吉林大学20年9月课程考试《操作系统》离线考核大作业

1、 吉林大学网络教育学院2019-2020学年第二学期期末考试操作系统大作业学生姓名 专业 层次年级 学号 学习中心 成绩 年 月 日作业要求：大作业要求学生手写完成，提供手写文档的清晰扫描图片，并将图片添加到word文档内，最终wod文档上传平台，不允许学生提交其他格式文件（如JPG，RAR等非word文档格式），如有雷同、抄袭成绩按不及格处理。一 论述题 (共5题 ， 总分值50分 )1. 如果磁盘扇区的大小固定为512B，每个磁道有80个扇区，一共有4个可用的盘面。假设磁盘旋转速度是360rpm。处理机使用中断驱动方式从磁盘读取数据，每字节产生一次中断。如果处理中断需要2.5ms，试回答如下问题：（1）处理机花费在处理I/O上的时间占整个磁盘访问时间的百分比是多少（忽略寻道时间）？答: 磁盘旋转速度是 360rpm, 磁盘旋转一周的时间当为60/360=1/6s,查找一个扇区的平均旋转时间为 (1/12)s 。因为 每个磁道有 80 个扇区(即 一周有80个扇区 ),所以访问一个扇区所需要的时间为:1/6*1/80=1/480S ( 1 )处理机花费在处理 I/O 上的时间占整个磁

2、盘访问时间的百分比是多少(忽略寻道时间) 处理机使用中断驱动方式从磁盘读取数据,每字节产生一次 中断 ,如果处理中断需要 2.5ms ,那么 512B的处理中断时间为 512* 2.5ms, 访问1个扇区时间为 512* 2.5+(1/12)+( 1/480 ),所以 处理机花费在处理 I/O 上的时间占整个磁盘访问时间的百分比为 512* 2.5/( 512* 2.5+(1/12)+( 1/480 ) )=99.9%（2）采用DMA方式，每个扇区产生一次中断，处理机花费在处理I/O上的时间占整个磁盘访问时间的百分比又是多少？ （10 分）答：采用 DMA 方式,每个扇区产生一次中断,处理机花费在处理 I/O 上的时间占整个磁盘访问时间的百分比是 2.5/( 2.5+(1/12)+( 1/480 ) )=96.7%2. 假设一个磁盘有200个柱面，编号为0199，当前存取臂的位置是在143号柱面上，并刚刚完成了125号柱面的服务请求，如果存在下列请求序列：86、147、91、177、94、150、102、175、130，试问：为完成上述请求，采用下列算法时存取的移动顺序是什么？移动总量

3、是多少？先来先服务（FCFS）。最短寻道时间优先（SSTF）。扫描算法（SCAN）。循环扫描算法（C-SCAN） （10 分）答：FCFS:143-86-147-91-177-94-150-102-175-130 565 SSTF:143-147-150-130-102-94-91-86-175-177 162 SCAN:143-147-150-175-177-130-102-94-91-86 125 C-SCAN:143-147-150-175-177-86-91-94-102-130 169FCFS:143-86-147-91-177-94-150-102-175-130 565 SSTF:143-147-150-130-102-94-91-86-175-177 162 SCAN:143-147-150-175-177-130-102-94-91-86 125 C-SCAN:143-147-150-175-177-86-91-94-102-130 1693. 操作系统中为什么要引入进程的概念？为了实现并发进程之间的合作和协调以及保证系统的安全，操作系统在进程管理方面要做哪些工作？

4、（10 分）答：在多道程序环境下,程序的并发执行代替了程序的顺序执行。并发执行破坏了程序的封闭性和可再现性,使得程序和计算不再一一对应。此外,并发执行又导致了资源共享与资源竞争,造成了各并发执行的程序之间可能存在相互制约的关系。因此并发执行的程序已不再处于一个封闭的环境中,从而出现了许多新的特征,即独立性、并发性、动态性,以及并发程序按各自独立的、不可预知的速度向前推进的异步性。程序这个静态概念已经无法真实地反映并发程序的执行特征,所以引入了一个能够描述并发程序执行过程且能共享资源的基本单位-进程。 操作系统在进程管理方面应做的工作如下。 (1)进程控制。系统必须设置一套控制机构来实现进程创建、进程撤销以及进程在运行过程中的状态转换。 (2)进程同步。系统必须设置同步机制来协调所有进程的运行,协调的方式包括进程的互斥与进程的同步。 (3)进程通信。多道程序环境下可能需要各进程相互合作来完成一个任务,这些合作进程之间需要通过交换信息来协调各自的工作进度,因此系统必须具有进程之间的通信(交换信息)能力。 (4)进程调度。系统必须能够在CPU空闲时按一定算法从就绪队列中选择一个进程,然后把C

5、PU分配给它,并为其设置运行现场使其投入运行。4. 某段式存储管理系统的段表如图5-33所示 请将逻辑地址0,137、1,9000、2,3600、3,230转换成物理地址 （10 分）答：(1):段号0小于段表长,故段号合法;由段表的第0项可获得段的内存始址为50K,段长为10K;由于段内地址137,小于段长10K,故段内地址也是合法的,因此对应的物理地址为:50K+137=50*1024+137=51337 (2):段号1小于段表长,故段号合法;由段表的第1项可获得段的内存始址为60K,段长为3K;段内地址4000超过段长3K,故产生越界中断。 (3):段号2小于段表长,故段号合法;由段表的第2项可获得段的内存始址为70K,段长为5K;由于段内地址3600,小于段长5K,故段内地址也是合法的,因此对应的物理地址为:70K+3600=70*1024+3600=75280 (4):段号5 :产生越界中断5. 设备分配中为什么可能出现死锁？ （10 分）答：建立SPOOLing系统;一次分配所有资源;有序分配资源;拥有的资源可被剥夺二 简答题 (共5题 ，总分值50分 )6. 一般计算机的

6、启动过程？ （10 分）答：计算机的整个启动过程分成四个阶段。一、第一阶段：BIOS上个世纪70年代初，”只读内存”（read-only memory，缩写为ROM）发明，开机程序被刷入ROM芯片，计算机通电后，第一件事就是读取它。这块芯片里的程序叫做”基本輸出輸入系統”（Basic Input/Output System），简称为BIOS。1.1 硬件自检BIOS中主要存放的程序包括：自诊断程序（通过读取CMOS RAM中的内容识别硬件配置，并对其进行自检和初始化）、CMOS设置程序（引导过程中，通过特殊热键启动，进行设置后，存入CMOS RAM中）、系统自动装载程序（在系统自检成功后，将磁盘相对0道0扇区上的引导程序装入内存使其运行）和主要I/O驱动程序和中断服务（BIOS和硬件直接打交道，需要加载I/O驱动程序）。BIOS程序首先检查，计算机硬件能否满足运行的基本条件，这叫做”硬件自检”（Power-On Self-Test），缩写为POST。如果硬件出现问题，主板会发出不同含义的蜂鸣，启动中止。如果没有问题，屏幕就会显示出CPU、内存、硬盘等信息。1.2 启动顺序硬件自检完成后

7、，BIOS把控制权转交给下一阶段的启动程序。这时，BIOS需要知道，”下一阶段的启动程序”具体存放在哪一个设备。也就是说，BIOS需要有一个外部储存设备的排序，排在前面的设备就是优先转交控制权的设备。这种排序叫做”启动顺序”（Boot Sequence）。打开BIOS的操作界面，里面有一项就是”设定启动顺序”。二、第二阶段：主引导记录BIOS按照”启动顺序”，把控制权转交给排在第一位的储存设备。即根据用户指定的引导顺序从软盘、硬盘或是可移动设备中读取启动设备的MBR，并放入指定的位置（0x7c000）内存中。这时，计算机读取该设备的第一个扇区，也就是读取最前面的512个字节。如果这512个字节的最后两个字节是0x55和0xAA，表明这个设备可以用于启动；如果不是，表明设备不能用于启动，控制权于是被转交给”启动顺序”中的下一个设备。这最前面的512个字节，就叫做”主引导记录”（Master boot record，缩写为MBR）。2.1 主引导记录的结构“主引导记录”只有512个字节，放不了太多东西。它的主要作用是，告诉计算机到硬盘的哪一个位置去找操作系统。主引导记录由三个部分组成：（1

8、） 第1-446字节：调用操作系统的机器码。（2） 第447-510字节：分区表（Partition table）。（3） 第511-512字节：主引导记录签名（0x55和0xAA）。其中，第二部分”分区表”的作用，是将硬盘分成若干个区。2.2 分区表硬盘分区有很多好处。考虑到每个区可以安装不同的操作系统，”主引导记录”因此必须知道将控制权转交给哪个区。分区表的长度只有64个字节，里面又分成四项，每项16个字节。所以，一个硬盘最多只能分四个一级分区，又叫做”主分区”。每个主分区的16个字节，由6个部分组成：（1） 第1个字节：如果为0x80，就表示该主分区是激活分区，控制权要转交给这个分区。四个主分区里面只能有一个是激活的。（2） 第2-4个字节：主分区第一个扇区的物理位置（柱面、磁头、扇区号等等）。（3） 第5个字节：主分区类型。（4） 第6-8个字节：主分区最后一个扇区的物理位置。（5） 第9-12字节：该主分区第一个扇区的逻辑地址。（6） 第13-16字节：主分区的扇区总数。最后的四个字节（”主分区的扇区总数”），决定了这个主分区的长度。也就是说，一个主分区的扇区总数最多不超过2

9、的32次方。如果每个扇区为512个字节，就意味着单个分区最大不超过2TB。再考虑到扇区的逻辑地址也是32位，所以单个硬盘可利用的空间最大也不超过2TB。如果想使用更大的硬盘，只有2个方法：一是提高每个扇区的字节数，二是增加扇区总数。三、第三阶段：硬盘启动这时，计算机的控制权就要转交给硬盘的某个分区了，这里又分成三种情况。3.1 情况A：卷引导记录上一节提到，四个主分区里面，只有一个是激活的。计算机会读取激活分区的第一个扇区，叫做”卷引导记录”（Volume boot record，缩写为VBR）。“卷引导记录”的主要作用是，告诉计算机，操作系统在这个分区里的位置。然后，计算机就会加载操作系统了。3.2 情况B：扩展分区和逻辑分区随着硬盘越来越大，四个主分区已经不够了，需要更多的分区。但是，分区表只有四项，因此规定有且仅有一个区可以被定义成”扩展分区”（Extended partition）。所谓”扩展分区”，就是指这个区里面又分成多个区。这种分区里面的分区，就叫做”逻辑分区”（logical partition）。计算机先读取扩展分区的第一个扇区，叫做”扩展引导记录”（Extended boot record，缩写为EBR）。它里面也包含一张64字节的分区表，但是最多只有两项（也就是两个逻辑分区）。计算机接着读取第二个逻辑分区的第一个扇区，再从里面的分区表中找到第三个逻辑分区的位置，以此类推，直到某个逻辑分区的分区表只包含它自身为止（即只有一个分区项）。因此，扩展分区可以包含

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