计机操作系统习题答案(3)

（5） 作业调度与进程调度二者间如何协调工作？ 作业调度和进程调度是CPU主要的两级调度。作业调度是宏观调度，它所选择的作业只是具有获得处理机的资格，但尚未占有处理机，不能立即在其上实际运行。而进程调度是微观调度，它根据一定的算法，动态地把处理机实际地分配给所选择的进程，使之真正活动起来。

（6） 在确定调度方式和调度算法时，常用的评价准则有哪些？

在确定调度方式和调度算法时，常用的评价准则有：CPU利用率，吞吐量，周转时间，就绪等待时间和响应时间。

（7） 简述先来先服务法、时间片轮转法和优先级调度算法的实现思想。

先来先服务调度算法（FCFS）的实现思想：按作业（或进程）到来的先后次序进行调度，即先来的先得到执行。

时间片轮转法（RR）的实现思想：系统把所有就绪进程按先入先出的原则排成一个队列。新来的进程加到就绪队列末尾。每当执行进程调度时，进程调度程序总是选出就绪队列的队首进程，让它在CPU上运行一个时间片的时间。当进程用完分给它的时间片后，调度程序便停止该进程的运行，并把它放入就绪队列的末尾；然后，把CPU分给就绪队列的队首进程。

优先级调度算法的实现思想：是从就绪队列中选出优先级最高的进程，把CPU分给它使用。又分为非抢占式优先级法和抢占式优先级法。前者是：当前占用CPU的进程一直运行下去，直到完成任务或者因等待某事件而主动让出CPU时，系统才让另一个优先级高的进程占用CPU。后者是：当前进程在运行过程中，一旦有另一个优先级更高的进程出现在就绪队列中，进程调度程序就停止当前进程的运行，强行将CPU分给那个进程。

（8） 中断响应主要做哪些工作？由谁来做？ 中断响应主要做的工作是：

①中止当前程序的执行；

②保存原程序的断点信息（主要是程序计数器PC和程序状态寄存器PS的内容）； ③转到相应的处理程序。 中断响应由硬件实施。

（9） 一般中断处理的主要步骤是什么？

一般中断处理的主要步骤是：保存被中断程序的现场，分析中断原因，转入相应处理程序进行处理，恢复被中断程序现场（即中断返回）。

（10） 简述一条shell命令在Linux系统中的实现过程。

一条shell命令在Linux系统中的执行过程基本上按照如下步骤： ① 读取用户由键盘输入的命令行。

② 分析命令，以命令名作为文件名，其他参数改造为系统调用execve( )内部处理所要求的形式。

③ 终端进程调用fork( )建立一个子进程。

④ 终端进程本身用系统调用wait4( )来等待子进程完成（如果是后台命令，则不等待）。当子进程运行时调用execve( )，子进程根据文件名（即命令名）到目录中查找有关文件（这

是命令解释程序构成的文件），调入内存，执行这个程序（即执行这条命令）。

⑤ 如果命令末尾有&号（后台命令符号），则终端进程不用执行系统调用wait4( )，而是立即发提示符，让用户输入下一个命令，转步骤（1）。如果命令末尾没有&号，则终端进程要一直等待，当子进程（即运行命令的进程）完成工作后要终止，向父进程（终端进程）报告，此时终端进程醒来，在做必要的判别等工作后，终端进程发提示符，让用户输入新的命令，重复上述处理过程。

（11） Linux系统中，进程调度的方式和策略是什么？对用户进程和核心进程如何调度？

Linux系统的调度方式基本上采用“抢占式优先级”方式。

Linux系统针对不同类别的进程提供了三种不同的调度策略，即适合于短实时进程的FIFO，适合于每次运行需要较长时间实时进程的时间片轮转法，适合于交互式的分时进程传统的UNIX调度策略。

Linux系统核心为每个进程计算出一个优先级，高优先级的进程优先得到运行。在运行过程中，当前进程的优先级随时间递减，这样就实现了“负反馈”作用，即经过一段时间之后，原来级别较低的进程就相对“提升”了级别，从而有机会得到运行。

Linux系统的调度方式基本上采用“抢占式优先级”方式，当进程在用户模式下运行时，不管它是否自愿，核心在一定条件下（如该进程的时间片用完或等待I/O）可以暂时中止其运行，而调度其他进程运行。一旦进程切换到内核模式下运行时，就不受以上限制，而一直运行下去，仅在重新回到用户模式之前才会发生进程调度。

6． 思考题

（1） 处理机调度一般可分为哪三级？其中哪一级调度必不可少？为什么？ 处理机调度一般可分为高级调度（作业调度）、中级调度和低级调度（进程调度）。其中进程调度必不可少。

进程只有在得到CPU之后才能真正活动起来，所有就绪进程经由进程调度才能获得CPU的控制权；实际上，进程调度完成一台物理的CPU转变成多台虚拟（或逻辑）的CPU的工作；进程调度的实现策略往往决定了操作系统的类型，其算法优劣直接影响整个系统的性能。

（2） 作业提交后是否马上放在内存中？为什么？

在批处理系统中,作业提交后并不是马上放在内存中。其原因是：内存容量有限，而提交的作业数量可能很多，无法把它们都放入内存；即使都放入内存，当内存中可以同时运行的作业太多时，会影响系统的性能，如使周转时间太长；另外，大量作业被收容在输入井（磁盘）中，可以选择对资源需求不同的作业进行合理搭配，再放在内存中，从而使得系统中各部分资源都得到均衡利用。

（3） 假定在单CPU条件下有下列要执行的作业： 作业 1 2 3 4 5 运行时间 10 1 2 1 5 优先级 3 1 3 4 2 作业到来的时间是按作业编号顺序进行的（即后面作业依次比前一个作业迟到一个时间单位）。

① 用一个执行时间图描述在下列算法时各自执行这些作业的情况：先来先服务法FCFS、时间片轮转法RR（时间片＝1）和非抢占式优先级。

② 对于上述每种算法，各个作业的周转时间是多少？平均周转时间是多少？

③ 对于上述每种算法，各个作业的带权周转时间是多少？平均带权周转时间是多少？

① 先来先服务法（FCFS）

作业1 作业2 作业3 作业4 作业5

0 10 11 13 14 19 t

时间片轮转法（RR）

作业 1 2 1 3 4 1 5 3 1 5 1 5 1 5 1 5 1 1 1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 t

非抢占式优先级:

作业1 作业4 作业3 作业5 作业2

0 10 11 13 18 19 t

②和 ③

先来先服务法（FCFS）

作业 到达时间 运行时间 完成时间 周转时间 带权周转时间 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 10 1 2 1 5 10 11 13 14 19 6.1 10 10 11 11 15 11.4 1.0 10.0 5.5 11.0 3.0 平均周转时间 平均带权周转时间

时间片轮转法（RR）

作业 1 2 3 4 5 到达时间 0 1 2 3 4 运行时间 完成时间 周转时间 带权周转时间 10 1 2 1 5 19 2 8 5 16 8.0 2.06 19 1 6 2 12 1.9 1.0 3.0 2.0 2.4 平均周转时间 平均带权周转时间

非抢占式优先级

作业 1 2 3 4 5 到达时间 0 1 2 3 4 运行时间 完成时间 周转时间 带权周转时间 10 1 2 1 5 10 19 13 11 18 12.2 7.06 10 18 11 8 14 1.0 18.0 5.5 8.0 2.8 平均周转时间 平均带权周转时间

注意：本教材按照Linux系统的约定，优先数小的优先级高。本试题给出的条件中直接给出的是优先级，数大的则优先级高。如果试题给出的是优先数，则数小的优先级高。

如果将本试题改为：

作业 1 2 3 4 运行时间 10 1 2 1 优先数 2 4 2 1 5 5 3 则作业2-5优先级从高到低次序为：作业4、作业3、作业5、作业2。上面的解答仍然正确。

第4章 教材习题解答

1． 基本概念和术语

逻辑地址、物理地址、逻辑地址空间、内存空间、重定位、静态重定位、动态重定位、碎片、碎片紧缩、虚拟存储器、快表、页面抖动

用户程序经编译之后的每个目标模块都以0为基地址顺序编址，这种地址称为相对地址或逻辑地址。

内存中各物理存储单元的地址是从统一的基地址开始顺序编址的，这种地址称为绝对地址或物理地址。

由程序中逻辑地址组成的地址范围叫做逻辑地址空间，或简称为地址空间。

由内存中一系列存储单元所限定的地址范围称作内存空间，也称物理空间或绝对空间。 程序和数据装入内存时，需对目标程序中的地址进行修改。这种把逻辑地址转变为内存物理地址的过程称作重定位。

静态重定位是在目标程序装入内存时，由装入程序对目标程序中的指令和数据的地址进行修改，即把程序的逻辑地址都改成实际的内存地址。

动态重定位是在程序执行期间，每次访问内存之前进行重定位。这种变换是靠硬件地址转换机构实现的。

内存中这种容量太小、无法被利用的小分区称作―碎片‖或―零头‖。

为解决碎片问题，移动某些已分配区的内容，使所有进程的分区紧挨在一起，而把空闲区留在另一端。这种技术称为紧缩（或叫拼凑）。

虚拟存储器是用户能作为可编址内存对待的虚拟存储空间，它使用户逻辑存储器与物理存储器分离，是操作系统给用户提供的一个比真实内存空间大得多的地址空间。

为了解决在内存中放置页表带来存取速度下降的矛盾，可以使用专用的、高速小容量的联想存储器，也称作快表。

若采用的置换算法不合适，可能出现这样的现象：刚被换出的页，很快又被访问，为把它调入而换出另一页，之后又访问刚被换出的页，……如此频繁地更换页面，以致系统的大部分时间花费在页面的调度和传输上。此时，系统好像很忙，但实际效率却很低。这种现象称为―抖动‖。

2． 基本原理和技术

（1） 存储器一般分为哪些层次？各有何特性？ 存储器一般分为寄存器、高速缓存、内存、磁盘和磁带。

CPU内部寄存器，其速度与CPU一样快，但它的成本高，容量小。

高速缓存（Cache），它们大多由硬件控制。Cache的速度很快，它们放在CPU内部或非常靠近CPU的地方。但Cache的成本很高，容量较小。

内存（或称主存），它是存储器系统的主力，也称作RAM（随机存取存储器）。CPU可以直接存取内存及寄存器和Cache中的信息。然而，内存中存放的信息是易变的，当机器电源被关闭后，内存中的信息就全部丢失了。

磁盘（即硬盘），称做辅助存储器（简称辅存或外存），它是对内存的扩展，但是CPU不能直接存取磁盘上的数据。磁盘上可以永久保留数据，而且容量特别大。磁盘上数据的存取速度低于内存存取速度。

磁带保存的数据更持久，容量更大，但它的存取速度很慢，而且不适宜进行随机存取。所以，磁带设备一般不能用做辅存。它的主要用途是作为文件系统的后备，存放不常用的信息或用做系统间传送信息的介质。

（2） 装入程序的功能是什么？常用的装入方式有哪几种？

装入程序的功能是根据内存的使用情况和分配策略，将装入模块放入分配到的内存区中。

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