现代操作系统 第二章进程与线程 习题
1. 图2-2中给出了三个进程状态，在理论上，三个状态可以有六种转换，每个
状态两个。但是，图中只给出了四种转换。有没有可能发生其他两种转换中的 一个或两个?
A:从阻塞到运行的转换是可以想象的。假设某个进程在 I/O上阻塞，而且I/O
结束，如果此时CPU空闲，该进程就可以从阻塞态直接转到运行态。而另外一 种转换（从阻塞态到就绪态）是不可能的。一个就绪进程是不可能做任何会产 生阻塞的I/O或者别的什么事情。只有运行的进程才能被阻塞。
2. 假设要设计一种先进的计算机体系结构，它使用硬件而不是中断来完成进程
切换。CPU需要哪些信息？请描述用硬件完成进程切换的工作过程。
A:应该有一个寄存器包含当前进程表项的指针。当 I/O结束时，CPU将把当前
的机器状态存入到当前进程表项中。然后，将转到中断设备的中断向量，读取 另一个过程表项的指针（服务例程），然后，就可以启动这个进程了。
3. 当代计算机中，为什么中断处理程序至少有一部分是用汇编语言编写的? A :通常，高级语言不允许访问 CPU硬件，而这种访问是必需的。例如，中断
处理程序可能需要禁用和启用某个特定设备的中断服务，或者处理进程堆栈区 的数据。另外，中断服务例程需要尽快地执行。
（补充）主要是出于效率方面
的考量。中断处理程序需要在尽量短的时间内完成所需的必要处理，尽量减少
对线程/程序流造成的影响，因此大部分情况下用汇编直接编写，跳过了通用编 译过程中冗余的适配部分。
4. 中断或系统调用把控制转给操作系统时，为什么通常会用到与被中断进程的
栈分离的内核栈?
A :内核使用单独的堆栈有若干的原因。其中两个原因如下: 作系统崩
溃，由于某些用户程序不允许足够的堆栈空间。
首先，不希望操 第二，如果内核将数
据保留在用户空间，然后从系统调用返回，那么恶意的用户可能使用这些数据 找出某些关于其它进程的信息。
5.
—个计算机系统的内存有足够的空间容纳5个程序。这些程序有一半的时间
处于等待I/O的空闲状态。请问CPU时间浪费的比例是多少?
A : (0.5)八5 =3.125%
6. —个计算机的RAM有4GB，其中操作系统占512MB。所有进程都占 256MB (为了简化计算)并且特征相同。要是 CPU利用率达到99%，最大 I/O等待是多少?
A :内存中最多可放(4GB-512MB)/256MB=14 总运行时间的比例为P,则CPU利用率=1- pA14>99%====> pv71.9%
7. 多个作业能够并行运行，比它们顺序执行完成的要快。假设有两个作业同时
开始执行，每个需要20分钟的CPU时间。如果顺序执行，那么最后一个作业 需要多长时间可以完成？如果并行执行又需要多长时间？假设 I/O等待占 50%。
个进程，设每个进程的I/O 等待占
A:每个进程的时间为40min。顺序执行时，最后一个作业需要 80min才能
完成。 并行执行时，cpu利用率为l-pM = 75%, cpu 时间 t=40/75%=53.33min
计算时间为40min ， 故总
8. 考虑一个6级多道程序系统（内存中可同时容纳 6个程序）。假设每个进程
的I/O等待占40%，那么CPU利用率是多少?
A :利用率=1-p\八6 = 1-0.004096=99.6%
9. 假设要从互联网上下载一个2GB大小的文件，文件内容可以从一组镜像服务
器获得，每个服务器可以传输文件的一部分。假设每个传输请求给定起始字节 和结束字节。如何用多线程优化下载时间?
A :客户端进程可以创建单独的线程；每个线程都可以从其中一个镜像服务器获
取文件的不同部分。 这有助于减少停机时间。 当然，所有线程都共享一个网 络链接。这个链接可以成为一个瓶颈，因为线程的数量变得非常大。
10. 为什么图2-11a的模式不适合用于在内存使用高速缓存的文件服务器？每
个进程可以有自己的高速缓存吗?
A :即使是有可能实现，也是很难保持文件系统的一致性。假设某个客户进程
给服务器进程1发送请求要更新文件。该进程更新其内存的
cache项。然后,
另一个客户进程给服务器进程2发送请求读取该文件。不幸的是，如果该文件 还在cache中，服务器进程2对此毫不知情，将返回过时的数据。如果第一
个进程在缓冲后将文件写到磁盘中， 而服务器进程2每次读取时检查磁盘其 缓存的备份是否是最新的，系统还可以工作，但是需要避免磁盘访问的所有缓 存系统。（个人认为，高速缓存应该每个进程共享，因为不是每个进程都需要 频繁读写数据，如果每个进程都分配 cache会造成资源浪费。）
《现代操作系统第四版》第二章答案
