第六章
一、试说明I/O系统的基本功能。
- 隐藏物理设备的细节
- 与设备的无关性
- 提高处理机和I/O设备的利用率
- 对I/O设备进行控制
- 确保对设备的正确共享
- 错误处理
二、简要说明I/O软件的四个层次的基本功能。
- 用户层I/O软件：实现与用户交互的接口，用户可直接调用提供的库函数对I/O设备进行操作
- 设备独立性软件：实现用户程序与设备驱动器的统一接口
- 设备驱动程序：具体实现系统对设备发出的操作指令，驱动I/O设备工作
- 中断处理程序：保存被中断进程的CPU环境，转入相应的中断处理程序
三、与设备无关性的基本含义是什么？为什么要设置该层？
其基本含义是：I/O软件独立于具体使用的物理设备，隐藏了物理设备的细节。设置该层提高了I/O系统的可适应性和可扩展性，用户使用设备时可以使用逻辑设备，而不必指定物理设备，在增加新设备或替换老设备时，不需要对I/O软件进行修改，方便了系统的更新和扩展
四、为了实现CPU与设备控制器间的通信，设备控制器应具备哪些功能？
- 接收和识别命令：设备控制器能够接受并识别处理机发来的各种命令
- 数据交换：控制器与CPU之间、控制器之间、控制器与物理设备之间的数据交换
- 标识和报告设备的状态：记录设备的状态，提供给CPU
- 地址识别：识别所控制的每个设备的地址
- 数据缓冲区：暂存由高速主机、设备传来的数据
- 差错控制：保证数据输入输出的正确性
五、什么是内存映像I/O？它是如何实现的？
内存映像I/O在编址上不再区分内存单元地址和设备控制器中的寄存器地址，都采用统一的地址。地址的一部分范围认为是内存地址，另一部分则认为是某个控制器的寄存器地址
六、为什么说中断是OS赖以生存的基础？
因为进程之间的切换是通过中断来完成的，如果没有了中断，就不能实现多道程序，OS也就不复存在了
七、对多中断源的两种处理方式分别用于何种场合？
屏蔽中断：对实时性要求较低的中断请求，并且被屏蔽的中断重要性不高，不影响系统的运行
嵌套中断：对实时性要求较高的中断请求，并且中断处理能够以较快的速度完成
八、简要说明中断处理程序对中断进行处理的几个步骤。
测定是否有未响应的中断信号，保护被中断进程的CPU环境，转入到相应的设备处理程序，恢复CPU现场并退出中断
九、有哪几种I/O控制方式？各适用于何种场合？
使用轮询的可编程I/O方式：适用于结构简单，只需要少量硬件的电路中
使用中断的可编程I/O方式：适用于现在操作系统中，对I/O设备效率要求高的计算机中
十、试说明DMA的工作流程。
首先设置MAR和DC的初值，然后启动DMA传送命令，接着挪用储存器周期传送数据，每次传送中储存器地址+1、DC-1，如果DC=0，表示本次传送完成，DMA可以发送中断请求，如果DC不等于0，则表示数据未传送完成
十一、为何要引入与设备的无关性？如何实现设备的独立性？
在没有设备无关性的情况下，应用程序在使用I/O设备的时候需要指定设备的物理名称，如果该设备已经分配给其他进程并且是独占设备，那么会引起应用程序的阻塞，并且更换设备时，应用程序也需要更新物理设备名称，给用户带来了许多麻烦。现代操作系统通过引入逻辑设备，将逻辑设备映射到物理设备上实现了设备的独立性，并且实现了I/O重定向
十二、在考虑到设备的独立性时，应如何分配独占设备？
OS接到对设备的请求后，先对进程所请求的独占设备进行检查，看该设备是否空闲。若空闲才把设备分配给请求进程，否则进程阻塞，放入到该设备的请求队列中等待。等到其他进程释放该设备时，再将队列中的第一个进程唤醒，该进程的到设备后继续运行
十三、何谓设备虚拟？实现设备虚拟时所依赖的关键技术是什么？
设备虚拟可以将一个物理设备模拟成多个逻辑上的不同的设备，从而允许多个用户共享使用一个设备。实现设备虚拟需要系统配置一张逻辑设备表，以记录物理设备到虚拟设备的映射，还需要系统对虚拟设备资源分配与回收的支持
十四、在实现后台打印时，SPOOLIng系统应为请求I/O的进程提供哪些服务？
输入井和输出井：用于收容I/O设备输入和输出的数据，将数据暂存在磁盘上
输入缓冲区和输出缓冲区：缓冲区位于内存中，用于缓和CPU和磁盘之间速度不匹配的矛盾
输入进程和输出进程：用于模拟脱机输入时的外围控制机，将用户要求的数据从输入设备传送到输入缓冲区
井管理程序：控制作业与磁盘井之间信息的交换
十五、假脱机系统向用户提供共享打印机的基本思想是什么？
将打印的队列和数据存放在磁盘缓冲区中，用户看见的是打印已经成功完成，而打印机从队列中取出要打印的数据进行打印
十六、引入缓冲的主要原因是什么？
缓和CPU与I/O设备之间速度不匹配的矛盾，减少对CPU的中断频率，放宽对CPU中断相应时间的限制，解决数据粒度不匹配的问题，提高CPU与I/O设备之间的并行性
第七章
一、何谓数据项、记录和文件？
数据项：最低级的数据组织形式 ，可以分为基本数据项和组合数据项。基本数据项用于描述一个对象的某种属性的字符集。组合数据项是由若干个基本数据项组成的，简称组项
记录：是一组相关数据项的集合，用于描述一个对象在某方面的属性
文件：指由创建者所定义的、具有文件名的一组相关元素的集合，可分为有结构文件和无结构文件两种
二、文件系统的模型可分为三层，试说明其每一层所包含的基本内容。
对象及其属性：管理了以下的对象：文件，文件系统中各种类型的文件都作为文件管理的直接对象。目录，是为了方便用户对文件的存取和检索，也提高了对文件的存取速度。磁盘储存空间，对存储空间的有效管理不仅能提高外存的利用率，还能提高对文件的存取速度
对对象操纵和管理的软件集合：该层是文件管理系统的核心部分，文件系统的功能大多是在这一层实现的，其中包括有：对文件存储空间的管理；对文件目录的管理；用于将文件的逻辑地址转换为物理地址的机制；对文件读写的管理；对文件的共享与保护等功能
文件系统接口：提供了一组对文件和记录操作的方法和手段，通常是命令接口和程序接口
三、与文件系统有关的软件可分为哪几个层次？
I/O控制层，基本文件系统层，基本I/O管理程序，逻辑文件系统
四、试说明用户可以对文件施加的主要操作有哪些。
创建文件，删除文件，读文件，写文件，设置文件的读写位置，打开文件，关闭文件，改变文件名，改变文件的拥有者，改变对文件的访问权，查询文件的状态
五、何谓文件的逻辑结构？何谓文件的物理结构？
文件的逻辑结构：即用户所看到的文件，它是由一系列的逻辑记录组成的，是能够被存取的基本单位，是用户可以直接处理的数据及其结构
文件的物理结构：又称为文件储存结构，指系统将文件储存在外存上所形成的一种储存组织形式，是用户不能看见的
六、按文件的组织方式可将文件分为哪几种类型？
普通文件，包括源程序文件、数据文件以及操作系统自身代码文件等
目录文件，由文件目录组成的文件，通过目录文件可以对齐下属文件的信息进行检索
特殊文件，指系统中的各类I/O设备，对这些文件的操作将由设备驱动程序来完成
七、如何提高对变长记录顺序文件的检索速度？
按照关键字建立索引，为主文件中的每个记录在索引表中分别设置一个表项，记录指向储存地址的指针，把对变长记录的检索转为对定长记录索引文件的随机检索，从而加快对记录检索的速度，实现直接存取
八、通过哪两种方式来对固定长记录实现随机访问？
直接文件：利用给定的记录简直，对线性表或链表进行检索，找到指定记录的物理地址
哈希文件：利用散列函数将关键字转换为某一目录表相应表项的指针，该表项的内容指向对应记录的物理地址
九、可以采取什么方法来实现对变长记录文件进行随机检索？
可采取索引顺序文件和哈希文件的方法实现
十、试说明索引顺序文件的几个主要特征。
记录是按关键字的顺序组织起来的。引入了文件索引表，通过对该表可以实现对索引顺序文件的随机访问。增加了溢出文件，用来记录新增加、删除、修改的记录
十一、试说明对索引文件和索引顺序文件的检索方法。
利用提供的关键字，在索引表中利用多种不同的搜索方法查找对应的表项，再利用表项给出的指向记录的指针值去访问所需要的记录
十二、试从检索速度和储存费用两方面来比较两级索引文件和索引顺序文件。
对于一个非常大的文件来说，索引顺序文件的检索速度还是比较慢，两级索引文件能够在大文件的检索中进一步提高检索速度。储存费用来说，两级索引文件的储存费用要比索引顺序文件要低
十三、对目录管理的主要要求是什么？
实现“按名存取”，用户只须项系统提供所需访问文件的名字，便能快速准确地找到指定文件在外存上的储存位置
提高对目录的检索速度，从而提高对文件的存取速度
实现文件共享，允许多个用户共享一个文件，节省大量的储存空间，方便用户和提高文件的利用率
允许文件重名，便于用户按照自己的习惯给文件命名和使用文件
十四、何谓路径名和当前目录？
路径名：在树形结构目录中，从根目录到任何数据文件的唯一通路
当前目录，某个进程运行时所在的路径地址
十五、Hash检索法有何优点？又有何局限性？
Hash检索法能够快速地检索到所需要的文件、记录的地址。但Hash检索法不能检索使用了通配符查找的文件和记录，既提供给Hash查找的文件、记录必须是明确的
十六、在Hash检索法中，如何解决“冲突”问题？
发生了“冲突”，表示某个路径通过Hash计算后与当前存在的表项重复了，则需要在Hash计算后再加上一个常数，直到形成新的，无冲突的索引值为止