操作系统课后作业二
第五章：设备管理
1．计算机系统中I/O设备有哪些分类方式？
答：有程序I/O（轮询）、中断、DMA、通道。前三种在微机中很常见。
2．操作系统设备管理的主要任务是什么？
答：操作系统是用以控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地组织计算机工作流程以及方便用户使用计算机的一组程序，所以操作系统是一个资源管理器，基主要任务是管理系统资源。
3．通道分为几类？各有什么特点？
答：根据通道的工作方式，通道分为选择通道、数据多路通道、字节多路通道3种类型。
（1）选择通道又称为高速通道，在物理上可以连接多个设备，但某段时间内只允许一个设 备工作。
（2）数组多路通道是对选择通道的改进。当某设备进行数据传送时，通道只为该设备服务；当设备在执行寻址等控制操作时，通道可以暂时断开与该设备的连接，去执行其他设备的通 道程序。 （3）字节多路通道与数组多路通道相类似，可以在一个时间段内执行多个设备的通道程序。但也有不同：字节多路通道允许多个设备同时进行传输操作，而数组多路通道则不允许；字节多路通道的传输单位是字节，数组多路通道的传输单位是数据块。
4．简要叙述四种I/O控制方式的工作过程。 答：（1）程序I/O方式
处理机对I/O设备的控制，采取程序I/O（Programmed I/O）方式或称为忙一等待方式。即： ①在处理机相控制器发出一条I/O指令启动输入设备输入数据时，要同时把状态寄存器的忙/闲标志busy置为1，然后不断地循环测试busy： ②再去启动读下一个数据，并置busy=1。 （2）中断驱动I/O控制方式
对I/O设备的控制，当某进程要启动某个I/O设备工作时，便由CPU向相应的设备控制器发出一条I/O命令，然后立即返回继续执行原来的任务。设备控制器便按照该命令的要求去控制I/O设备。
（3）直接存储器访问DMA控制方式
①CPU从磁盘读入一个数据块时，向磁盘控制器发送一条读命令。该命令被送到其中的命令寄存器CR中；将发送数据的内存始址放到MAR中；要读的数据的字节数送入DC中，将磁盘中的源地址送到I/O控制逻辑上。
②启动DMA控制器进行数据传送，此时CPU可去处理其他任务。（整个数据传送过程由DMA控制器进行控制）。 （4）I/O通道控制方式
通道是通过执行通道程序并与设备控制器共同实现对I/O设备的控制。通道程序是由一系列的通道指令（通道命令）所构成的，与一般的机器指令不同，在它的每条指令中包含下列信息：1）操作码。2）内存地址。3）通道程序结束位P。4）计数。5）记录结束标志R。
5．什么是设备独立性？如何实现设备独立性？
答：1、设备独立性又称为数据无关性。它指的是应用程序在使用设备进行I/O时，使用的
是逻辑设备，而系统在实际执行时使用的是物理设备，由操作系统负责逻辑设备与物理设备的映 射。
2、系统为每个进程设置一张“逻辑设备表”（LUT）。当某进程用逻辑名来请求设备时，系统查阅“系统设备表”（SDT），为它分配相应的物理设备。系统将这种用户逻辑设备与系统物理设备的映射建立在该用户的“逻辑设备表”中，并将该物理设备的驱动程序入口地址填入“逻辑设备表”中。以后，该进程利用逻辑设备名请求I/O操作时，系统通过查找“逻辑设备表”即可找到物理设备及驱动程序。
6．SPOOLING系统有何特点。
答：SPOOLing技术是在通道技术和多道程序设计基础上产生的，它由主机和相应的通道共
同承担作业的输入输出工作，利用磁盘作为后援存储器，实现外围设备同时联机操作。
7．设备驱动程序通常要完成哪些工作？ 答：设备驱动程序通常要完成如下工作：
（1）将抽象要求转换为具体要求；（2）检查I/O请求的合法性；（3）读出和检查设备的状态；（4）传送必要的参数；（5）设置工作方式；（6）启动I/O设备。
8．一次磁盘访问的时间由哪些部分构成？有哪些方法提高磁盘读写性能？ 答：磁盘访问时间包括以下三个部分：
（1）寻道时间Ts，指把磁臂从当前位置移动到指定磁道上所经历的时间。该时间是启动磁盘的时间s与磁头移动n条磁道所花费的时间之和，即Ts=m×n+s。其中m是一常数，与磁盘驱动器的速度有关。
（2）旋转延迟时间Tr，是指定扇区旋转到磁头下面所经历的时间。
（3）传输时间Tt，指把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间，其与每次所读/写的字节数bytes及旋转速度r有关，具体为Tt=bytes/(r×bytesPerTrack)，其中bytesPerTrack 为一条磁道上的字节数。当一次读/写的字节数相当于半条磁道上的字节数时，Tt与Tr相同，也即Tr=1/2r。因此可将访问时间Ta表示为：Ta=Ts+1/2r+bytes/(r×bytesPerTrack)。 提高磁盘读写性能的方法：（1）把它格式为NTFS格式。（2）在设备管理器中的IDE ATA /ATAPI控制器下把硬盘的传输模式改为DMA模式。
9．目前常用的磁盘调度算法有哪些？每种算法优先考虑的问题是什么？
答：目前常用的磁盘调度算法包括：
（1）先来先服务调度算法FCFS。根据进程请求访问磁盘的先后次序进行调度，其优点是公平、简单且每个进程的请求都能依次得到处理，不会出现某一进程的请求长期得不到满足的情况，但寻道时间可能较长。 （2）最短寻道时间优先调度算法SSTF。选择所要求访问磁道与磁头当前所在磁道距离最近的进程优先调度，但其并不能保证平均寻道时间最短。本算法具较好的寻道性能，但可能导致进程饥饿现象。
（3）扫描算法SCAN（又称为电梯调度算法），对最短寻道时间优先调度算法略加修改而形成。不仅考虑欲访问磁道与磁头当前所在磁道的间距，更优先考虑的是磁头当前移动的方向既能获得较好的寻道性，又能防止进程饥饿，广泛用于大、中、小型机及网络中。扫描算法存在的问题是：当磁头刚从里到外移动过某一磁道时，恰有一进程请求访问此磁道，该进程必须等待，待磁头从里向外，然后再从外向里扫描完所有要访问的磁道后，才处理该进程的请求，致使该进程的请求被严重推迟。
（4）循环扫描算法CSCAN。规定磁头单向移动，避免了扫描算法导致的某些进程磁盘请求的严重延迟。
（5）N-步扫描算法。为克服前述SSTF、SCAN、CSCAN等调度算法都可能出现的磁臂停留在某处不动的情况即磁臂粘着现象，将磁盘请求队列分成若干个长度为N
的子队列，按先来先服务算法依次处理这些子队列，而各队列分别以扫描算法进行处理。 （6）FSCAN算法，其实质为N-步扫描算法的简化。具体而言，将磁盘请求队列分成两个子队列：①当前所有请求磁盘I/O的进程形成的队列，按扫描算法处理；②在扫描期间新出现的所有磁盘请同达程队列，本次扫描结束后②添加到①的队尾，从而使所有新要求都被推迟到下一次扫描时处理。
第六章：文件管理
1．什么是文件？用户对文件施加的主要操作有哪些？
答：文件是具有文件名的一组相关信息的集合。用户通过文件系统提供的系统调用对文件
实施操作。
（1）基本文件操作：创建、删除、读、写、截断、设置读/写位置等； （2）文件打开和关闭操作：第一步通过检索文件目录找到指定文件属性及其在外存上位置；第二步对文件实施读写等相应操作。 （3）其他文件操作：一是文件属性操作；二是目录操作；三是文件共享与文件系统操作的 系统调用实现等。
2．什么是文件的逻辑结构和物理结构？按照这两种结构文件可以分为哪些类别？各有什么特点？
答：（1）文件的逻辑结构：这是用用户观点出发所观察到的文件组织形式，是用户可以直
接处
理的数据及其结构，它独立于文件的物理特性，又称为文件组织。
1、有结构文件：
记录的长度可分为定长和不定长两类：定长记录；变长记录 根据用户和系统管理上的需要，可采用多种方式来组织这些记录，形成下述的几种文件：顺序文件；索引文件；索引顺序文件。
2、无结构文件： 流式文件，其长度以字节为单位。
（2）文件的物理结构：又称为文件的存储结构，是指文件在外存上的存储组织形式。这不 仅与存储介质的存储性能有关，而且与所采用的外存分配方式有关。
3．外存分配有哪些方式？ 答：连续分配、链接分配、索引分配
4．什么是目录？什么是目录文件？文件控制块中包含什么信息项？ 答：文件控制块的有序集合构成文件目录，每个目录项即是一个文件控制块。
为了实现文件目录的管理，通常将文件目录以文件的形式保存在外存空间，这个文件就被称为目录文件。
文件控制块三种信息：①基本信息；②存储控制信息；③使用信息。
5．目前广泛采用的目录结构形式是哪种？它有什么化点？ 答：目前广泛采用的目录结构形式是树型目录结构，它具有以下优点：
1) 能有效地提高对目录的检索速度；2)允许文件重名；3)容易实现文件共享；4)能实现按
名存取。
6．常用的文件存储空间管理方法有哪些？
答：磁盘空间的组织管理方法—空闲表法、空闲链表法、位示图、成组链接法。
第八章：网络操作系统
1．按照网络拓扑结构计算机网络可以分成娄几类？
答：计算机网络拓扑是指通信子网的拓扑构型，通过网中结点与通信线路间的几何关系表
示网络结构，反映出网络中个实体的结构关系。 主要分为总线型、星型、树型、环型、网状型和混合型6种。
2．简述OSI七层模型分别是哪七层，每层有什么功能？
答：（1）物理层：OSI模型的最低层或第一层，该层包括物理连网媒介，如电缆连线连接
器。物理层的协议产生并检测电压以便发送和接收携带数据的信号。
（2）数据链路层：OSI模型的第二层，它控制网络层与物理层之间的通信。它的主要功能是如何在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传递。为了保证传输，从网络层接收到的数据
被分割成特定的可被物理层传输的帧。 数据链路层的功能独立于网络和它的节点和所采用的物理层类型，它也不关心是否正在运行Word、Excel或使用Internet。有一些连接设备，如交换机，由于它们要对帧解码并使用帧信息将数据发送到正确的接收方，所以它们是工作在数据链路层的。
（3）网络层：OSI模型的第三层，其主要功能是将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何将数据从发送方路由到接收方。 网络层通过综合考虑发送优先权、网络拥塞程度、服务质量以及可选路由的花费来决定从一个网络中节点A到另一个网络中节点B的最佳路径。由于网络层处理路由，而路由器因为即连接网络各段，并智能指导数据传送，属于网络层。在网络中，“路由”是基于编址方案、使用模式以及可达性来指引数据的发送。
（4）传输层：OSI模型中最重要的一层。传输协议同时进行流量控制或是基于接收方可接收数据的快慢程度规定适当的发送速率。除此之外，传输层按照网络能处理的最大尺寸将较长的数据包进行强制分割。
（5）会话层：负责在网络中的两节点之间建立和维持通信。会话层的功能包括：建立通信链接，保持会话过程通信链接的畅通，同步两个节点之间的对话，决定通信是否被中断以及通信中断时决定从何处重新发送。
（6）表示层：应用程序和网络之间的翻译官，在表示层，数据将按照网络能理解的方案进行格式化；这种格式化也因所使用网络的类型不同而不同。表示层管理数据的解密与加密，如系统口令的处理。
（7）应用层：负责对软件提供接口以使程序能使用网络服务。术语“应用层”并不是指运行在网络上的某个特别应用程序，应用层提供的服务包括文件传输、文件管理以及电子邮件的信息处理。
3．TCP/IP网络体系结构分几层？每层作用是什么？
答：（1）应用层：应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、
网络远程访问协议（Telnet）等。
（2）传输层：在此层中，它提供了节点间的数据传送服务，如传输控制协议（TCP）、用户 数据报协议（UDP）等，TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中，这一层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收。
（3）互连网络层：负责提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到达目的主机（但不检查是否被正确接收），如网际协议（IP）。 （4）网络接口层：对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络（如Ethernet、Serial Line等）来传送数据。
4．客户/服务器模式有什么优点？
答：在客户机/服务器网络中，服务器是网络的核心，而客户机是网络的基础，客户机依靠
服务器获得所需要的网络资源，而服务器为客户机提供网络必须的资源。 优点：
（1）可实现资源共享。C/L结构中的资源是分布的，客户机与服务器具有一对多的关系和运行环境。用户不仅可存取在服务器和本地工作站上的资源，还可以享用其他工作站上的资源，实现了资源共享。
（2）可实现管理科学化和专业化。系统中的资源分布在各服务器和工作站上，可以采用分层管理和专业化管理相结合的方式，用户有权去充分利用本部门、本领域的专业知识来参与
管理，使得各级管理更加科学化和专业化。
（3）可快速进行信息处理。由于在 C/S 结构中是一种基于点对点的运行环境，当一项任务提出请求处理时，可以在所有可能的服务器间均衡地分布该项任务的负载。这样，在客户端发出的请求可由多个服务器来并行进行处理，为每一项请求提供了极快的响应速度和较高的事务吞吐量。
（4）能更好地保护原有的资源。由于C/S是一种开放式的结构，可有效地保护原有的软、硬件资源。以前，在其他环境下积累的的数据和软件均可在C/S中通过集成而保留使用，并且可以透明地访问多个异构的数据源和自由地选用不同厂家的数据应用开发工具，具有高度的灵活性；而以前的硬件亦可完全继续使用，当在系统中增加硬件资源时，不会减弱系统的能力，同时客户机和服务器均可单独地升级，故具有极好的可扩充性。
5．为了实现网络通信，NOS必须具有什么基本功能？ 答：（1）建立和拆除通信链路；
（2）传输控制； （3）差错控制。
6．网络管理的目标是什么？
答：减少停机时间，加快响应速度 ；消除网络系统瓶颈，优化网络系统结构 ；降低运行维
护费用，提高设备利用率 ；加强网络系统的安全性和可靠性 ；增强网络系统的实用性 ；适应网络系统技术进步。
7．网络管理有什么功能？
答：（1）网络通信；（2）资源管理；（3）网络服务；（4）网络管理；（5）互操作；（6）提
供网络接口