求。
（4）将新进程插入就绪队列。
14、在撤消一个进程时所要完成的主要工作是什么？
15、试说明引起进程阻塞或被唤醒的主要事件是什么？（P46）
16、进程在运行时，存在哪两种形式的制约？并举例说明之。
17、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？（P50）
【解】为了保证诸进程互斥进入自己的临界区，便可实现它们对临界资源的互斥访问。为此，每个进程在进入临界区之前应先对欲访问的临界资源进行检查，看它是否正被访问。如果此刻临界资源没被访问，则该进程便可进入临界区，对该资源进行访问，并设置它正被访问的标志；如果此刻该临界资源正被某进程访问，则本进程不能进入临界区。因此，必须在临界区前增加一段用于上述检查的代码，把这段代码称为进入区。相应地，在临界区后面也要加上一段称为退出区的代码，用于将临界区正被访问的标志恢复为未被访问标志。
18、同步机构应遵循哪些基本准则？为什么？（P50）
【解】同步机构应遵循的基本准则有：
（1）空闲让进
无进程处于临界区时，相应的临界资源处于空闲状态，因而可允许一个请求进入临界区的进程立即进入自己的临界区，以有效利用临界资源。
（2）忙则等待
当已有进程进入自己的临界区时，意味着相应的临界资源正被访问，因而所有其他试图进入临界区的进程必须等待，以保证诸进程互斥地访问临界资源。
（3）有限等待
对要求访问临界资源的进程，应保证该进程能在有限时间内进入自己的临界区，以免陷入“死等”状态。
（4）让权等待
当进程不能进入自己的临界区时，应立即释放处理机，以免进程陷入“忙等”。
19、试从物理概念上来说明记录型信号量wait和signal操作？（P51）
【解】在记录型信号量机制中，S.value的初值表示系统中某类资源的数目，因而又称资源信号量，每次的wait操作，意味着进程请求一个单位的资源，因此描述为S.value：=S.value-1；当S.value<0时，表示资源已分配完毕，因而进程调用block原语，进行自我阻塞，放弃处理机，并插入到信号量链表S.L中。可见，该机制遵循了让权等待准则。此时S.value的绝对值表示在该信号量链表中已阻塞进程的数目。每次signal操作，表示执行进程释放一个单位资源，故S.value：=S.value+1操作表示资源数目加1。若加1后仍是S.value<=0则表示该信号量链表中，仍有等待该资源的进程被阻塞，故还要调用wakeup原语，将S.L链表中的第一个等待进程唤醒。如果S.value的初值为1，表示只允许一个进程访问临界资源，此时的信号量转化为互斥信号量。
20、你认为整型信号量机制是否完全遵循了同步机构的四条准则？（P52）
【解】在整型信号量机制中的wait 操作，只要是信号量S<=0,就会不断地测试，因此，该机制并未遵循“让权等待”的准则，而是使该进程处于“忙等”的状态。
21、如何利用信号量机制来实现多个进程对临界资源的互斥访问？并举例说明之。
22、试写出相应的程序来描述图2-17所示的前趋图。
【解】(1)
Var a,b,c,d,e,f,g,h; semaphore:=0,0,0,0,0,0,0,0;
begin
parbegin
begin S1;signal(a);signal(b);end;
begin wait(a);S2;signal(c);signal(d);end;
begin wait(b);S3;signal(e); end;
begin wait(c);S4;signal(f);end;
begin wait(d);S5;signal(g);end;
begin wait(e);S6;singal(h);end;
begin wait(f);wait(g); wait(h); S7;end;
parend
end
(2)
Var a,b,c,d,e,f,g,h,i,j; semaphore:=0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0;
begin
parbegin
begin S1;signal(a);signal(b);end;
begin wait(a);S2;signal(c);signal(d);end;
begin wait(b);S3;signal(e);signal(f);end;
begin wait(c);S4;signal(g);end;
begin wait(d);S5;signal(h);end;
begin wait(e);S6;singal(i);end;
begin wait(f);S7;signal(j);end;
begin wait(g); wait(h);wait(i);wait(j); S8;end;
parend
end
23、在生产者—消费者问题中，如果缺少了signal(full)或 signal(empty)，对执行结果会有什么影响？
【解】在生产者—消费者问题中，如果缺少了signal(full) ，那么消费者会认为生产者没有生产而阻塞，而生产者会不断生产，直到empty为0后阻塞，然后两个进程陷入“死等”状态。
如果缺少了signal(empty)开始两进程可同步运行。但当empty为0 时生产者会因此而阻塞，然后消费者进程继续运行直到full也为0阻塞，然后两个进程陷入“死等”状态。
24、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，或者将signal(mutex)与signal(full)互换位置，结果会如何？
【解】如果将wait(full)和wait(mutex)互换位置，则如果consumer先进入临界区，就会一直等待full，但由于没有signal(mutex) ，producer将无法进入临界区而等待，则两个进程相互等待，陷入死锁。
如果signal(full)与signal (mutex)互换位置,则会使full的值不再是等待的consumer 进程数目。
var mutex,empty,full:semaphore:=1,n,0;
buffer:array[0,…,n-1]of item; in,out:integer:=0,0;
Begin
parbegin
producer:
begin
repeat
……
producer an item in nextp;
……
wait(mutex);//前2句颠倒则死锁
wait(empty);
buffer(in):=nextp;
in:=(in+1)mod n;
signal(full); //后2句颠倒不死锁
signal(mutex);
until false;
end
consumer:
begin
repeat
wait(full);
wait(mutex);
nextc:=buffer(out);
out:=(out+1)mod n;
signal(mutex);
signal(empty);
consume the item in nextc;
until false;
end
Parend
end
由于V操作是释放资源，因此对调V操作的次序无关紧要。
而对调P操作的次序则可能导致死锁。
这时因为对调P操作后，有可能出现这样一种特殊情况：在某一时刻缓冲池中已装满了产品且缓冲池中无进程工作（这时信号量full的值为n，信号量empty的值为0，信号量mutex的值为1），若系统此时调度生产者进程运行，生产者进程又生产了一个产品，它执行P(mutex)并顺利进入临界区（这时mutex值为0），随后它执行p(empty)时因没有空闲缓冲区而受阻等待，等待消费者进程进入缓冲池取走产品以释放出缓冲区；
消费者进程执行p(full)后再执行p(mutex)时，因缓冲池被生产者进程占据而无法进入。
这样就形成了生产者进程在占有临界资源的情况下，等待消费者进程取走产品，而消费者进程又无法进入临界区取走产品的僵局，此时两进程陷入死锁。
25、我们为某临界资源设置一把锁W，当W=1时表示关锁；当W=0时表示锁已打开。试写出开锁和关锁原语，并利用它们去实现互斥。
【解】我们采用一个变量W作为“锁”，代表某个临界资源的状态，W=0（false,锁已打开）表示该资源未用，W=1（true，关锁）表示该资源正被使用。同时，用一段程序作为开锁原语，用另一段程序作为关锁原语，要进入临界区的进程首先要执行关锁原语，当它退出临界区时，要执行开锁原语。从而实现对临界区的互斥控制。两个原语的作用是：
加锁原语lock
测试W是否为0
若W=0，让W=1
若W=1，继续测试
开锁原语unlock
使W=0
可见，加锁原语首先要判断临界区中有无进程，若W=0，表示无进程进入临界区，它可以马上进入，并立即将W置为1，同时禁止其他进程进入。若W=1，表示已经有进程进入，它只得等待。这种机构简单方便，但存在CPU的时间浪费，因为等待进入临界区的进程将不断循环测试W，等待W变为0。
26、试修改下面生产者-消费者问题解法中的错误：
producer:
begin
repeat
…
produce an item in nextp;
wait(mutex);
wait(full);
buffer(in):=nextp;
signal(mutex);
until false;
end
consumer:
begin
repeat
wait(mutex);
wait(empty);
nextc:=buffer(out);
out:=out+1;
signal(mutex);
consume item in nextc;
until false;
end
修改为：
producer:
begin
repeat
produce an item in nextp;
wait (empty);
wait (mutex);
buffer (in): =nextp;
in:=(in+1) mod n;
signal (mutex);
signal (full)
until false;
end
consumer：
begin
repeat
wait (full);
wait(mutex);
nextc:=buffer(out);
out:=(out+1) mod n;
out:=out+1;
signal(mutex);
signal(empty);
consume item in nextc;
until false
end
27、试利用记录型信号量机制写出一个不会出现死锁的哲学家进餐问题的算法。
28、在测量控制系统中的数据采集任务时，把所采集的数据送往一单缓冲区；计算任务从该单缓冲区中取出数据进行计算。试写出利用信号量机制实现两任务共享单缓冲区的同步算法。【解】算法如下：
Var mutex, empty, full: semaphore: =1,1,0;
buffer: item;
begin
parbegin
Receive:
begin
repeat
Wait(empty);
Wait(mutex);
buffer: =nextp;
Signal(mutex);
Signal(full);
until false
end
Get:
begin
repeat
Wait (full);
Wait (mutex);
nextp: =buffer;
Signal (mutex);
Signal (empty);
until false
end
parend
end
29、画图说明管程由哪几部分组成？（P56）为什么要引入条件变量？（P57）【解】如图：
通常，由于等待的原因可能有多个，为了区别它们，因此引入条件变量。
30、如何利用管程来解决生产者—消费者问题？（P60）
【解】首先为它们建立一个管程，描述如下：
Type producer-consumer=monitor
var in, out, count: integer;
buffer: array[0,-----,n-1] of item;
notfull,notempty:condition;
procedure entry put(item)
begin
if count>=n then notfull.wait;
buffer(in):=nextp;
in:=(in+1) mod n;
count:=count+1;
if notempty.queue then notempty.signal; end
procedure entry get(item)
begin
if count<=0 then notempyt.wait;
nextc:=buffer(out);
out:=(out+1) mod n;
count:=count-1;
if notfull.queue then notfull.signal; end
begin in:=out:=0; count:=0; end
生产者和消费者可描述为：
producer: begin
repeat
produce an item in nextp;
PC.put(item);
until false;
end
consumer: begin
repeat
PC.get(item);
consume the item in nextc
until false;
end
31、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。
【解】AND信号量是指：将进程在整个运行过程中所需的所有临界资源一次性地全部分配给进程，待该进程使用完后再一起释放。只要尚有一个资源未能分配给该进程，其他所有可能为之分配的资源，也不分配给他，即：对若干临界资源分配，采取原子操作方式，要么全部分配到进程，要么一个也不分配。叫AND信号量。
解法如下：
var mutex,empty,full:semaphore:=1,n,0;
buffer: array[0,---,n-1]of item;
in,out:integer:=0,0;
begin
parbegin
producer: begin
repeat
produce an item in nextp
Swait(empty,mutex);
buffer(in):=nextp;
in:=(in+1)mod n;
Ssignal(mutex,full);
until false;
end
consumer: begin
repeat
Swait(full,mutex);
nextc:=buffer(out);
out:=(out+1)mod n;
Ssignal(mutex,empty);
consume the item in nextc;
until false
end;
32、什么是信号量集？试利用信号量集写出读者-写者问题的解法。
33、试比较进程间的低级与高级通信工具。（P65）
34、当前有哪几种高级通信机制？（P65）
【解】共享存储器系统，消息传递系统，管道通信系统。
35、消息队列通信机制有哪几方面功能？（P66）
【解】发送进程利用send原语，将消息直接发送给接收进程；接收进程利用receive原语接收消息。
36、为什么要在OS中引入线程？（P72）
37、试说明线程具有哪些属性？（P73）
38、试从调度性、并发性、拥有资源及系统开销几个方面，对进程和线程进行比较。
【解】
（1）调度性在传统的OS中，拥有资源的基本单位和独立调度、分派的基本单位都是进程。而在引入线程的OS中，则把线程作为调度和分派的基本单位，而把进程作为资源拥有的基本单位，使传统进程的两个属性分开，线程便能轻装运行，从而显著提高系统并发程度。在同一进程中，线程的切换不会引起进程切换，在由一个进程中的线程切换到另一个进程中的线程时，将会引起进程切换。
（2）并发性多线程的操作系统中，不仅进程可以并发执行，而且一个进程的多个线程也可并发执行。从而能更有效的使用系统资源和提高系统吞吐量。
（3）拥有资源进程是拥有资源的独立单位。线程自己使不拥有系统资源，但可访问隶属进程的资源。
（4）系统开销在创建和撤消进程时，系统要为之分配或回收资源，所以系统开销要显著大于在创建和撤消线程的开销。在进行进程切换时，涉及到整个当前进程CPU环境的保存以及新被调度运行的进程的CPU环境的设置。而线程切换只须保存和设置少量寄存器的内容，并不涉及存储器管理方面的操作。可见，进程切换的开销也远大于线程切换的开销。此外，由于同一进程中的多个线程具有相同的地址空间，致使它们之间的同步和通信的实现也变得比较容易。
39、为了在多线程OS中实现进程之间的同步与通信，通常提供了哪几种同步机制？
【解】互斥锁，条件变量，计数信号量，多读、单写锁。
40、用于实现线程同步的私用信号量和公用信号量之间有何差异？（P76）
41、何谓用户级线程和内核支持线程？（P77）
【解】用户级线程仅存在于用户级中，它的创建、撤消和切换都不利用系统调用实现，与内核无关，相应的，内核也不知道有用户级线程存在。
内核级线程依赖于内核，无论用户进程中的线程还是系统进程中的线程，其创建、撤消、切换都由内核实现。在内核中保留了一张线程控制块，内核根据控制块感知线程的存在并对其进行控制。
比较：
（1）线程的调度与切换速度内核支持线程的调度和切换与进程的调度和切换十分相似。例如，在线程调度时的调度方式，同样也是抢占方式和非抢占方式两种。在线程的调度算法上，也同样可采用时间片轮转、优先权算法等。当由线程调度选中一个线程后，再将处理机分配给它。当然，线程在调度和切换上所花费的开销要比进程的小得多。对于用户级线程的切换，通常是发生在一个应用程序的多线程之间，这时，不仅无须通过中断进入OS的内核，而且切换的规则也远比进程调度和切换的规则简单。例如，当一个线程阻塞后会自动切换到下一个具有相同功能的线程，因此，用户级线程的切换速度特别快。
（2）系统调用当传统的用户进程调用一个系统调用时，要由用户态转入核心态，用户进程将被阻塞。当内核完成系统调用而返回时，才将该进程唤醒，继续执行。而在用户级线程调用一个系统调用时，由于内核并不知道有该用户级线程的存在，因而把系统调用看作是整个进程的行为，于是使该进程等待，而调度另一个进程执行，同样是在内核完成系统调用而返回时，进程才能继续执行。如果系统中设置的是内核支持线程，则调度是以线程为单位。当一个线程调用一个系统调用时，内核把系统调用只看作是该线程的行为，因而阻塞该线程，于是可以再调度该进程中的其他线程执行。
（3）线程执行时间对于只设置了用户级线程的系统，调度是以进程为单位进行的。在采用轮转调度算法时，各个进程轮流执行一个时间片，这对诸进程而言，似是公平。但假如在进程A中包含了一个用户级线程，而进程B中含有100个线程，这样，进程A中线程的运行时间，
将是进程B中各线程运行时间的100倍；相应地，速度就快100倍。假如系统中设置的是内核支持线程，其调度是以线程为单位进行的，这样，进程B可以获得的CPU时间是进程A的100倍，进程B可使100个系统调用并发工作。
42、试说明用户级线程的实现方法。（P77）
43、试说明内核支持线程的实现方法。（P77）
如何保证诸进程互斥地访问临界资源？
答：为了互斥地访问临界资源，系统必须保证进程互斥地进入临界区。为此，必须在临界区前增加一段称为进入区的代码，以检查是否有其他进程已进入临界区使用临界资源。若有，则进程必须等待；否则，允许进程进入临界区，同时设置标志表示有进程正在临界区内。同样地，在临界区后必须增加一段称作退出区的代码，用于将已有进程进入临界区访问临界资源的标志改为无进程进入临界区使用临界资源。进入区、退出区具体可用多种同步机制实现，如锁、信号量机制等。
何谓“忙等”？它有什么缺点？
答：所谓“忙等”是指“不让权”的等待，即进程因某事件的发生而无法继续执行时，它仍占有CPU，并通过不断地执行循环测试指令来等待该事件的完成。
“忙等”的主要缺点是浪费CPU的时间，另外，它还可能引起预料不到的后果。例如，考虑某个采取高优先权优先调度原则的系统，目前有2个进程A和B共享某个临界资源，A的优先权较高，B的优先权较低，且B已处于临界区内，而A欲进入自己的临界区，则A、B都不可能继续向前推进，陷入“死等”状态。
进程之间存在着哪几种制约关系？各是什么原因引起的？下列活动分别属于哪种制约关系？（1）若干同学去图书馆借书；
（2）两队举行篮球比赛；
（3）流水线生产的各道工序；
（4）商品生产和社会消费。
答：进程之间存在着直接制约和间接制约两种制约关系，其中直接制约（同步）是由于进程间的相互合作而引起的，而间接制约（互斥）则是由于进程间共享临界资源而引起的。
（1）若干同学去图书馆借书是间接制约，其中书是临界资源。
（2）两队举行篮球比赛是间接制约，其中篮球是临界资源。
（3）流水线生产的各道工序是直接制约，各道工序间需要相互合作，每道工序的开始都依赖于前一道工序的完成。
（4）商品生产和社会消费是直接制约，两者也需要相互合作：商品生产出来后才可以被消费；
商品被消费后才需要再生产。
第二部分选择题
1．在进程管理中，当 C 时，进程从阻塞状态变为就绪状态。
A.进程被进程调度程序选中
B.等待某一事件
C.等待的事件发生
D.时间片用完
2．分配到必要的资源并获得处理机时的进程状态是 B 。
A.就绪状态
B.执行状态
C.阻塞状态
D.撤消状态
3．P、V操作是 A 。
A.两条低级进程通信原语
B.两组不同的机器指令
C.两条系统调用命令
D.两条高级进程通信原语
4．设系统中有n（n>2）个进程，且当前不在执行进程调度程序，试考虑下述4种情况，
不可能发生的情况是 A 。
A．没有运行进程，有2个就绪进程，n个进程处于等待状态。
B．有1个运行进程，没有就绪进程，n-1个进程处于等待状态。
C．有1个运行进程，有1个就绪进程，n-2个进程处理等待状态。
D．有1个运行进程，n-1个就绪进程，没有进程处于等待状态。
5．若P、V操作的信号量S初值为2，当前值为-1，则表示有 B 等待进程。
A. 0个
B. 1个
C. 2个
D. 3个
6．进程的三个基本状态在一定条件下可以相互转化，进程由就绪状态变为运行状态的条件是D 。
A.时间片用完
B.等待某事件发生
C.等待的某事件已发生
D.被进程调度程序选中
7．进程的三个基本状态在一定条件下可以相互转化，进程由运行状态变为阻塞状态的条件是B 。
A.时间片用完
B.等待某事件发生
C.等待的某事件已发生
D.被进程调度程序选中
8．下列的进程状态变化中， C 变化是不可能发生的。
A．运行→就绪B．运行→就绪C．等待→运行D．等待→就绪
9．一个运行的进程用完了分配给它的时间片后，它的状态变为 A 。
A.就绪
B.等待
C.运行
D.由用户自己确定
10．用V操作唤醒一个等待进程时，被唤醒进程的状态变为 B 。
A.等待
B.就绪
C.运行
D.完成
11．操作系统通过 B 对进程进行管理。
A. JCB
B. PCB
C. DCT
D. CHCT
12．用P、V操作可以解决 A 互斥问题。
A. 一切
B. 某些
C. 正确
D. 错误
13．一个进程被唤醒意味着 D 。
A. 该进程重新占有了CPU
B. 它的优先权变为最大
C. 其PCB移至等待队列队首
D. 进程变为就绪状态
14．多道程序环境下，操作系统分配资源以 C 为基本单位。
A. 程序
B. 指令
C. 进程
D. 作业
15. 从静态的角度看，进程是由（A）、（B）、（C）三部分组成的，其中（C）是进程存在的唯一标志。当几个进程共享（A）时，（A）应当是可重入代码。
A：程序段；
B：数据段；
C：PCB；
16. 进程的三个基本状态是（A）、（B）、（C）。由（A）到（B）是由进程调度所引起的；由（B）到（C）是正在执行的进程发生了某事件，使之无法继续执行而引起的。
A：就绪；
B：执行；
C：阻塞；
17. 正在等待他人释放临界资源的进程处于（A）状态，已分配到除CPU外的所有资源的进程处于（B）状态，已获得CPU的进程处于（C）状态。
A：阻塞；
B：就绪；
C：执行；
18. 下列进程状态转换中，绝对不可能发生的状态转换是（A）；一般不会发生的状态转换是（B）。A：就绪→阻塞；
B：阻塞→执行；
19. 在一个单处理机系统中，存在5个进程，最多可有（A）个进程处于就绪队列；如果这5个进程中有一个系统进程IDLE（也叫空转进程，因为它只是不断循环地执行空语句），则最多可有（B）个进程处于阻塞状态。
A，B：（1）5；（2）4；（3）3；（4）2；（5）1；（6）0。
20. 正在执行的进程由于其时间片用完被暂停执行，此时进程应从执行状态变为（A）状态；处于静止阻塞状态的进程，在进程等待的事件出现后，应变为（B）状态；若进程正处于执行状态时，因终端的请求而暂停下来以便研究其运行情况，这时进程应转变为（C）状态，若进程已处于阻塞状态；则此时应转变为（D）状态。
A：（1）静止阻塞；（2）活动阻塞；（3）静止就绪；（4）活动就绪；（5）执行。
B：（1）静止阻塞；（2）活动阻塞；（3）静止就绪；（4）活动就绪；（5）执行。
C：（1）静止阻塞；（2）活动阻塞；（3）静止就绪；（4）活动就绪；（5）执行。
D：（1）静止阻塞；（2）活动阻塞；（3）静止就绪；（4）活动就绪；（5）执行。
21. 为使进程由活动就绪转变为静止就绪，应利用（A）原语；为使进程由执行状态转变为阻塞状态，应利用（B）原语；为使进程由静止就绪变为活动就绪，应利用（C）原语；从阻塞状态变为就绪状态应利用（D）原语。
A：（1）create；（2）suspend；（3）active；（4）block；（5）wakeup。
B：（1）create；（2）suspend；（3）active；（4）block；（5）wakeup。
C：（1）create；（2）suspend；（3）active；（4）block；（5）wakeup。
D：（1）create；（2）suspend；（3）active；（4）block；（5）wakeup。
22. 在分时系统中，导致进程创建的典型事件是（A）；在批处理系统中，导致进程创建的典型事件是（B）；由系统专门为运行中的应用进程创建新进程的事件是（C）。在创建进程时，（D）不是创建所必需的步骤。
A：（1）用户注册；（2）用户登录；（3）用户记账；（4）用户通信。
B：（1）作业录入；（2）作业调度；（3）进程调度；（4）中级调度。
C：（1）分配资源；（2）进行通信；（3）共享资源；（4）提供服务。
D：（1）为进程建立PCB；（2）为进程分配内存等资源；（3）为进程分配CPU；（4）将进程插入就绪队列。
23. 从下面对临界区的论述中，选出一条正确的论述。
（1）临界区是指进程中用于实现进程互斥的那段代码。
（2）临界区是指进程中用于实现进程同步的那段代码。
（3）临界区是指进程中用于实现进程通信的那段代码。
（4）临界区是指进程中用于访问共享资源的那段代码。
（5）临界区是指进程中访问临界资源的那段代码。
24. 进程A和B共享同一临界资源，并且进程A正处于对应的临界区内执行。请从下列描述中选择一条正确的描述。C
A. 进程A的执行不能被中断，即临界区的代码具有原子性。
B. 进程A的执行能被中断，但中断A后，不能将CPU调度给进程B。
C. 进程A的执行能被中断，而且只要B进程就绪，就可以将CPU调度给进程B。
D. 进程A的执行能被中断，而且只要B进程就绪，就必定将CPU调度给进程B。
25. （A）是一种只能由wait和signal操作所改变的整型变量，（A）可用于实现进程的（B）和（C），（B）是排他性访问临界资源。
A：（1）控制变量；（2）锁；（3）整型信号量；（4）记录型信号量。
B：（1）同步；（2）通信；（3）调度；（4）互斥。
C：（1）同步；（2）通信；（3）调度；（4）互斥。
26. 对于记录型信号量，在执行一次wait操作时，信号量的值应当（A），当其值为（B）时，进程阻塞。在执行signal操作时，信号量的值应当为（C），当其值为（D）时，应唤醒阻塞队列中的进程。
A：（1）不变；（2）加1；（3）减1；（4）加指定数值；（5）减指定数值。
B：（1）大于0；（2）小于0；（3）大于等于0；（4）小于等于0.
C：（1）不变；（2）加1；（3）减1；（4）加指定数值；（5）减指定数值。
D：（1）大于0；（2）小于0；（3）大于等于0；（4）小于等于0.
27. 用信号量S实现对系统中4台打印机的互斥使用，S.value的初值应设置为（A），若S.value 的初值为-1，则表示S.L队列中有（B）个等待进程。
A：（1）1；（2）0；（3）-1；（4）4；（5）-4
B：（1）1；（2）2；（3）3；（4）4；（5）5；（6）6；（7）0。
28. 设有10个进程共享一个互斥段，如果最多允许有1个进程进入互斥段，则所采用的互斥信号量初值应设置为（A），而该信号量的取值范围为（B）；如果最多允许有3个进程同时进入互斥段，则所采用的互斥信号量初值应设置为（C）。
A：（1）10；（2）；3；（3）1；（4）0。
B：（1）0~1；（2）-1~0；（3）1~-9；（4）0~-9。
C：（1）10；（2）；3；（3）1；（4）0。
29. 在生产者-消费者问题中，应设置互斥信号量mutex、资源信号量full和empty。它们的初值应分别为（A）、（B）、（C）。
A：（1）0；（2）1；（3）-1；（4）-n；（5）+n。
B：（1）0；（2）1；（3）-1；（4）-n；（5）+n。
C：（1）0；（2）1；（3）-1；（4）-n；（5）+n。
30. 对生产者-消费者问题的算法描述如下，请选择正确的答案编号填入方框中。
Producer: begin
Repeat
(A);
(B);
Buffer(in):=m;
In:=(in+1)mod n;
(C);
(D);
Until false
End
Consumer: begin
Repeat
(E);
(B);
M:=buffer(out);
Out:=(out+1)mod n;
(C);
(F);
Until false
end
A: (1)wait(mutex); (2)signal(mutex); (3)wait(empty); (4)signal(full);
(5)wait(full); (6)signal(empty)。
B: (1)wait(mutex); (2)signal(mutex); (3)wait(empty); (4)signal(full);
(5)wait(full); (6)signal(empty)。
C: (1)wait(mutex); (2)signal(mutex); (3)wait(empty); (4)signal(full);
(5)wait(full); (6)signal(empty)。
D: (1)wait(mutex); (2)signal(mutex); (3)wait(empty); (4)signal(full);
(5)wait(full); (6)signal(empty)。
E: (1)wait(mutex); (2)signal(mutex); (3)wait(empty); (4)signal(full);
(5)wait(full); (6)signal(empty)。
F: (1)wait(mutex); (2)signal(mutex); (3)wait(empty); (4)signal(full);
(5)wait(full); (6)signal(empty)。
31. 试选择（A）~（D），以便能正确地描述图2.12所示的前趋关系。
Var a,b,c: semaphore:=0,0,0;
Begin Array Parbegin
Begin S1; (A); end;
Begin S2; (B); end;
Begin
Wait(a); wait(b); S3; (C);
End
Begin (D); S4 end
Parend
End
A: (1)signal(a); (2)signal(b); (3)wait(c); (4)signal(c)。
B: (1)signal(a); (2)signal(b); (3)wait(c); (4)signal(c)。
C: (1)signal(a); (2)signal(b); (3)wait(c); (4)signal(c)。
D: (1)signal(a); (2)signal(b); (3)wait(c); (4)signal(c)。
32．有两个程序：A程序按顺序使用CPU10秒、设备甲5秒、CPU5秒、设备乙10秒、CPU10秒；B程序按顺序使用设备甲10秒、CPU10秒、设备乙5秒、CPU5秒、设备乙10秒。在顺序环境下，执行上述程序，CPU的利用率约为（A）。若允许它们采用非抢占方式并发执行，并且不考虑切换等开销，则CPU的利用率约为（B）。
A（1）30%；（2）40%；（3）50%；（4）60%；（5）70%；（6）80%；（7）90%。
B（1）30%；（2）40%；（3）50%；（4）60%；（5）70%；（6）80%；（7）90%。
33. 从下面的叙述中选出一条正确的叙述：
（1）操作系统的一个重要概念是进程，不同的进程所执行的代码也不同。（2）操作系统通过PCB来控制和管理进程，用户进程可从PCB中读出与本身运行状态相关的信息。
（3）当进程由执行状态变为就绪状态时，CPU现场信息必须被保存在PCB中。（4）当进程申请CPU得不到满足时，它将处于阻塞状态。
（5）进程是可与其他程序并发执行的程序在一个数据集合上的运行过程，所以程序段是进程存在的唯一标志。
34. 从下面的叙述中选出4条正确的叙述：
（1）一个进程的状态发生变化总会引起其它一些进程的状态发生变化。
（2）进程被挂起（suspend）后，状态变为阻塞状态。
（3）信号量的初值不能为负数。
（4）线程是CPU调度的基本单位，但不是资源分配的基本单位。
（5）在进程对应的代码中使用wait、signal操作后，可以防止系统发生死锁。（6）管程每次只允许一个进程进入。
（7）wait、signal操作可以解决一切互斥问题。
（8）程序的顺序执行具有不可再现性。
35. 在引入线程的操作系统中，资源分配和调度的基本单位是（A），CPU调度和分配的基本单位是（B）。
A：（1）程序；（2）进程；（3）线程；（4）作业。
B：（1）程序；（2）进程；（3）线程；（4）作业。
36. 在三种基本类型的操作系统中，都设置了（A），在批处理系统中还应设置（B）；在分时系统中除了（A）以外，通常还设置了（C），在多处理机系统中则还需设置（D）。
A：（1）剥夺调度；（2）作业调度；（3）进程调度；（4）中级调度；（5）多处理机调度。
B：（1）剥夺调度；（2）作业调度；（3）进程调度；（4）中级调度；（5）多处理机调度。
C：（1）剥夺调度；（2）作业调度；（3）进程调度；（4）中级调度；（5）多处理机调度。
D：（1）剥夺调度；（2）作业调度；（3）进程调度；（4）中级调度；（5）多处理机调度。
1、数据结构和机器的数据表示之间是什么关系？确定和引入数据表示的基本原则是什么？ 答：数据表示是能由硬件直接识别和引用的数据类型。数据结构反映各种数据元素或信息单元之间的结构关系。数据结构要通过软件映象变换成机器所具有的各种数据表示实现，所以数据表示是数据结构的组成元素。不同的数据表示可为数据结构的实现提供不同的支持，表现在实现效率和方便性不同。数据表示和数据结构是软件、硬件的交界面。 除基本数据表示不可少外，高级数据表示的引入遵循以下原则：（1）看系统的效率有否提高，是否养活了实现时间和存储空间。（2）看引入这种数据表示后，其通用性和利用率是否高。 2、标志符数据表示与描述符数据表示有何区别？描述符数据表示与向量数据表示对向量数据结构所提供的支持有什么不同？ 答：标志符数据表示指将数据类型与数据本身直接联系在一起，让机器中每个数所都带类型樗位。其优点是：（1）简化了指令系统和程序设计；（2）简化了编译程序；（3）便于实现一致性校验；（4）能由硬件自动变换数据类型；（5）支持数据库系统的实现与数据类型无关；（6）为软件调试和应用软件开发提供支持。缺点是：（1）会增加程序所点的主存空间；（2）在微观上对机器的性能（运算速度）不利。 数据描述符指数据的描述与数据分开存放，描述所访问的数据是整块还是单个的，及访问该数据块或数据元素的地址住处它具备标志符数据表示的优点，并减少了标志符数据表示所占的空间，为向量和数组结构的实现提供支持。 数据描述符方法优于标志符数据表示，数据的描述与数据分开，描述所访问的数据是整块还是单个的，及访问该数据块或数据元素的地址信息，减少了樗符数据表示所占的窨。用描述符方法实现阵列数据的索引比用变址方法实现要方便，且便于检查出程序中的阵列越界错误。但它不能解决向量和数组的高速运算问题。而在有向量、数组数据表示的向量处理机上，硬件上设置有丰富的赂量或阵列运算指令，配有流水或阵列方式处理的高速运算器，不仅能快速形成向量、数组的元素地址，更重要的是便于实现把向量各元素成块预取到中央处理机，用一条向量、数组指令流水或同时对整个向量、数组高速处理．如让硬件越界判断与元素运算并行。这些比起用与向量、阵列无关的机器语言和数据表示串行实现要高效的多。 3、堆栈型机器与通用寄存器型机器的主要区别是什么？堆栈型机器系统结构为程序调用的哪些操作提供了支持？ 答：有堆栈数据表示的机器称为堆栈机器。它与一般通用寄存器型机器不同。通用寄存器型
MODERN OPERATING SYSTEMS SECOND EDITION PROBLEM SOLUTIONS ANDREW S.TANENBAUM Vrije Universiteit Amsterdam,The Netherlands PRENTICE HALL UPPER SADDLE RIVER,NJ 07458课后答案网 w w w .k h d a w .c o m
SOLUTIONS TO CHAPTER 1PROBLEMS 1.An operating system must provide the users with an extended (i.e.,virtual)machine,and it must manage the I/O devices and other system resources. 2.Multiprogramming is the rapid switching of the CPU between multiple processes in memory.It is commonly used to keep the CPU busy while one or more processes are doing I/O. 3.Input spooling is the technique of reading in jobs,for example,from cards,onto the disk,so that when the currently executing processes are ?nished,there will be work waiting for the CPU.Output spooling consists of ?rst copying printable ?les to disk before printing them,rather than printing directly as the output is generated.Input spooling on a personal computer is not very likely,but output spooling is. 4.The prime reason for multiprogramming is to give the CPU something to do while waiting for I/O to complete.If there is no DMA,the CPU is fully occu-pied doing I/O,so there is nothing to be gained (at least in terms of CPU utili-zation)by multiprogramming.No matter how much I/O a program does,the CPU will be 100percent busy.This of course assumes the major delay is the wait while data are copied.A CPU could do other work if the I/O were slow for other reasons (arriving on a serial line,for instance). 5.Second generation computers did not have the necessary hardware to protect the operating system from malicious user programs. 6.It is still alive.For example,Intel makes Pentium I,II,and III,and 4CPUs with a variety of different properties including speed and power consumption.All of these machines are architecturally compatible.They differ only in price and performance,which is the essence of the family idea. 7.A 25×80character monochrome text screen requires a 2000-byte buffer.The 1024×768pixel 24-bit color bitmap requires 2,359,296bytes.In 1980these two options would have cost $10and $11,520,respectively.For current prices,check on how much RAM currently costs,probably less than $1/MB. 8.Choices (a),(c),and (d)should be restricted to kernel mode. 9.Personal computer systems are always interactive,often with only a single user.Mainframe systems nearly always emphasize batch or timesharing with many users.Protection is much more of an issue on mainframe systems,as is ef?cient use of all resources. 10.Every nanosecond one instruction emerges from the pipeline.This means the machine is executing 1billion instructions per second.It does not matter at all how many stages the pipeline has.A 10-stage pipeline with 1nsec per 课后答案网 w w w .k h d a w .c o m
《计算机系统结构》习题解答 第一章(P33) 1.7 (1)从指定角度来看，不必要了解的知识称为透明性概念。 1.8见下表，“√”为透明性概念，“P ”表示相关课文页数。 1.12 已知Se=20 , 求作Fe-Sn 关系曲线。 将Se 代入Amdahl 定律得 e n F S 20 19 11 -= 1.13 上式中令Sn=2，解出Fe=10/19≈0.526 1.14 上式中令Sn=10，解出Fe=18/19≈0.947 1.15 已知两种方法可使性能得到相同的提高，问哪一种方法更好。 (1)用硬件组方法，已知Se=40，Fe=0.7，解出Sn=40/12.7≈3.1496（两种方法得到的相同性能） (2)用软件组方法，已知Se=20，Sn=40/12.7，解出Fe=27.3/38≈0.7184（第二种方法的百分比） (3)结论：软件组方法更好。因为硬件组需要将Se 再提高100%（20→40），而软件组只需将Fe 再提高1.84%（0.7→0.7184）。 Sn 20 1
1.17 57.34 .15 5 9.01.01≈= + = n S 1.18 记f ── 时钟频率，T=1/f ── 时钟周期，B ── 带宽（Byte/s ）。 方案一：)/(44 11s Byte f T B =?= 方案二：)/(5.3421 %252%752s Byte f T B =??+?= 1.19 由各种指令条数可以得到总条数，以及各百分比，然后代公式计算。 ∑===4 1 510i i IC IC (1)∑==?+?+?+?=? = 4 1 55.108.0215.0232.0245.01)(i i i IC IC CPI CPI (2)806.2555.140 10 55.11040106 66≈=??=?=CPI f MIPS (3)（秒）003876.040055 .110 6 ≈=?= MIPS IC T 1.21 (1)24.21.0812.0418.026.01=?+?+?+?=CPI (2)86.171024.21040106 6 6≈??=?= CPI f MIPS 1.24 记Tc ── 新方案时钟周期，已知CPI = CPI i = 1 原时间 = CPI × IC × 0.95Tc = 0.95IC ×Tc 新时间 = （0.3×2/3+0.7）× IC × Tc = 0.9IC ×Tc 二者比较，新时间较短。 第二章(P124) 2.3（忽略P124倒1行 ～ P125第8行文字，以简化题意）已知2种浮点数，求性能指标。 此题关键是分析阶码、尾数各自的最大值、最小值。 原图为数据在内存中的格式，阶码的小数点在其右端，尾数的小数点在其左端，遵守规格化要求。
第3章总线、中断与输入输出系统 3.1．简要举出集中式串行链接，定时查询和独立请求3种总线控制方式的优缺点。同时分析硬件产生故障时通讯的可靠性。 答：集中式串行链连接方式。其过程为： ①所有部件都经公共的“总线请求”线向总线控制器发使用总线申请。 ②当“总线忙”信号未建立时，“总线请求”才被总线控制器响应，送出“总线可用”信号，它串行地通过每个部件。 ③如果某部件未发过“总线请求”，则它将“总线可用”信号往下一部件转，如果某部件发过“总线请求”，则停止“总线可用”信号的传送。 ④该部件建立“总线忙”，并除去“总线请求”，此时该部件获得总线使用权，准备传送数据。 ⑤数据传送期间，“总线忙”维持“总线可用”的建立。 ⑥传送完成后，该部件去除“总线忙”信号和“总线可用”信号。 ⑦当“总线请求”再次建立时，就开始新的总线分配过程。 优点：①选择算法简单；②控制总线数少；③可扩充性好；④可靠性高。 缺点：①对“总线可用”线及其有关电路失效敏感，②不灵活；③总线中信号传送速度慢。 集中式定时查询方式，过程： ①总线上每个部件通过“总线请求”发请求。 ②若“总线忙”信号未建立，则计数器开始计数，定时查询个部件，以确定是谁发的请求。 ③当查询线上的计数值与发出请求的部件号一致时，该部件建立“总线忙”，计数停止，查询也停止。除去“总线请求”，该部件获得总线使用权。 ④“总线忙”维持到数据传送完毕。 ⑤数据传送完，去除“总线忙”。 ⑥当“总线请求”线上有新的请求，就开始下一个总线分配过程。 优点：①优先次序灵活性强；②可靠性高。 缺点：①控制线数较多；②扩展性较差；③控制较为复杂；④总线分配受限于计数信号，不能很高。 集中式独立请求方式，过程：
第三章内存管理习题 1.IBM360有一个设计，为了对2KB大小的块进行加锁，会对每个块分配一个4bit的密钥，这个密钥存在PSW（程序状态字）中，每次内存引用时，CPU都会进行密钥比较。但该设计有诸多缺陷，除了描述中所言，请另外提出至少两条缺点。 A：密钥只有四位，故内存只能同时容纳最多十六个进程；需要用特殊硬件进行比较，同时保证操作迅速。 2.在图3-3中基址和界限寄存器含有相同的值16384，这是巧合，还是它们总是相等？如果这只是巧合，为什么在这个例子里它们是相等的？ A：巧合。基地址寄存器的值是进程在内存上加载的地址；界限寄存器指示存储区的长度。 3.交换系统通过紧缩来消除空闲区。假设有很多空闲区和数据段随机分布，并且读或写32位长的字需要10ns的时间，紧缩128MB大概需要多长时间？为了简单起见，假设空闲区中含有字0，内存中最高地址处含有有效数据。 A：32bit=4Byte===>每字节10/4=2.5ns 128MB=1282^20=2^27Byte 对每个字节既要读又要写，22.5*2^27=671ms 4.在一个交换系统中，按内存地址排列的空闲区大小是10MB，4MB，20MB，18MB，7MB，9MB，12MB，和15MB。对于连续的段请求： (a) 12MB (b) 10MB (c) 9MB
使用首次适配算法，将找出哪个空闲区？使用最佳适配、最差适配、下次适配算法呢？ A：首次适配算法：20MB，10MB，18MB；最佳适配算法：12MB，10MB，9MB；最差适配算法：20MB；18MB；15MB；下次适配算法：20MB；18MB；9MB； 5.物理地址和虚拟地址有什么区别？ A：实际内存使用物理地址。这些是存储器芯片在总线上反应的数字。虚拟地址是指一个进程的地址空间的逻辑地址。因此，具有32位字的机器可以生成高达4GB的虚拟地址，而不管机器的内存是否多于或少于4GB。 6.对下面的每个十进制虚拟地址，分別使用4KB页面和8KB页面计算虚拟页号和偏移量：20000，32768，60000。 A：转换为二进制分别为：0100111000100000 虚拟地址应该是16位1000000000000000 1110101001100000 4KB页面偏移量范围0～4027，需要12位来存储偏移量，剩下4位作为页号；同理8KB页面需要13位来存储偏移量，剩下3位作为页号；所以，4KB | 8KB 页号| 偏移量| 页号| 偏移量20000 | 0100 111000100000 | 010 0111000100000 32768 | 1000 000000000000 | 100 0000000000000 60000 | 1110 101001100000 | 111 0101001100000 7. 使用图3-9的页表，给出下面每个虚拟地址对应的物理地址：
习题一 1、解释下列术语 计算机系统的外特性：通常所讲的计算机系统结构的外特性是指机器语言程序员或编译程序编写者所看到的外特性，即由他们所看到的计算机的基本属性（概念性结构和功能特性）。 计算机系统的内特性：计算机系统的设计人员所看到的基本属性，本质上是为了将有关软件人员的基本属性加以逻辑实现的基本属性。 模拟：模拟方法是指用软件方法在一台现有的计算机上实现另一台计算机的指令系统。 可移植性：在新型号机出台后，原来开发的软件仍能继续在升级换代的新型号机器上使用，这就要求软件具有可兼容性，即可移植性。可兼容性是指一个软件可不经修改或只需少量修改，便可由一台机器移植到另一台机器上运行，即同一软件可应用于不同环境。 Amdahl 定律：系统中对于某一部件采用某种更快的执行方式所能获得的系统性能改进程度，取决于这种执行方式被使用的频度或占总执行时间的比例。 虚拟机（Virtual Machine ）：指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。 6、 7、假定求浮点数平方根的操作在某台机器上的一个基准测试程序中占总执行时间的20%，为了增强该操作的性能，可采用两种不同的方法：一种是增加专门的硬件，可使求浮点数平方根操作的速度提高为原来的20倍；另一种方法是提高所有浮点运算指令的速度，使其为原来的2倍，而浮点运算指令的执行时间在总执行时间中占30%。试比较这两种方法哪一种更好些。 答：增加硬件的方法的加速比23.120 /2.0)2.01(1 1=+-= p S , 另一种方法的加速比176.12 /3.0)3.01(1 2=+-=p S ，经计算可知Sp1>Sp2第一种方 法更好些。 9、假设高速缓存Cache 的工作速度为主存的5倍，且Cache 被访问命中的概率
第四章文件系统习题 Q1: 给出文件/etc/passwd的五种不同的路径名。（提示：考虑目录项”.”和”…”。） A: /etc/passwd /./etc/passwd /././etc/passwd /./././etc/passwd /etc/…/etc/passwd /etc/…/etc/…/etc/passwd /etc/…/etc/…/etc/…/etc/passwd /etc/…/etc/…/etc/…/etc/…/etc/passwd Q2：在Windows中，当用户双击资源管理器中列出的一个文件时，就会运行一个程序，并以这个文件作为参数。操作系统要知道运行的是哪个程序，请给出两种不同的方法。 A:Windows使用文件扩展名。每种文件扩展名对应一种文件类型和某些能处理这种类型的程序。另一种方式时记住哪个程序创建了该文件，并运行那个程序。Macintosh以这种方式工作。
Q3：在早期的UNIX系统中，可执行文件（a.out）以一个非常特別的魔数开始，这个数不是随机选择的。这些文件都有文件头，后面是正文段和数据段。为什么要为可执行文件挑选一个非常特别的魔数，而其他类型文件的第一个字反而有一个或多或少是随机选择的魔数？ A：这些系统直接把程序载入内存，并且从word0（魔数）开始执行。为了避免将header作为代码执行，魔数是一条branch指令，其目标地址正好在header之上。按这种方法，就可能把二进制文件直接读取到新的进程地址空间，并且从0 开始运行。 Q4: 在UNIX中open系统调用绝对需要吗？如果没有会产生什么结果？ A: open调用的目的是：把文件属性和磁盘地址表装入内存，便与后续调用的快速访问。 首先，如果没有open系统调用，每次读取文件都需要指定要打开的文件的名称。系统将必须获取其i节点，虽然可以缓存它，但面临一个问题是何时将i节点写回磁盘。可以在超时后写回磁盘，虽然这有点笨拙，但它可能起作用。 Q5:在支持顺序文件的系统中总有一个文件回绕操作，支持随机存取
第1章计算机系统结构的基本概念 (1) 第2章指令集结构的分类 (10) 第3章流水线技术 (15) 第4章指令级并行 (37) 第5章存储层次 (55) 第6章输入输出系统 (70) 第7章互连网络 (41) 第8章多处理机 (45) 第9章机群 (45) 第1章计算机系统结构的基本概念 1.1 解释下列术语 层次机构：按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。这些层次依次为：微程序机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等。 虚拟机：用软件实现的机器。 翻译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。
解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复，直到解释执行完整个程序。 计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。 在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。 计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。 计算机实现：计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。 系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。 Amdahl定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。 程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。包括时间局部性和空间局部性。
1.一般用户更喜欢使用的系统是（）。 A.手工操作 B.单道批处理 C.多道批处理 D.多用户分时系统 2. 与计算机硬件关系最密切的软件是（）。 A.编译程序 B.数据库管理系统 C.游戏程序 D.OS 3. 现代OS具有并发性和共享性，是（）的引入导致的。 A.单道程序 B. 磁盘 C. 对象 D.多道程序 4. 早期的OS主要追求的是（）。 A.系统的效率 B.用户的方便性 C.可移植 D.可扩充性 5.（）不是多道程序系统 A.单用户单任务 B.多道批处理系统 C.单用户多任务 D.多用户分时系统 6.（）是多道操作系统不可缺少的硬件支持。 A.打印机 B.中断机构 C.软盘 D.鼠标 7. 特权指令可以在（）执行。 A.目态 B.浏览器中 C.任意的时间 D.进程调度中 8. 没有了（）计算机系统就启动不起来。 A.编译器 B.DBMS C.OS D.浏览器 9. 通道能够完成（）之间的数据传输。 A.CPU与外设 B.内存与外设 C.CPU与主存 D.外设与外设 10. 操作系统的主要功能有（）。 A.进程管理、存储器管理、设备管理、处理机管理 B.虚拟存储管理、处理机管理、进程调度、文件系统 C.处理机管理、存储器管理、设备管理、文件系统 D.进程管理、中断管理、设备管理、文件系统 11. 单处理机计算机系统中，（）是并行操作的。 A.处理机的操作与通道的操作是并行的 B.程序与程序 C.主程序与子程序 D.用户程序与操作系统程序 12. 处理机的所有指令可以在（）执行。 A.目态 B.浏览器中
C.任意的时间 D.系统态 13.（）功能不是操作系统直接完成的功能。 A.管理计算机硬盘 B.对程序进行编译 C.实现虚拟存储器 D.删除文件 14. 要求在规定的时间内对外界的请求必须给予及时响应的OS是（）。 A.多用户分时系统 B.实时系统 C.批处理系统时间 D.网络操作系统 15. 操作系统是对（）进行管理的软件。 A.硬件 B.软件 C.计算机资源 D.应用程序 16.（）对多用户分时系统最重要。 A.实时性 B.交互性 C.共享性 D.运行效率 17.（）对多道批处理系统最重要。 A.实时性 B.交互性 C.共享性 D.运行效率 18. ( )对实时系统最重要。 A.及时性 B.交互性 C.共享性 D.运行效率 19. Windows98是（）操作系统。 A.多用户分时 B.批处理系统 C.单用户多任务 D.单用单任务 20. 分布式系统与网络系统的主要区别是（） A.并行性 B.透明性 C.共享性 D.复杂性 21. ( )操作系统允许在一台主机上同时连接多台终端，多个用户可以通过各自的终端同时交互地使用计算机。 A.网络 B.分布式 C.分时 D.实时 22. 如果分时操作系统的时间片一定，那么（），则响应时间越长。 A.用户数越少 B.用户数越多 C.内存越小 D.内存越大 23. 下面6个系统中，必须是实时操作系统的有（）个。 ·航空订票系统 ·过程控制系统 ·机器口语翻译系统 ·计算机辅助系统
《操作系统教程》习题答案
习题1 1．单项选择题 （1）大中小型计算机是以为中心的计算机系统。 A、CPU B、存储器 C、系统总线 D、通道 （2）以下关于操作系统的说法正确的是。 A、批处理系统是实现人机交互的系统 B、批处理系统具有批处理功能，但不具有交互能力 C、分时系统是实现自动控制，无须人为干预的系统 D、分时系统即具有分时交互能力，又具有批处理能力 （3）操作系统的职能是管理软硬件资源、合理地组织计算机工作流程和。 A、为用户提供良好的工作环境和接口 B、对用户的命令作出快速响应 C、作为服务机构向其它站点提供优质服务 D、防止有人以非法手段进入系统 （4）设计实时操作系统时，首先应考虑系统的。 A、可靠性和灵活性 B、实时性和可靠性 C、优良性和分配性 D、灵活性和分配性 （5）多道程序设计是指。 A、在分布式系统中同一时刻运行多个程序 B、在一台处理器上并行运行多个程序 C、在实时系统中并发运行多个程序 D、在一台处理器上并发运行多个程序 （6）以下关于并发性和并行性的说法正确的是。 A、并发性是指两个及多个事件在同一时刻发生 B、并发性是指两个及多个事件在同一时间间隔内发生 C、并行性是指两个及多个事件在同一时间间隔内发生 D、并发性是指进程，并行性是指程序 （1）B （2）B （3）A （4）B （5）D （6）B 2．填空题 （1）微机是以总线为纽带构成的计算机系统。 （2）在批处理兼分时系统中，往往把由分时系统控制的作业称为前台作业，把由批处理系统控制的作业称为后台作业。 （3）在分时系统中，若时间片长度一定，则用户数越多，系统响应时间越慢。 （4）分布式操作系统能使系统中若干台计算机协同完成一个共同的任务，分解问题成为子计算并使之在系统中各台计算机上并行执行，以充分利用各计算机的优势。 （5）用户通过网络操作系统可以网络通信、资源共享，从而大大扩展了计算机的应用范围。 3．简答题 （1）什么是操作系统？现代操作系统的基本特征是什么？并发性 （2）什么是批处理系统，衡量批处理系统好坏的主要指标是什么？及时性 （3）试述分时系统的原理及其特性。时间片原则交互性同时性独立性及时性
习题四 1.教材P88 存储层次的访问效率e计算公式。 e=T A1/(H T A1+(1-H) T A2) e H T A1+ e(1-H) T A2= T A1 H T A1+ (1-H) T A2= T A1/ e H T A1 -H T A2= T A1/ e- T A2 H (T A1 - T A2) = T A1/ e- T A2 H = T A1/ e- T A2/ (T A1 - T A2) H = T A1(1/ e- T A2/ T A1)/ T A1 (1- T A2/ T A1) H = (1/ e- T A2/ T A1)/ (1- T A2/ T A1) 把题意的条件带入，命中率H=(1/ e- T A2/ T A1)/ (1- T A2/ T A1) =(1/ 0.8- 10-2/ 10-7)/ (1- 10-2/ 10-7) =0.999999975 实际上，这样高的命中率是极难达到的。 在主辅存之间增设一级存储器，让其速度介于主存辅存之间，让主存与中间级的访问时间比为1：100，中间级与辅存之间的访问时间比为1：1000，将它们配上相应辅助软硬件，组成一个三级存储层次，这样，可以使第1级主存的命中率降低到 H=(1/ 0.8- 10-5/ 10-7)/ (1- 10-5/ 10-7) =0.997 1.教材P84 每个存储周期能访问到的平均字数 B=(1-(1-λ)m)/λ=(1-0.7532)/0.25 ≈4 既每个存储周期能访问到的平均字数为4。 若将λ=25%，m=16代入得
B=(1-(1-λ)m)/λ=(1-0.7516)/0.25 =3.96 既每个存储周期能访问到的平均字数为3.96。 可见，模数m不宜太大，否则性能改进不大。 3．教材P81。m个存储体并行的最大频宽B m=W*m/T M，根据题意，实际频宽要低于最大频宽。即实际频宽≤0.6最大频宽。 4*106B/s≤0.6*4 B*m/(2*10-6 s) 4≤0.6* m*4/2 2≤0.6* m 3.333≤ m m取2的幂，即m为4。 4.教材P91。根据题意，画出页表。 虚存页号实页号装入位 0 3 1 1 1 1 2 2 0 3 3 0 4 2 1 5 1 0 6 0 1 7 0 0 ⑴发生页面失效的全部虚页号就是页映像表中所有装入位为0的行所对应的虚页号的集合。本题为2，3，5，7。 ⑵按以下虚地址计算主存实地址的情况列表 虚地址虚存 页号页内位移装入 位 实页号页内位移实地址 0 0 0 1 3 0 （3*1024+0）3072 3728（3*1024+656） 3 656 0 页面失效页面失效无 1023（0*1024+1023）0 1023 1 3 1023 （3*1024+1023）4095 1024（1*1024+0） 1 0 1 1 0 （1*1024+0）1024 2055（2*1024+7） 2 7 0 页面失效页面失效无 7800（7*1024+632）7 632 0 页面失效页面失效无
计算机体系结构课后答案
计算机体系结构课后答案 【篇一：计算机体系结构习题(含答案)】 1、尾数用补码、小数表示，阶码用移码、整数表示，尾数字长p=6（不包括符号位），阶码字长q=6（不包括符号位），为数基值rm=16，阶码基值re=2。对于规格化浮点数，用十进制表达式写出如下数据（对于前11项，还要写出16进值编码）。 （1）最大尾数（8）最小正数 （2）最小正尾数（9）最大负数 （3）最小尾数（10）最小负数 （4）最大负尾数（11）浮点零 （5）最大阶码（12）表数精度 （6）最小阶码（13）表数效率 （7）最大正数（14）能表示的规格化浮点数个数 2．一台计算机系统要求浮点数的精度不低于10-7.2，表数范围正数不小于1038，且正、负数对称。尾数用原码、纯小数表示，阶码用移码、整数表示。 (1) 设计这种浮点数的格式 (2) 计算（1）所设计浮点数格式实际上能够表示的最大正数、最大负数、表数精度和表数效率。 3．某处理机要求浮点数在正数区的积累误差不大于2-p-1 ，其中，p是浮点数的尾数长度。 (1) 选择合适的舍入方法。
(2) 确定警戒位位数。 (3) 计算在正数区的误差范围。 4．假设有a和b两种不同类型的处理机，a处理机中的数据不带标志符，其指令字长和数据字长均为32位。b处理机的数据带有标志符，每个数据的字长增加至36位，其中有4位是标志符，它的指令数由最多256条减少到不到64条。如果每执行一条指令平均要访问两个操作数，每个存放在存储器中的操作数平均要被访问8次。对于一个由1000条指令组成的程序，分别计算这个程序在a处理机和b处理机中所占用的存储空间大小（包括指令和数据），从中得到什么启发？ 5．一台模型机共有7条指令，各指令的使用频率分别为35%，25%，20%，10%，5%，3%和2%，有8个通用数据寄存器，2个变址寄存器。 (1) 要求操作码的平均长度最短，请设计操作码的编码，并计算所设计操作码的平均长度。 6．某处理机的指令字长为16位，有双地址指令、单地址指令和零地址指令3类，并假设每个地址字 段的长度均为6位。 (1) 如果双地址指令有15条，单地址指令和零地址指令的条数基本相同，问单地址指令和零地址指令各有多少条？并且为这3类指令分配操作码。 (2) 如果要求3类指令的比例大致为1：9：9，问双地址指令、单地址指令和零地址指令各有多少条？并且为这3类指令分配操作码。 7．别用变址寻址方式和间接寻址方式编写一个程序，求c=a+b，其中，a与b都是由n个元素组成的一维数组。比较两个程序，并回答下列问题： (1) 从程序的复杂程度看，哪一种寻址方式更好？
操作系统教程第5版课后答案 费祥林、骆斌编著 第一章操作系统概论 习题一 一、思考题 1.简述现代计算机系统的组成及层次结构。 答：现代计算机系统由硬件和软件两个部分组成。是硬件和软件相互交织形成的集合体，构成一个解决计算问题的工具。硬件层提供基本可计算的资源，包括处理器、寄存器、内存、外存及I/O设备。软件层由包括系统软件、支撑软件和应用软件。其中系统软件是最靠近硬件的。 2、计算机系统的资源可分成哪几类？试举例说明。 答：包括两大类，硬件资源和信息资源。硬件资源分为处理器、I/O设备、存储器等；信息资源分为程序和数据等。 3.什么是操作系统？操作系统在计算机系统中的主要作用是什么？ 答：操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。 操作系统在计算机系统中主要起4个方面的作用。 （1）服务用户观点——操作系统提供用户接口和公共服务程序 （2）进程交互观点——操作系统是进程执行的控制者和协调者 （3）系统实现观点——操作系统作为扩展机或虚拟机 （4）资源管理观点——操作系统作为资源的管理者和控制者 4.操作系统如何实现计算与操作过程的自动化？ 答：大致可以把操作系统分为以下几类：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。其中批处理操作系统能按照用户预先规定好的步骤控制作业的执行，实现计算机操作的自动化。又可分为批处理单道系统和批处理多道系统。单道系统每次只有一个作业装入计算机系统的主存储器运行，多个作业可自动、顺序地被装入运行。批处理多道系统则允许多个作业同时装入主存储器，中央处理器轮流地执行各个作业，各个作业可以同时使用各自所需的外围设备，这样可以充分利用计算机系统的资源，缩短作业时间，提高系统的吞吐率 5．操作系统要为用户提供哪些基本的和共性的服务？ 答：（1）创建程序和执行程序；（2）数据I/O和信息存取；（3）通信服务；（4）差错检测和处理。为了保证高效率、高质量的工作，使得多个应用程序能够有效的共享系统资源，提高系统效率，操作系统还具备一些其他的功能：资源分配，统计，保护等。 6.试述操作系统所提供的各种用户接口。 答：操作系统通过程序接口和操作接口将其服务和功能提供给用户。程序接口由一组系统调用组成，在应用程序中使用“系统调用”可获得操作系统的低层服务，访问或使用系统管理的各种软硬件资源，是操作系统对外提供服务和功能的手段；操作接口由一组命令和（或）作业控制语言组成，是操作系统为用户提
3.某模型机有10条指令I1～I10，它们的使用频度分别为0.3，0.24，0.16，0.12，0.07，0.04，0.03，0.02， 0.01，0.01。 (1)计算采用等长操作码表示时的信息冗余量。 (2)要求操作码的平均长度最短，试设计操作码的编码，并计算所设计操作码的平均长度。 (3)只有二种码长，试设计平均码长最短的扩展操作码编码并计算平均码长。 (4)只有二种码长，试设计平均码长最短的等长扩展码编码并计算平均码长。 3.(1)采用等长操作码表示时的信息冗余量为33.5%。 (2)操作码的Huffman编码法如表2.2所示，此种编码的平均码长为2.7位。 表2.2 操作码的Huffman编码法、2-5扩展码和2-4等长扩展码编码法 (4)操作码的2-4等长扩展码编码法如表2.2所示，此种编码的平均码长为2.92位。 5.若某机设计有如下格式的指令： 三地址指令12种，一地址指令254种，设指令字的长度为16位，每个地址码字段的位数均为4位。若操作码的编码采用扩展操作码，问二地址指令最多可以设计多少种？ 5.二地址指令最多可以设计48种。 6.一台模型机共有9条指令I1～I9，各指令的使用频度分别为30%，20%，20%，10%，8%，6%，3%，2%，1%。该模型机有8位和16位两种指令字长。8位字长指令为寄存器-寄存器（R-R）二地址类型，16位字长指令为寄存器-存储器（R-M）二地址变址寻址类型。 (1)试设计有二种码长的扩展操作码，使其平均码长最短，并计算此种编码的平均码长。 (2)在(1)的基础上，该机允许使用多少个可编址的通用寄存器？ (3)若采用通用寄存器作为变址寄存器，试设计该机的两种指令格式，并标出各字段的位数。 (4)计算变址寻址的偏移地址范围。 6.(1)操作码的2-5扩展码编码法如表2.3所示，此种编码的平均码长为2.9位。 表2.3 操作码的Huffman编码法和2-4等长扩展码编码法
第1章 计算机系统结构的基本概念 试用实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系。 答：如在设计主存系统时，确定主存容量、编址方式、寻址范围等属于计算机系统结构。确定主存周期、逻辑上是否采用并行主存、逻辑设计等属于计算机组成。选择存储芯片类型、微组装技术、线路设计等属于计算机实现。 计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现。计算机实现是计算机组成的物理实现。一种体系结构可以有多种组成。一种组成可以有多种实现。 计算机系统设计中经常使用的4个定量原理是什么？并说出它们的含义。 答：（1）以经常性事件为重点。在计算机系统的设计中，对经常发生的情况，赋予它优先的处理权和资源使用权，以得到更多的总体上的改进。（2）Amdahl 定律。加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比，受限于该部件在系统中所占的重要性。（3）CPU 性能公式。执行一个程序所需的CPU 时间 = IC ×CPI ×时钟周期时间。（4）程序的局部性原理。程序在执行时所访问地址的分布不是随机的，而是相对地簇聚。 计算机系统中有三个部件可以改进，这三个部件的部件加速比为： 部件加速比1=30； 部件加速比2=20； 部件加速比3=10 （1） 如果部件1和部件2的可改进比例均为30%，那么当部件3的可改进比例为多少时，系统加速比才可以达到10？ （2） 如果三个部件的可改进比例分别为30%、30%和20%，三个部件同时改进，那么系统中不可加速部分的执行时间在总执行时间中占的比例是多少？ 解：（1）在多个部件可改进情况下，Amdahl 定理的扩展： ∑∑+-= i i i n S F F S )1(1 已知S 1＝30，S 2＝20，S 3＝10，S n ＝10，F 1＝，F 2＝，得： ） （）（10/20/0.330/0.30.30.3-11 1033F F +++++= 得F 3＝，即部件3的可改进比例为36%。 （2）设系统改进前的执行时间为T ，则3个部件改进前的执行时间为：（++）T = ，不可改进部分的执行时间为。 已知3个部件改进后的加速比分别为S 1＝30，S 2＝20，S 3＝10，因此3个部件改进后的执行时间为： T T T T T n 045.010 2.020 3.0303.0'=++= 改进后整个系统的执行时间为：Tn = + = 那么系统中不可改进部分的执行时间在总执行时间中占的比例是： 82.0245.02.0=T T 假设某应用程序中有4类操作，通过改进，各操作获得不同的性能提高。具体数据如下表所示： 操作类型 程序中的数量 （百万条指令） 改进前的执行时间 （周期） 改进后的执行时间 （周期）
1．1 概述数字计算机的发展经过了哪几个代？各代的基本特征是什么？ 略。 1．2 你学习计算机知识后，准备做哪方面的应用？ 略。 1．3 试举一个你所熟悉的计算机应用例子。 略。 1．4 计算机通常有哪些分类方法？你比较了解的有哪些类型的计算机？ 略。 1．5 计算机硬件系统的主要指标有哪些？ 答：机器字长、存储容量、运算速度、可配置外设等。答：计算机硬件系统的主要指标有：机器字长、存储容量、运算速度等。 1．6 什么是机器字长？它对计算机性能有哪些影响？ 答：指CPU一次能处理的数据位数。它影响着计算机的运算速度，硬件成本、指令系统功能，数据处理精度等。 1．7 什么是存储容量？什么是主存？什么是辅存？ 答：存储容量指的是存储器可以存放数据的数量（如字节数）。
它包括主存容量和辅存容量。 主存指的是CPU能够通过地址线直接访问的存储器。如内存等。 辅存指的是CPU不能直接访问，必须通过I/O接口和地址变换等方法才能访问的存储器，如硬盘，u盘等。 1．8 根据下列题目的描述，找出最匹配的词或短语，每个词或短语只能使用一次。 （1）为个人使用而设计的计算机，通常有图形显示器、键盘和鼠标。 （2）计算机中的核心部件，它执行程序中的指令。它具有加法、测试和控制其他部件的功能。 （3）计算机的一个组成部分，运行态的程序和相关数据置于其中。 （4）处理器中根据程序的指令指示运算器、存储器和I/O设备做什么的部件。 （5）嵌入在其他设备中的计算机，运行设计好的应用程序实现相应功能。 （6）在一个芯片中集成几十万到上百万个晶体管的工艺。（7）管理计算机中的资源以便程序在其中运行的程序。 （8）将高级语言翻译成机器语言的程序。
现代操作系统第二章进程与线程习题 1. 图2-2中给出了三个进程状态，在理论上，三个状态可以有六种转换，每个状态两个。但是，图中只给出了四种转换。有没有可能发生其他两种转换中的一个或两个 A:从阻塞到运行的转换是可以想象的。假设某个进程在I/O上阻塞，而且I/O结束，如果此时CPU空闲，该进程就可以从阻塞态直接转到运行态。而另外一种转换（从阻塞态到就绪态）是不可能的。一个就绪进程是不可能做任何会产生阻塞的I/O或者别的什么事情。只有运行的进程才能被阻塞。 2.假设要设计一种先进的计算机体系结构，它使用硬件而不是中断来完成进程切换。CPU需要哪些信息请描述用硬件完成进程切换的工作过程。 A:应该有一个寄存器包含当前进程表项的指针。当I/O结束时，CPU将把当前的机器状态存入到当前进程表项中。然后，将转到中断设备的中断向量，读取另一个过程表项的指针（服务例程），然后，就可以启动这个进程了。 3.当代计算机中，为什么中断处理程序至少有一部分是用汇编语言编写的 A：通常，高级语言不允许访问CPU硬件，而这种访问是必需的。例如，中断处理程序可能需要禁用和启用某个特定设备的中断服务，或者处理进程堆栈区的数据。另外，中断服务例程需要尽快地执行。（补充）主要是出于效率方面的考量。中断处理程序需要在尽量短的时间内完成所需的必要处理，尽量减少对线程/程序流造成的影响，因此大部分情况下用汇编直接编写，跳过了通用编译过程中冗余的适配部分。 4.中断或系统调用把控制转给操作系统时，为什么通常会用到与被中断进程的栈分离的内核栈 A：内核使用单独的堆栈有若干的原因。其中两个原因如下：首先，不希望操作系统崩溃，由于某些用户程序不允许足够的堆栈空间。第二，如果内核将数据保留在用户空间，然后从系统调用返回，那么恶意的用户可能使用这些数据找出某些关于其它进程的信息。 5.一个计算机系统的内存有足够的空间容纳5个程序。这些程序有一半的时间处于等待I/O的空闲状态。请问CPU时间浪费的比例是多少 A：^5 =%