操作系统--精髓与设计原理课后复习题答案_《操作系统精髓与设计原理》第五版课后习题答案解析

操作系统--精髓与设计原理（第八版）

1-15章课后复习题答案

Chap1

1.1 列出并简要定义计算机的四个组成部分。

• 处理器：控制计算机的操作，执行数据处理功能。
• 内存：也叫主存储器，存储数据和程序。
• 输入/输出模块：在计算机和外部环境之间移动数据。
• 系统总线：在处理器、内存和输入输出间提供通信的设施。

1.2 定义处理器寄存器的两种主要类别。

• 用户可见寄存器: 优先使用这些寄存器，可以使机器语言或者汇编语言的程序员减少对主存储器的访问次数。对高级语言而言，由优化编译器负责决定把哪些变量应该分配给主存储器，一些高级语言，如C语言，允许程序言建议编译器把哪些变量保存在寄存器中。
• 控制和状态寄存器：用以控制处理器的操作，且主要被具有特权的操作系统例程使用，以控制程序的执行。

1.3 一般而言，一条机器指令能指定的四种不同操作是什么？

• 处理器-寄存器：数据可以从处理器传送到存储器，或者从存储器传送到处理器。
• 处理器-I/O：通过处理器和I/O模块间的数据传送，数据可以输出到外部设备，或者从外部设备输入数据。
• 数据处理：处理器可以执行很多关于数据的算术操作或者逻辑操作。
• 控制：某些指令可以改变执行顺序。

1.4 什么是中断？

​ 中断是指计算机运行过程中，出现某些意外情况需主机干预时，机器能自动停止正在运行的程序并转入处理新情况的程序，处理完毕后又返回原被暂停的程序继续运行。

1.5 多个中断的处理方式是什么？

​ 处理多中断有两种方法。

• 第一种方法是当正在处理一个中断时，禁止再发生中断。
• 第二种方法是定义中断优先级，允许高优先级的中断打断低优先级的中断处理器的运行。

1.6 内存层次各个元素间的特征是什么？

​ 存储器的三个重要特性是：价格，容量和访问时间。并且各层次从上到下，每“位”价格降低，容量递增，访问时间递增。

1.7 什么是高速缓存？

​ 高速缓冲存储器是比主存小而快的存储器，用以协调主存跟处理器，作为最近储存地址的缓冲区。

1.8 多处理器系统和多核系统的区别是什么？

• 多处理器系统(Multiprocessor Systems)是指包含两台或多台功能相近的处理器，处理器之间彼此可以交换数据，所有处理器共享内存，I/O 设备，控制器，及外部设备，整个硬件系统由统一-的操作系统控制，在处理器和程序之间实现作业、任务、程序、数组极其元素各级的全面并行。
• 多内核(multicore chips) 是指在一枚处理器(chip) 中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)。

1.9 空间局部性和时间局部性的区别是什么？

• 空间局部性是指最近被访问的元素的周围在不久的将来可能会被访问。
• 临时局部性（即时间局部性）：是指最近被访问的元素在不久的将来可能会被再次访问。

1.10 开发空间局部性和时间局部性的策略是什么？

• 空间局部性的开发是利用更大的缓冲块并且在存储器控制逻辑中加入预处理机制。
• 时间局部性的开发是利用在高速缓冲存储器中保留最近使用的指令及数据，并且定义缓冲存储的优先级。

Chap2

2.1 操作系统设计的三个目标是什么？

• 方便：操作系统使计算机更易于使用。
• 有效：操作系统允许以更有效的方式使用计算机系统资源。
• 扩展的能力：在构造操作系统时，应该允许在不妨碍服务的前提下有效地开发、测试和引进新的系统功能。

2.2 什么是操作系统的内核？
操作系统内核是计算机上最低层的软件，提供计算机最核心的功能，比如：进程管理、内存管理、I/O管理、文件管理、网络管理等。

2.3 什么是多道程序设计？
两个或两个以上程序在计算机系统中同处于开始到结束之间的状态，这就称为多道程序设计。也就是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，使它们在管理程序控制之下，相互穿插的运行。多道程序技术运行的特征:多道、宏观上并行、微观上串行。

2.4 什么是进程？
进程由三部分组成:

• 一 段可执行的程序。
• 程序所需要的相关数据(变量、工作空间、缓冲区等)。
• 程序的执行上下文（也称进程状态）。

2.5 操作系统是怎么使用进程上下文的？
执行上下文又称为进程状态，是操作系统用来管理和控制所需的内部数据。这种内部信息和进程是分开的，因为操作系统信息不允许被进程直接访问。上下文包括操作系统管理进程以及处理器正确执行进程所需要的所有信息，包括各种处理器寄存器的内容，如程序计数器和数据寄存器。它还包括操作系统使用的信息，如进程优先级以及进程是否在等待特定I/O事件的完成。

2.6 列出并简要介绍操作系统的五种典型存储管理职责。

• 进程隔离：操作系统必须保护独立的进程，防止互相干扰各自的存储空间，包括数据和指令。
• 自动分配和管理：程序应该根据需要在存储层次间动态的分配，分配对程序员是透明的。因此，程序员无需关心与存储限制有关的问题，操作系统有效的实现分配问题，可以仅在需要时才给作业分配存储空间。
• 支持模块化程序设计：程序员应该能够定义程序模块，并动态地创建、销毁模块，动态地改变模块大小。
• 保护和访问控制：不论在存储层次中的哪一级，存储器的共享都会产生一个程序访问另一个程序存储空间的潜在可能性。当某个特定的应用程序需要共享时，这是可取的。但在其他时候，他可能会威胁到程序的完整性，甚至威胁到操作系统本身。
• 长期存储：许多应用程序需要在计算机关机后长时间的保存信息。

2.7 解释实地址和虚地址的区别。
实地址：指的是主存中的地址，实际的主存储器的地址，对应主存空间，即物理空间。
虚地址：指的是存在于虚拟内存中的地址，它有时候在磁盘中，有时候在主存中。

2.8 描述时间片轮询调度技术。
轮询调度是一种调度算法，所有的进程存放在一个环形队列中并按固定循序依次激活。因为等待一些事件（例如：等待一个子进程或者一个I/O操作）的发生而不能被处理的进程将控制权交给调度器。

2.9 解释单体内核和微内核的区别。

• 单体内核是一个提供操作系统应该提供的功能的大内核，包括调度、文件系统、网络、设备驱动程序、存储管理等。内核的所有功能成分都能够访问它的内部数据结构和程序。典型情况下，这个大内核是作为一个进程实现的，所有元素都共享相同的地址空间。
• 微内核是一个小的有特权的操作系统内核，只提供包括进程调度、内存管理和进程间通信等基本功能，要依靠其他进程担当起和操作系统内核联系作用。

2.10 什么是多线程？
多线程技术是指把执行一个应用程序的进程划分为可以同时运行的多个线程。

2.11 列出对称多处理器操作系统设计时要考虑的关键问题。

• 并发进程或线程:内核程序应可重入，以使多个处理器能同时执行同一段内核代码。当多个处理器执行内核的相同或不同部分时，为避免数据损坏和无效操作，需要妥善管理内核表和数据结构。
• 调度:任何一个处理器都可以执行调度，这既增加了执行调度策略的复杂度，也增加了保证调度相关数据结构不被损坏的复杂度。如果使用的是内核级多线程方式，就存在将同一进程的多个线程同时调度在多个处理器上的可能性。
• 同步:因为可能会存在多个活跃进程访问共享地址空间或共享I/O资源的情况，因此必须认真考虑如何提供有效的同步机制这一问题。 同步用来实现互斥及事件排序。
• 内存管理:多处理器上的内存管理要处理单处理器上内存管理涉及的所有问题。另外，操作系统还要充分利用硬件提供的并行性来实现最优性能。不同处理器上的分页机制必须进行调整，以实现多处理器共享页或段时的数据一致性, 执行页面置换。物理页的重用是我们关注的最大问题，即必须保证物理页在重新使用前不能访问到它以前的内容。
• 可靠性和容错性:出现处理器故障时，操作系统应能妥善地降低故障的影响。调度器和操作系统的其他部分必须能识别出发生故障的处理器，并重新组织管理表。

Chap3

3.1 什么是指令跟踪？
指令跟踪是指为该进程而执行的指令序列。

3.2 通常哪些事件会导致创建一个进程？

• 新的批处理作业；
• 交互登录；
• 操作系统因为提供一项服务而创建；
• 由现有的进程派生。

3.3 简要定义图3.6所示进程模型中的每种状态。

• 运行态：该进程正在执行。
• 就绪态：进程做好了准备，只要有机会就会开始执行。
• 阻塞态：进程在某些事件发生前不能执行，如I/O操作完成。
• 新建态：刚刚创建的进程，操作系统还没有把它加入到可执行进程组中。
• 退出态：操作系统从可执行进程中释放出的进程，或者是因为它自身停止了，或者是因为某种原因被取消。

3.4 被抢占一个进程是什么意思？
处理器为了执行另外的进程而终止当前正在执行的进程，这就叫进程抢占。

3.5 什么是交换，其目的是什么？
交换是指把主存中某个进程的一部分或者全部内容转移到磁盘。当主存中没有处于就绪态的进程时，操作系统就把一个阻塞的进程换出到磁盘中的挂起队列，从而使另一个进程可以进入主存执行。

3.6 为什么图3.9（b)中有两个阻塞态？
有两个独立的概念：进程是否在等待一个事件（阻塞与否）以及进程是否已经被患处主存（挂起与否）。为适应这种2*2的组合，需要两个阻塞态和两个挂起态。

3.7 列出挂起状态进程的4个特点。
1.进程不能立即执行。
2.进程可能是或不是正在等待一个事件。如果是，阻塞条件不依赖于挂起条件，阻塞事件的发生不会使进程立即被执行。
3.为了阻止进程执行，可以通过代理把这个进程置于挂起态，代理可以是进程自己，也可以是父进程或操作系统。
4.除非代理显式地命令系统进行进行状态转换，否则进程无法从这个状态中转移。

3.8 对于哪类实体，操作系统为了管理它而维护其信息表？
内存，I/O、文件和进程。

3.9 列出进程控制块中的三类信息。
进程标识，处理器状态信息，进程控制信息。

3.10 为什么需要两种模式（用户模式和内核模式）？
用户模式下可以执行的指令和访问的内存区域都受到限制。这是为了防止操作系统受到破坏或者修改。而在内核模式下则没有这些限制，从而使它能够完成其功能。

3.11 操作系统创建一个新进程所执行的步骤是什么？
1.给新进程分配一个唯一的进程标识号。
2.给进程分配空间。
3.初始化进程控制块。
4.设置正确的连接。
5.创建或扩充其他的数据结构。

3.12 中断和陷阱有什么区别？

• 在程序运行过程中，系统出现了一个必须由CPU立即处理的情况，此时，CPU 暂时中止程序的执行转而处理这个新的情况的过程就叫做中断。中断与当前正在运行的进程无关的某些类型的外部事件相关，如完成一次I/O操作。
• 陷阱指的是当异常或者中断发生时，处理器捕捉到一一个执行线程，并且将控制权转移到操作系统中某一个固定地址的机制。陷阱与当前正在运行的进程所产生的错误或异常条件相关，如非法的文件访问。

3.13 举出中断的三个例子。
时钟中断，I/O中断，内存失效。

3.14 模式切换和进程切换有什么区别？
发生模式切换可以不改变当前正处于运行态的进程的状态。
发生进程切换时，一个正在执行的进程被中断，操作系统指定另一个进程为运行态。进程切换需要保存更多的状态信息。

Chap4

4.1 表3.5列出了在一个没有线程的操作系统中进程控制块的基本元素。对于多线程系统，这些元素中哪些可能属于线程控制块，哪些可能属于进程控制块？

​ 这对于不同的系统来说通常是不同的，但一般来说，进程是资源的所有者，而每个线程都有它自己的执行状态。关于表3.5中的每一项的一些结论如下：

• 进程控制信息：调度和状态信息主要处于线程级；数据结构在两级都可出现；进程间通信和线程间通信都可以得到支持；特权在两级都可以存在；存储管理通常在进程级；资源信息通常也在进程级；
• 进程标识：进程必须被标识，而进程中的每一个线程也必须有自己的ID。
• 处理器状态信息：这些信息通常只与进程有关。

4.2 请列出线程间的模式切换比进程间的模式切换开销更低的原因。

​ 包含的状态信息更少。

4.3 在进程概念中体现出的两个独立且无关的特点是什么？

• 资源所有权: 进程包括存放进程映像的虚拟地址空间;回顾第3章的内容可知，进程映像是程序、数据、栈和进程控制块中定义的属性集。进程总具有对资源的控制权或所有权，这些资源包括内存、I/O通道、I/O设备和文件等。操作系统提供预防进程间发生不必要资源冲突的保护功能。
• 调度/执行:进程执行时采用一个或多程序(见图1.5)的执行路径(轨迹)，不同进程的执行过程会交替进行。因此，进程具有执行态(运行、就绪等)和分配给其的优先级，是可被操作系统调度和分派的实体。

4.4 给出在单用户多处理系统中使用线程的四个例子。

• 前台和后台操作
• 异步处理
• 加速执行
• 模块化程序结构。

4.5 哪些资源通常被一个进程中的所有线程共享？

​ 进程中的所有线程共享该进程的状态和资源，例如地址空间，文件资源，执行特权等。

4.6 列出用户级线程由于内核级线程的三个优点。

• 由于所有线程管理数据结构都在一个进程的用户地址空间中，线程切换不需要内核级模式的特权，因此，进程不需要为了线程管理而切换到内核模式，这节省了在两种模式间进行切换（从用户模式到内核模式；从内核模式返回用户模式）的开销。
• 调用可以是应用程序专用的。一个应用程序可能倾向于就按单的轮询调度算法，而另一个应用程序可能倾向于基于优先级的调度算法。调度算法可以去适应应用程序，而不会扰乱底层的操作系统调度器。
• 用户级线程可以在任何操作系统中运行，不需要对底层内核进行修改以支持用户级线程。线程库是一组供所有应用程序共享的应用级软件包。

4.7 列出用户级线程相对于内核级线程的两个缺点。

• 在典型的操作系统中，许多系统调用都会引起阻塞。因此，当用户级线程执行一个系统调用时，不仅这个线程会被阻塞，进程中的所有线程都会被阻塞。
• 在纯粹的用户级进程策略中，一个多线程应用程序不能利用多处理器技术。内核一次只把一个进程分配给一个处理器，因此一次进程中只能有一个线程可以执行。

4.8 定义”套管“jacketing.
Jacketing通过调用一个应用级的I/O例程来检查I/O设备的状态，从而将一个产生阻塞的系统调用转化为一个不产生阻塞的系统调用。

Chap5

5.1 列出与并发相关的4个设计问题。

1. 操作系统必须能够跟踪不同的进程，这可使用进程控制块来实现。
2. 操作系统必须为每个活动进程分配和释放各种资源。有时，多个进程想访问相同的资源。这些资源包括:
   • 处理器时间: 这是调度功能。
   • 存储器: 大多数操作系统使用虚存方案。
   • 文件。
   • I/O设备。
3. 操作系统必须保护每个进程的数据和物理资源，避免其他进程的无意干扰，这涉及与存储器、文件和I/O设备相关的技术。
4. 一个进程的功能和输出结果必须与执行速度无关(相对于其他并发进程的执行速度)。

5.2 产生并发的三种上下文是什么？

• 多应用程序:多道程序设计技术允许在多个活动的应用程序间动态共享处理器时间。
• 结构化应用程序:作为模块化设计和结构化程序设计的扩展，一些应用程序可被有效地设计成一组并发进程。。
• 操作系统结构:同样的结构化程序设计优点适用于系统程序，且我们已知操作系统自身常常作为一组进程或线程实现。

5.3 执行并发进程的最基本要求是什么？

​ 最基本要求是增加进程间的互斥能力。

5.4 列出进程间的三种互相知道的程度，并简要给出各自的定义。

• 进程之间相互不知道对方的存在:这是一些独立的进程，它们不会一起工作。关于这种情况的最好例子是多个独立进程的多道程序设计，可以是批处理作业，也可以是交互式会话，或者是两者的混合。尽管这些进程不会一-起工作， 但操作系统需要知道它们对资源的竞争情况(competition)。例如，两个无关的应用程序可能都想访问同一个磁盘、文件或打印机。操作系统必须控制对它们的访问。
• 进程间接知道对方的存在：这些进程并不需要知道对方的进程ID,但它们共享某些对象，如一个I/O缓冲区。这类进程在共享同-一个对象时会表现出合作行为(cooperation)。
• 进程直接知道对方的存在:这些进程可通过进程ID互相通信，以合作完成某些活动。同样，这类进程表现出合作行为。

5.5 竞争进程和合作进程间有何区别？
竞争进程需要同时访问相同的资源，像磁盘，文件或打印机。合作进程要么共享访问一个共有的资源，像一个内存访问区，要么就与其他进程相互通信，在一些应用程序或活动上进行合作。
5.6 列出与竞争进程相关的三个控制问题，并简要给出各自的定义。

• 互斥(mutual exclusion)： 假设两个或更多的进程需要访问一个不可共享的资源，如打印机。在执行过程中，每个进程都给该I/O设备发命令，接收状态信息，发送数据和接收数据。我们把这类资源称为临界资源(critical resource),使用临界资源的那部分程序称为程序的临界区Ccritical section)。一次只允许有一 一个程序在临界区中，这一点非常重要。
• 死锁（deadlock）：考虑两个进程P1和P2，以及两个资源R1和R2,假设每个进程为执行部分功能都需要访问这两个资源，那么就有可能出现下列情况:操作系统把R1分配给P2,把R2分配给P1,每个进程都在等待另一个资源，且在获得其他资源并完成功能前，谁都不会释放自己已拥有的资源，此时这两个进程就会发生死锁。
• 饥饿（starvation）：假设有三个进程(P1、P2 和P3)，每个进程都周期性地访问资源R。考虑这种情况，即P1拥有资源，P2和P3都被延迟，等待这个资源。当P1退出其临界区时，P2和P3都允许访问R,假设操作系统把访问权授予P3，并在P3退出临界区之前P1又要访问该临界区，若在P3结束后操作系统又把访问权授予P1,且接下来把访问权轮流授予P1和P3,那么即使没有死锁，P2也可能被无限地拒绝访问资源。

5.7 列出对互斥的要求。

要提供对互斥的支持，必须满足以下要求:
1. 必须强制实施互斥:在与相同资源或共享对象的临界区有关的所有进程中，一次只允许一个进程进入临界区。
2. 一个在非临界区停止的进程不能干涉其他进程。
3. 绝不允许出现需要访问临界区的进程被无限延迟的情况，即不会死锁或饥饿。
4. 没有进程在临界区中时，任何需要进入临界区的进程必须能够立即进入。
5. 对相关进程的执行速度和处理器的数量没有任何要求和限制。
6. 一个进程驻留在临界区中的时间必须是有限的。

5.8 在信号量上可以执行什么操作？

为达到预期效果，可把信号量视为-一个值为整数的变量，整数值上定义了三个操作:

1. 一个信号量可以初始化成非负数。
2. semWait 操作使信号量减1。若值变成负数，则阻塞执行semWait的进程，否则进程继续执行。
3. semSignal 操作使信号量加1。若值小于等于零，则被semwait操作阻塞的进程解除阳塞。

5.9 二元信号量和一般信号量有何区别？

1. 二元信号量可以初始化为0或1。
2. semWaitB 操作检查信号的值。若值为0，则进程执行semWaitB就会受阻。若值为1，则将值改为0，并继续执行该进程。
3. semSignalB 操作检查是否有任何进程在该信号上受阻。若有进程受阻，则通过semWaitB操作，受阻的进程会被唤醒;若没有进程受阻，则值设置为1。

5.10 强信号量和弱信号量有何区别？

强信号量要求在信号量上等待的进程按照先进先出的规则从队列中移出。弱信号量没有此规则。

5.11 什么是管程？

管程是由一个或多个过程，一个初始化序列和局部数据组成的软件模块，其主要特定如下：

• 局部数据变量只能被管程的过程访问，任何外部过程都不能访问。
• 一个进程通过调用管程的一个过程进入管程。
• 在任何时候，只能有一个进程在管程中执行，调用管程的任何其他进程都被阻塞，以等待管程可用。

5.12 关于消息，阻塞和无阻塞有何区别？

发送者和接收者任一方阻塞则消息传递需要等待，都无阻塞则不需要等待。

5.13 与读者/写者问题相关的条件通常有哪些？

​ 存在一个多个进程共享的数据区，该数据区可以是一个文件，一块内存等；有些进程（reader)只能读取这个数据区中的数据，有些进程（writer）直往数据区中写数据。此外，还必须满足以下条件：

1. 任意数量的读进程可以同时读这个文件。
2. 一次只有一个写进程可以写文件。
3. 若一次写进程正在写文件，则禁止任何读进程读文件。

Chap6

6.1 给出可重用资源和可消耗资源的例子。

• 可重用资源是指一次仅供-一个进程安全使用且不因使用而耗尽的资源。进程得到资源单元并使用后，会释放这些单元供其他进程再次使用。可重用资源的例子包括处理器、I/O 通道、内存和外存、设备，以及诸如文件、数据库和信号量之类的数据结构。
• 可消耗资源是指可被创建(生产)和销毁(消耗)的资源。某种类型可消耗资源的数量通常没有限制，无阻塞生产进程可以创建任意数量的这类资源。消费进程得到-一个资源时，该资源就不再存在。可消耗资源的例子有中断、信号、消息和I/O缓冲区中的信息。

6.2 产生死锁的三个必要条件是什么?

• 互斥。一次只有一个进程可以使用一个资源。其他进程不能访问已分配给其他进程的资源。
• 占有且等待。当一个进程等待其他进程时，继续占有已分配的资源。
• 不可抢占。不能强行抢占进程已占有的资源。

6.3 产生死锁的 4个条件是什么?

循环等待。存在一个闭合的进程链，每个进程至少占有此链中下一个进程所需的一个资源。

6.4 如何防止占有且等待条件?

为预防占有且等待的条件，可以要求进程一次性地请求所有 需要的资源，并阻塞这个进程直到所有请求都同时满足。这种方法有两个方面的低效性。首先，一个进程可能被阻塞很长时间，以等待满足其所有的资源请求。而实际上，只要有一部分资源， 它就可以继续执行。其次，分配给一个进程的资源可能会在相当长的一段时间不会被该进程使用，且不能被其他进程使用。另一个问题是一个进程可能事先并不知道它所需要的所有资源。

6.5 给出防止不可抢占条件的两种方法。

1. 占有某些资源的一个进程进一步申请资源时若被拒绝，则该进程必须释放其最初占有的资源，必要时可再次申请这些资源和其他资源。
2. 一个进程请求当前被另一个进程占有的一个资源时，操作系统可以抢占另一个进程，要求它释放资源。（只有在任意两个进程的优先级都不同时，这种方案才能预防死锁）。

6.6 如何防止循环等待条件?

循环等待条件可通过定义资源类型的线性顺序来预防。若一 个进程已分配了R类型的资源，则其接下来请求的资源只能是那些排在R类型之后的资源。为证明这种策略的正确性，我们给每种资源类型指定一个下标。 当i<j时，资源R排在资源R,前面。现在假设两个进程A和B死锁，原因是A获得R并请求R，而B获得R,并请求R，那么这个条件不可能，因为这意味着i<j且j<i。

6.7 死锁避免、 检测和预防之间的区别是什么?

处理死锁通常有三种方法:预防、检测和避免。死锁预防通过确保不满足死锁的一个必要条件来避免发生死锁。操作系统总是同意资源请求时，需要进行死锁检测。操作系统必须周期性地检查死锁，并采取行动打破死锁。死锁避免涉及分析新的资源请求，以确定它是否会导致死锁，且仅当不可能发生死锁时才同意该请求。

Chap7

7.1内存管理需要满足哪些需求?

• 重定位
• 保护
• 共享
• 逻辑组织
• 物理组织

7.2为何需要重定位进程的能力?

在多道程序设计系统中，可用的内存空间通常被多个进程共享。通常情况下，程序员事先并不知道在某个程序执行期间会有其他哪些程序驻留在内存中。此外，我们还希望提供一个巨大的就绪进程池，以便把活动进程换入或换出内存，进而使处理器的利用率最大化。程序换出到磁盘中后，下次换入时要放到与换出前相同的内存区域会很困难。相反，我们需要把进程重定位（relocate） 到内存的不同区域。

7.3 为何不可能在编译时实施内存保护?

由于程序在内存中的位置不可预测，因而在编译时不可能检查绝对地址来确保保护。此外，大多数程序设计语言允许在运行时进行地址的动态计算。因此必须在运行时检查进程产生的所有内存访问。

7.4允许两个或多 个进程访问内存某一特定区域的原因是什么?

任何保护机制都必须具有一定的灵活性，以允许多个进程访问内存的同一部分。例如，多个进程正在执行同一个程序时，允许每个进程访问该程序的同一个副本，要比让每个进程有自己单独的副本更有优势。合作完成同一个任务的进程可能需要共享访问相同的数据结构。因此，内存管理系统在不损害基本保护的前提下，必允许对内存共享区域进行受控访问。我们将会看到用于支持重定位的机制也支持共享。

7.5 在固定分区方案中，使用大小不等的分区有何好处?

可缓解因程序太大而无法放到固定大小的分区和因程序太小产生大量内部碎片的问题。

7.6 内部碎片和外部碎片有何区别?

• 内部碎片：由于装入的数据块小于分区大小，因而导致分区内部存在空间浪费，这种现象称为内部碎片( internal fragmentation)。
• 外部碎片：随着时间的推移，内存中形成了越来越多的碎片，内存的利用率随之下降。这种现象称为外部碎片(external fragmentation),指在所有分区外的存储空间变成了越来越多的碎片，这与前面所讲的内部碎片正好对应。

7.7逻辑地址、相对地址和物理地址有何区别?

• 逻辑地址(logical address) 是指与当前数据在内存中的物理分配地址无关的访问地址，在执行对内存的访问之前必须把它转换为物理地址。
• 相对地址(relative address) 是逻辑地址的一个特例，它是相对于某些已知点(通常是程序的开始处)的存储单元。
• 物理地址( physical address) 或绝对地址是数据在内存中的实际位置。

7.8 页和页框有何区别?

• 页（page）：一页指一系列的线性地址和包含于其中的数据。
• 页框(pageframe)：分页单元认为所有的RAM被分成了固定长度的页框每个页框可以包含一页，也就是说一个页框的长度和一个页的长度是一样的。页框是内存的一部分，是一个实际的存储区域。页只是一组数据块，可以存放在任何页框中。
  也就是说页对应的是线性(虚拟)地址的东西，而页框对应的是物理地址，是实际的存储区域。

7.9页和段有何区别?

页大小相等，段可以大小不等；分页对程序员来说是透明的，而分段通常是可见的。

Chap8

8.1 简单分页与虚拟内存分页有何区别?

​ 进程运行时，简单分页的所有页必须都在内存中，除非使用了覆盖技术，虚存分页并非所有页都须在内存页框中，仅在需要时才读入页，把一页读入内存可能需要把另一页写出到磁盘。

8.2 什么是抖动?

​ 当操作系统读取一块内存时，它必须把另一块换出。 如果一块正好在将要用到之前换出，操作系统就不得不很快地把它取回。这类操作通常会导致一种称为系统抖动( thrashing)的情况。这样会使处理器的大部分时间都用于交换块而非执行指令。

8.3 为何在使用虚拟内存时，局部性原理至关重要?

​ 局部性原理描述了一个进程中程序和数据引用的集簇倾向。因此，假设在很短的时间内仅需要进程的一部分块是合理的。同时，还可以对将来可能会访问的块进行猜测，从而避免系统抖动。局部性原理表明虚拟内存方案是可行的。

8.4 哪些元素是页表项中能找到的典型元素?简单定义每个元素。

• 页号: 虚拟地址的页号部分。
• 进程标志符:使用该页的进程。页号和进程标志符共同标志-个特定进程的虚拟地址空间的一页。
• 控制位: 该域包含一些标记， 比如有效、访问和修改，以及保护和锁定信息。
• 链指针: 若某项没有链项，则该域为空(或用一个单独的位来表示)。否则，该域包含链中下一项的索引值(0~2^m -1之间的数字)。

8.5 转换检测缓冲区的目的是什么?

​ 原则上，每次虚存访问都可能会引起两次物理内存访问：一次取相应的页表项，另一次取需要的数据。因此，简单的虚拟内存方案会导致内存访问时间加倍。为克服这个问题，大多数虚拟内存方案都为页表项使用了一个特殊的高速缓存，通常称为转换检测缓冲区(TranslationLookaside Buffer, TLB)。

8.6 简单定义两种可供选择的页面读取策略。

• 请求分页，只有当访问到某页中的一个单元时才将该页取入内存。若内存管理的其他策略比较合适，将发生下述情况:当一个进程首次启动时，会在一段时间出现大量的缺页中断:取入越来越多的页后，局部性原理表明大多数将来访问的页都是最近读取的页。因此，在一段时间后错误会逐渐减少，缺页中断的数量会降到很低。
• 预先分页，读取的页并不是缺页中断请求的页。预先分页利用了大多数辅存设备(如磁盘)的特性，这些设备有寻道时间和合理的延迟。若一 个进程的页连续存储在辅存中，则一次读取许多连续的页要比隔一段时间读取一 页有效。 当然，若大多数额外读取的页未引用到，则这个策略是低效的。

8.7 驻留集管理和页面置换策略有何区别?

驻留集管理的概念为：
（1）给每个活动进程分配多少页框。
（2）计划置换的页集是局限于那些缺页中断的进程，还是局限于所有页框都在内存中的进程。
置换策略的概念为：在计划置换的页集中，选择换出哪一页。

8.8 FIFO 和时钟页面置换算法有何联系?

​ 最简单的时钟策略需要给每个页框关联一个称为使用位的附加位。FIFO和时钟页面置换算法都会扫描缓冲区，FIFO直接置换出最老的页，而在时钟策略中会跳过使用位为1的页框。

8.9 页缓冲实现什么功能?

​ 为提升性能，不丢弃置换出的页，被置换出的页任然驻留在内存中。因此，若进程访问该页，则可迅速返回该进程的驻留集，且代价很小。

8.10 为什么不能把全局置换策略和固定分配策略组合起来?

​ 因为固定分配策略下，驻留集的大小是固定不变的，从内存中移出的一页必须由同一个进程的另一页置换。

8.11 驻留集和工作集有何区别?

​ 驻留集表示进程在内存中的页集，工作集表示进程在过去的一段时间中被访问到的页集。

8.12 请求式清除和预约式清除有何区别?

• 请求式清除（demand cleaning），只有当一页被选择用于置换时才被写回辅存；
• 预约式清除（precleaning） 策略则将这些已修改的多页在需要使用它们所占据的页框之前成批写回辅存。

Chap9

9.1简要描述三种类型的处理器调度。

• 长程调度：决定加入待执行进程池。
• 中称调度：决定加入部分或全部位于内存中的进程集合。
• 短程调度： 决定可用I/O设备处理哪个进程挂起的I/O请求。

9.2在交互式操作系统中，通常最重要的性能要求是什么?

​ 响应时间

9.3 周转时间和响应时间有何区别?

​ 周转时间指一个进程从提交到完成之间的时间间隔，包括实际执行时间和等待资源（包括处理器资源）的时间；响应时间指从提交一个请求到开始接收响应之间的时间间隔。

9.4 对于进程调度， 较小的优先级值是表示较低的优先级还是表示较高的优先级?

对于UNIX和许多其他操作系统中，优先级数值越大，表示的进程优先级越低。某些系统如Windows的用法正好相反，即大数值表示高优先级。

9.5 抢占式调度和非抢占式调度有何区别?

• 非抢占：在这种情况下，一旦进程处于运行状态，就会不断执行直到终止，进程要么因为等待I/O，要么因为请求某些操作系统服务而阻塞自己。
• 抢占：当前正运行进程可能被操作系统中断，并转换为就绪态。一个新进程到达时，或中断发生后把一个阻塞态进程置为就绪态时，或出现周期性的时间中断时，需要进行抢占决策。

9.6 简单定义FCFS调度。

​ 每个进程就绪后，会加入就绪队列。当前正运行的进程停止执行时，选择就绪队列中存在时间最长的进程运行。

9.7 简单定义轮转调度。

​ 这种算法周期性地产生时钟中断，出现中断时，当前正运行的进程会放置到就绪队列中，然后基于FCFS策略选择下一个就绪作业运行。

9.8 简单定义最短进程优先调度。

​ 这是一个非抢占策略，其原则是下次选择预计处理时间最短的进程。

9.9 简单定义最短剩余时间调度。

​ 最短剩余时间是在SPN中增加了抢占机制的策略。在这种情况下，调度程序总是选择预期剩余时间最短的进程。

9.10 简单定义最高响应比优先调度。

​ 当前进程完成或被阻塞时，选择R值最大的就绪进程。调度决策基于对归一化周转时间的估计。

9.11 简单定义反馈调度。

​ 调度基于抢占原则并使用动态优先级机制。建立一组调度队列，基于每个进程的执行历史和其他一 些规则，把它们分配到各个队列中。

Chap10

10.1 列出并简单定义五种不同级别的同步粒度。

细粒度：单指令流中固有的并行；

中等粒度：在一个单独应用中的并行处理或多任务处理；

粗粒度：在多道程序环境中并发进程的多处理；

非常粗粒度：在网络节点上进行分布处理，以形成一个计算环境；

无约束粒度：多个无关进程。

10.2 列出并简单定义线程调度的四种技术。

加载共享：进程不是分配到一个特定的处理器，而是维护一个就绪进程的全局队列，每个处理器只要空闲就从队列中选择一个线程。这里使用术语加载共享来区分这种策略和加载平衡方案，加载平衡是基于一种比较永久的分配方案分配工作的。

组调度：一组相关的线程基于一对一的原则，同时调度到一组处理器上运行。

专用处理器分配：在程序执行过程中，每个程序被分配给一组处理器，处理器的数目与程序中的线程的数目相等。当程序终止是，处理器返回到总的处理器池中，可供分配给另一个程序。

动态调度：在执行期间，进程中线程的数目可以改变。

10.3 列出并简单定义三种版本的负载分配。

先来先服务（FCFS）：当一个作业到达时，它的所有线程都被连续地放置在共享队列末尾。当一个处理器变得空闲时，它选择下一个就绪线程执行，直到完成或阻塞。

最少线程数优先：共享就绪队列被组织成一个优先级队列，如果一个作业包含的未调度线程数目最少，则给它指定最高的优先级。具有同等优先级的队列按作业到达的顺序排队。和FCFS一样，被调度的线程一直运行到完成或阻塞。

可抢占的最少线程数优先：最高的的优先级给予包含的未被调度的线程数目最少的作业。刚到达的作业如果包含的线程数目少于正在执行的作业，它将抢占属于这个被调度作业的线程。

10. 硬实时任务和软实时任务有什么区别？

硬实时任务指必须满足最后期限的限制，否则会给系统带来不可接受的破坏或者致命的错误。

软实时任务也有一个与之相关联的最后期限，并希望能满足这个期限的要求，但是这并不是强制的，即使超过了最后期限，调度和完成这个任务仍然是有意义的。

10.5 周期性实时任务和非周期性实时任务有什么区别？

非周期任务有一个必须结束或开始的最后期限，或者有一个关于开始时间和结束时间的约束。而对于周期任务，这个要求描述成“每隔周期T一次”或“每隔T个单位”。

10.6 列出并简单定义对实时操作系统的五方面的要求。

可确定性：在某中程度上是指它可以按固定的、预先确定的时间或时间间隔执行操作。

可响应性：它关注的是在知道中断之后操作系统未中断提供服务的时间

用户控制：用户应该能够区分硬实时任务和软实时任务，并且在每一类中确定相对优先级。实时系统还允许用户指定一些特性，例如使用分页还是进程交换、哪一个进程必须常驻主存、使用何种磁盘算法、不同的优先级的进程各有哪些权限等。

可靠性 ：可靠性必须提供这样一种方式，以继续满足实时最后期限。

故障弱化操作：故障弱化操作指系统在故障时尽可能多的保存其性能和数据的能力。

10.7 列出并简单定义四类实时调度算法。

静态表驱动法：执行关于可行调度的静态分析。分析的结果是一个调度，它用于确定在运行时一个任务何时必须开始执行。

静态优先级驱动抢占法：同样，执行一个静态分析，但是没有制定调度，而且用于给任务指定优先级，使得可以使用传统的优先级驱动的抢占式调度器。

基于动态规划调度法：在运行是动态地确定可行性，而不是在开始运行前离线的确定（静态）。一个到达的任务，只有当能够满足它的时间约束时，才可以被接受执行。可行性分析的结果是一个调度或规划，可用于确定何时分派这个任务。

动态尽力调度法：不执行可行性分析。系统试图满足所有的最后期限，并终止任何已经开始运行但错过最后期限的进程。

10.8 关于一个任务的哪些信息在实时调度是非常有用？

就绪时间：任务开始准备执行的时间。对于重复或周期性的任务，这实际上是一个事先知道的时间序列。而对于非周期性的任务，或者也事先知道这个时间，或者操作系统仅仅知道什么时候任务真正就绪。

启动最后期限：任务必须开始的时间。

完成最后期限：任务必须完成的时间。典型的实时应用程序或者有启动最后期限，或者有完成最后期限，但不会两者都存在。

处理时间：从执行任务直到完成任务所需的时间。在某些情况下，可以提供这个时间，而在另外一些情况下，操作系统度量指数平均值。其他调度系统没有使用这个信息。

资源需求：任务在执行过程中所需的资源集合（处理器以外的资源）。

优先级：度量任务的相对重要性。硬实时任务可能具有绝对的优先级，因为如果错过最后期限则会导致系统失败。如果系统无论如何也要继续运行，则硬实时任务和软实时任务可以被指定相关的优先级，以指导调度器。

子任务结构：一个任务可以分解成一个必须执行的子任务和一个可选的子任务。只有必须执行的子任务拥有硬最后期限。

Chap11

11.1 列出并简单定义执行I/O的三种技术。

可编程I/O：处理器代表进程给I/O模块发送给一个I/O命令，该进程进入忙等待，等待操作的完成，然后才可以继续执行。

中断驱动I/O：处理器代表进程向I/O模块发送一个I/O命令，然后继续执行后续指令，当I/O模块完成工作后，处理器被该模块中断。如果该进程不需要等待I/O完成，则后续指令可以仍是该进程中的指令，否则，该进程在这个中断上被挂起，处理器执行其他工作。

直接存储器访问（DMA）：一个DMA模块控制主存和I/O模块之间的数据交换。为传送一块数据，处理器给DMA模块发送请求，只有当整个数据块传送完成后，处理器才被中断。

11.2 逻辑I/O和设备I/O有什么区别？

逻辑I/O：逻辑I/O模块把设备当作一个逻辑资源来处理，它并不关心实际控制设备的细节。逻辑I/O模块代表用户进程管理的一般I/O功能，允许它们根据设备标识符以及诸如打开、关闭、读、写之类的简单命令与设备打交道。

设备I/O：请求的操作和数据（缓冲的数据、记录等）被转换成适当的I/O指令序列、通道命令和控制器命令。可以使用缓冲技术，以提高使用率。

11.3 面向块的设备和面向流的设备有什么区别？请举例说明。

面向块的设备将信息保存在块中，块的大小通常是固定的，传输过程中一次传送一块。通常可以通过块号访问数据。磁盘和磁带都是面向块的设备。

面向流的设备以字节流的方式输入输出数据，其末使用块结构。终端、打印机通信端口、鼠标和其他指示设备以及大多数非辅存的其他设备，都属于面向流的设备。

11.4 为什么希望用双缓冲区而不是单缓冲区来提高I/O的性能？

双缓冲允许两个操作并行处理，而不是依次处理。典型的，在一个进程往一个缓冲区中传送数据（从这个缓冲区中取数据）的同时，操作系统正在清空（或者填充）另一个缓冲区。

11.5 在磁盘读或写时有哪些延迟因素？

寻道时间，旋转延迟，传送时间

11.6 简单定义图11.7中描述的磁盘调度策略。

FIFO:按照先来先服务的顺序处理队列中的项目。

SSTF:选择使磁头臂从当前位置开始移动最少的磁盘I/O请求。

SCAN:磁头臂仅仅沿一个方向移动，并在途中满足所有未完成的请求，直到它到达这个方向上最后一个磁道，或者在这个方向上没有其他请求为止。接着反转服务方向，沿相反方向扫描，同样按顺序完成所有请求。

C-SCAN:类似于SCAN，

11.7 简单定义图7层RAID。

0：非冗余

1：被镜像；每个磁盘都有一个包含相同数据的镜像磁盘。

2：通过汉明码实现冗余；对每个数据磁盘中的相应都计算一个错误校正码，并且这个码位保存在多个奇偶校验磁盘中相应的文件。

3：交错位奇偶校验；类似于第二层，不同之处在于RAID3为所有数据磁盘中同一位置的位的集合计算一个简单的奇偶校验位，而不是错误校正码。

4：交错块分布奇偶校验；对每个数据磁盘中相应的条带计算一个逐位奇偶。

5：交错块分布奇偶校验；类似于第四层，但把奇偶校验条带分布在所有磁盘中。

6：交错块双重分布奇偶校验；两种不同的奇偶校验计算保存在不同磁盘的不同块中。

11.8 典型的磁盘扇区大小是多少？

512比特

Chap12（不要求）

12.1 域和记录有什么不同？

域（field）是基本数据单位。一个域包含一个值。

记录（record）是一组相关的域的集合 ，它可以看做是应用程序的一个单元。

12.2 文件和数据库有什么不同？

文件（file）是一组相似记录的集合，它被用户和应用程序看做是一个实体，并可以通过名字访问。

数据库（database）是一组相关的数据集合，它的本质特征是数据元素间存在着明确的关系，并且可供不同的应用程序使用。

12.3 什么是文件管理系统？

文件管理系统是一组系统软件，为使用文件的用户和应用程序提供服务。

12.4 选择文件组织时的重要原则是什么？

访问快速，易于修改，节约存储空间，维护简单，可靠性。

12.5 列出并简单定义五种文件组织。

堆是最简单的文件组织形式。数据按它们到达的顺序被采集，每个记录由一串数据组成。

顺序文件是最常用的文件组织形式。在这类文件中，每个记录都使用一种固定的格式。所有记录都具有相同的长度，并且由相同数目、长度固定的域按特定的顺序组成。由于每个域的长度和位置已知，因此只需要保存各个域的值，每个域的域名和长度是该文件结构的属性。

索引顺序文件保留了顺序文件的关键特征：记录按照关键域的顺序组织起来。但它还增加了两个特征：用于支持随机访问的文件索引和溢出文件。索引提供了快速接近目标记录的查找能力。溢出文件类似于顺序文件中使用的日志文件，但是溢出文件中的记录可以根据它前面记录的指针进行定位。

索引文件：只能通过索引来访问记录。其结果是对记录的放置位置不再有限制，只要至少有一个索引的指针指向这条记录即可。此外，还可以使用长度可变的记录。

直接文件或散列文件：直接文件使用基于关键字的散列。

12.6 为什么在索引顺序文件中查找一个记录的平均搜索时间小于在顺序文件中的平均搜索时间？

在顺序文件中，查找一个记录是按顺序检测每一个记录直到有一个包含符合条件的关键域值的记录被找到。索引顺序文件提供一个执行最小穷举搜索的索引结构。

12.7 对目录执行的典型操作有哪些？

搜索，创建文件，删除文件，显示目录，修改目录。

12.8 路径名和工作目录有什么关系？

路径名是由一系列从根目录或主目录向下到各个分支，最后直到该文件的路径中的目录名和最后到达的文件名组成。工作目录是一个这样的目录，它是含有用户正在使用的当前目录的树形结构。

12.9 可以授予或拒绝的某个特定用户对某个特定文件的访问权限通常有哪些？

无（none），知道（knowledge），执行（execution），读(reading)，追加（appending），更新（updating），改变保护（changing protection），删除（deletion）。

12.10 列出并简单定义三种组块方式。

固定组块（fixed blocking）：使用固定长度的记录，并且若干条完整的记录被保存在一个块中。在每个块的末尾可能会有一些未使用的空间，称为内部碎片。

可变长度跨越式组块（variable-length spanned blocking）：使用长度可变的记录，并且紧缩到块中，使得块中没有未使用空间。因此，某些记录可能会跨越两个块，通过一个指向后继块的指针连接。

可变长度非跨越式组块（variable-length unspanned blocking）：使用可变长度的记录，但并不采用跨越的方式。如果下一条记录比块中剩余的未使用空间大，则无法使用这一部分，因此在大多数块中都会有未使用的空间。

12.11 列出并简单定义三种文件分配方法。

连续分配是指在创建文件时，给文件分配一组连续的块。链式分配基于单个的块，链中的每一块都包含指向下一块的指针。索引分配：每个文件在文件分配表中有一个一级索引，分配给该文件的每个分区在索引中都有一个表项。

Chap13（不要求）

13.1 网络访问层的主要功能是什么？

网络层主要关注在两个端系统（服务器、工作站）之间的数据交换，以及端系统间的物理网络。

13.2 传输层的任务是什么？

传输层关注的是数据的可靠性和保证数据能正确到达接收端应用程序。

13.3 什么是协议？

协议是定义了用来管理两个单元间进行数据交换的一系列规则的集合。

13.4 什么是协议体系结构？

这是一种实现通信功能的软件结构。典型地，协议结构包含了一个分层化的协议集，并且每个层中有一个或多个协议。

13.5 什么是TCP/IP？

传输控制协议/互联网协议（TCP/IP）是两个最初为网际互连提供低层支持而设计的协议。TCP/IP协也被广泛应用于涉及由美国防卫部门和因特尔团体发展的比较广泛的协议集。

13.6 使用套接字接口的目的是什么？

套接字接口是一个能够编写程序的API，从而利用TCP/IP 协议程序建立一个用户端和服务器之间的通信。

Chap14（不要求）

14.1 什么是客户/服务器计算？

客户/服务器计算是一个网络环境，在这个网络环境中包含着客户机和服务器，并由服务器来响应客户机的请求。

14.2 客户/服务器计算与任何其他形式的分布式数据处理的区别是什么？

1、在用户的本地系统上为该用户提供界面友好的应用程序，这样做可使系统具有更高的可靠性。这使得用户可以在很大程度上控制对计算机的使用方式和时间，并使得部门级管理者具有响应本地需求的能力。

2、尽管应用是分散开的，但仍然强调公司数据库的集中以及很多网络管理和使用功能的集中。这使公司的管理者能够对计算信息系统的投资总额进行总体控制，并提供互操作，以使多系统能够配合起来。同时，减少了各部门和单位在维护这些复杂的计算机设施时的开销，使他们能够选择他们需要的各种类型的机器和接口来访问那些数据和信息。

3、对于用户组织和厂商来说，他们有一个共同的承诺事项，即使系统开放和模块化。这意味着用户在选择产品和混和使用来自众多厂商的设备时具有很多选择。

4、网络互联是操作的基础，网络管理和网络安全在组织和操作信息系统中具有很高的优先权。

14.3 像TCP/IP这样的通信结构在客户/服务器计算环境中的作用是什么？

它是使客户端和服务器能够协同工作的通信软件。

14.4 讨论将应用程序定位在客户上、服务器上或分开定位在客户和服务器上的基本原理。

基于服务器的处理：这种配置的基本原理是用户工作站最适宜于提供良好的用户界面，并且数据库和应用程序很容易在中心系统上维护。尽管用户获得了良好界面的好处，但是，这种配置类型并不总能有效提高处理效率或系统支持的实际商业功能上有本质的改变。基于客户的处理：它使用户能够使用适应本地需要的应用。合作处理：这种配置类型可以比其他客户/服务器方式为用户提供更高的生产效率和更高的网络效率。

14.5 什么是胖客户和瘦客户，两种方法在基本原理上的差别是什么？

胖客户：这是基于客户的处理，而大部分的软件都集中在客户端。胖客户模型的主要优点是它充分利用了桌面功能，分担了服务器上的应用处理并使它们更加有效，不容易产生瓶颈。

瘦客户：这是基于服务器的处理，而大部分的软件都集中在服务器。这种方式更近似地模拟了传统的以主机为中心的方式，常常是使将公司范围的应用程序从大型机环境迁移到分布式环境的途径。

14.6 给出将pros和cons用于胖客户和瘦客户策略的建议。

胖客户：胖客户模型的主要优点是它充分利用了桌面功能，分担了服务器上的应用处理并使它们更加有效，不容易产生瓶颈。新增加的功能很快就超出了桌面机器的处理能力，迫使公司进行升级。如果模型扩充超出了部门的界限，合并了很多用户，则公司必须安装高容量局域网来支持在瘦服务器和胖客户之间进行大量的传输。最后，维护、升级或替换分布于数十台或数百台桌面机的应用程序将变得非常困难。瘦客户：这种方式更近似地模拟了传统的以主机为中心的方式，常常是使将公司范围的应用程序从大型机环境迁移到分布式环境的途径。但是它不能提供和胖客户策略一样的灵活性。

14.7 解释三层客户/服务器体系结构的基本原理。

中间层机器基本上是位于用户客户和很多后端数据库服务器之间的网关。中间层机器能够转换协议，将对一种类型的数据库查询映像为另一种类型数据库的查询。另外，中间层机器能够融合来自不同数据源的结果。最后，中间层机器因介于两个层次之间而可以充当桌面应用程序和后端应用程序之间的网关。

14.8 什么是中间件？

中间件是在上层应用程序和下层通信软件和操作系统之间使用标准的编程接口和协议。它提供统一的方式和方法来跨越各种平台访问系统资源。

14.9 既然具有像TCP/IP这样的标准，为什么还需要中间件？

TCP/IP不提供API和中间层协定来支持应用于不同的硬件和操作系统的多种应用程序平台。

14.10 列出消息传递的阻塞原语和无阻塞原语的优缺点。

无阻塞原语为进程提供了对消息传递机制高效而灵活的使用，这种方法的缺点是难于测试和调试使用这些原语的程序。问题的不可再现性与时间顺序相关性往往导致产生很多奇怪而麻烦的问题。阻塞原语有与无阻塞原语相反的优缺点。

14.11 列出远程过程调用的非永久性和永久性绑定的优缺点。

非永久绑定：因为连接需要维持两端的状态信息，因此需要消耗资源，非永久绑定类型用于保存这些资源。另一方面，建立连接所带来的开销使非永久绑定对同一个调用者频繁调用远程过程的情况不太适用。

永久绑定：对于对远程过程进行多次重复调用的应用程序，永久绑定保持着逻辑连接，并支持使用同一连接进行一系列的调用和返回。

14.12 列出同步远程过程调用和异步远程过程调用的优缺点。

同步远程过程调用易于理解和编程，因为它的行为是可以预期的。然而，它未能发挥分布式应用中固有的全部并行性。这就限制了分布式应用所能具有的交互性，降低了性能。为了提供更大的灵活性，各种异步远程过程调用机制已经得到实现，以获得更大程度的并行性而同时又保留了远程过程调用的通俗性和简易性。异步远程过程调用并不阻塞调用者，应答也可以在需要它们时接收到，这使客户在本地的执行可以与对服务器的调用并行进行。

14.13 列出并简短定义四种不同的构建集群的方法。

被动等待：当主服务器出现故障时，由从服务器来接管。

分离服务器：各服务器具有独自的磁盘，数据可连续地从主服务器复制至从服务器。

各服务器连接到磁盘：所有服务器都连接到同一磁盘，但每台服务器仍拥有自己的磁盘，一旦某台服务器发生故障，则其磁盘被其他服务器接管。

共享磁盘：多台服务器同时共享对磁盘的访问。

Chap15（不要求）

15.1 讨论实现进程迁移的原因。

负载共享：通过将进程从负载较重的系统迁移到负载较轻的系统，负载就会得到平衡，从而提高整体性能。通信性能：可以将交互密集的多个进程移动到同一节点上，以减少因为它们之间的交互而带来的通信开销。同样，当一个进程在某些文件或某组文件上执行数据分析，且文件的大小比进程要大很多时，将该进程移动到数据端也许是更有利的。可用性：需要长时间运行的进程，在得到错误的预先通知时，或者在预定的关机时间之前，为了能够存活下来，可能需要迁移到其他机器中。如果操作系统提供了这样的通知，则那些需要继续运行的进程可以迁移到另一个系统上，或者保证在稍后的某个时间在当前系统上能重新启动。特殊功能的使用：进程的迁移可以充分利用特定节点上独特的硬件或软件功能。

15.2 在进程迁移过程中，进程地址空间是如何处理的？

下列策略可能被采用：Eager（all）：在迁移时转移整个地址空间。

预先复制（precopy）：进程继续在源节点上执行，而地址空间已经复制到了目标节点上。在预先复制的过程中，源节点上的某些页有可能又被修改，这些页必须被复制第二次。

Eager（dirty）：仅仅转移那些位于主存中且已被修改了的地址空间的页。虚地址空间的所有其他块将在需要时才转移。

基于引用的复制（copy-on-reference）：这是Eager（dirty）的变体，只有在引用某页时，该页才被取入。

刷新（flushing）：通过把脏页写回磁盘，该进程的页可以从源机器的主存中清除。这样，在需要时可以从磁盘访问到页，而不是从源节点的存储器中访问。

15.3 抢占式和非抢占式进程迁移的动机是什么？

非抢占式进程迁移对于负载平衡是很有用的，它的优点是能够避免全面性进程迁移的开销，缺点是该方法对于负载分布的突然变化反应不佳。

15.4 为什么不可能确定真正的全局状态？

因为系统之间的通信延迟，不可能在系统范围内维护一个所有系统都随时可用的时钟。而且，维护一个中央时钟并让所有本地时钟与之保持精确同步，这在技术上也是不现实的，因为经过一段时间后，在各个本地时钟之间就会产生一些偏差，这将导致同步的丢失。

15.5 集中式算法和分布式算法所实行的分布式互斥有何区别？

在完全集中式算法中，一个节点被指定为控制节点，它控制对所有共享对象的访问。当任何进程请求对一个临界资源进行访问时，就向本地资源控制进程发送一个请求，这个进程接着向控制节点发送一条请求消息，当共享对象可用时，将返回一条许可消息。当进程结束使用资源后，向控制节点发送一条释放消息。

在分布式算法中，互斥算法涉及到每个离散的实体之间的同步合作。

15.6 定义两种类型的分布式死锁。

在资源分配中产生的死锁以及由于消息通信而产生的死锁。

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说明：本文系期末考试临近，自己对于操作系统教材进行习题知识点的复习梳理，材料主要基于源于CSDN和博客园进行整理。具体链接附下：

https://www.cnblogs.com/honernan/p/14252204.html

操作系统-精髓与设计原理（第八版）复习题 - 随笔分类 - 浩楠honer - 博客园

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