操作系統精髓與設計原理第六版中文版答案(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 定相關的優先級，以指導調度器。子任務結構：一個任務可以分解成一個必須執行的子任務和一個可選的子任務。只有必須執行的子任務擁有硬最后期限。第11章 I/O管理和磁盤調度 列出并簡單定義執行I/O的三種技術。可編程I/O：處理器代表進程給I/O模塊發送給一個I/O命令，該進程進入忙等待，等待操作的完成，然后才可以繼續執行。中斷驅動I/O：處理器代表進程向I/O模塊發送一個I/O命令，然后繼續執行后續指令，當I/O模塊完成工作后，處理器被該模塊中斷。如果該進程不需要等待I/O完成，則后續指令可以仍是該進程中的指令，否則，該進程在這個中斷上被掛起，處理器執行其他工作。直接存儲器訪問（DMA）：一個DMA模塊控制主存和I/O模塊之間的數據交換。為傳送一塊數據，處理器給DMA模塊發送請求，只有當整個數據塊傳送完成后，處理器才被中斷。 邏輯I/O和設備I/O有什么區別？邏輯I/O：邏輯I/O模塊把設備當作一個邏輯資源來處理，它并不關心實際控制設備的細節。邏輯I/O模塊代表用戶進程管理的一般I/O功能，允許它們根據設備標識符以及諸如打開、關閉、讀、寫之類的簡單命令與設備打交道。設備I/O：請求的操作和數據（緩沖的數據、記錄等）被轉換成適當的I/O指令序列、通道命令和控制器命令。可以使用緩沖技術，以提高使用率。 面向塊的設備和面向流的設備有什么區別？請舉例說明。面向塊的設備將信息保存在塊中，塊的大小通常是固定的，傳輸過程中一次傳送一塊。通常可以通過塊號訪問數據。磁盤和磁帶都是面向塊的設備。面向流的設備以字節流的方式輸入輸出數據，其末使用塊結構。終端、打印機通信端口、鼠標和其他指示設備以及大多數非輔存的其他設備，都屬于面向流的設備。 為什么希望用雙緩沖區而不是單緩沖區來提高I/O的性能？雙緩沖允許兩個操作并行處理，而不是依次處理。典型的，在一個進程往一個緩沖區中傳送數據（從這個緩沖區中取數據）的同時，操作系統正在清空（或者填充）另一個緩沖區。 在磁盤讀或寫時有哪些延遲因素？尋道時間，旋轉延遲，傳送時間 。FIFO:按照先來先服務的順序處理隊列中的項目。SSTF:選擇使磁頭臂從當前位置開始移動最少的磁盤I/O請求。SCAN:磁頭臂僅僅沿一個方向移動，并在途中滿足所有未完成的請求，直到它到達這個方向上最后一個磁道，或者在這個方向上沒有其他請求為止。接著反轉服務方向，沿相反方向掃描，同樣按順序完成所有請求。CSCAN:類似于SCAN， 簡單定義圖7層RAID。0：非冗余1：被鏡像；每個磁盤都有一個包含相同數據的鏡像磁盤。2：通過漢明碼實現冗余；對每個數據磁盤中的相應都計算一個錯誤校正碼，并且這個碼位保存在多個奇偶校驗磁盤中相應的文件。3：交錯位奇偶校驗；類似于第二層，不同之處在于RAID3為所有數據磁盤中同一位置的位的集合計算一個簡單的奇偶校驗位，而不是錯誤校正碼。4：交錯塊分布奇偶校驗；對每個數據磁盤中相應的條帶計算一個逐位奇偶。5：交錯塊分布奇偶校驗；類似于第四層，但把奇偶校驗條帶分布在所有磁盤中。6：交錯塊雙重分布奇偶校驗；兩種不同的奇偶校驗計算保存在不同磁盤的不同塊中。 典型的磁盤扇區大小是多少？512比特第12章 文件管理 域和記錄有什么不同？域（field）是基本數據單位。一個域包含一個值。記錄（record）是一組相關的域的集合 ，它可以看做是應用程序的一個單元。 文件和數據庫有什么不同？文件（file）是一組相似記錄的集合，它被用戶和應用程序看做是一個實體，并可以通過名字訪問。數據庫（database）是一組相關的數據集合，它的本質特征是數據元素間存在著明確的關系，并且可供不同的應用程序使用。 什么是文件管理系統？文件管理系統是一組系統軟件，為使用文件的用戶和應用程序提供服務。 選擇文件組織時的重要原則是什么？訪問快速，易于修改，節約存儲空間，維護簡單，可靠性。 列出并簡單定義五種文件組織。堆是最簡單的文件組織形式。數據按它們到達的順序被采集，每個記錄由一串數據組成。順序文件是最常用的文件組織形式。在這類文件中，每個記錄都使用一種固定的格式。所有記錄都具有相同的長度，并且由相同數目、長度固定的域按特定的順序組成。由于每個域的長度和位置已知，因此只需要保存各個域的值，每個域的域名和長度是該文件結構的屬性。索引順序文件保留了順序文件的關鍵特征：記錄按照關鍵域的順序組織起來。但它還增加了兩個特征：用于支持隨機訪問的文件索引和溢出文件。索引提供了快速接近目標記錄的查找能力。溢出文件類似于順序文件中使用的日志文件，但是溢出文件中的記錄可以根據它前面記錄的指針進行定位。索引文件：只能通過索引來訪問記錄。其結果是對記錄的放置位置不再有限制，只要至少有一個索引的指針指向這條記錄即可。此外，還可以使用長度可變的記錄。直接文件或散列文件：直接文件使用基于關鍵字的散列。 為什么在索引順序文件中查找一個記錄的平均搜索時間小于在順序文件中的平均搜索時間？在順序文件中，查找一個記錄是按順序檢測每一個記錄直到有一個包含符合條件的關鍵域值的記錄被找到。索引順序文件提供一個執行最小窮舉搜索的索引結構。 對目錄執行的典型操作有哪些？搜索，創建文件，刪除文件，顯示目錄，修改目錄。 路徑名和工作目錄有什么關系？路徑名是由一系列從根目錄或主目錄向下到各個分支，最后直到該文件的路徑中的目錄名和最后到達的文件名組成。工作目錄是一個這樣的目錄，它是含有用戶正在使用的當前目錄的樹形結構。 可以授予或拒絕的某個特定用戶對某個特定文件的訪問權限通常有哪些？無（none），知道（knowledge），執行（execution），讀(reading)，追加（appending），更新（updating），改變保護（changing protection），刪除（deletion）。 列出并簡單定義三種組塊方式。固定組塊（fixed blocking）：使用固定長度的記錄，并且若干條完整的記錄被保存在一個塊中。在每個塊的末尾可能會有一些未使用的空間，稱為內部碎片。可變長度跨越式組塊（variablelength spanned blocking）：使用長度可變的記錄，并且緊縮到塊中，使得塊中沒有未使用空間。因此，某些記錄可能會跨越兩個塊，通過一個指向后繼塊的指針連接。可變長度非跨越式組塊（variablelength unspanned blocking）：使用可變長度的記錄，但并不采用跨越的方式。如果下一條記錄比塊中剩余的未使用空間大，則無法使用這一部分，因此在大多數塊中都會有未使用的空間。 列出并簡單定義三種文件分配方法。連續分配是指在創建文件時，給文件分配一組連續的塊。鏈式分配基于單個的塊，鏈中的每一塊都包含指向下一塊的指針。索引分配：每個文件在文件分配表中有一個一級索引，分配給該文件的每個分區在索引中都有一個表項。第13章 網 絡 網絡訪問層的主要功能是什么？網絡層主要關注在兩個端系統（服務器、工作站）之間的數據交換，以及端系統間的物理網絡。 傳輸層的任務是什么？傳輸層關注的是數據的可靠性和保證數據能正確到達接收端應用程序。 什么是協議？協議是定義了用來管理兩個單元間進行數據交換的一系列規則的集合。 什么是協議體系結構？這是一種實現通信功能的軟件結構。典型地，協議結構包含了一個分層化的協議集，并且每個層中有一個或多個協議。 什么是TCP/IP？傳輸控制協議/互聯網協議（TCP/IP）是兩個最初為網際互連提供低層支持而設計的協議。TCP/IP協也被廣泛應用于涉及由美國防衛部門和因特爾團體發展的比較廣泛的協議集。 使用套接字接口的目的是什么？套接字接口是一個能夠編寫程序的API，從而利用TCP/IP 協議程序建立一個用戶端和服務器之間的通信。第14章 分布式處理、客戶/服務器和集群 什么是客戶/服務器計算？客戶/服務器計算是一個網絡環境，在這個網絡環境中包含著客戶機和服務器，并由服務器來響應客戶機的請求。 客戶/服務器計算與任何其他形式的分布式數據處理的區別是什么？在用戶的本地系統上為該用戶提供界面友好的應用程序，這樣做可使系統具有更高的可靠性。這使得用戶可以在很大程度上控制對計算機的使用方式和時間，并使得部門級管理者具有響應本地需求的能力。盡管應用是分散開的，但仍然強調公司數據庫的集中以及很多網絡管理和使用功能的集中。這使公司的管理者能夠對計算信息系統的投資總額進行總體控制，并提供互操作，以使多系統能夠配合起來。同時，減少了各部門和單位在維護這些復雜的計算機設施時的開銷，使他們能夠選擇他們需要的各種類型的機器和接口來訪問那些數據和信息。對于用戶組織和廠商來說，他們有一個共同的承諾事項，即使系統開放和模塊化。這意味著用戶在選擇產品和混和使用來自眾多廠商的設備時具有很多選擇。網絡互聯是操作的基礎，網絡管理和網絡安全在組織和操作信息系統中具有很高的優先權。 像TCP/IP這樣的通信結構在客戶/服務器計算環境中的作用是什么？它是使客戶端和服務器能夠協同工作的通信軟件。 討論將應用程序定位在客戶上、服務器上或分開定位在客戶和服務器上的基本原理。基于服務器的處理：這種配置的基本原理是用戶工作站最適宜于提供良好的用戶界面，并且數據庫和應用程序很容易在中心系統上維護。盡管用戶獲得了良好界面的好處，但是，這種配置類型并不總能有效提高處理效率或系統支持的實際商業功能上有本質的改變。基于客戶的處理：它使用戶能夠使用適應本地需要的應用。合作處理：這種配置類型可以比其他客戶/服務器方式為用戶提供更高的生產效率和更高的網絡效率。 什么是胖客戶和瘦客戶，兩種方法在基本原理上的差別是什么？胖客戶：這是基于客戶的處理，而大部分的軟件都集中在客戶端。胖客戶模型的主要優點是它充分利用了桌面功能，分擔了服務器上的應用處理并使它們更加有效，不容易產生瓶頸。瘦客戶：這是基于服務器的處理，而大部分的軟件都集中在服務器。這種方式更近似地模擬了傳統的以主機為中心的方式，常常是使將公司范圍的應用程序從大型機環境遷移到分布式環境的途徑。 給出將pros和cons用于胖客戶和瘦客戶策略的建議。胖客戶：胖客戶模型的主要優點是它充分利用了桌面功能，分擔了服務器上的應用處理并使它們更加有效，不容易產生瓶頸。新增加的功能很快就超出了桌面機器的處理能力，迫使公司進行升級。如果模型擴充超出了部門的界限，合并了很多用戶，則公司必須安裝高容量局域網來支持在瘦服務器和胖客戶之間進行大量的傳輸。最后，維護、升級或替換分布于數十臺或數百臺桌面機的應用程序將變得非常困難。瘦客戶：這種方式更近似地模擬了傳統的以主機為中心的方式，常常是使將公司范圍的應用程序從大型機環境遷移到分布式環境的途徑。但是它不能提供和胖客戶策略一樣的靈活性。 解釋三層客戶/服務器體系結構的基本原理。中間層機器基本上是位于用戶客戶和很多后端數據庫服務器之間的網關。中間層機器能夠轉換協議，將對一種類型的數據庫查詢映像為另一種類型數據庫的查詢。另外，中間層機器能夠融合來自不同數據源的結果。最后，中間層機器因介于兩個層次之間而可以充當桌面應用程序和后端應用程序之間的網關。 什么是中間件？中間件是在上層應用程序和下層通信軟件和操作系統之間使用標準的編程接口和協議。它提供統一的方式和方法來跨越各種平臺訪問系統資源。 既然具有像TCP/IP這樣的標準，為什么還需要中間件？TCP/IP不提供API和中間層協定來支持應用于不同的硬件和操作系統的多種應用程序平臺。 列出消息傳遞的阻塞原語和無阻塞原語的優缺點。無阻塞原語為進程提供了對消息傳遞機制高效而靈活的使用，這種方法的缺點是難于測試和調試使用這些原語的程序。問題的不可再現性與時間順序相關性往往導致產生很多奇怪而麻煩的問題。阻塞原語有與無阻塞原語相反的優缺點。 列出遠程過程調用的非永久性和永久性綁定的優缺點。非永久綁定：因為連接需要維持兩端的狀態信息，因此需要消耗資源，非永久綁定類型用于保存這些資源。另一方面，建立連接所帶來的開銷使非永久綁定對同一個調用者頻繁調用遠程過程的情況不太適用。永久綁定：對于對遠程過程進行多次重復調用的應用程序，永久綁定保持著邏輯連接，并支持使用同一連接進行一系列的調用和返回。 列出同步遠程過程調用和異步遠程過程調用的優缺點。同步遠程過程調用易于理解和編程，因為它的行為是可以預期的。然而，它未能發揮分布式應用中固有的全部并行性。這就限制了分布式應用所能具有的交互性，降低了性能。為了提供更大的靈活性，各種異步遠程過程調用機制已經得到實現，以獲得更大程度的并行性而同時又保留了遠程過程調用的通俗性和簡易性。異步遠程過程調用并不阻塞調用者，應答也可以在需要它們時接收到，這使客戶在本地的執行可以與對服務器的調用并行進行。 列出并簡短定義四種不同的構建集群的方法。被動等待：當主服務器出現故障時，由從服務器來接管。分離服務器：各服務器具有獨自的磁盤，數據可連續地從主服務器復制至從服務器。各服務器連接到磁盤：所有服務器都連接到同一磁盤，但每臺服務器仍擁有自己的磁盤，一旦某臺服務器發生故障，則其磁盤被其他服務器接管。共享磁盤：多臺服務器同時共享對磁盤的訪問。第15章 分布式進程管理 討論實現進程遷移的原因。負載共享：通過將進程從負載較重的系統遷移到負載較輕的系統，負載就會得到平衡，從而提高整體性能。通信性能：可以將交互密集的多個進程移動到同一節點上，以減少因為它們之間的交互而帶來的通信開銷。同樣，當一個進程在某些文件或某組文件上執行數據分析，且文件的大小比進程要大很多時，將該進程移動到數據端也許是更有利的。可用性：需要長時間運行的進程，在得到錯誤的預先通知時，或者在預定的關機時間之前，為了能夠存活下來，可能需要遷移到其他機器中。如果操作系統提供了這樣的通知，則那些需要繼續運行的進程可以遷移到另一個系統上，或者保證在稍后的某個時間在當前系統上能重新啟動。特殊功能的使用：進程的遷移可以充分利用特定節