1、1、某文件系統為一級目錄結構，文件的數據一次性寫入磁盤，已經寫入的文件不能修改，但是可以多次創建新文件。請回答以下問題：1）在連續、鏈式、索引三種文件的數據塊組織方式中，哪種更適合？請說明理由。2）為了快速找到文件，對于FCB，是集中存儲好，還是與對應的文件數據塊連續存儲好？請說明理由。解答：1）連續更合適。因為一次性寫入不存在插入問題，連續的數據塊組織方式完全可以滿足一次性寫入磁盤。同時連續文件組織方式減少了其他不必要的空間開銷，而連續的組織方式順序查找讀取文件的速度是最快的。2）為了快速找到文件，FCB是集中存儲好。目錄是存在磁盤上的，所以檢索目錄的時候需要訪問磁盤，速度很慢：集中存儲是將

2、文件控制塊的一部分數據分解出去，存在另一個數據結構中，而在目錄中僅留下文件的基本信息和指向該數據結構的指針，這樣就有效縮短了目錄的容量，減少了目錄在磁盤中的塊數，于是檢索目錄時讀取次哦的次數也就減少了，于是加快了目錄檢索的速度。2、某計算機存儲器按字節編址，虛擬（邏輯）地址空間大小為16MB，主存（物理）地址空間為1MB，頁面大小為4KB：Cache采用直接映射方式，共8行；主存與Cache中間交換的塊大小為32B。系統運行到某一時刻時，頁表的部分內容和Cache的部分內容為下圖所示，圖中頁框號及標記字段的內容為十六進制形式。虛頁號有效位頁框號010611042115310240-512B60

3、-7132頁表的部分內容行號有效位標記0102010-2101D31105410645114D60-7127ACache的部分內容請回答下列問題：1）虛擬地址共有幾位，哪幾位表示虛頁號？物理地址有幾位，哪幾位表示頁框號（物理頁號）？2）使用物理地址訪問Cache時，物理地址應該劃分為哪幾個字段？要求說明每個字段的位數及在物理地址中的位置。3）虛擬地址001C60H所在的頁面是否在主存中？如在，則該虛擬地址對應得物理地址是什么？訪問該地址時是否Cache命中？要說明理由。4）假定為該機配置一個4路組相聯的TLB，共可以存放8個頁表項，若當前內容（十六進制）如下圖所示，則此時虛擬地址024BACH

4、所在的頁面是否存在主存中？請說明理由。解答：1）24位，前12位；20位，前8位2）主存字塊標記（12位），Cache字塊標記（3位）,字塊內地址（5位）物理地址20位，其中塊大小為32B=25B，故塊內地址為5位，Cache共8=23行，故塊標記為3位，20-5-3=12，故主存字塊標記為12位。3）在主存中，004C60H；不命中，因為沒有04CH的標記字段001C60H中虛頁號為001H=1，經過查找頁表知道其有效位是1，在內存中；該頁對應的頁框號為04H，故物理地址為004C60H；物理地址為004C60H在直接映射方式下，對應的行號為4，有效位是1，但是標記為是064H不等于04CH

5、,故不命中。4）在，012的那個標記是對的思路：標記11位，組地址1位，頁內地址12位，前12位是0000 0010 0100，組地址為0，第0組存在標記為012的頁，其頁框號為1F，故024BACH所在的頁面在內存中。3、假設一個文件系統使用索引結構（索引僅包含磁盤塊號）組織文件內容塊，每塊的大小為16KB，磁盤空間為1GB。現在假設一個目錄中包含3個文件，其大小分別為10KB，1089KB，129MB，請問這些文件總共在磁盤中占用了多大的空間？（不計其目錄項占據的空間）解答：一個文件占用的磁盤空間是和采用的索引結構密切相關的，解決這類問題是一定要設計合適的索引結構。1GB的磁盤空間共有1G

6、B/16KB=65536塊，在此設索引塊中每個索引項需要16位，因此一個索引塊最多有1K個索引項，最大索引16MB。10KB大小的文件占用一個數據塊，占用磁盤空間為16KB；1089KB的文件共需要一個索引塊和69個數據塊，占用空間為69x16+16=1120KB；129MB的文件需要1個一級索引塊和9個二級索引塊以及129MB/16KB=8256個數據塊，共需要磁盤空間=（1+9+8256）x16=132256KB。當然，還可以采用其他方法來設計索引結構。4、旋轉型存儲設備上的信息優化分布能夠減少若干輸入/輸出服務的總時間。例如，有10個記錄A,BJ存放在磁盤的某一個磁道上，假定這個磁道劃分

7、成10個扇區，每個扇區存放一個記錄，安排如下表所示：扇區12345678910記錄號ABCDEFGHIJ現在要從該磁道中順序將AJ這10個記錄讀出，如果磁盤旋轉一周需要時間20ms，處理程序每讀出1個記錄后花4ms的時間進行處理，試問處理完這10個記錄需要的總時間是多少（從找到A開始計算）？為了縮短處理時間，應進行優化分布，試問應該如何安排這10個記錄？并計算優化后的總的處理時間是多少（從找到記錄A開始）？解答：1）沒有優化時，需要的總時間是6+9x22=204ms2）優化方案扇區12345678910記錄號AHEBIFCJGD優化后需要的總時間：10x(2+4)=60ms5、為什么磁盤調度算

8、法通常不考慮旋轉延遲？解答：大多數磁盤并沒有將旋轉位置信息輸出給主機，因此在大多數情況下操作系統在進行磁盤調度時無法得到旋轉信息，也就沒有辦法在調度算法中考慮它的影響。即使是磁盤系統可以提供旋轉位置信息，但是由于磁盤依然在旋轉，因此這個信息到達主機時往往是不準確的，而且處理時間也往往是變化的，所以操作系統在進行調度時獲得的旋轉位置信息是不正確的。另外，磁盤請求往往是以邏輯塊的形式作為參數，而邏輯塊和物理塊之間的映射比較復雜，若在調度中計算這種映射會大大增加系統開銷。總之，無論是從可行性上還是從性能上進行考慮，調度算法都不考慮磁盤旋轉的位置。6、一個軟盤的扇區安排采用如下圖（c）所示的形式。這個

9、軟盤的每個磁道有8個扇區，每個扇區可以存放512B數據，軟盤的旋轉速率為300rpm，如果旋轉臂已經在合適的位置了，那么順序讀完一個磁道上的扇區需要多長時間？如果扇區安排使用圖（a）和圖（b）呢？解答：旋轉延遲為60000÷300=200ms，假設處理數據的速度為k B/ms。則：在（a）圖中讀取一個磁道的時間是8 x（200 ÷（512/k）x200ms。在（b）圖中為：8 x（400 ÷（512/k）x 200ms在（c）圖中為：8 x（600 ÷（512/k）x200ms7、某個文件系統管理一個4GB多的磁盤，它可以管理一個大小為4GB的文件，也可

10、以管理一個包含4000個10KB文件的目錄樹。但是在測試中，如果順序讀取4GB的大文件，只需要2min，而當遍歷4000個10KB的文件時幾乎需要運行1h，請分析引起這種性能差異的原因。解答：順序讀取磁盤上的一個文件，幾乎沒有旋轉延遲和尋找時間；而讀取多個文件則需要大量的尋找時間和旋轉延遲（包括文件塊和目錄塊）。8、在設備子系統中，引入緩沖可以有效改善CPU和I/O設備之間的速度不匹配的矛盾，但是也可能損失CPU與I/O設備之間的帶寬，請問為什么？解答：使用緩沖的主要原因是因為主存的帶寬一般都遠遠高于I/O設備的帶寬，主存和CPU之間的帶寬差小于CPU和I/O設備之間的帶寬差，因此可以使用緩存

11、來改善CPU和I/O設備之間 速度不匹配的矛盾。但是這種改善是以減少I/O次數為基礎的，如果緩存命中率低，那么管理緩存所帶來的開銷可能比緩存得到的收益還要高，此時CPU與I/O設備的帶寬就受到了損失。例如：1）個人計算機上視頻和音頻播放器就是一個典型的例子。因為這些文件都是順序訪問的，緩存命中率永遠為0，此時緩存是損害CPU和I/O設備之間帶寬的主要原因。2）高速網絡適配器。目前高速網絡適配器的帶寬都達到了Gb級別，幾乎與CPU的帶寬相當，是高于主存帶寬的，此時不存在CPU和I/O設備之間速度不匹配的矛盾，因此內存訪問成了瓶頸。為了解決視頻和音頻等多媒體數據的處理，現代操作系統中都提供了無緩沖

12、（或者稱“直接”）的I/O方式。9、某用戶文件共有10個邏輯記錄，每個邏輯記錄的長度為480個字符，現在把該文件放到磁帶上，若磁帶的記錄密度是800字符/英寸，塊與塊之間的間隙為0.6英寸，回答下面的問題：1）不采用記錄的成組操作時磁帶的空間利用率是多少？2）采用成組操作且塊因子為5時磁帶空間的利用率是多少？3）當按上述方式（成組）把文件存放到磁帶后，用戶要求每讀一個記錄到他的工作區，當對該記錄處理完畢后再讀下一個記錄到工作區中，直至10個記錄處理結束。系統應該如何為用戶服務？解答：1）利用率為50%2）利用率為83%3）設置長度為2400字符的主存緩沖區；找到該文件的存放位置，啟動磁帶機讀出第一塊內容存入主存緩沖器；進行記錄的分解，按照用戶要求依次把主存緩沖區中的5個記錄傳送到用戶工作區中；啟動磁帶機讀第二塊內容存入主存緩沖區，