操作系統(tǒng)教程第5版課后答案

操作系統(tǒng)教程第5版課后答案費(fèi)祥林、駱斌編著操作系統(tǒng)概論習(xí)題一思考題簡(jiǎn)述現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成及層次結(jié)構(gòu)。答：現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件兩個(gè)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(gè)解決計(jì)算問(wèn)題的工具。硬件層提供基本可計(jì)算的資源，包括處理器、寄存器、內(nèi)存、外存及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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源可分成哪幾類？試舉例說(shuō)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(chǔ)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的主要作用是什么？答：操作系統(tǒng)是一組控制和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源，合理地對(duì)各類作業(yè)進(jìn)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)中主要起4個(gè)方面的作用。服務(wù)用戶觀點(diǎn)——操作系統(tǒng)提供用戶接口和公共服務(wù)程序進(jìn)程交互觀點(diǎn)——操作系統(tǒng)是進(jìn)程執(zhí)行的控制者和協(xié)調(diào)者系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)觀點(diǎn)——操作系統(tǒng)作為擴(kuò)展機(jī)或虛擬機(jī)資源管理觀點(diǎn)——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(shí)現(xiàn)計(jì)算與操作過(guò)程的自動(dòng)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(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)操作的自動(dòng)化。又可分為批處理單道系統(tǒng)和批處理多道系統(tǒng)。單道系統(tǒng)每次只有一個(gè)作業(yè)裝入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存儲(chǔ)器運(yùn)行，多個(gè)作業(yè)可自動(dòng)、順序地被裝入運(yùn)行。批處理多道系統(tǒng)則允許多個(gè)作業(yè)同時(shí)裝入主存儲(chǔ)器，中央處理器輪流地執(zhí)行各個(gè)作業(yè)，各個(gè)作業(yè)可以同時(shí)使用各自所需的外圍設(shè)備，這樣可以充分利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源，縮短作業(yè)時(shí)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?。唬?）通信服務(wù)；（4）差錯(cuò)檢測(cè)和處理。為了保證高效率、高質(zhì)量的工作，使得多個(gè)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(jì)，保護(hù)等。6.試述操作系統(tǒng)所提供的各種用戶接口。答：操作系統(tǒng)通過(guò)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(wèn)或使用系統(tǒng)管理的各種軟硬件資源，是操作系統(tǒng)對(duì)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(yǔ)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(dá)到為應(yīng)用程序的運(yùn)行提供良好的環(huán)境，系統(tǒng)內(nèi)核提供了一系列具備預(yù)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(jìn)程管理；2）文件操作；3）設(shè)備管理；4）主存管理；5)進(jìn)程通信；6)信息維護(hù)。8.什么是實(shí)用程序，可分為哪些類型？答：實(shí)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(hù)解決共性問(wèn)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(yǔ)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(shí)現(xiàn)原理。操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用功能的機(jī)制稱為陷阱或異常處理機(jī)制。其實(shí)現(xiàn)原理是：首先編寫系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)并且設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)用入口地址表，每個(gè)入口地址都指向一個(gè)系統(tǒng)調(diào)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(gè)數(shù)。然后開辟現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)區(qū)，用以保存發(fā)生系統(tǒng)調(diào)用時(shí)的處理器現(xiàn)場(chǎng)。10.試述系統(tǒng)調(diào)用與函數(shù)過(guò)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(guò)程調(diào)用中兩者的主要區(qū)別是：1）調(diào)用的形式和實(shí)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(Applicationprograminterface)、庫(kù)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(gè)庫(kù)函數(shù)就是一種API，一個(gè)API的實(shí)現(xiàn)可能會(huì)用到一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用或多個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，也可能若干API封裝相同的系統(tǒng)調(diào)用，即使完全不使用系統(tǒng)調(diào)用，也不存在任何問(wèn)題。12.試解釋脫機(jī)I/O和假脫機(jī)I/O。答：1）脫機(jī)輸入輸出方式（Off-LineI/O）是為了解決人機(jī)矛盾CPU和I/O設(shè)備之間速度不匹配而提出的。它減少了CPU的空閑等待時(shí)間，提高了I/O速度。具體內(nèi)容是將用戶程序和數(shù)據(jù)在一臺(tái)外圍機(jī)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(shí)，在直接從磁帶機(jī)高速輸入到內(nèi)存，從而大大加快了程序的輸入過(guò)程，減少了CPU等待輸入的時(shí)間，這就是脫機(jī)輸入技術(shù)；當(dāng)程序運(yùn)行完畢或告一段落，CPU需要時(shí)，無(wú)需直接把計(jì)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(jī)的控制下，把磁帶上的計(jì)算結(jié)果由相應(yīng)的輸出設(shè)備輸出，這就是脫機(jī)輸出技術(shù)。2）若這種輸入輸出操作在主機(jī)控制下進(jìn)行，則稱之為聯(lián)機(jī)輸入輸出方式。13.為什么對(duì)作業(yè)進(jìn)行批處理可以提高系統(tǒng)效率？答：多道程序系統(tǒng)可以利用CPU的等待時(shí)間來(lái)運(yùn)行其它程序。14.舉例說(shuō)明計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)是操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿χ弧４穑河?jì)算機(jī)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(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五部分組成。隨著CPU不斷升級(jí)，存儲(chǔ)器的容量不斷增大，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)不斷的改進(jìn)，從而，要求計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)不斷的更新，由原來(lái)的DOS到后來(lái)的Windows98,Windows2000,WindowsXP,UNIX,LINIX和Windows2003等。15.什么是多道程序設(shè)計(jì)？多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)有什么特點(diǎn)？答;多道程序設(shè)計(jì)是指允許多個(gè)作業(yè)同時(shí)進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存并啟動(dòng)交替計(jì)算的方法。其特點(diǎn)是：1）CPU、主存和設(shè)備的利用率高;2）系統(tǒng)的吞吐率提高,體問(wèn)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(hù)和擴(kuò)充。缺點(diǎn)：建立模塊通信的開銷大，系統(tǒng)效率較低。32.什么是虛擬機(jī)操作系統(tǒng)？試說(shuō)明其優(yōu)缺點(diǎn)。答;將一個(gè)物理實(shí)體改變成若干個(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物，虛擬機(jī)復(fù)制物理實(shí)體硬件給每臺(tái)虛擬機(jī)復(fù)制與實(shí)體計(jì)算機(jī)相同的硬件設(shè)備。每臺(tái)虛擬機(jī)功能等同于裸機(jī)，同樣能運(yùn)行各種操作系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：獨(dú)立于主機(jī)運(yùn)行，對(duì)主機(jī)毫無(wú)影響。缺點(diǎn)：不能進(jìn)行大量信息處理。33.從執(zhí)行方式來(lái)看，試述操作系統(tǒng)的各種運(yùn)行模型。答：1）操作系統(tǒng)服務(wù)例程嵌入應(yīng)用進(jìn)程中運(yùn)行；2）操作系統(tǒng)服務(wù)例程作為獨(dú)立進(jìn)程運(yùn)行。34.簡(jiǎn)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(jìn)程共享物理資源，通過(guò)適當(dāng)?shù)膭?chuàng)建虛擬資源和虛擬機(jī)，以解決資源不足的問(wèn)題。主要分為空分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用。資源虛擬：虛擬是對(duì)資源進(jìn)行轉(zhuǎn)化、模擬或整合，把一個(gè)物理資源轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)多個(gè)邏輯上的對(duì)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(yùn)行環(huán)境。資源抽象：通過(guò)創(chuàng)建軟件來(lái)屏蔽硬件資源的物理特性和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，簡(jiǎn)化對(duì)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(jí)操作被調(diào)用。35.何謂POSIX?試述POSIX3.1的內(nèi)容。答：POSIX是IEEE擬定的一個(gè)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(diǎn)，操作系統(tǒng)作為用戶接口和公共服務(wù)程序；進(jìn)程交互觀點(diǎn)，操作系統(tǒng)作為進(jìn)程的執(zhí)行者和協(xié)調(diào)者；系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)觀點(diǎn)，操作系統(tǒng)作為擴(kuò)展機(jī)或虛擬機(jī)；資源管理觀點(diǎn)，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(tái)計(jì)算機(jī)具有1MB內(nèi)存，操作系統(tǒng)占用200KB，各個(gè)用戶進(jìn)程分別占用200KB。如果用戶進(jìn)程等待I/O操作的時(shí)間為80%，若增加1MB內(nèi)存空間，則CPU的利用率能夠提高多少？解：設(shè)每個(gè)進(jìn)程的等待時(shí)間為P,則n個(gè)進(jìn)程的等待時(shí)間就為PN，則CPU利用率為1-pn.如題操作系統(tǒng)占用200kb,則有4個(gè)進(jìn)程，cpu利用率為1-(80%)4=59%，若再增加1MB內(nèi)存，則此時(shí)內(nèi)存可容納9個(gè)進(jìn)程，cpu利用率就為1-（80%）9=87%.（87%）/(59%)=147%147%-100%=47%,增加1MBcpu利用率能夠提高47%。2.在某個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有一臺(tái)輸入機(jī)和一臺(tái)打印機(jī)，現(xiàn)有兩道程序投入運(yùn)行，且程序A先開始運(yùn)行，程序B后開始運(yùn)行。程序A的運(yùn)行軌跡為:計(jì)算50ms、打印100Ms，再計(jì)算50Ms，打印100Ms，結(jié)束。程序B的運(yùn)行軌跡為：計(jì)算50Ms、輸入80ms,再計(jì)算100Ms，結(jié)束。試說(shuō)明：（1）兩道程序運(yùn)行時(shí)，cpu是否空閑等待？若是，在哪段時(shí)間內(nèi)等待。（2）程序A、B是否有等待cpu的情況？若有，指出發(fā)生的時(shí)刻。解：A、B程序并發(fā)執(zhí)行圖：cpu空閑時(shí)發(fā)生在100ms到150ms之間。B程序有等待cpu的情況，在180-220ms時(shí)。3.設(shè)有三道程序，按照A、B、C的優(yōu)先次序運(yùn)行，其內(nèi)部計(jì)算和I/O操作時(shí)間如下圖所示。ABCC11=30msCABCC11=30msC12=60msC31=20msI12=4