操作系統(tǒng)教程第5版課后答案

1、 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(xí)題一一、 思考題1. 簡述現(xiàn)代計算機系統(tǒng)的組成與層次結(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，包括處理器、寄存器、存、外存與I/O設(shè)備。軟件層由包括系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)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。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設(shè)備、存儲器等；信息資源分為程序和數(shù)據(jù)等。3.什么是操作系統(tǒng)？操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的主要作用是什么？答：操作系統(tǒng)是一

2、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，以與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。（1） 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（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（3） 系統(tǒng)實現(xiàn)觀點操作系統(tǒng)作為擴展機或虛擬機（4） 資源管理觀點操作系統(tǒng)作為資源的管理者和控制者 4.操作系統(tǒng)如何實現(xiàn)計算與操作過程的自動化？ 答：大致可以把操作系統(tǒng)分為以下幾類： 批處理操作系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng)、實時操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)。其中批處理操作系統(tǒng)能按照用戶預(yù)先規(guī)定好的步驟控制作業(yè)的執(zhí)行，實現(xiàn)計算機操作的自動化。又可分為批處理單

3、道系統(tǒng)和批處理多道系統(tǒng)。單道系統(tǒng)每次只有一個作業(yè)裝入計算機系統(tǒng)的主存儲器運行，多個作業(yè)可自動、順序地被裝入運行。批處理多道系統(tǒng)則允許多個作業(yè)同時裝入主存儲器，中央處理器輪流地執(zhí)行各個作業(yè)，各個作業(yè)可以同時使用各自所需的外圍設(shè)備，這樣可以充分利用計算機系統(tǒng)的資源，縮短作業(yè)時間，提高系統(tǒng)的吞吐率5操作系統(tǒng)要為用戶提供哪些基本的和共性的服務(wù)？答：（1）創(chuàng)建程序和執(zhí)行程序；（2）數(shù)據(jù)I/O和信息存??；（3）通信服務(wù)；（4）差錯檢測和處理。為了保證高效率、高質(zhì)量的工作，使得多個應(yīng)用程序能夠有效的共享系統(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。6.試述操作系統(tǒng)所提供的各種

4、用戶接口。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)核提供了一系列具備預(yù)定功能的核函數(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；

5、6) 信息維護。8.什么是實用程序，可分為哪些類型？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；2）語言支持；3) 狀態(tài)修改；4）支持程序執(zhí)行；5）通信等。9.試述系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)原理。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： 首先編寫系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)并且設(shè)計系統(tǒng)調(diào)用入口地址表，每個入口地址都指向一個系統(tǒng)調(diào)用的核函數(shù)，有些還包含系統(tǒng)調(diào)用自帶參數(shù)的個數(shù)。然后開辟現(xiàn)場保護區(qū)， 用以保存發(fā)生系統(tǒng)調(diào)用時的處理器現(xiàn)場。10.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。答：在程序執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用或過程調(diào)

6、用中兩者的主要區(qū)別是： 1）調(diào)用的形式和實現(xiàn)的方式不同；2）被調(diào)用的代碼的位置不同；3）提供方式不同。11.試述API(Application program interface)、庫函數(shù)與系統(tǒng)調(diào)用之間的關(guān)系.答：API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。所以，一個庫函數(shù)就是一種API，一個API 的實現(xiàn)可能會用到一個系統(tǒng)調(diào)用或多個系統(tǒng)調(diào)用，也可能若干API 封裝一樣的系統(tǒng)調(diào)用，即使完全不使用系統(tǒng)調(diào)用，也不存在任何問題。12.試解釋脫機I/O和假脫機I/O。答：1）脫機輸入輸出方式（ Off-Line I/O ）是為了解決人機矛盾CPU和I/O 設(shè)備之間速度不匹配而提

7、出的。它減少了CPU的空閑等待時間， 提高了I/O 速度。具體容是將用戶程序和數(shù)據(jù)在一臺外圍機的控制下， 預(yù)先從低速輸入設(shè)備到磁帶上， 當(dāng)CPU需要這些程序和數(shù)據(jù)時，在直接從磁帶機高速輸入到存， 從而大大加快了程序的輸入過程， 減少了CPU等待輸入的時間，這就是脫機輸入技術(shù)；當(dāng)程序運行完畢或告一段落， CPU需要時，無需直接把計算結(jié)果送至低速輸出設(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， 把磁帶上的計算結(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）若這種輸入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。13.為什么對作業(yè)進行批處理可以提高系統(tǒng)效率？答：多道程序系統(tǒng)可

8、以利用CPU的等待時間來運行其它程序。14.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。答：計算機體系的基本結(jié)構(gòu)遵循諾依曼體系結(jié)構(gòu)，主要由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五部分組成。隨著CPU不斷升級，存儲器的容量不斷增大，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，由原來的DOS到后來的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？答;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算的方法。其特點是

9、： 1）CPU、主存和設(shè)備的利用率高;2）系統(tǒng)的吞吐率提高,單位時間完成的作業(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

10、系統(tǒng)的分類。答：實時操作系統(tǒng)（ Real Time Operating System）指當(dāng)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：1）過程控制系統(tǒng)：如生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)、飛機自動駕駛系統(tǒng)、火炮自動控制系統(tǒng)。2）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，并在短時間作出回答和響應(yīng)。如情報檢索系統(tǒng)。3）事務(wù)處理系統(tǒng)：計算機不僅要對終端用戶與時作出響應(yīng)，還要頻繁更新系統(tǒng)中的文件或數(shù)據(jù)庫。如銀行業(yè)務(wù)系統(tǒng)。19.在分時系統(tǒng)中，什么是響應(yīng)時間？它與哪些因素有關(guān)？答：分時系統(tǒng)的響應(yīng)時間

11、是指用戶從終端發(fā)出一個命令到系統(tǒng)處理完這個命令并做出回答所需要的時間。這個時間受時間片長度、終端用戶個數(shù)、命令本身功能、硬件特性、主存與輔存的交換速度等影響。20.試比較批處理操作系統(tǒng)與分時操作系統(tǒng)的不同點。答：分時操作系統(tǒng)與批處理操作系統(tǒng)的區(qū)別： 1）追求目標(biāo)不同：批處理操作系統(tǒng)以提高系統(tǒng)資源利用率和作業(yè)吞吐能力為目標(biāo)， 分時操作系統(tǒng)強調(diào)公平性對于聯(lián)機用戶的立即執(zhí)行命令需要快速響應(yīng)。2）適應(yīng)作業(yè)不同：批處理操作系統(tǒng)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)。3）資源利用率不同：批處理操作系統(tǒng)可合理安排不同負載的作業(yè)，使資源利用率達到最佳；在分時操作系統(tǒng)中，多個終端的作業(yè)使用同

12、類型的系統(tǒng)運行系統(tǒng)和共同子程序使系統(tǒng)的高度開銷小，能公平的調(diào)配CPU和存儲資源。4）作業(yè)控制方式不同：批處理操作系統(tǒng)由用戶通過（ JCL）書寫作業(yè)控制流，預(yù)先提交脫機作業(yè)；分時操作系統(tǒng)交互作業(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。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；實時操作系統(tǒng)是指計算機與時響應(yīng)外部事件地請求并在規(guī)定時限完成對該事件的處理， 控制所有實時高備和實時任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運行。實時操作系統(tǒng)和分時操作系統(tǒng)的主要區(qū)別有兩點：1）分時操作系統(tǒng)的目標(biāo)是提供一種通用性很強的系統(tǒng)， 有較強的交互能力; 而實時操作系統(tǒng)則

13、大都是具有特殊用途的專用系統(tǒng)，交互能力略差。2）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， 一般由控制系統(tǒng)或信息處理磁頭所能接受的延遲時間來決定。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與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

14、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。23.現(xiàn)代操作系統(tǒng)具有哪些基本的功能，請簡單敘述之。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)管理，存儲管理，設(shè)備管理，文件管理）、提高資源的利用率、方便用戶。24.試述現(xiàn)代操作系統(tǒng)的基本特性與所要解決的主要問題。答：操作系統(tǒng)的四個基本特征： 1）并發(fā)性（ concurrence ）， 2）共享性（ sharing ）， 3）虛擬性（ virtual ）， 4）異步性（ asynchronism ）。所要解決的主要問題是： 提高計算機系統(tǒng)的效率； 增強系統(tǒng)的處理能力； 方便用戶使用。25.為什么操作系統(tǒng)會有

15、隨機性特性？答：在多道程序環(huán)境中允許多個程序并發(fā)執(zhí)行，并發(fā)活動會導(dǎo)致隨機事件的發(fā)生。操作系統(tǒng)中的隨機事件處處可見，不可預(yù)見。所以操作系統(tǒng)必須能夠與時捕捉并正確處理。26.組成操作系統(tǒng)的構(gòu)件有哪些？請簡單敘述之。答：操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計有：單體式、層次式、虛擬機和微核結(jié)構(gòu)。Linux采用單體式的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要構(gòu)件有核、shell、應(yīng)用程序。27.什么是操作系統(tǒng)核？答：核是一組程序模塊，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操作。通常駐留在核空間，運行于核態(tài)，具有直接訪問硬件設(shè)備和所有存空間的權(quán)限，是僅有的能夠執(zhí)行特權(quán)指令的程序。28.列舉核的分類、屬性與特點。答：核按大小分為僅有極少必須功

16、能的微核，和大部分功能都并入核的單核。核的屬性：1）核是由中斷程序引出的；2）核可以在屏蔽中段狀態(tài)下執(zhí)行；3）核是不可搶占的；4）核可使用特權(quán)命令。核的功能：1）中斷處理；2）時鐘管理；3）短程調(diào)度；4）原語管理。29.簡述單核操作系統(tǒng)與其優(yōu)缺點。答：單核操作系統(tǒng)是將系統(tǒng)的大部分功能都并入到核中。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，靈活性強。缺點：模塊的獨立性差，系統(tǒng)的功能增、刪、改困難，可靠性低。30.簡述微核與客戶服務(wù)器結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)與其優(yōu)缺點。答：將操作系統(tǒng)分為兩個部分,一是運行在核態(tài)的核，

17、提供系統(tǒng)基本功能。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）對進程請求提供一致性的接口；2）具有較好的可擴充性和易修改性；3）可移植性好；4）對分布式系統(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：1）把整體問題局部化，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

18、應(yīng)物，虛擬機復(fù)制物理實體硬件給每臺虛擬機復(fù)制與實體計算機一樣的硬件設(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(fù)用、資源虛擬和資源抽象。答：資源復(fù)用：操作系統(tǒng)讓眾多進程共享物理資源，通過適當(dāng)?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(fù)用和時分復(fù)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)

19、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。 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)，簡化對硬件資源的操作、控制和使用。在硬件的基礎(chǔ)上，按照特定的方式將底層指令序列和數(shù)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。35.何謂POSIX?試述POSIX3.1的容。答：POSIX是IEEE擬定的一個Unix系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，它定義相互兼容的Unix系統(tǒng)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，操作系統(tǒng)作為擴展機或虛擬機；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1有一臺計算機具有1MB存，操作系統(tǒng)占用200KB，各個用戶進程分別占用200KB。如果用戶進程等待I/O操作的時間為80%，若增加1MB存空間，則CPU的利用率能夠提高多少？解：設(shè)每個進程的等待時間為P,則n個進程的等待時間就為PN，則CPU利用率為1-pn.如題操作系統(tǒng)占用