HNU-操作系统OS-2023期中考试_湖南大学操作系统期中

前言

【2023.4.17】

今天考了OS期中考试，特别傻地最后改错了一道10分的题目，很难受。应该是考差了。

回忆一下今天考试的题目，为可能需要的后继者提供帮助（往年期中考题极难获得）

我这里先给出题目，有时间我再补充答案，太忙了，实验和小班，喘不过气来。

欢迎物理催更

【2023.5.20补充】

今天验收的时候恰好助教找我们做验证第四题，就顺便做了新的一些更新，更新算完全了）

【2024.5.10补充】

关于第4题进程号的补充

【2024.5.11更正】

1.4更正答案，给出了具体计算方法。给出了两种计算方法，以及比较。推荐使用第一种。

试卷总共6道题目

第一题：基础题（20分）

1.1（4分）

进程状态一共有多少个，是哪些？哪些状态只出现一次，哪些出现多次？

答：

• 初始，运行，就绪，阻塞，结束
• 只出现一次：初始，结束
• 出现多次：运行，就绪，阻塞

1.2（4分）

请结合进程状态转移图来说明，哪些是抢占式的，哪些是非抢占式的。

这道题不太确定。放张状态图在这里，等确定了再更新，或者就一直不知道了 

【2024.5.10补充】

应该问的是下图中哪几条线是抢占式的，哪几条线是非抢占式的（我不是很明白在问什么，有点迷）

1.3（4分）

fork()与exec()调用的区别

答到：一个创建新的进程，一个不创建新的进程，即可，我觉的啊。

1.4（8分）

基于抢占式的调度，优先权值越小表示越优先，运行调度程序和进程切换用时1μs。

从0开始调度程序，问平均周转时间为多少。

这个要自己计算，我算出来46.3【似乎正确】，注意在第一个个调度程序运行之前也要考虑切换的1μs

【2024.5.11补充】这道题跟去我之前放的一张卷子有一道题很像，就是这里注意优先权值越小表示越优先，正好相反。

周转时间：从到达开始，到完毕结束，这一整个过程的时间

【计算过程1】【推荐，这种是我考试时的做法】

这里理解为，现在是0时刻，此时P3已经到达了，1μs后，P2到达，再1μs后，P1到达：

• 0时刻，P3到达后，一开始没有与P3竞争的，准备调度P3，需要1μs切换。
• 1时刻，P2到达后，由于P2优先级比P3小，故仍然是P3运行。这段时间P3在运行.
• 2时刻，P1到达后，由于P1优先级比P3大，且是抢占式的，P1将取代P3先运行。准备调度P1，需要1μs切换。
• 3时刻，切换至P1，运行12μs。
• 15时刻，P1运行完成，调度发现P3优先级较大，准备调度P3，需要1μs切换。
• 16时刻，切换至P3，运行35μs。
• 51时刻，P3运行完成，只剩P2，准备调度P3，需要1μs切换。
• 52时刻，切换至P2，运行24μs。
• 76时刻，P2运行完成。

表格如下：

P1周转 = 15 - 2 = 13

P2周转 = 76 - 1 = 75

P3周转 = 51 - 0 = 51

Pavg = （13 + 76 + 52） / 3 = 139 / 3 = 46.3

【计算过程2】【不推荐，这种似乎有硬往去年那张卷子上靠的嫌疑，有点生硬】

这里的到达时间理解为：在现在这个时刻（也就是要开始调度的时候），该进程已经到达了多久。

【这个应该是参考了去年的那张卷子，有了思维的惯性，但跟这道题其实不太契合】

调度顺序是 P1 P3 P2

运行时间轴

     P1        P3       P2

1   12   1   36   1   24

计算公式：P周转 = 开始之前的等待时间 + 运行时间

P1周转 = 2 + 1 + 12 = 15

P3周转 = 0 + 14 + 36 = 50

P2周转 = 1 + 51 + 24 = 76

Pavg = （15 + 50 + 76） / 3 = 47 s

第二题：MLFQ多级反馈队列（10分）

问五条规则及其相应作用

五条规则：

1. 如果A的优先级 > B的优先级，运行A（不运行B）
2. 如果A的优先级 = B的优先级，轮转运行A和B
3. 工作进入系统时，放在最高优先级（最上层队列）
4. 一旦工作用完了其在某一层中的时间配额（无论中间主动放弃了多少次CPU），就降低其优先级（移入低一级队列）
5. 经过一段时间S，就将系统中所有工作重新加入最高优先级队列

具体作用（书上有，自己稍作摘录即可）

【2024.5.10补充】这道题要拿分，是送分题

第三题：彩票调度与步长调度（20分）

（1）写出彩票的意义，问彩票数与步长的关系

（2）若ABC彩票数分别是200，300，500。给定整数60000，求出各自的票数。

（3）模拟一遍，直至各自里程再次相同。

（4）求出各自的CPU占比。

这一部分自己计算，不难

第四题：僵尸进程（20分）

（1）运行以下代码，写出输出结果（pid整数可以自定，但前后要自洽）

【更新】：拿到了考题的原版代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
 
int main()
{
    printf("hello world (pid:%d)\n", (int)getpid());
    pid_t pid;
    int count = 0;
    pid = fork();
    if (pid < 0)
    {
	printf("error occurred!\n");
    }
    else if (pid == 0)
    {
        printf("%d son %4d\n", getppid(), getpid());
	count++;
        exit(0);
    }
    else
    {
        sleep(5);
        wait(NULL);
        printf("%d father %4d\n", getppid(), getpid());
	count++;
    }
	printf("count = %d\n",count);
	return 0;
}

虚拟机上跑了一遍，考试的时候又写错了，都怪y神，当时复习的时候参考他的（ｄｏｇｅ）

结果如下（进程号对应好就可以）

【2024.5.10补充】这里1593只要比1599小即可。

（2）结合僵尸进程与孤儿进程的概念。这段代码会产生僵尸进程还是孤儿进程？

如果是孤儿进程，请修改代码使其产生僵尸进程；

如果是僵尸进程，请修改代码使其产生孤儿进程。

题目给的是僵尸进程，若要改成孤儿进程，做如下改动。

将sleep（5）改为放在子进程那边，exit也要换位置。

完整版如下

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
 
int main()
{
    printf("hello world (pid:%d)\n", (int)getpid());
    pid_t pid;
    int count = 0;
    pid = fork();
    if (pid < 0)
    {
	printf("error occurred!\n");
    }
    else if (pid == 0)
    {
        sleep(5);
        printf("%d son %4d\n", getppid(), getpid());
	    count++;
    }
    else
    {
        printf("%d father %4d\n", getppid(), getpid());
	    count++;
        exit(0);
    }
	printf("count = %d\n",count);
	return 0;
}

第五题：作业题（10分）

题目提供了./process-run -l 4:100 -s 3 -c和./process-run -l 4:0 -s 3 -c的运行截图

要求我们写出./process-run -l 4:50  -s 3 -c的运行截图

这道题我做错了，亏。实际上就是最简单就可以了，我想复杂了。 

下面是一个参考的范例。

第六题：实验题【与Lab1实验紧密相关】（20分）

给了bootmain.S的一段代码，围绕这个展开问题。

.globl start
start:
.code16                                             # Assemble for 16-bit mode
    cli                                             # Disable interrupts
    cld                                             # String operations increment
 
    # Set up the important data segment registers (DS, ES, SS).
    xorw %ax, %ax                                   # Segment number zero
    movw %ax, %ds                                   # -> Data Segment
    movw %ax, %es                                   # -> Extra Segment
    movw %ax, %ss                                   # -> Stack Segment
 
    # Enable A20:
    #  For backwards compatibility with the earliest PCs, physical
    #  address line 20 is tied low, so that addresses higher than
    #  1MB wrap around to zero by default. This code undoes this.
seta20.1:
    inb $0x64, %al                                  # Wait for not busy(8042 input buffer empty).
    testb $0x2, %al
    jnz seta20.1
 
    movb $0xd1, %al                                 # 0xd1 -> port 0x64
    outb %al, $0x64                                 # 0xd1 means: write data to 8042's P2 port
 
seta20.2:
    inb $0x64, %al                                  # Wait for not busy(8042 input buffer empty).
    testb $0x2, %al
    jnz seta20.2
 
    movb $0xdf, %al                                 # 0xdf -> port 0x60
    outb %al, $0x60                                 # 0xdf = 11011111, means set P2's A20 bit(the 1 bit) to 1
 
    # Switch from real to protected mode, using a bootstrap GDT
    # and segment translation that makes virtual addresses
    # identical to physical addresses, so that the
    # effective memory map does not change during the switch.
    lgdt gdtdesc
    movl %cr0, %eax
    orl $CR0_PE_ON, %eax
    movl %eax, %cr0
 
    # Jump to next instruction, but in 32-bit code segment.
    # Switches processor into 32-bit mode.
    ljmp $PROT_MODE_CSEG, $protcseg
 
.code32                                             # Assemble for 32-bit mode
protcseg:
    # Set up the protected-mode data segment registers
    movw $PROT_MODE_DSEG, %ax                       # Our data segment selector
    movw %ax, %ds                                   # -> DS: Data Segment
    movw %ax, %es                                   # -> ES: Extra Segment
    movw %ax, %fs                                   # -> FS
    movw %ax, %gs                                   # -> GS
    movw %ax, %ss                                   # -> SS: Stack Segment

（1）为什么要打开A20，哪一段代码是打开A20的操作（8分）

具体的原因很复杂，点到即可，如下。

Intel早期的8086 CPU提供了20根地址线,可寻址空间范围即0~2^20(00000H~FFFFFH)的 1MB内存空间。但8086的数据处理位宽位16位，无法直接寻址1MB内存空间，所以8086提供了段地址加偏移地址的地址转换机制。

PC机的寻址结构超过了20位地址线的物理寻址能力。所以当寻址到超过1MB的内存时，会发生“回卷”（不会发生异常）。但下一代的基于Intel 80286 CPU的PC AT计算机系统提供了24根地址线，这样CPU的寻址范围变为 2^24=16M,同时也提供了保护模式，可以访问到1MB以上的内存了，此时如果遇到“寻址超过1MB”的情况，系统不会再“回卷”了，这就造成了向下不兼容。

为了保持完全的向下兼容性，IBM决定在PC AT计算机系统上加个硬件逻辑，来模仿以上的回绕特征，于是出现了A20 Gate。他们的方法就是把A20地址线控制和键盘控制器的一个输出进行AND操作，这样来控制A20地址线的打开（使能）和关闭（屏蔽/禁止）。

一开始时A20地址线控制是被屏蔽的（总为0），直到系统软件通过一定的IO操作去打开它（参看bootasm.S）。

很显然，在实模式下要访问高端内存区，这个开关必须打开，在保护模式下，由于使用32位地址线，如果A20恒等于0，那么系统只能访问奇数兆的内存，即只能访问0--1M、2-3M、4-5M......，这样无法有效访问所有可用内存。所以在保护模式下，这个开关也必须打开。

为了与最早的PC机向后兼容，物理地址行20被限制在低位，因此高于1MB的地址默认为零。此代码将撤消此操作，通过打开A20，将键盘控制器上的A20线置于高电位，就能使全部32条地址线可用，可以访问4G的内存空间。

总结来说，如果不打开A20，就会保留回卷机制，禁止访问大于1MB的空间，从而实现向下兼容，保留在实模式；而打开A20，就会撤销回卷机制，允许访问大于1MB的空间。

为了能访问更多的空间，打开A20是一个必须的操作。

代是这一段

seta20.1:
    inb $0x64, %al                                  # Wait for not busy(8042 input buffer empty).
    testb $0x2, %al
    jnz seta20.1
 
    movb $0xd1, %al                                 # 0xd1 -> port 0x64
    outb %al, $0x64                                 # 0xd1 means: write data to 8042's P2 port
 
seta20.2:
    inb $0x64, %al                                  # Wait for not busy(8042 input buffer empty).
    testb $0x2, %al
    jnz seta20.2
 
    movb $0xdf, %al                                 # 0xdf -> port 0x60
    outb %al, $0x60                                 # 0xdf = 11011111, means set P2's A20 bit(the 1 bit) to 1

（2）运行至33行后【也就是图中movw %ax, %ss 这一行】，ax,ds,es,ss寄存器的值（4分）

都是０

（3）如何使能和进入保护模式，这一段代码在哪里，请解释代码（6分）

使能

    movl %cr0, %eax
    orl $CR0_PE_ON, %eax
    movl %eax, %cr0

进入保护模式 

    ljmp $PROT_MODE_CSEG, $protcseg
 
.code32                                             # Assemble for 32-bit mode
protcseg:

（4）【movl %eax, %cr0】这一段代码结束之后，cr0寄存器的值是多少（2分）

０ｘ０