自学考试《计算机系统结构》重点习题总结_计算机系统结构习题

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2010年自学考试《计算机系统结构》重点习题总结之一

11． LFS提出的动机是什么? Inode map的作用是什么? 答：LFS是指日志结构文件系统(Log Structured File System)，LFS提出的动机是提高大量的“小量写”的效率。LFS将整个磁盘看作一个日志(log)，并周期性地追加新日志。写操作并非被直接反映到磁盘上，而是被暂存到内存的缓冲区中，其中包括新写的数据，也包括更新数据。当其积累到一定规模时，作为一个segment追加到日志的末尾。一个segment包括inode、目录、以及数据块。每个segment的开始处包含一个总结信息(summary)，说明该segment的信息组织情况，segment的结构如下： summary Inodes,directories,data blocks 由于inode的存储位置不再能由其编号确定，系统维护一个inode map，以实现i-number到磁盘inode位置的映射，inode map保存在磁盘上，但被缓冲到内存以提高访问速度。打开文件时由i-number查inode map找到inode，进而找到文件数据块。

12． 在存取方式和速度方面，内存映射文件与传统文件有何不同? 答：传统文件是保存在外存的，访问之前需要执行打开操作，打开文件的目的是将文件的控制信息读入内存打开文件表中，并建立文件描述符与内存文件表之间的联系，由于文件控制信息中包含文件的物理结构和地址信息，通过文件描述符就可以实现对文件的读写操作。通过文件描述符读写文件，每次需要经过系统调用，与直接访问内存相比速度要慢很多，主要原因在于：(1)文件本身在外存，尽管缓冲可以提高速度，但首次访问仍需由磁盘读入，另外由于buffer数量限制只能缓冲文件的局部，而且缓冲信息需要在系统空间与用户空间传递；(2)每次文件访问需要经过系统中若干级文件打开表才能找到文件内容。

内存映射文件就是将文件映射到内存空间，然后以内存访问方式存取文件，大大加快了访问速度。内存映射文件所带来的另外一个好处是利用共享的文件实现进程间高级通讯，当然用户进程必须考虑互斥和同步问题。文件管理者将文件操作转给内存管理者。文件被映射到内存X，对文件bi字节的访问被映射到虚拟地址X+i。当文件的一部分被访问时，以页为单位调入内存，存储管理模块负责页的动态交换。

八、设备管理习题及解答:

1.简略叙述I/O操作的演变过程：查询方式→中断方式→通道方式，并分析对于多道程序设计所带来的影响。

答：I/O操作最早为查询方式，将待传输的数据放入I/O寄存器并启动设备，然后反复测试设备状态寄存器直至完成。采用这种方式，处理机与设备之间是完全串行的。伴随设备中断处理机的能力，产生了中断I/O方式。CPU在启动设备后，可从事其它计算工作，设备与CPU并行，当设备I/O操作完成时，向CPU发送中断信号，处理机转去进行相应处理，然后可能再次启动设备传输。中断使多道程序设计成为可能：一方面中断使操作系统能够获得处理机控制权，另一方面通过I/O中断可以实现进程状态的转换。中断使处理机与设备之间的并行成为可能，但I/O操作通常以字节为单位，当设备很多时对处理机打扰很多，为此人们设计了专门处理I/O传输的处理机—通道。通道具有自己的指令系统，可以编写通道程序，一个通道程序可以控制完成许多I/O传输，只在通道程序结束时，才向处理机发生一次中断。2.通道与DMA之间有何共同点？有何差别？

答：通道与DMA都属于多数据I/O方式，二者差别在于：通道控制器具有自己的指令系统，一个通道程序可以控制完成任意复杂的I/O传输，而DMA并没有指令系统，一次只能完成一个数据块传输。

3.下述设备的物理地址各是几维的?为什么在I/O操作之前通常使用一维地址? 一维地址与多维地址之间的对应关系是由硬件确定的，还是由操作系统确定的?(1)磁盘组(2)磁带(3)光盘

答：(1)磁盘组的物理地址是三维的；(2)磁带的物理地址是一维的；(3)光盘的物理地址是二维的。

为了屏蔽设备的具体特性，在I/O操作之前通常使用一维地址，一维地址与三维地址之间的对应关系通常由操作系统设计者来确定。4.磁带机为何不适合用作共享型设备? 答：磁带机属于启停型设备，即使用时开启，不用时停止。用来记录信息的磁带一般很长，带上块号顺序编址，块的随机定位涉及磁带的机械运动，速度很慢，随机访问不连续的磁带块会造成较大的时间开销，这决定磁带属于顺序访问设备。顺序访问设备不适合用作共享型设备。

5.在下述三种类型通道中，哪种类型支持通道程序的并发执行?(1)字节多路通道(2)数据选择通道(3)数组多路通道

答：(1)字节多路通道(byte multiplexor channel)：通道中含有许多非分配型子通道，每个子通道所连接的I/O设备以字节为单位，分时间地与通道交换数据，主要用于连接低速I/O设备，通道程序可以并发执行。

(2)数组选择通道(block selector channel)：其所连的I/O设备是以块为单位与通道交换数据。用于连接多台高速设备，但其中只有一个分配型子通道，在一段时间内只能执行一道通道程序。

(3)数组多路通道(block multiplexor channel)：所连外部设备以块为单位与通道交换数据.用于连接多台高速设备，允许几个通道程序分时并行工作。6.用户申请独占型设备为何不指定具体设备，而仅指定设备类别? 答：进程申请独占型设备资源时，应当指定所需设备的类别，而不是指定某一具体的设备编号，系统根据当前请求以及资源分配情况在相应类别的设备中选择一个空闲设备并将其分配给申请者，这称作设备无关性。这种分配方案具有如下两个优点:(1)提高设备资源利用率，假设申请者指定具体设备，被指定的设备可能正被占用，因而无法得到，而其它同类设备可能空闲，造成资源浪费和进程不必要的等待；(2)程序与设备无关，假设申请者指定具体设备，而被指定设备已坏或不联机，则需要修改程序。7.为何不允许用户程序直接执行设备驱动指令? 答：(1)系统中的设备可能被多个进程所共享，例如磁盘就是这样的设备。如果允许用户程序直接执行设备驱动指令，那么就有可能损坏设备。(2)设备操作涉及很复杂的驱动过程，一般用户编写驱动程序是很大的负担，操作系统的目标是方便用户使用计算机系统，因而提供标准驱动程序。