分布式操作系统（陆丽娜版）课后习题_分布式操作系统课后题

分布式系统

高级操作系统

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一分布式系统概述

1. 请列出分布式系统相对于集中式系统的两个优点与缺点。

优点：

1) 经济上，微处理机提供了比大型主机更好的性价比；

2) 速度上，分布式系统总的计算能力比单个大型主机的更强；

3) 固有的分布性，一些应用会涉及到空间上分散的机器；

4) 可靠性，如果一台机器崩溃，整个系统还可以运转；

5) 渐增，计算能力可以逐渐增加。

缺点：

1) 软件上，目前为分布式系统开发的软件还很少；

2) 网络上，网络可能饱和和引起其它的问题；

3) 安全上，容易造成对保密数据的访问。

2. 说明多处理机与多计算机有什么区别。

1) 多处理机系统看起来像一个虚拟的单处理机系统，而多计算机系统不是；

2) 多处理机系统中所有的机器只运行相同的操作的系统，而多计算机系统的机器可

以运行不同的操作系统；

3) 多处理机系统拥有共享存储器，所有的 CPU 共享统一的虚拟地址空间，而多计算

机系统没有；

4) 多处理机系统只有一个运行队列，而多计算系统可以有多个；

5) 多处理系统对文件共享有良好的语义定义，而多计算机系统通常没有；

3. 松耦合系统和紧耦合系统两个术语经常用于描述分布式系统，它们之间有什么区别吗？

1) 紧耦合：一个处理器向另一个处理器发送信息的时延很短、数据传输速率高；多

用于并行系统。

2) 松耦合：机器间信息传送延迟大，数据传输速率低；多用于分布式系统

4. 请说明 MIMD（单数据流）计算机和 SIMD（多数据流）计算机有什么区别。

1) SISD：单指令流、单数据流。所有传统的单处理机计算机，均属此类。

2) SIMD：单指令流、多数据流。这种类型指处理机阵列结构，指令单元取出一条指

令后，操纵许多数据单元并行执行。这种计算机在用多组数据重复同样计算时非

常有效。

5. 交叉开关允许一次处理大量的存储请求，并且有良好的性能。但为什么实际中很少使

用呢？

当有 n 个 CPU 和 n 个存储器模块时，需要 n2 个交叉开关。如果 n 值很大的话，这个数

字就会非常大

6. 考虑一个具有 256 个中央处理机的以

16 ×16

网格组织的多计算机环境。一个消息最差

的延时（以跳计数）是多少？

假设路由是最优的，最长的路由是从网络方阵的一个角落到对角的角落。那么这

个路由的长度是 30 跳。如果一行或一列中的处理器彼此相连，则路由长度为 15 跳

n=16 2 n−2=30 hops

7. 现在考虑一个有 256 个中央处理机的超立方体。这时，一个消息最差的时延是多少？

在具有 256 个 Cpu 的超立方体中，每个结点可以用一个二进制地址，范围从

0000,00000-1111,1111。一个 hop 表示地址改变了一位。因此从 0000,0000-0000,0001 表

示一个 hop，而从 0000,0001-0000,0011 也是表示一个 hop。所以最长的路由有 8 个 hop

n=log

256=8 hops

8. 一个多处理机环境有 4096 个 50MIPS 的中央处理器，它通过 omega 网络连接内存。为

了使一个内存请求能在一个指令时间内到达内存并返回结果，转换时间需要多快？

50MIPS=5ns，需要

log

4096

=12

层开关，就有这么多延迟，因为有来回，所以乘

2，转换速度就是 5/24=0.208ns

9. 单系统映像的含义是什么？

使用户产生错觉：整个计算机网络是一个分时系统，而不是一组互不相同的机器。

10. 分布式操作系统与网络操作系统的主要区别是什么？

网络操作系统和分布式操作系统的区别是：

1) 分布性：分布式操作系统的处理和控制功能均为分布式的；而网络操作系统虽具

分布处理功能，但其控制功能却是集中在某个或某些主机或网络服务器中，即集

中式控制方式。

2) 并行性：分布式操作系统具有任务分配功能，可将多个任务分配到多个处理单元

上，使这些任务并行执行，从而加速了任务的执行；而网络操作系统通常无任务

分配功能，网络中每个用户的一个或多个任务通常都在本地计算机上处理。

3) 透明性：分布式操作系统通常能很好地隐藏系统内部的实现细节。包括对象的物

理位置、并发控制和系统故障等对用户都是透明的。网络操作系统的透明性则主

要指操作实现上的透明性。

4) 共享性：分布式操作系统支持系统中所有用户对分布在各个站点上的软硬件资源

的共享和透明方式访问。而网络操作系统所提供的资源共享功能仅局限于主机或

网络服务器中资源，对于其它机器上的资源通常仅有使用该机的用户独占。

5) 健壮性：分布式操作系统由于处理和控制功能的分布性而具有较好的可用性和可

靠性，即健壮性。而网络操作系统由于控制功能的集中式特点而使系统重构功能

较弱，且具有潜在的不可靠性。

11. 微内核的主要任务是什么？

微内核只提供了很小一部分的硬件抽象，大部分功能由一种特殊的用户态程序：

服务器来完成。微内核是让内核尽量小,其它的东西都当做系统服务来实现。

微内核具有更好的灵活性。主要提供四种服务

1) 进程间通信机制

2) 某些内存管理功能

3) 少量的低层进程管理和调度

4) 低层输入/输出服务

12. 请说出微内核优于单内核的两个优点。

1) 高度的模块化：对于每个服务都有一个定义好的接口，每个客户都能访问所有服

务，而与位置无关

2) 系统易于实现、安装和调试新的服务，添加、删除或更改服务无需停止现有系统

和启动新内核，使得微内核具有很好的灵活性

3) 不满足于现有系统服务的用户可以自己编写服务

13. 并行透明性是分布式系统想要实现的目标。集中式系统本身具有这种属性吗？

并行透明性：活动可以在用户没有感觉的情况下并行发生，集中式系统本身具有这种

属性。

14. 请用自己的语言解释并行透明性这个概念。

所谓并行就是同时发生的意思，而透明性就是没有感觉。并行透明性，就是系统

的活动可以在用户没有感觉的情况下并行发生，即整个分布式并行服务器在用户看起

来就像一个传统的单处理机分时系统。互相之间没有影响。

15. 一个实验文件服务器 3/4 的时间正常运行，并且 1/4 的时间由于故障停机。这个文件服

务器需要被复制多少次才能使之至少 99%的时间可用？

令 k 为服务器的数量，则有

(1/4 )

<0.01

。即在最坏的情况下，这时所有的服务

器都已关闭，发生这种情况的概率是 1/100。因此 k=4

二分布式系统的通信

1. 在许多层次协议中，每层都有自己的头信息。如果在每一个报文前面用一个头信息包

括所有的控制，相信比分开的头信息更有效。为什么不这样做呢？

协议的每一层都必须和其它层相对独立。从第 k+1 层传送至第 k 层的数据同时包

含了报头和数据，但是第 k 层协议不能对它进行辨别。如果使用单个大的报头来包含

所有信息的话将会破坏透明性，使得一个协议层的变动会影响到其它层，这显然不是

我们所希望的。

2. 开放系统的含义是什么？为什么有些系统不是开放的？

开放系统：可以与任何其它开放系统进行通信的系统，因为有些系统不需要与其它系

统进行通信

3. 面向连接协议和面向非连接协议有何不同？

1) 面向连接的协议：交换数据之前，发送者和接收者必须明确地建立连接，并且协

商可能使用的协议

2) 无连接的协议：无需预先建立连接，发送者只要将准备好的报文直接发送出去即

可

4. 一个 ATM 系统以 OC-3 的速率传送信元，每个包 48 字节长，刚好放进一个信元，一

个中断耗时 1 微妙， CPU 用于中断处理的时间是多少？如果包长是 1024 字节呢？

((155.52*1024*1024/8)/48)*10^-6=0.42s

((155.52*1024*1024/8)/1024)*10^-6=0.02s

5. 在客户-服务器系统中通信原语是非阻塞的。在报文实际传送之前，对 send 的调用已

经完成，为了减少开支，一些系统不拷贝数据到内核，而是直接从用户空间发送。对

这样一个系统，设计两种方法，发送者能知道传送已经完成，可以重新使用缓冲区。

1) 内核将消息拷贝内部缓冲区，其后允许进程继续运行。

2) 当消息被发送后，中断发送者并通知它缓冲区可用，无需备份，节省时间。

6. 在许多通信中，调用 send 设置一个计数器，以保证当服务器崩溃时客户机不会永远挂

起。假设有一个容错系统，所有的客户机和服务器都用多处理机实现，因此，客户机

或服务器的崩溃性可能性为零。你认为在这个系统能安全地避免超时吗？

不安全。因为在客户机和服务器的通信过程中，并不仅仅由于客户机或服务器崩

溃，从而引起信息的丢失，系统的瘫痪。在信息传输网络中也可能引起信息的丢失，

而超时机制能够解决这个问题。

7. 过程 incr 有两个参数，该过程的作用是给每个参数 1。假设现在 incr 的两个参数均为

i，即 incr(i，i)。如果 i 的初值为 0，问在变参调用后和拷贝/恢复调用后 incr 的返回值

分别是什么。

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