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專業(yè)整理 操作系統(tǒng)教程第 5 版課后答案 費祥林、駱斌編著 第一章 操作系統(tǒng)概論 習題一 一、 思考題 1. 簡述現(xiàn)代計算機系統(tǒng)的組成及層次結(jié)構(gòu)。 答：現(xiàn)代計算機系統(tǒng)由硬件和軟件兩個部分組成。是硬件和軟件相互交織形成的集合體，構(gòu)成一個解決計算問題的工具。硬件層提供基本可計算的資源，包括處設(shè)備。軟件層由包括系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng) I/O 理器、寄存器、內(nèi)存、外存及 用軟件。其中系統(tǒng)軟件是最靠近硬件的。 2、計算機系統(tǒng)的資源可分成哪幾類？試舉例說明。 設(shè)備、存答：包括兩大類，硬件資源和信息資源。硬件資源分為處理器、I/O 儲器等；信息資源分為程序和數(shù)據(jù)等。 什么是操作系統(tǒng)？操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的主要作用是什么？3. 答：操作系統(tǒng)是一組控制和管理計算機硬件和軟件資源，合理地對各類作業(yè)進 行調(diào)度，以及方便用戶使用的程序的集合。 操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中主要起 4 個方面的作用。 服務(wù)用戶觀點操作系統(tǒng)提供用戶接口和公共服務(wù)程序1（） （2）進程交互觀點操作系統(tǒng)是進程執(zhí)行的控制者和協(xié)調(diào)者 系統(tǒng)實現(xiàn)觀點操作系統(tǒng)作為擴展機或虛擬機） （3 資源管理觀點操作系統(tǒng)作為資源的管理者和控制者（4） 4. 操作系統(tǒng)如何實現(xiàn)計算與操作過程的自動化？ 批處理操作系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng)、實答：大致可以把操作系統(tǒng)分為以下幾類： 其中批處理操作系統(tǒng)能按照用戶預時操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)。 又可分為批處理單道 實現(xiàn)計算機操作的自動化。先規(guī)定好的步驟控制作業(yè)的執(zhí)行， 單道系統(tǒng)每次只有一個作業(yè)裝入計算機系統(tǒng)的主存儲器運 系統(tǒng)和批處理多道系統(tǒng)。批處理多道系統(tǒng)則允許多個作業(yè)同時裝行，多個作業(yè)可自動、 順序地被裝入運行。 各個作業(yè)可以同時使用各自所需的入主存儲器， 中央處理器輪流地執(zhí)行各個作業(yè)，提高系統(tǒng)的吞 縮短作業(yè)時間， 外圍設(shè)備， 這樣可以充分利用計算機系統(tǒng)的資源，吐率 操作系統(tǒng)要為用戶提供哪些基本的和共性的服務(wù)？5 ）4）通信服務(wù)；（和信息存取；（ 1答：（ ）創(chuàng)建程序和執(zhí)行程序；（2）數(shù)據(jù)I/O 3使得多個應(yīng)用程序能夠有效的 差錯檢測和處理。為了保證高效率、高質(zhì)量的工作， 共享系統(tǒng)資源，提高系統(tǒng)效率，操作系統(tǒng)還具備一些其他的功能：資源分配， 統(tǒng)計，保護等。 試述操作系統(tǒng)所提供的各種用戶接口。6. 答：操作系統(tǒng)通過程序接口和操作接口將其服務(wù)和功能提供給用戶。程序接口由 一組系統(tǒng)調(diào)用組成，在應(yīng)用程序中使用“系統(tǒng)調(diào)用” 可獲得操作系統(tǒng)的低層服務(wù)，訪問或使用系統(tǒng)管理的各種軟硬件資源，是操作系統(tǒng)對外提供服務(wù)和功能的手段； 操作接口由一組命令和（或）作業(yè)控制語言組成，是操作系統(tǒng)為用戶提 完美格式WORD 專業(yè)整理 供的組織和控制作業(yè)執(zhí)行的手段。 7. 什么是系統(tǒng)調(diào)用？可分為哪些類型？ 答：操作系統(tǒng)為了達到為應(yīng)用程序的運行提供良好的環(huán)境， 系統(tǒng)內(nèi)核提供了一系列具備預定功能的內(nèi)核函數(shù)， 這一組特殊接口被稱為系統(tǒng)調(diào)用。操作系統(tǒng)所提供的系統(tǒng)調(diào)用按功能可分為六類： 1) 進程管理；2）文件操作；3）設(shè)備管理；4）主存管理； 5) 進程通信； 6) 信息維護。 什么是實用程序，可分為哪些類型？8. 答：實用程序又稱支撐程序，是為應(yīng)用程序的開發(fā)、調(diào)試、執(zhí)行和維護解決共性 2）語言支持；問題或執(zhí)行公共操作提供的一組程序。按功能可分為： 1）文件管理；）通信等。 4）支持程序執(zhí)行； 53) 狀態(tài)修改； 試述系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)原理。9. 首先 操作系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用功能的機制稱為陷阱或異常處理機制。 其實現(xiàn)原理是：每個入口地址都指向一個系統(tǒng)調(diào) 編寫系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)并且設(shè)計系統(tǒng)調(diào)用入口地址表，然后開辟現(xiàn)場保護區(qū)，用以 用的內(nèi)核函數(shù)，有些還包含系統(tǒng)調(diào)用自帶參數(shù)的個數(shù)。 保存發(fā)生系統(tǒng)調(diào)用時的處理器現(xiàn)場。 試述系統(tǒng)調(diào)用與函數(shù)過程調(diào)用之間的主要區(qū)別。10. ）調(diào)用的形式和實1 答：在程序執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用或過程調(diào)用中兩者的主要區(qū)別是： ）被調(diào)用的代碼的位置不同；現(xiàn)的方式不同； 2）提供方式不同。3 、庫函數(shù)與系統(tǒng)調(diào)用之間的關(guān)系program interface)11. 試述 API(Application . 是由同名的封裝把系統(tǒng)調(diào)用封裝成應(yīng)用程序能夠直接使用的應(yīng)用接口。所答： API 的實現(xiàn)可能會用到一個系統(tǒng)調(diào)用或多個系 API 以，一個庫函數(shù)就是一種 API，一個即使完全不使用系統(tǒng)調(diào)用，也不 統(tǒng)調(diào)用，也可能若干 API 封裝相同的系統(tǒng)調(diào)用，存在任何問題。 。和假脫機12. 試解釋脫機 I/O I/O 設(shè)）是為了解決人機矛盾CPU和 I/O（答：1）脫機輸入輸出方式 Off-Line I/O I/O提高了的空閑等待時間，備之間速度不匹配而提出的。 它減少了 CPU 速度。 預先從低速輸入設(shè)備到具體內(nèi)容是將用戶程序和數(shù)據(jù)在一臺外圍機的控制下， 從 需要這些程序和數(shù)據(jù)時，在直接從磁帶機高速輸入到內(nèi)存， 磁帶上，當 CPU等待輸入的時間，這就是脫機輸入 減少了 CPU而大大加快了程序的輸入過程， 需要時，無需直接把計算結(jié)果送至低速輸 CPU 技術(shù)；當程序運行完畢或告一段落，把磁出設(shè)備， 而是高速把結(jié)果輸出到磁帶上，然后在外圍機的控制下， ）若這種輸入帶上的計算結(jié)果由相應(yīng)的輸出設(shè)備輸出，這就是脫機輸出技術(shù)。2 輸出操作在主機控制下進行，則稱之為聯(lián)機輸入輸出方式。 為什么對作業(yè)進行批處理可以提高系統(tǒng)效率？13. 的等待時間來運行其它程序。答：多道程序系統(tǒng)可以利用 CPU 舉例說明計算機體系結(jié)構(gòu)的不斷改進是操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力之一。14. 答：計算機體系的基本結(jié)構(gòu)遵循馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)，主要由運算器、控制器、存儲不斷升級，存儲器的容量不斷增 CPU器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五部分組成。隨著 大，計算機體系結(jié)構(gòu)不斷的改進，從而，要求計算機的操作系統(tǒng)不斷的更新， 到后來的由原來的 DOS Windows98,Windows 2000,Windows XP,UNIX,LINIX 和 Windows 2003 等。 15. 什么是多道程序設(shè)計？多道程序設(shè)計技術(shù)有什么特點？ 多道程序設(shè)計是指允許多個作業(yè)同時進入計算機系統(tǒng)的主存并啟動交替計 答; 、主存和設(shè)備的利用率高） 1 算的方法。其特點是：CPU）系統(tǒng)的吞吐率提高 ;2 , 完美格式WORD 專業(yè)整理 單位時間內(nèi)完成的作業(yè)數(shù)增加 ;3 ）充分發(fā)揮了系統(tǒng)的并行性，設(shè)備與設(shè)備之間、CPU與設(shè)備之間均可并行工作。 16. 簡述實現(xiàn)多道程序設(shè)計所必須解決的基本問題。 答：實現(xiàn)多道程序設(shè)計所必須解決的三個問題： 1 ）存儲保護和地址重定位； 2 ）處理機管理和調(diào)度； 3 ）資源的管理和分配。 17. 計算機系統(tǒng)采用通道部件后，已實現(xiàn)處理器與外部設(shè)備的并行工作，為什么還要引入多道程序設(shè)計技術(shù)？ 答：引入多道程序設(shè)計技術(shù)的根本目的是提高 CPU的利用率， 充分發(fā)揮計算機系統(tǒng)部件的并行性，一些應(yīng)用問題也只有靠多道程序設(shè)計技術(shù)才能有效解決。18什么是實時操作系統(tǒng)？試述實時操作系統(tǒng)的分類。 答：實時操作系統(tǒng)（ Real Time Operating System）指當外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生 時，能接收并足夠快的速度予以處理， 處理的結(jié)果又能在規(guī)定時間內(nèi)來控制監(jiān)控的生產(chǎn)過程或?qū)θ蝿?wù)協(xié)調(diào) 一致運行的操作系統(tǒng)。分類： ）過程控制系統(tǒng)：如生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)、導彈制導系統(tǒng)、飛機自動駕駛系統(tǒng)、1火炮自動控制系統(tǒng)。 ）信息查詢系統(tǒng)：計算機同時從成百上千的終端接受服務(wù)請求和提問，并在2短時間內(nèi)作出回答和響應(yīng)。如情報檢索系統(tǒng)。 ）事務(wù)處理系統(tǒng)：計算機不僅要對終端用戶及時作出響應(yīng)，還要頻繁更新系3統(tǒng)中的文件或數(shù)據(jù)庫。如銀行業(yè)務(wù)系統(tǒng)。 在分時系統(tǒng)中，什么是響應(yīng)時間？它與哪些因素有關(guān)？19. 答：分時系統(tǒng)的響應(yīng)時間是指用戶從終端發(fā)出一個命令到系統(tǒng)處理完這個命令并 終端用戶個數(shù)、命令本身功能、 做出回答所需要的時間。 這個時間受時間片長度、 硬件特性、主存與輔存的交換速度等影響。 試比較批處理操作系統(tǒng)與分時操作系統(tǒng)的不同點。20. ）追求目標不同：批處理操作系答：分時操作系統(tǒng)與批處理操作系統(tǒng)的區(qū)別： 1 分時操作系統(tǒng)強調(diào)公平性對于 統(tǒng)以提高系統(tǒng)資源利用率和作業(yè)吞吐能力為目標， ）適應(yīng)作業(yè)不同：批處理操作系統(tǒng)聯(lián)機用戶的立即執(zhí)行命令需要快速響應(yīng)。 2 ）資源利用 3適應(yīng)已調(diào)試好的大型作業(yè)，分時操作系統(tǒng)適應(yīng)正在調(diào)試的小型作業(yè)。使資源利用率達到最佳；在 率不同：批處理操作系統(tǒng)可合理安排不同負載的作業(yè)，多個終端的作業(yè)使用同類型的系統(tǒng)運行系統(tǒng)和共同子程序使系統(tǒng) 分時操作系統(tǒng)中，）作業(yè)控制方式不同：批處理操的高度開銷小，能公平的調(diào)配 CPU 4和存儲資源。）書寫作業(yè)控制流，預先提交脫機作業(yè)；分時操作系統(tǒng)交 JCL 作系統(tǒng)由用戶通過（ 互作業(yè)由用戶從鍵盤輸入控制命令以交互方式聯(lián)機工作。 21. 試比較實時操作系統(tǒng)與分時操作系統(tǒng)的不同點。 實時操作 答：分時操作系統(tǒng)是指在一個系統(tǒng)中多個用戶分時地使用同一臺計算機； 系統(tǒng)是指計算機及時響應(yīng)外部事件地請求并在規(guī)定時限內(nèi)完成對該事件的處 控制所有實時高備和實時任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運行。 理， 實時操作系統(tǒng)和分時操作系統(tǒng)的主要區(qū)別有兩點： 而實時有較強的交互能力 ; 1）分時操作系統(tǒng)的目標是提供一種通用性很強的系統(tǒng)， 操作系統(tǒng)則大都是具有特殊用途的專用系統(tǒng)，交互能力略差。 ）分時操作系統(tǒng)對響應(yīng)時間雖有要求，但一般來說，響應(yīng)時間由人所能承受的2 一般由控制系統(tǒng)或信息等待時間來確定；而實時操作系統(tǒng)對響應(yīng)時間要求很高， 處理磁頭所能接受的延遲時間來決定。 WORD 完美格式 專業(yè)整理 22. 試比較單道和多道批處理系統(tǒng)。 答： 1）單道批處理系統(tǒng)是最早出現(xiàn)的一種OS，它具有自動性，順序性和單道性 的特點；多道批處理系統(tǒng)則具有調(diào)度性，無序性和多道性的特點。 2）單道批處理系統(tǒng)是在解決要人機矛盾及 CPU和 I/O 設(shè)備之間速度不匹配的矛盾中形成的，旨在提高系統(tǒng)資源利用率和系統(tǒng)吞吐量， 但是仍然不能很好的利用系統(tǒng)資源； 多 道批處理系統(tǒng)是對單道批處理系統(tǒng)的改進， 其主要優(yōu)點是資源利用率高，系統(tǒng)吞吐量大；缺點是平均周轉(zhuǎn)時間長，無交互能力。 現(xiàn)代操作系統(tǒng)具有哪些基本的功能，請簡單敘述之。23. 答：現(xiàn)代操作系統(tǒng)的功能：管理計算機的軟硬件資源（包括：處理機管理，作業(yè) 、提高資源的利用率、方便用戶。管理，存儲管理，設(shè)備管理，文件管理） 試述現(xiàn)代操作系統(tǒng)的基本特性及所要解決的主要問題。24. concurrence 答：操作系統(tǒng)的四個基本特征：1 ）并發(fā)性（）共享性 ）， 2 asynchronism 4 ）異步性（ sharing）， 3 ）虛擬性（ virtual），）。 方 增強系統(tǒng)的處理能力； 所要解決的主要問題是： 提高計算機系統(tǒng)的效率； 便用戶使用。 為什么操作系統(tǒng)會有隨機性特性？25. 并發(fā)活動會導致隨機事件的發(fā)生。 答：在多道程序環(huán)境中允許多個程序并發(fā)執(zhí)行，不可預見。所以操作系統(tǒng)必須能夠及時捕捉并正 操作系統(tǒng)中的隨機事件處處可見，確處理。 組成操作系統(tǒng)的構(gòu)件有哪些？請簡單敘述之。26. 采用單答：操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計有：單體式、層次式、虛擬機和微內(nèi)核結(jié)構(gòu)。 Linux 體式的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要構(gòu)件有內(nèi)核、 shell 、應(yīng)用程序。 27.什么是操作系統(tǒng)內(nèi)核？ 作為可信軟件來支持進程并發(fā)執(zhí)行的基本功能和基本 答：內(nèi)核是一組程序模塊，具有直接訪問硬件設(shè)備和所有內(nèi)存運行于內(nèi)核態(tài)，操作。通常駐留在內(nèi)核空間， 空間的權(quán)限，是僅有的能夠執(zhí)行特權(quán)指令的程序。 列舉內(nèi)核的分類、屬性及特點。28. 和大部分功能都并入內(nèi)核的單內(nèi)答：內(nèi)核按大小分為僅有極少必須功能的微內(nèi)核， ）內(nèi)核可以在屏蔽中段狀態(tài)下執(zhí) 1）內(nèi)核是由中斷程序引出的； 2核。內(nèi)核的屬性： ）內(nèi)核是不可搶占的；3 4）內(nèi)核可使用特權(quán)命令。內(nèi)核的功能：1）中斷處理；行； ）時鐘管理； 3）短程調(diào)度；）原語管理。 42 29. 簡述單內(nèi)核操作系統(tǒng)及其優(yōu)缺點。 答：單內(nèi)核操作系統(tǒng)是將系統(tǒng)的大部分功能都并入到內(nèi)核中。采用模塊組合法，是 基于結(jié)構(gòu)化設(shè)計的一種軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊密、組合方便、對不 靈活性強。缺點：模塊的 同的環(huán)境和用戶的不同需求可以組合不同的模塊來滿足， 獨立性差，系統(tǒng)的功能增、刪、改困難，可靠性低。 30.簡述微內(nèi)核及客戶服務(wù)器結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)及其優(yōu)缺點。 一是運行在內(nèi)核態(tài)的內(nèi)核，提供系統(tǒng)基本功能。 , 答：將操作系統(tǒng)分為兩個部分 ）對進程請求提供二是運行于用戶態(tài)以客戶服務(wù)器方式執(zhí)行的進程層。優(yōu)點： 1）對分布4 3）具有較好的可擴充性和易修改性； 一致性的接口；2 ）可移植性好； 式系統(tǒng)提供良好的支撐。缺點：運行效率較低。 31. 什么是層次式操作系統(tǒng)？試說明其優(yōu)缺點。 答：層次式結(jié)構(gòu)把操作系統(tǒng)劃分為內(nèi)核和若干模塊，這些模塊按功能的調(diào)用次序 排列成若干層次，各層之間只能存在單向依賴或單向調(diào)用關(guān)系。優(yōu)點：）把整1 完美格式WORD 專業(yè)整理 體問題局部化，層次清晰； 2）增加、修改或替換層次不影響其他層次，有利于系統(tǒng)的維護和擴充。缺點：建立模塊通信的開銷大，系統(tǒng)效率較低。 32. 什么是虛擬機操作系統(tǒng)？試說明其優(yōu)缺點。 答 ; 將一個物理實體改變成若干個邏輯上的對應(yīng)物，虛擬機復制物理實體硬件給 每臺虛擬機復制與實體計算機相同的硬件設(shè)備。 每臺虛擬機功能等同于裸機， 同樣能運行各種操作系統(tǒng)。優(yōu)點：獨立于主機運行，對主機毫無影響。缺點：不能 進行大量信息處理。 33. 從執(zhí)行方式來看，試述操作系統(tǒng)的各種運行模型。 答：1）操作系統(tǒng)服務(wù)例程嵌入應(yīng)用進程中運行； 2）操作系統(tǒng)服務(wù)例程作為獨立進程運行。 34. 簡述操作系統(tǒng)資源管理的主要技術(shù)：資源復用、資源虛擬和資源抽象。 答：資源復用：操作系統(tǒng)讓眾多進程共享物理資源， 通過適當?shù)膭?chuàng)建虛擬資源和虛擬機，以解決資源不足的問題。主要分為空分復用和時分復用。 資源虛擬：虛擬是對資源進行轉(zhuǎn)化、模擬或整合，把一個物理資源轉(zhuǎn)換對應(yīng)多個邏輯上的對應(yīng)物。 能為應(yīng)用程序提供易于使用的虛擬資源并創(chuàng)建更好的運行環(huán)境。 簡化對硬件資資源抽象：通過創(chuàng)建軟件來屏蔽硬件資源的物理特性和實現(xiàn)細節(jié)， 按照特定的方式將底層指令序列和數(shù)在硬件的基礎(chǔ)上， 控制和使用。 源的操作、據(jù)結(jié)構(gòu)打包成函數(shù)，以便可以作為單一的高級操作被調(diào)用。 的內(nèi)容。 POSIX?試述 POSIX3.1 35. 何謂 系統(tǒng) Unix POSIX是 IEEE 擬定的一個 Unix 系統(tǒng)的標準，它定義相互兼容的答： 所必須支持的最少系統(tǒng)調(diào)用接口和工具。 36. 服務(wù)用戶觀點，操作系統(tǒng)作為用戶接口和公共服務(wù)程序；進程交互觀點，操 操作系統(tǒng)作為擴展機或虛擬 作系統(tǒng)作為進程的執(zhí)行者和協(xié)調(diào)者； 系統(tǒng)實現(xiàn)觀點， 機；資源管理觀點，操作系統(tǒng)作為資源的管理者和控制者。 二、應(yīng)用題 ，各個用戶進程分別占用 200KB1有一臺計算機具有 1MB內(nèi)存，操作系統(tǒng)占用 CPU 內(nèi)存空間，則200KB。如果用戶進程等待 I/O 操作的時間為 80%，若增加 1MB 的利用率能夠提高多少？ N個進程的等待時間就為則 n 解：設(shè)每個進程的等待時間為P, 利用率 CPU，則P n 為 1-p . 4，若再增加 1-(80%) =59%