操作系统基本操作作业（操作系统作业1）



操作系统第五次作业(不敢保证正确)

1、I/O控制方式可分为哪些类型？各类控制方式的优缺点有哪些？

​ 1.程序I/O控制方式
​ 2.中断驱动I/O控制方式
​ 3.直接存储器访问DMA控制方式
​ 4.I/O通道控制方式

（1）优点

控制简单，不需要多硬件支持

（2）缺点

CPU利用率低
不能实现设备间的并行工作
无法发现和处理产生的错误

（3）适用场景

适用于结构简单，只需少量硬件的电路

（2）大型机常常采用通道方式实现I/O控制，那么什么是通道？为什么要引入通道？

I/O通道控制

通道控制进一步减轻了CPU的工作负担，增加了计算机系统的并行工作程度。把CPU从繁琐的输入/输出操作中解放出来。采用通道技术后，不仅能实现CPU和通道的并行操作，而且通道与通道之间也能实现并行操作，各通道上的外设也能实现并行操作，从而可提高整个系统的效率。

（3）为什么要引入缓冲技术？其基本思想是什么？

1、 为了进一步缓和CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾。

2、 提高CPU与I/O设备之间的并行性。

3、 为了减少中断次数和CPU的中断处理时间。如果没有缓冲，慢速I/O设备每传一个字节就要产生一个中断，CPU必须处理该中断。如果用了缓冲技术，则慢速的I/O设备将缓冲区填满时，才向CPU发出中断，从而减少了中断次数和CPU的中断处理时间。

4、 为了解决DMA或通道方式下数据传输的瓶颈问题。DMA或通道方式都适用于成批数据传输，在无缓冲的情况下，慢速I/O设备只能一个字节一个字节的传输信息，这造成DMA方式或通道方式数据传输的瓶颈。缓冲区的设置适应了DMA或通道方式的成批数据传输方式，解决了数据传输的瓶颈问题。

（4）为什么要引入设备独立性？如何实现设备独立性？

引入设备独立性后可以调高设备的利用率和分配时的灵活性；提高系统的可适应性和可扩展性；可以方便用户操作，易于实现IO重定向

为了实现设备的独立性，应引入逻辑设备和物理设备两个概念。在应用程序中，使用逻辑设备名称来请求使用某类设备；而系统执行时，是使用物理设备名称。鉴于驱动程序是一个与硬件（或设备）紧密相关的软件，必须在驱动程序上设置一层软件，称为设备独立性软件，以执行所有设备的公有操作、完成逻辑设备名到物理设备名的转换（为此应设置一张逻辑设备表）并向用户层（或文件层）软件提供统一接口，从而实现设备的独立性

（5）什么是设备的静态分配？什么是设备的动态分配？

静态分配：对独占型设备一般采用静态分配，即在作业级进行的分配，当一个作业运行之前由系统一次分配满足需要的全部设备，这些设备一直为该作业占用，直到作业撤消。这种分配不会出现死锁，但设备的利用效率较低。

动态分配：对共享设备采用动态分配的方式，即在进程运行的过程中进行的，当进程需要使用设备时，通过系统调用命令向系统提出设备请求，系统按一定的分配策略给进程分配所需设备，一旦使用完毕立即释放。显然这种分配方式有利于提高设备的使用效率，但会出观死锁。

（6）SPOOLing系统是如何将独占型设备改造成共享型设备的？

由于Spooling技术把所有用户进程的输出都送入输出井，然后再由输出进程完成打印工作，而输出井在磁盘上，为共享设备。这样，Spooling技术就把打印机等独占设备改造成立共享设备。

2.应用题

（1）某操作系统采用中断方式控制I/O操作，假设CPU用1 ms来处理中断请求，其他CPU时间用于计算。若时钟中断频率为100 Hz，试计算CPU的利用率。

（2）已知磁盘的结构如下：共有n个柱面，编号顺序为0, 1, 2, …, n-1；共有m个磁头，编号顺序为0, 1, 2, …, m-1；每个磁道内的K个信息块从1开始编号，依次为1, 2, …, k。现用x表示逻辑磁盘块号，用a、b、c分别表示任意逻辑磁盘块的柱面号、磁头号、磁道内的块号，则x与a、b、c可通过如下公式进行转换：

若某磁盘满足n=200，m=20，k=10，试问：①柱面号为185、磁头号为12，磁道内的块号为5的磁盘块的逻辑块号是多少？②逻辑块号为1200，其所对应的柱面号、磁头号及磁道内的块号分别是多少？③若每一磁道内的信息块从0开始编号，即编号依次为0，1，…，k-1，其全条件同前，试写出x与a、b、c之间的转换公式。

（3） 若磁头当前位于第100号柱面，且正向柱面号增加的方向移动。现有磁盘读写请求队列，柱面号依次为23，376，205，132，19，61，190，398，29，4，18，40。若采用先来先服务算法、最短查找时间优先算法和双向扫描算法，试计算出各种算法中移动臂所经过的柱面数。

（4） 磁盘请求以10、22、20、2、40、6、38 柱面的次序到达磁盘驱动器。如果磁头当前位于柱面20，假设在查找过程中移过每个柱面要花费6ms，试基于以下算法计算查找时间：①先来先服务算法；②最短查找时间优先算法；③电梯调度算法(正问柱面号增加的方向移动)。

（5） 在旋转型设备上对信息进行优化分布能够减少为若干I/O服务的总时间。设旋转型设备磁鼓分为20个区，每区存放一条记录，磁鼓旋转一周用时20 ms，读取每条记录平均用时1 ms，之后经2 ms处理，再继续处理下一条记录。在当前磁鼓位置未知的情况下：①顺序存放记录1，记录2，…，记录20时，试计算读出并处理20条记录的总时间；②给出优化分布20条记录的一种方案，使得总处理时间缩短，并计算该方案所花费的总时间。

（6） 有5个作业依次进入系统，其提交时刻、运行时间、作业长度分别列于下表。设内存容量为100 KB，采用可变分区存储管理，且作业在内存中不能移动。作业调度采用先来先服务算法，进程调度采用内存中的就绪进程平分CPU时间的方式，不计作业对换及其他系统开销。试求各作业的开始执行时刻、完成时刻、周转时间。

（7） 有一个多道程序系统，其 调度采用最短作业优先调度算法，进程调度采用优先数抢占式调度算法，且优先数越小则优先级越高。如果系统拥有一台打印机，采用静态方式进行分配，忽略系统调度开销。现有以下作业序列到达系统：

要求：①列出这5个作业的完成次序；②计算作业的平均周转时间。

要求：①列出这5个作业的完成次序；②计算作业的平均周转时间。

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