第3章處理器管理為什么程序并發(fā)執(zhí)行會(huì)產(chǎn)生間斷性特征，并失去封閉性和可再現(xiàn)性？答：之所以產(chǎn)生間斷性特征是因?yàn)槎鄠€(gè)程序在并發(fā)執(zhí)行時(shí)，需要為了完成同一項(xiàng)任務(wù)而相互合作，并發(fā)執(zhí)行的程序間的這種相互制約導(dǎo)致了“暫?！獔?zhí)行—暫?！钡拈g斷性運(yùn)行規(guī)律。失去封閉性是因?yàn)槌绦蛟诓l(fā)執(zhí)行時(shí)，多個(gè)程序需要共享系統(tǒng)中的多種資源。所以，這些資源的狀態(tài)是由多個(gè)程序改變的，從而使程序的運(yùn)行失去了封閉性。失去可再現(xiàn)性是因?yàn)槌绦蛟诓l(fā)執(zhí)行時(shí)，由于失去了封閉性，從而導(dǎo)致其失去可再現(xiàn)性。什么是進(jìn)程？為什么要在操作系統(tǒng)中引入進(jìn)程？答：進(jìn)程是可并發(fā)執(zhí)行且具有獨(dú)立功能的程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上的運(yùn)行過程，它是操作系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位?！斑M(jìn)程”概念是人們?yōu)榱耸钩绦蚰軌虿l(fā)執(zhí)行，并且能對(duì)并發(fā)的程序加以描述和控制而引入的。試從并發(fā)性、獨(dú)立性、動(dòng)態(tài)性上比較程序和進(jìn)程的不同。答：（1）并發(fā)性是進(jìn)程的重要特征，同時(shí)也是OS的重要特征。引入進(jìn)程的目的正是為了使其程序能和其它進(jìn)程的程序并發(fā)執(zhí)行，而程序是不能并發(fā)執(zhí)行的。（2）獨(dú)立性是指進(jìn)程實(shí)體是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，同時(shí)也是系統(tǒng)中獨(dú)立獲得資源和獨(dú)立調(diào)度的基本單位。而對(duì)于未建立任何進(jìn)程的程序，都不能作為一個(gè)獨(dú)立的單位參加運(yùn)行。(3)動(dòng)態(tài)性是進(jìn)程最基本的特性，可表現(xiàn)為由創(chuàng)建而產(chǎn)生，由調(diào)度而執(zhí)行，因得不到資源而暫停執(zhí)行，以及由撤銷而消亡，因而進(jìn)程有一定的生命期；而程序只是一組有序指令的集合，是靜態(tài)實(shí)體。什么是PCB？它具有什么作用？為什么說PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)識(shí)？答：進(jìn)程控制塊(ProcessControlBlock，PCB)是操作系統(tǒng)為了管理進(jìn)程而設(shè)置的一個(gè)專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用它來記錄進(jìn)程的外部特征，描述進(jìn)程的運(yùn)動(dòng)變化過程。它的作用是使一個(gè)在多道程序環(huán)境下不能獨(dú)立運(yùn)行的程序(含數(shù)據(jù))，成為一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，一個(gè)能和其它進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程.因?yàn)橄到y(tǒng)利用PCB來控制和管理進(jìn)程，所以PCB是系統(tǒng)感知進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志。進(jìn)程與PCB是一一對(duì)應(yīng)的。進(jìn)程有哪些基本狀態(tài)？這些狀態(tài)具有什么特征？答：進(jìn)程的三種基本狀態(tài)分別是：就緒狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、阻塞狀態(tài)。（1）就緒狀態(tài)：進(jìn)程已獲取到除CPU之外的所有必要資源，只要再得到CPU，就可以馬上投入運(yùn)行。（2）運(yùn)行狀態(tài)：處于就緒狀態(tài)的進(jìn)程被調(diào)度程序選中后將得到CPU控制權(quán)，此時(shí)該進(jìn)程就可以使用處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理。（3）阻塞狀態(tài)：當(dāng)一個(gè)進(jìn)程正在等待某個(gè)事件的發(fā)生(如等待I/O的完成)而暫停執(zhí)行，這時(shí)，即使分配有CPU時(shí)間，它也無法執(zhí)行。為什么要引入掛起狀態(tài)？該狀態(tài)有什么特性？答：引入掛起狀態(tài)時(shí)為了滿足四種需要：調(diào)節(jié)系統(tǒng)負(fù)荷的需要、用戶的需要、父進(jìn)程的需要、系統(tǒng)的需要。掛起狀態(tài)的特點(diǎn)：交換到磁盤上的進(jìn)程，不讓其參與進(jìn)程調(diào)度，以達(dá)到平衡系統(tǒng)負(fù)荷的目的。說明進(jìn)程基本狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系及引起這些狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的典型原因。答：處于就緒狀態(tài)的進(jìn)程，在調(diào)度程序?yàn)橹峙淞颂幚砥髦?，就可以投入運(yùn)行。同時(shí)，進(jìn)程的狀態(tài)也由就緒狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)行狀態(tài)；在采用時(shí)間片機(jī)制的操作系統(tǒng)中，分配給當(dāng)前進(jìn)程的時(shí)間片用完之后，它會(huì)暫停執(zhí)行，其狀態(tài)也由運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換到就緒狀態(tài)；如果由于某事件發(fā)生(比如進(jìn)程需要訪問某I/O設(shè)備，而該設(shè)備正在被別的進(jìn)程訪問)而使進(jìn)程運(yùn)行受阻，不能再繼續(xù)向下執(zhí)行時(shí)，它的狀態(tài)會(huì)由運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽枞麪顟B(tài)；當(dāng)進(jìn)程期望的某事件發(fā)生時(shí)(比如需要訪問的I/O設(shè)備已可用)，進(jìn)程將從阻塞狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫途w狀態(tài)說明在加入了掛起狀態(tài)的操作系統(tǒng)中，進(jìn)程狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系及引發(fā)轉(zhuǎn)換的典型原因。答：在引入掛起狀態(tài)的操作系統(tǒng)中，又增加了靜止就緒和靜止阻塞兩個(gè)新的進(jìn)程狀態(tài)。調(diào)用掛起原語把處于活動(dòng)就緒狀態(tài)的進(jìn)程掛起后，該進(jìn)程就會(huì)由活動(dòng)就緒狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殪o止就緒狀態(tài)。調(diào)用掛起原語把處于活動(dòng)阻塞的進(jìn)程掛起后，它的狀態(tài)就轉(zhuǎn)換為靜止阻塞。調(diào)用激活原語激活后又可以轉(zhuǎn)換到活動(dòng)阻塞狀態(tài)。試說明引起進(jìn)程創(chuàng)建的典型事件。答：引起進(jìn)程創(chuàng)建的典型事件有：用戶登錄、作業(yè)調(diào)度、提供服務(wù)、應(yīng)用請(qǐng)求。試說明引起進(jìn)程撤銷的典型事件。答：引起進(jìn)程撤銷的典型事件有：正常結(jié)束、異常結(jié)束、外界干預(yù)。試說明引起進(jìn)程阻塞和喚醒的典型事件。答：引起進(jìn)程阻塞和喚醒的典型事件有：請(qǐng)求系統(tǒng)服務(wù)、啟動(dòng)某種操作、新數(shù)據(jù)尚未到達(dá)、無新工作可做。.試說明進(jìn)程創(chuàng)建的過程。答：創(chuàng)建進(jìn)程的操作必須調(diào)用創(chuàng)建原語來實(shí)現(xiàn)。創(chuàng)建原語首先為新進(jìn)程申請(qǐng)獲得惟一的數(shù)字標(biāo)示符，并從PCB集合中獲取一個(gè)空白PCB；為新進(jìn)程的程序和數(shù)據(jù)以及用戶棧分配必要的內(nèi)存空間；然后對(duì)PCB進(jìn)程初始化；最后將新進(jìn)程插入就緒隊(duì)列中，等待被調(diào)度執(zhí)行。試說明進(jìn)程撤銷的過程。答：系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)程終止原語來終止進(jìn)程。首先根據(jù)被終止進(jìn)程的標(biāo)示符，從PCB集合中查找到該進(jìn)程的PCB，從中讀出該進(jìn)程的狀態(tài)，終止該進(jìn)程的執(zhí)行，如果該進(jìn)程還有子孫進(jìn)程，應(yīng)該將它的所有子孫進(jìn)程終止，防止它們成為不可控進(jìn)程；然后回收進(jìn)程所擁有的資源；最后將被終止進(jìn)程(它的PCB)從所在隊(duì)列(或鏈表)中移出，等待其它程序來搜集信息。什么是線程？請(qǐng)比較它與進(jìn)程的異同。答：線程是進(jìn)程中的一個(gè)實(shí)體，是被系統(tǒng)獨(dú)立分配和調(diào)度的基本單位。線程基本上不擁有資源，只需要一些必不可少的資源(如程序計(jì)數(shù)器、一組寄存器和棧)。進(jìn)程和線程的差異：在傳統(tǒng)的OS中，進(jìn)程是擁有資源和獨(dú)立調(diào)度分派的基本單位，在加入線程的OS中，線程是代替進(jìn)程成為獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位，進(jìn)程則仍是擁有資源的基本單位。并發(fā)粒度不同。除了不同進(jìn)程的線程之外，同一個(gè)進(jìn)程里的不同線程之間也可以并發(fā)執(zhí)行，所以線程擁有更好的并發(fā)性。擁有資源數(shù)量不同。進(jìn)程是擁有資源的基本單位，線程除了一些在運(yùn)行過程中必不可少的資源外，基本上不擁有系統(tǒng)資源，它可以訪問自己所在的進(jìn)程的資源。管理開銷不同。創(chuàng)建、撤銷進(jìn)程時(shí)系統(tǒng)都要為之分配和回收資源，所以進(jìn)程切換用的時(shí)間開銷相對(duì)要多于線程。進(jìn)程間通信很麻煩，而同一進(jìn)程的線程則通過共享進(jìn)程的資源很方便地通信和同步，同步開銷小得多。進(jìn)程和線程有著很多相似的地方：都可以并發(fā)執(zhí)行；都有就緒、執(zhí)行、阻塞這些基本狀態(tài)，也都可以在這些基本狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換狀態(tài)；從創(chuàng)建到撤銷都有一定的生命周期；都需要同步工具。15.處理器調(diào)度的層次有哪些？各層次的主要工作是什么？答：處理器調(diào)度的層次分為三級(jí)調(diào)度：高級(jí)調(diào)度、中級(jí)調(diào)度和低級(jí)調(diào)度。高級(jí)調(diào)度：它需要做出兩個(gè)決定，一個(gè)是要從駐留在外存后備隊(duì)列中調(diào)入多少個(gè)作業(yè)，二是要調(diào)入哪幾個(gè)作業(yè)；然后為被選中的作業(yè)創(chuàng)建進(jìn)程，并分配必要的系統(tǒng)資源，如內(nèi)存、外設(shè)等，然后把新創(chuàng)建的進(jìn)程放入就緒隊(duì)列中，等待被調(diào)度執(zhí)行。中級(jí)調(diào)度：中級(jí)調(diào)度主要涉及進(jìn)程在內(nèi)存和外存之間的交換。當(dāng)系統(tǒng)中的內(nèi)存使用情況緊張時(shí)，中級(jí)調(diào)度把內(nèi)存中暫時(shí)不能運(yùn)行的進(jìn)程調(diào)到外存中等待，等內(nèi)存有足夠的空閑空間時(shí)，再由中級(jí)調(diào)度決定將外存上的某些具備了運(yùn)行條件的就緒進(jìn)程調(diào)入內(nèi)存，把其狀態(tài)修改為就緒狀態(tài)并掛在就緒隊(duì)列中，等待進(jìn)程調(diào)度。低級(jí)調(diào)度：按照一定的算法從就緒隊(duì)列中選擇一個(gè)進(jìn)程，然后將處理器分配給它。執(zhí)行低級(jí)調(diào)度功能的程序稱作進(jìn)程調(diào)度程序，由它實(shí)現(xiàn)處理器在進(jìn)程間的切換。16.搶占式調(diào)度的原則是什么？請(qǐng)簡要說明。答：系統(tǒng)使用搶占方式進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度時(shí)需要遵循一定的原則，主要有以下幾個(gè)方面：時(shí)間片原則。各進(jìn)程按系統(tǒng)分配給的一個(gè)時(shí)間片運(yùn)行，當(dāng)該時(shí)間片用完或由于該進(jìn)程等待某事件發(fā)生而被阻塞時(shí)，系統(tǒng)就停止該進(jìn)程的執(zhí)行而重新進(jìn)行調(diào)度。優(yōu)先級(jí)原則。每個(gè)進(jìn)程均被賦于一個(gè)調(diào)度優(yōu)先級(jí)，通常一些重要和緊急的進(jìn)程被賦于較高的優(yōu)先級(jí)。當(dāng)一個(gè)新的緊迫進(jìn)程到達(dá)時(shí)，或者一個(gè)優(yōu)先級(jí)高的進(jìn)程從阻塞狀態(tài)變成就緒狀態(tài)時(shí)，如果該進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)比當(dāng)前進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)高，OS就停止當(dāng)前進(jìn)程的執(zhí)行，將處理器分配給該優(yōu)先級(jí)高的進(jìn)程，使之執(zhí)行。短進(jìn)程優(yōu)先原則。當(dāng)新到達(dá)的作業(yè)對(duì)應(yīng)的進(jìn)程比正在執(zhí)行的作業(yè)對(duì)應(yīng)進(jìn)程的運(yùn)行時(shí)間明顯短時(shí)，系統(tǒng)剝奪當(dāng)前進(jìn)程的執(zhí)行，而將處理器分配給新的短進(jìn)程，使之優(yōu)先執(zhí)行。17.在批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，應(yīng)分別采用哪種作業(yè)(進(jìn)程)調(diào)度算法？答：批處理系統(tǒng)采用先來先服務(wù)調(diào)度算法；分時(shí)系統(tǒng)采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法；實(shí)時(shí)系統(tǒng)采用高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法。18.說明時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法的基本思路。答：在采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法的系統(tǒng)中，將系統(tǒng)中所有的就緒進(jìn)程按照FCFS原則，排成一個(gè)隊(duì)列。每次調(diào)度時(shí)將CPU分派給隊(duì)首進(jìn)程，讓其執(zhí)行一個(gè)時(shí)間片。時(shí)間片的長度從幾個(gè)ms到幾百ms。在一個(gè)時(shí)間片結(jié)束時(shí)，發(fā)生時(shí)鐘中斷。調(diào)度程序暫停當(dāng)前進(jìn)程的執(zhí)行，將其送到就緒隊(duì)列的末尾，并通過CPU現(xiàn)場切換執(zhí)行當(dāng)前的隊(duì)首進(jìn)程，當(dāng)然，進(jìn)程可以未使用完一個(gè)時(shí)間片，就讓出CPU(如阻塞)。這樣可以保證就緒隊(duì)列中的所有進(jìn)程都有機(jī)會(huì)獲得處理器而運(yùn)行的機(jī)會(huì)，可以提高進(jìn)程并發(fā)性和響應(yīng)時(shí)間特性，從而提高資源利用率。19.試說明多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法思想。答：多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度算法則不必事先知道各進(jìn)程的執(zhí)行時(shí)間，又可以滿足各種類型進(jìn)程的調(diào)度需要，它是一種目前公認(rèn)較好的進(jìn)程調(diào)度算法。它的算法思想如下(設(shè)采用搶占式調(diào)度)：需要設(shè)置多個(gè)就緒隊(duì)列，并且為它們分別賦予不同的優(yōu)先級(jí)。每隊(duì)列分配不同的時(shí)間片，規(guī)定優(yōu)先級(jí)越低則時(shí)間片越長。新進(jìn)程就緒后，先插入隊(duì)列1的末尾，按FCFS算法調(diào)度。若一個(gè)時(shí)間片未能執(zhí)行完，則降低插入到隊(duì)列2的末尾；依此類推，降低到最后的隊(duì)列，則按“時(shí)間片輪轉(zhuǎn)”算法調(diào)度直到完成。進(jìn)程由于等待事件而放棄CPU后,進(jìn)入等待隊(duì)列,一旦等待的事件發(fā)生,則回到原來的就緒隊(duì)列。只有當(dāng)較高優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列為空時(shí)，才調(diào)度較低優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中的進(jìn)程執(zhí)行。如果進(jìn)程執(zhí)行時(shí)有新進(jìn)程進(jìn)入較高優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列，則需要重新調(diào)度，搶先執(zhí)行新進(jìn)程，并把被搶先的進(jìn)程插入原隊(duì)列的末尾。20.什么是靜態(tài)和動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)？如何確定靜態(tài)優(yōu)先級(jí)？答：靜態(tài)優(yōu)先級(jí)是在系統(tǒng)創(chuàng)建時(shí)確定的，一經(jīng)確定之后在整個(gè)進(jìn)程運(yùn)行期間不再改變。動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)是在進(jìn)程運(yùn)行前先確定一個(gè)優(yōu)先級(jí)，進(jìn)程運(yùn)行過程中根據(jù)進(jìn)程等待時(shí)間的長短、執(zhí)行時(shí)間的多少、輸入輸出信息量的大小等，通過計(jì)算得到新的優(yōu)先級(jí)。21.在一個(gè)單道批處理系統(tǒng)中，一組作業(yè)的到達(dá)時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間如下表所示。試計(jì)算使用先來先服務(wù)、短作業(yè)優(yōu)先、高響應(yīng)比優(yōu)先算法時(shí)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間和平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間。作業(yè)到達(dá)時(shí)間運(yùn)行時(shí)間18.01.028.50.539.00.249.10.1答：用T表示周轉(zhuǎn)時(shí)間，用W表示帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間FCFS的作業(yè)調(diào)度情況如下：作業(yè)提交時(shí)間運(yùn)行時(shí)間開始時(shí)間結(jié)束時(shí)間周轉(zhuǎn)時(shí)間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間18.01.08.09.01.01.028.50.59.09.51.02.039.00.29.59.70.73.549.10.19.79.80.77.0FCFS的T=（1.0+1.0+0.7+0.7）/4=0.85W=（1.0+2.0+3.5+7.0）/4=3.375SJF的作業(yè)調(diào)度情況如下：作業(yè)提交時(shí)間運(yùn)行時(shí)間開始時(shí)間結(jié)束時(shí)間周轉(zhuǎn)時(shí)間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間18.01.08.09.01.01.028.50.59.39.81.32.639.00.29.09.20.21.049.10.19.29.30.22.0SJF的T=（1.0+1.3+0.2+0.2）/4=0.675W=（1.0+2.6+1.0+2.0）/4=1.65高響應(yīng)比優(yōu)先的作業(yè)調(diào)度情況如下：作業(yè)提交時(shí)間運(yùn)行時(shí)間開始時(shí)間結(jié)束時(shí)間周轉(zhuǎn)時(shí)間帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間18.01.08.09.01.01.028.50.59.09.51.02.039.00.29.69.80.84.049.10.19.59.60.55.0高響應(yīng)比算法的T=（1.0+1.0+0.8+0.5）/4=0.825W=（1.0+2.0+4.0+5.0）/4=3.0Linux進(jìn)程有幾個(gè)狀態(tài)，簡述各狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件。答：1)運(yùn)行狀態(tài)2)可中斷睡眠狀態(tài)3)不可中斷睡眠狀態(tài)4)暫停狀態(tài)5)跟蹤狀態(tài)6)僵死狀態(tài)7)退出狀態(tài)進(jìn)程創(chuàng)建時(shí)的狀態(tài)為不可中斷睡眠狀態(tài)，在do_fork()結(jié)束前被父進(jìn)程喚醒后，變?yōu)閳?zhí)行狀態(tài)，適當(dāng)時(shí)候獲得CPU。獲得CPU且正在運(yùn)行的進(jìn)程若申請(qǐng)不到某個(gè)資源時(shí)，進(jìn)入睡眠狀態(tài)，如果調(diào)用sleep_on()，則其狀態(tài)變?yōu)椴豢芍袛嗨郀顟B(tài)，如果調(diào)用interruptible_sleep_on()，則其狀態(tài)變?yōu)榭芍袛嗨郀顟B(tài)，當(dāng)進(jìn)程獲取所申請(qǐng)的資源時(shí)，睡眠進(jìn)程進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)用do_exit()時(shí)，進(jìn)程進(jìn)入僵死狀態(tài)。若進(jìn)程通過系統(tǒng)調(diào)用設(shè)置標(biāo)志PF_SYSTRACE，則在系統(tǒng)調(diào)用返回前進(jìn)入函數(shù)syscall_trace()，狀態(tài)改為暫停。只有通過其他進(jìn)程發(fā)送的信號(hào)SIG_KILL或SIG_CONT，才能把暫停狀態(tài)進(jìn)程喚醒，重新進(jìn)入run-queue隊(duì)列。23.Linux中的線程調(diào)度算法有幾種，簡述之？答：調(diào)度策略有三種：SCHED_OTHER(普通分時(shí)調(diào)度策略)：它是缺省