操作系统期末习题考试习题解答题目三
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操作系统期末习题考试习题解答题目三
第八章
第九章
第八章
1．什么是文件、文件系统？文件系统有哪些功能？ P198
答：在计算机系统中，文件被解释为一组赋名的相关字符流的集合，或者是相关纪录的集合。
文件系统是操作系统中与管理文件有关的软件和数据。
文件系统的功能是为用户建立文件、撤销、读写、修改和复制文件，以及完成对文件的按名存取和进行存取控制。
2、文件一般按什么分类？可以分为哪几类？ P199
答：文件一般按性质、用途、组织形式、文件中的信息流向或文件的保护级别等分类。
按性质和用途可分为系统文件、库文件和用户文件。
按文件的组织形式可分为普通文件、目录文件和特殊文件。
按文件中的信息流向可分为输入文件、输出文件和输入/输出文件。
按文件的保护级别可分为只读文件、读写文件、可执行文件和不保护文件。
3、什么是文件的逻辑结构？什么是纪录？P200
答：文件的逻辑结构就是用户可见的结构，可分为字符流式的
无结构文件和记录式的有结构文件两大类。
记录是一个具有特定意义的信息单位，他由该纪录在文件中的逻辑地址（相对位置）与记录名所对应的一组关键字、属性及其属性值所组成。
7、文件的物理结构有哪几种？为什么说串联文件结构不适于随机存取？P205
答：文件的物理结构是指文件在存储设备上的存取方法。常用的文件的物理结构有连续文件、串联文件和索引文件三种。
串联文件结构用非连续的物理块来存取文件信息。这些非连续的物理块之间没有顺序关系，链接成一个串联队列。搜索时只能按队列中的串联指针顺序搜索，存取方法应该是顺序存取的。否则，为了读取某个信息块而造成的磁头大幅度移动将花去较多的时间。因此，串联文件结构不适于随机存取。
9、常用的文件存储设备的管理方法有哪些？试述主要优缺点。P209
答：文件存储设备的管理实质上是一个空闲块的组织和管理问题。有3种不同的空闲块管理方法，即空闲文件目录、空闲块链和位示图。
空闲文件目录管理方法就是把文件存储设备中的空闲块的块号统一放在一个称为空闲文件目录的物理块中，其中空闲文件目录的每个表项对应一个由多个空闲块构成的空闲区。该方法实现简单，适于连续文件结构的文件存储区的分配与回收。但是由于回收时不进行合并，所以使用该方法容易产生大量的小块空闲区。
空闲块链法把文件存储设备上的所有空闲块链接在一起，从链头分配空闲块，把回收的空闲块插入到链尾。该方法不占用额外的空间，但实现复杂。
位示图法是从内存中划出若干字节，每个比特位对应一个物理块的使用情况。如果该位为0表示对应的块是空闲的，为1表示对应的物理块已分配出去。位示图法在查找空闲块时无需启动外设，但要占用内存空间。
11、什么是文件目录？文件目录中包含哪些信息？P211
答：一个文件的文件名和对该文件实施控制管理的说明信息成为该文件的说明信息，又称为该文件的文件控制块(FCB)。把所有的FCB组织在一起，就构成了文件目录，即文件控制块的有序集合。
文件目录中包含文件名、与文件名相对应的文件内部标识以及文件信息在文件存储设备上的第一个物理块的地址等信息。另外还可能包含关于文件的逻辑结构、物理结构、存取控制信息和管理等信息。
13、文件存取控制方式有哪几种？试比较它们各自的优缺点。P216
答：文件存取控制方式一般有存取控制矩阵、存取控制表、口令和密码术4种方式。
存取控制矩阵方式以一个二维矩阵来进行存取控制。而且矩阵的一维是所有的用户。另一维是所有的文件。对应的矩阵元素则是用户对文件的存取控制权。存取控制矩阵的方法在概念上比较简单，但是当用户和文件较多时，存取控制矩阵将变得非常庞大，从而时间和空间的开销都很大。
存取控制表以文件为单位，把用户按某种关系划分为若干组，同时规定每组的存取限制。这样所有用户组对文件权限的集合就形成了该文件的存取控制表。存取控制表方法占用空间较小，搜索效率也较高，但要对用户分组，引入了额外的开销。
口令方式有两种。一种是当用户进入系统时，为建立终端进程时获得系统使用权的口令。另一种方式是，每个用户在创建文件时，为每个创建的文件设置一个口令，且将其置于文件说明中。当任一用户想使用该文件时，都必须首先提供口令。口令方式比较简单，占用的内存单元以及验证口令所费时间都非常少。不过，相对来说，口令方式保密性能比较差。
密码术方式在用户创建源文件并写入存储设备时对文件进行编码加密，在读出文件时对文件进行译码解密。加密方式具有保密性强的优点。但是，由于加密解密工作要耗费大量的处理时间，因此，加密技术是以牺牲系统开销为代价的。
第九章
1. 设备管理的目标和功能是什么?
答：设备管理的目标是：
(1) 选择和分配输入／输出设备以便进行数据传输操作；
(2) 控制输入／输出设备和CPU(或内存)之间交换数据;
(3) 为用户提供一个友好的透明接口;
(4) 提高设备和设备之间、CPU和设备之间，以及进程和进程之间的并行操作，以使操作系统获得最佳效率。
设备管理的功能是：
(1) 提供和进程管理系统的接口；
(2) 进行设备分配；
(3) 实现设备和设备、设备和CPU等之间的并行操作；
(4) 进行缓冲区管理。
2．数据传送控制方式有哪几种?试比较它们各自的优缺点。
答：数据传送控制方式有程序直接控制方式、中断控制方式、DMA方式和通道方式4种。程序直接控制方式就是由用户进程来直接控制内存或CPU和外围设备之间的数据传送。它的优点是控制简单，也不需要多少硬件支持。它的缺点是CPU和外围设备只能串行工作;设备之间只能串行工作,无法发现和处理由于设备或其他硬件所产生的错误。
中断控制方式是利用向CPU发送中断的方式控制外围设备和CPU之间的数据传送。它的优点是大大提高了CPU的利用率且能支持多道程序和设备的并行操作。它的缺点是由于数据缓冲寄存器比较小，如果中断次数较多，仍然占用了大量CPU时间；在外围设备较多时，由于中断次数的急剧增加，可能造成CPU无法响应中断而出现中断丢失的现象；如果外围设备速度比较快，可能会出现CPU来不及从数据缓冲寄存器中取走数据而丢失数据的情况。
DMA方式是在外围设备和内存之间开辟直接的数据交换通路进行数据传送。它的优点是除了在数据块传送开始时需要CPU的启动指令，在整个数据块传送结束时需要发中断通知CPU进行中断处理之外，不需要CPU的频繁干涉。它的缺点是在外围设备越来越 多的情况下，多个DMA控制器的同时使用，会引起内存地址的冲突并使得控制过程进一步复杂化。
通道方式是使用通道来控制内存或CPU和外围设备之间的数据传送。通道是一个独立与CPU的专管输入／输出控制的机构，它控制设备与内存直接进行数据交换。它有自己的通道指令，这些指令受CPU启动，并在操作结束时向CPU发中断信号。该方式的优点是进一步减轻了CPU的工作负担，增加了计算机系统的并行工作程度。缺点是增加了额外的硬件，造价昂贵。
3．什么是通道?试画出通道控制方式时的CPU、通道和设备的工作流程图。
答：通道是一个独立与CPU的专管输入／输出控制的机构，它控制设备与内存直接进行数据交换。它有自己的通道指令，这些指令受CPU启动，并在操作结束时向CPU发中断信号。
4. 什么是中断?什么叫中断处理?什么叫中断响应?
答: 中断是指计算机在执行期间，系统内发生任何非寻常的或非预期的急需处理事件，使得CPU暂时中断当前正在执行的程序而转去执行相应的事件处理程序，待处理完毕后又返回原来被中断处继续执行的过程。
CPU转去执行相应的事件处理程序的过程称为中断处理。
CPU收到中断请求后转到相应的事件处理程序称为中断响应。
5．什么叫关中断?什么叫开中断?什么叫中断屏蔽?
答：把CPU内部的处理机状态字PSW的中断允许位清除从而不允许CPU响应中断叫做关中断。
设置CPU内部的处理机状态字PSW的中断允许位从而允许CPU响应中断叫做开中断。
中断屏蔽是指在中断请求产生之后，系统用软件方式有选择地封锁部分中断而允许其余部分的中断仍能得到响应。
6．什么是陷阱?什么是软中断?试述中断、陷阱和软中断之间异同。
答：陷阱指处理机和内存内部产生的中断，它包括程序运算引起的各种错误，如地址非法、校验错、页面失效。存取访问控制错、从用户态到核心态的切换等都是陷阱的例子。软中断是通信进程之间用来模拟硬中断的一种信号通信方式。
8．什么是缓冲?为什么要引入缓冲?
答：缓冲即是使用专用硬件缓冲器或在内存中划出一个区域用来暂时存放输入输出数据的器件。引入缓冲是为了匹配外设和CPU之间的处理速度，减少中断次数和CPU的中断处理时间，同时解决DMA或通道方式时的数据传输瓶颈问题。
13．什么是I/O控制?它的主要任务是什么?
答：I/O控制是指从用户进程的输入输出请求开始，给用户进程分配设备和启动有关设备进行I/O操作，并在I/O操作完成之后响应中断，直至善后处理为止的整个系统控制过程。
15．设备驱动程序是什么？为什么要有设备驱动程序？用户进程怎样使用驱动程序?
答：设备驱动程序是驱动外部物理设备和相应DMA控制器或I/O控制器等器件，使之可以直接和内存进行I/O操作的子程序的集合。它们负责设置相应设备有关寄存器的值，启动设备进行I/O操作，指定操作的类型和数据流向等。设备驱动程序屏蔽了直接对硬件操作的细节，为编程者提供操纵设备的友好接口。用户进程通过调用设备驱动程序提供的接口来使用设备驱动程序。
