操作系统 作业一

操作系统

陆一洲 5140309557 of F1403020

1.2

资源的利用问题在各种各样的操作系统中出现。试例举在下列的环境中哪种资源必须被严格的管理。

(a) 大型电脑或迷你电脑系统：内存和 CPU 资源，外存，网络带宽
(b) 与服务器相联的工作站：内存和 CPU 资源
(c) 手持电脑：功率消耗，内存资源

1.5

描述对称多 处理(SMP)和非对称多处理之间的区别。多处理系统的三个优点和一个缺点？

SMP 意味着所以处理器都对等，而且 I/O 可以在任何处理器上运行。
非对称多处理有一个主处理器控制系统，与剩下的处理器是随从关系。
主处理器为从处理器安排工作，而且 I/O 也只在主处理器上运行。
多处理器系统能比单处理器系统节省资金，这是因为他们能共享外设，大容量存储和电源供给。
它们可以更快速的运行程序和增加可靠性。
多处理器系统能比单处理器系统在软、硬件上也更复杂（增加计算量、规模经济、增加可靠性）。

1.10

中断（interupt）的目的是什么？陷阱（trap）与中断的区别是什么？陷阱可以被用户程序（user program）有意地的产生吗？如果可以，那目的是什么？

中断是一种在系统内硬件产生的流量变化。
中断操作装置是用来处理中断请求；然后返回控制中断的上下文和指令。陷阱是软件产生的中断。
中断可以被用来标志 I/O 的完成，从而排除设备投票站（device polling）的需要。陷阱可以被用来调用操作系统的程序或者捕捉到算术错误。

1.11

内存存储是被用于高速的 I/O 设备，其目的是为了避免增加 CPU 的过度运行。
(a) 设备的 CPU 接口是怎样与转换器（transfer）协作的？
(b) 当内存操作完全 时，CPU 是怎么知道的？
(c) 当 DMA 控制器正在转换数据时，CPU 是被允许运行其它程序的。这种进程与用户程序的运行冲突吗？如果冲突的话，试描述可能引起哪种冲突？

CPU 可以通过写数据到可以被设备独立存储的寄存器中来启动DMA 操作。当设备接收到来自 CPU 的命令时，启动响应的操作。当设备完成此操作时，就中断 CPU 来说明操作已经完成。设备和 CPU 都可以被内存同时访问。内存控制器对这两个实体以公平的方式给内存总线提供存取。CPU 可能不能同时以很快的速度配给给内存操作，因为它必须去竞争设备而使得自己存取到内存总线中去。

1.13

给出缓存（caches ）十分有用的两个理由。他们解决了什么问题？他们引起了什么问题？
如果缓存可以被做成装备想要缓存的容量（例如，缓存像磁盘那么大），为什么不把它做的那么大，其限制的原因是什么?

当两个或者更多的部件需要交换数据，以及组成部件以不同的速度完成转换时，缓存是十分有用的。缓存通过在个组成部件之间提供一个中间速度的缓冲区来解决转换问题。如果速度较快的设备在缓存中发现它所要的数据，它就不需要再等待速度较慢的设备了。缓存中的数据必须与组成部件中的要一致。如果一个组成部件中的数据值改变了，缓存中的这个数据也必须更新。在多进程系统中，当有不止一个进程可能进入同一个数据时，这就成了一个显著的问题。一个组成部件将会被一个同等大小的组成部件所消除，但是只有当
(a) 缓存和组成部件有相同状态存储能力（也就是，当断电的时候，组成部件还能保存它的数据，缓存也一样能保存它的数据），
(b) 缓存是可以负担的起的，因为速度更快的存储器意味着更高的价格。