发布时间 : 星期六 文章操作系统原理最全课后答案汤小丹更新完毕开始阅读b4165e49443610661ed9ad51f01dc281e53a56ca
具有n 个处理机的系统，可以更节省费用。这是因为，此时的n 个处理机可以做在同一个机箱中，使用同一个电源和共享一部分资源，如外设、内存等。 (4) 提高系统可靠性：在M PS 中，通常都具有系统重构的功能，即当其中任何一个处理机发生故障时，系统可以进行重构，然后继续运行。
3. 什么是紧密耦合MPS 和松弛耦合MPS? 答： (1) 紧密耦合( Tightly Coupled )MPS：紧密耦合通常是通过高速总线或高速交叉开关来实现多个处理器之间的互连的。系统中的所有资源和进程都由操作系统实施统一的控制和管理。这类系统有两种实现方式；
1、多处理器共享主存储器系统和IO设备，每台处理器都可以对整个存储器进行访问，访问时间一般需要10~ 50ns;
2、将多处理器与多个存储器分别相连，或将主存储器划分为若干个能被独立访问的存储器模块，每个处理器对应一个存储器或存储器模块，而且每个处理器只能访问其所对应的存储器或存储器模块，以便多个处理机能同时对主存进行访问。
(2 )松散耦合( Loosely Coupled) MPS：在松散耦合MPS 中，通常是通过通道或通信线路来实现多台计算机之间的互连。每台计算机都有自己的存储器和IO 设备，并配置了OS 来管理本地资源和在本地运行的进程。因此，每一台计算机都能独立地工作，必要时可通过通信线路与其它计算机交换信息，以及协调它们之间的工作。但在这种类型的系统中，消息传递的时间一般需要10- -50ms. 4. 何谓UMA 多处理机结构? 它又可进一步分为哪几种结构?
答：即统一内存访问（也称一致性内存访问）。在这种结构的多处理机系统中，各处理器单元（CPU ）在功能和结构上都是相同的，在处理上没有主从之分，每个处理机可以访问不同模块中的存储器单元，并且对于每个存储器单元（即属于SMP 系统）的读写速度是相同的。根据处理机与存储器模块的连接方式的不同，可以具体分为以下三种结构:（1）基于单总线的SMP 结构； （2）使用多层总线的SMP 结构； （3）使用单级交叉开关的系统结构。
5.试说明基于单总线的SMP结构和多层总线的SMP 结构。
答：(1)基于单总线的SMP结构：如图(a )所示，在这种结构的系统中，把多个处理器与一个集中的存储器相连，所有处理器都通过公用总线访问同一个系统的物理存储器，每个处理机可以访问不同存储器模块中的单元，以及与其它处理机进行通信。
显然这种结构的缺点在于可伸缩性有限。系统中所有CPU对存储器的访问，都需要通过总线
进行。可以通过为每个CPU 配置一个高速缓存的方法解夫此问题。如图(b )所示，这些高速缓
存可以很大程度地减少该CPU 对总线的访问频率，极大地减少总线上的数据流量，以支持更多的CPU.
(2)使用多层总线的SMP结构：对于单总线结构中存在的总线瓶颈问题的另一个解决方法，就是使用多层总线结构。在这种结构中，系统中所有的CPU 不仅共享一个高速缓存，还有一个本地私有的存储器，如图(c )所示。各CPU 与本地的私有存储器.IO 设备通过本地总线连接，系统再使用系统总线将不同CPU的本地
总线进行连接，并且将系统中的共享存储器连接在系统总线上。
6. 试说明使用单级交叉开关的系统结构和使用多级交换网络的系统结构。 答：(1)使用单级交叉开关的系统结构：在这种结构中，利用电话交换系统中使用交叉开关(crossbarswitch)的方法，如图1所示，将系统中所有的CPU与存储器结点，通过交叉开关阵列相互连接。每个交叉开关均为其中两个结点(CPU与存储器模块)之间提供一条专用连接通路，从而避免了在多个CPU 之间因为要访问存储器模块所形成的对链路的争夺。
图1使用交叉开关的LIMA 多处理机系统
(2 )使用多级交换网络的系统结构：图2( a )是一个最简单的2X2 交叉开
关，它有两个输入和两个输出。送入任一输入的信息可以交换到任一输出线上。可以将这样的多级小交换开关分级连接起来，形成多级交叉开关网络，如图2(b)所示。
7. 什么是NUMA 多处理机系统结构? 它有何特点?
答：所谓NUMA(Nonuniform-Memory- Access),即非统一内存访问(也称非一致存
储访问)。在这种结构的多处理机系统中，其访问时间随存储字的位置不同而变化，系统中的公共存储器和分布在所有处理机的本地存储器共同构成了系统的全局地址空间，可被所有的处理机访问。
NUMA 结构的特点是: 所有共享存储器在物理上是分布式的，在逻辑上是连续的，
所
有这些存储器的集合就是 全局地址空间，系统中的每一个CPU都可以访问整个系
统的内存，但访问时所使用的指令却不同;因此在NUMA中，存储器一般分为三层:1、本地存储器
2、群内共享在储器; 3 、全局共享存储器或其它节点存储器。
8.为什么要为每个CPU 配置高速缓冲区? CC-NUMA和NC-NUMA所代表的是什么? 答：对于NUMA多处理机结构，为每个CPU再配备各自的高速缓存是为了减少CPU对远程内存的访问。 将每个CPU配备各自的高速缓存的结构称为CC-NUMA;与此对应的，将每个CPU没有配备各自的高速缓存的结构称为NC—NUMA。 9. 试说明多处理机操作系统的特征。
答：(1)并行性：在多处理机系统中，由于存在着多个实处理机，己经可使多个
进程并行执行，因此，多处理机操作系统的主要目标应是进一步增强程序执行的并行性程度，以获得更高的系统吞吐量及提高系统的运算速度。 (2 )分布性：在单处理机系统中，所有的任务都是在同一台处理机上执行的，所有的文件和资源也都处于操作系统的统一管理之下。然而对于多处理机系统而言，无论其结构如何，在任务、资源和对它们的控制等方面，都呈现出一定的分布性。
(3 )机间的通信和同步性：在多处理机系统中，不仅在同一处理机上并发执行的诸进程之间，由于资源共享和相互合作的需要，须实现同步和通信，而且在不同处理机上运行的不同进程之间，也需要进行同步和通信，除了它]之司也需要资源共享和相互合作外，这对于提高程序执行的并行性、改善系统的性能至关重要。
(4 )可重构性：为提高系统的可靠性，在多处理机系统中，应使操作系统
具有这样的能力当系统中某个处理机或存储模块等资源发生故障时，系统能够自动切除故障资源，换上备份资源，并对系统进行重构，保证其能继续工作。
10. 试比较在单处理机OS和多处理机OS中的进程管理。 答:(1)进程同步
在单处理机多道程序系统中，由于各进程只能交替执行，不会发生两个进程在同一时
刻同时访问系统中同一个共享资源的情况。然而，在多处理机环境下，由于多个进程在不
同的处理机上是并行执行的，因而可能出现各个进程对于某个共享资源的同时访问。可见，
在多处理机操作系统中，不仅需要解决程序并发执行时引发的同步问题，而且还需要解决
在多个不同的处理机程序并行执行时所引发的同步问题。因此，对于这两类进程同步问题
的解决机制，除了通常的锁、信号量和管程外，还应具有新的同步机制和互斥算法。
(2) 进程通信
在单机环境中，所有进程都采用共享同一存储器方式，驻留在同一台机器中。这样，进程间通信的主要方式是“共享存储器”方式和直接通信方式。但在多处理儿环境中，相互合作的进程可能运行在不同的处理机上，它们之间的通信必然涉及到处理机间的通信，特别是在松散耦合型的多处理机系统中，进程甚至在不同的机器上，其间的通信还需要较长的通信信道，甚至要经过网络。因此，在多处理机系统中，进程通信的实现广泛地采用了间接通信方式。 3) 进程调度 在单机环境中，进程调度只是简单地按照一定的算法，从就绪队列中选择一个进程，为之分配处理机的一个时间片使之运行行一段时间。为平衡I/O负载，在调度时造当地进行I/O任务和计算任务的搭配，以提高系统的资源利用率。但在多处理机系统中，发挥多处理机最大效能的关键，在于提高程序执行的并行性。因此，在进程调度时，主要应考虑到如何实现负载的平衡。在调度任务以为其分配处理机时，一方面必须了解每台处理机的能力以便把适合的任务分配给它，另一方面，也要确切地了解作业中诸任务之间的关系，即哪些任务间必须顺序执行，哪些任务可以并行执行。
11. 试比较在单处理机OS和多处理机OS 中的内存管理。
答：多处理机环境下通常每个处理机都有属于自己的局部（本地）存储器，也有可供多个处理机共享的（系统）存储器。除了需要具有单机多道程序系统中的地址变换机构和虚拟存储器功能外，还应增强和增加下面的功能和机制： 1、地址变换机构； 2、访问冲突仲裁机构； 3、数据一致性机制。
12. 何谓中心同步实体、集中式同步机构和非集中式同步机构? 答：1.中心同步实体
为实现进程之间的同步，系统中必须有相应的同步实体(SynchronzingEntiy)如硬件锁、信号量以及进程等。如果该同步实体满足下述两个条件，则称之为中心