操作系統(tǒng)習題第1章

第1章操作系統(tǒng)概述1.2例題解析例1.2.1影響計算機系統(tǒng)性能的主要因素是什么？解影響計算機系統(tǒng)性能的主要因素分為軟件和硬件兩個方面：硬件方面主要是指構(gòu)成計算機系統(tǒng)器件的性能和硬件的體系結(jié)構(gòu)，如存儲器的速度和容量、多處理機結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)等。軟件方面主要是指操作系統(tǒng)，因為操作系統(tǒng)決定了硬件是否能被用戶使用、硬件的功能是否能發(fā)揮出來、其它軟件能否在計算機系統(tǒng)上運行。例1.2.2說明操作系統(tǒng)與軟件的關(guān)系解操作系統(tǒng)與軟件的關(guān)系如下：操作系統(tǒng)是每臺計算機必備的系統(tǒng)軟件。操作系統(tǒng)是所有軟件運行的基礎，所有的其他軟件都是建立在操作系統(tǒng)基礎之上的，并得到它的支持和服務。同硬件一樣，軟件資源也要操作系統(tǒng)進行有效的管理。軟件的開發(fā)依賴于操作系統(tǒng)。開發(fā)軟件必需在一定的操作系統(tǒng)環(huán)境下進行，操作系統(tǒng)所能提供的功能支持在一定程度上決定軟件開發(fā)的難易程度。操作系統(tǒng)影響軟件的生命周期。如果主流操作系統(tǒng)的變更，就意味著一批應用軟件生命的結(jié)束。應用軟件是操作系統(tǒng)上的可用資源，是操作系統(tǒng)生存的基礎。如何評論一個操作系統(tǒng)的好壞？不僅要考慮其可靠性、易用性、安全性、兼容性等等，還要衡量在此操作系統(tǒng)上開發(fā)出的軟件的數(shù)量和質(zhì)量。許多用戶使用操作系統(tǒng)的主要目的是使用其上的能夠完成某種特定功能的應用軟件，例如某些財務公司安裝有微軟的Windows系列操作系統(tǒng)，而其工作中經(jīng)常使用的卻是Windows上開發(fā)的各種財務軟件，此財務軟件是Windows操作系統(tǒng)上的可用資源。只有擁有大量應用軟件的操作系統(tǒng)才能更多的占有市場，具有旺盛的生命力。微軟的Windows系列是PC機上最流行的操作系統(tǒng)，它不僅擁有眾多的軟件產(chǎn)品，如軟件開發(fā)工具VB、VC++、辦公軟件Office等，還有大量的應用軟件。盡管其操作系統(tǒng)價格高，性能還有許多不足之處，還是擁有大量的用戶。如果說PC上的CPU不用Intel還可以用AMD或其它公司芯片的話，操作系統(tǒng)則除了選擇Windows，其它選擇都是困難的。IBM的OS/2已經(jīng)退出競爭的舞臺。雖然有PC版的UNIX，如SUN的Solaris和SCO的Unixware及OpenServer，但在辦公自動化、字處理等大宗應用領域遠不如Windows來得普及。Linux系統(tǒng)雖然是免費產(chǎn)品，是唯一從PC到巨型機（包括MPP）系統(tǒng)上全譜系（即可伸縮性強）可運行的系統(tǒng)，其可靠性、穩(wěn)定性、可擴充性、可伸縮性都是世人稱道的。但是大多數(shù)普通用戶使用PC的目的是為了字處理、辦公自動化、上網(wǎng)瀏覽、玩游戲，Linux在這方面的軟件產(chǎn)品遜色得多，而這正好是Windows的強項。（6）操作系統(tǒng)與軟件是相互促進的。好的操作系統(tǒng)下可以開發(fā)出更多的軟件，而豐富的軟件資源有助于操作系統(tǒng)的競爭和生存。例1.2.3說明操作系統(tǒng)與計算機硬件的關(guān)系。解操作系統(tǒng)的運行需要硬件的支持，如特權(quán)指令、中斷機構(gòu)和通道機構(gòu)等；操作系統(tǒng)性能的發(fā)揮受硬件條件的影響，如內(nèi)存的容量會影響Windows系統(tǒng)的運行速度。操作系統(tǒng)決定了硬件是否能被用戶使用，決定了硬件的功能是否能發(fā)揮出來。操作系統(tǒng)與硬件的發(fā)展是相互促進的。操作系統(tǒng)的重要任務之一是管理計算機的硬件。操作系統(tǒng)的運行需要硬件的強有力的支持。為了能使操作系統(tǒng)高效地運行，硬件系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)也在不斷地進行改進。一種操作系統(tǒng)只能運行在特定種類的計算機上。一臺計算機可以運行不同的操作系統(tǒng)。例1.2.4一個操作系統(tǒng)能否管理任何種類的計算機？解操作系統(tǒng)是與計算機硬件關(guān)系最密切的軟件，負責管理計算機系統(tǒng)的硬件資源，不同種類的計算機有不同體系結(jié)構(gòu)，不同的處理器，不同的指令系統(tǒng)，不同硬件配置，操作系統(tǒng)能夠管理的軟硬件資源受到一定的限制，一種操作系統(tǒng)只能安裝到特定種類的計算機上。如，Windows98只能用于管理IBMPC兼容機，而不能用于管理APPLE公司的Machintosh計算機。例1.2.5為什么要區(qū)分系統(tǒng)態(tài)和用戶態(tài)？解區(qū)分系統(tǒng)態(tài)和用戶態(tài)主要原因如下：為了防止操作系統(tǒng)及關(guān)鍵數(shù)據(jù)受到用戶程序有意或無意的破壞，通常將處理機的執(zhí)行狀態(tài)分成系統(tǒng)態(tài)和用戶態(tài)兩種。處于用戶態(tài)執(zhí)行的程序的操作要受到限制，不能去執(zhí)行特權(quán)指令，訪問操作系統(tǒng)區(qū)域和其他程序的區(qū)域，這就防止了用戶程序?qū)Σ僮飨到y(tǒng)和其他用戶程序的破壞。操作系統(tǒng)的內(nèi)核通常是運行在系統(tǒng)態(tài)的，用戶態(tài)的程序通過系統(tǒng)調(diào)用接受系統(tǒng)態(tài)程序運行的服務。用戶態(tài)下的進程能存取它們自己的指令與數(shù)據(jù)，但不能存取內(nèi)核指令和數(shù)據(jù)或其他進程的指令和數(shù)據(jù)。然而，系統(tǒng)態(tài)下的進程能夠存取內(nèi)核和用戶地址。例如，一個進程的虛擬地址空間可劃分成僅在系統(tǒng)態(tài)下可存取及在系統(tǒng)態(tài)和用戶態(tài)都可存取的兩部分。某些機器指令是特權(quán)指令（PrivilegeInstruction），如I/O指令等。在用戶態(tài)下執(zhí)行的進程沒有執(zhí)行特權(quán)指令的能力，在用戶態(tài)下執(zhí)行特權(quán)指令會引起錯誤。而在系統(tǒng)態(tài)下的進程可以執(zhí)行一切指令。例1.2.6多道程序系統(tǒng)的意義？解多道程序系統(tǒng)的意義是：提高系統(tǒng)資源的利用率和系統(tǒng)吞吐率。當一道程序需要等待某種事件發(fā)生時，處理機不需要空閑等待，而去執(zhí)行另一道程序，這樣也可以使處理機與外部設備并行操作，可以使其它資源并行或并發(fā)操作。客觀世界本身就是一個多道系統(tǒng)，客觀世界問題的解決要求多道程序系統(tǒng)的出現(xiàn)，這樣可以使問題的解決更迅速、更直接、更方便。例1.2.7實現(xiàn)多道程序系統(tǒng)的最主要硬件支持是什么？解中斷系統(tǒng)和通道技術(shù)。很多進程的切換是由時鐘中斷引起的，尤其是分時系統(tǒng)。用戶程序進行系統(tǒng)調(diào)用時通過軟中斷來實現(xiàn)，如TRAP。通道和外設的操作也要向操作系統(tǒng)發(fā)送中斷。在多道程序系統(tǒng)中，當CPU要求在主存和外設間傳輸數(shù)據(jù)時，通過發(fā)出I/O指令命令通道工作，通道獨立地在內(nèi)存和外設間進行數(shù)據(jù)傳輸，I/o操作完成后，通道以中斷方式通知CPU，從而實現(xiàn)了CPU計算與I/O操作的并行。例1.2.8微軟的DOS存在很多技術(shù)問題，如內(nèi)存管理、安全性、單道程序系統(tǒng)，但是它為什么成為了主流操作系統(tǒng)？解主要原因是：適合當時的硬件條件；開發(fā)并聚集了大量的可用軟硬資源；配備在流行的計算機上。例1.2.9單道批處理系統(tǒng)如何克服手工操作階段計算機系統(tǒng)的缺點的？解手工操作階段就是沒有操作系統(tǒng)的時期，主要缺點是用戶操作和準備操作的時間過長，大量的系統(tǒng)時間被浪費在人工操作上。單道批處理系統(tǒng)引入了專職的操作員來減少用戶的操A.及時性B.交互性C.共享性D.運行效率19.Windows98是（）操作系統(tǒng)。A.多用戶分時B.批處理系統(tǒng)C.單用戶多任務D.單用單任務20.分布式系統(tǒng)與網(wǎng)絡系統(tǒng)的主要區(qū)別是（）A.并行性B.透明性C.共享性D.復雜性21.()操作系統(tǒng)允許在一臺主機上同時連接多臺終端，多個用戶可以通過各自的終端同時交互地使用計算機。A.網(wǎng)絡B.分布式C.分時D.實時22.如果分時操作系統(tǒng)的時間片一定，那么（），則響應時間越長。A.用戶數(shù)越少B.用戶數(shù)越多C.內(nèi)存越小D.內(nèi)存越大23.下面6個系統(tǒng)中，必須是實時操作系統(tǒng)的有（）個?！ず娇沼喥毕到y(tǒng)·過程控制系統(tǒng)·機器口語翻譯系統(tǒng)·計算機輔助系統(tǒng)·辦公自動化系統(tǒng)·計算機激光照排系統(tǒng)A.1B.2C.3D.424.下面對OS不正確的描述是（）。A.OS是系統(tǒng)資源管理程序B.OS是為用戶提供服務的程序C.OS是其它軟件的支撐軟件D.OS是系統(tǒng)態(tài)程序的集合25.OS的不確定性是指（BC）。A.程序的運行結(jié)果不確定B.程序的運行次序不確定C.程序多次運行的時間不確定D.A、B和C26.下面哪一個不是程序在并發(fā)系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行的特點（）。A.程序執(zhí)行的間斷性B.相互通信的可能性C.產(chǎn)生死鎖的必然性D.資源分配的動態(tài)性27.在下面關(guān)于并發(fā)性的敘述中正確的是（）。A.并發(fā)性是指若干事件在同一時刻發(fā)生B.并發(fā)性是指若干事件在不同時刻發(fā)生C.并發(fā)性是指若干事件在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生D.并發(fā)性是指若干事件在不同時間間隔內(nèi)發(fā)生28.一般來說，為了實現(xiàn)多道程序設計，計算機最需要（）A.更大的內(nèi)存B.更多的外設C.更快的CPUD.更先進的終端選擇所有正確的答案1.多道程序系統(tǒng)的運行必須要依賴（）硬件機構(gòu)的支持。A.通道B.中斷C.鼠標D.光盤2.在單處理機計算機系統(tǒng)中，多道程序的執(zhí)行具有（）的特點。A.程序執(zhí)行宏觀上并行B.程序執(zhí)行微觀上串行C.設備和處理機可以并行D.設備和處理機只能串行3.應用程序在（）系統(tǒng)上，相同的數(shù)據(jù)的條件下多次執(zhí)行，所需要的時間是可能不同的。A.多用戶分時B.多道批處理C.單道批處理D.單用單任務4.能同時執(zhí)行多個程序的OS是()。A.多道批處理B.單道批處理C.分時系統(tǒng)D.實時系統(tǒng)5.下列哪些指令只能在系統(tǒng)態(tài)執(zhí)行？（）A.關(guān)中斷B.讀系統(tǒng)時鐘C.向寄存器存數(shù)據(jù)D.修改系統(tǒng)時鐘6.（）可以直接通過OS的（作業(yè)）控制接口完成。A.用戶復制文件B.查看目錄C.向寄存器存數(shù)據(jù)D.讀磁盤的扇區(qū)7.用戶要求（）系統(tǒng)對用戶的請求在一定的時間內(nèi)給予及時響應。A.多道批處理B.單道批處理C.分時系統(tǒng)D.實時系統(tǒng)8.()系統(tǒng)不是操作系統(tǒng)A.WORDB.EXCELC.UNIXD.WINDOWS9.（）不適合批處理。A.玩游戲B.飛行模擬C.解大型方程組D.調(diào)試程序10.下列的哪些特性是為多道操作系統(tǒng)特意準備的？（）A.特權(quán)指令B.系統(tǒng)態(tài)/用戶態(tài)模式C.時鐘D.跳轉(zhuǎn)指令11.Unix操作系統(tǒng)允許用戶在（）上使用系統(tǒng)調(diào)用。A.匯編語言B.C語言C.英語D.各種程序設計語言12.在單處理機系統(tǒng)中，相同的硬件條件下，要執(zhí)行10個程序，每個程序單獨執(zhí)行需要6分鐘，現(xiàn)在10個程序同時在多道程序系統(tǒng)執(zhí)行，一般情況下，每個程序執(zhí)行完畢需要的時間（），全部執(zhí)行完畢總共需要的時間（）。A.小于6分鐘B.大于6分鐘C.小于等于60分鐘D.大于60分鐘13.分時系統(tǒng)需要使用下面哪些技術(shù)（）A.多道程序設計技術(shù)B.作業(yè)說明書C.終端命令解釋程序D.中斷處理E.作業(yè)調(diào)度F.系統(tǒng)調(diào)用14.下列哪幾種指令應該只在核心態(tài)下執(zhí)行（）。A.屏蔽所有中斷B.讀時鐘日期C.設置時鐘日期D.改變存儲映像圖E.存取某地址單元的內(nèi)容F.停機判斷正誤，簡要說明理由1.操作系統(tǒng)屬于最重要的、最不可缺少的應用軟件。2.操作系統(tǒng)完成的主要功能是與硬件相關(guān)的。3.操作系統(tǒng)的所有程序都在系統(tǒng)態(tài)執(zhí)行。4.多道程序系統(tǒng)在單處理機的環(huán)境下，程序的執(zhí)行是并發(fā)不是并行的，程序的執(zhí)行與I/O操作也只能并發(fā)不能并行。5.當計算機系統(tǒng)沒有用戶程序執(zhí)行時，處理機完全處于空閑狀態(tài)。6.超級用戶（管理員、特權(quán)用戶）可以使用特權(quán)指令。7.系統(tǒng)的資源的利用率越高用戶越滿意。8.多道程序的執(zhí)行一定不具備再現(xiàn)性。9.分時系統(tǒng)不需要多道程序技術(shù)的支持。10.分時系統(tǒng)的用戶具有獨占性，因此一個用戶可以獨占計算機系統(tǒng)的資源。11.設計實時操作系統(tǒng)時，首先應考慮系統(tǒng)的優(yōu)良性和分配性。12.批處理系統(tǒng)不允許用戶隨時干涉自己程序的運行。13.虛擬機不需要硬件的支持。14.操作系統(tǒng)的所有程序是長駐內(nèi)存的。1.3.4簡答題客戶機/服務器模型常用于網(wǎng)絡和分布式系統(tǒng)，是否可以用于單機系統(tǒng)？系統(tǒng)調(diào)用與一般用戶函數(shù)調(diào)用的區(qū)別？一般計算機的啟動過程？一般用戶最常用的操作系統(tǒng)與用戶的接口是什么接口？過程調(diào)用和系統(tǒng)調(diào)用的共同點是什么，它們與中斷調(diào)用的差別是什么？什么是處理機現(xiàn)場信息？操作系統(tǒng)對計算機系統(tǒng)性能的影響有哪些？多道程序系統(tǒng)如何實現(xiàn)CPU計算與I/O操作的并行？分時系統(tǒng)的響應時間受哪些因素影響？10.分時系統(tǒng)與實時系統(tǒng)的主要區(qū)別？1.3.5解答題在相同的硬件條件下，為什么一個程序可以在DOS和Windows上運行卻不能在UINX上運行？舉例說明，只有被操作系統(tǒng)管理和控制的資源才能被用戶使用。舉例說明，多道程序的引入提高了系統(tǒng)資源的利用率，同時也使操作系統(tǒng)復雜化。用于國家導彈防御系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)是一個什么樣的系統(tǒng)？為什么中斷機構(gòu)對于多道操作系統(tǒng)是必不可少的？網(wǎng)絡操作系統(tǒng)與分布式操作系統(tǒng)的區(qū)別？評價一個操作系統(tǒng)的主要因素有哪些？多用戶分時系統(tǒng)如何克服多道批處理系統(tǒng)的缺點？將手工操作、單道批處理、多道批處理、多用戶分時系統(tǒng)按CPU的有效利用率，由小到大進行排列。1.4習題解答要點1.4.1選擇最合適的答案1.D2.D3.D4.A5.A6.B7.D8.C9.B10.C11.A12.D13.B14.B15.C16.B17.D18.A19.C20.B21.C22.B23.C24.D25.D26.C27.C28.A1.4.3選擇所有正確的答案1.AB2.ABC3.AB4.ACD5.AD6.AB7.CD8.AB9.ABD10.AB11.A12.BC13.ACDF14.ADF1.3.3判斷正誤，簡要說明理由1.錯誤操作系統(tǒng)是最接近于計算機硬件的系統(tǒng)軟件。2.正確3.錯誤操作系統(tǒng)中有很多外部命令在用戶態(tài)下執(zhí)行，特別是微內(nèi)核OS的許多功能是在外核的用戶態(tài)上完成的。4.錯誤“多道程序系統(tǒng)在單處理機的環(huán)境下，程序的執(zhí)行是并發(fā)不是并行的”這句話是正確的，但是程序的執(zhí)行與I/O操作在通道、中斷、DMA的支持下可以并行操作。5.錯誤系統(tǒng)進程可能正在執(zhí)行，操作系統(tǒng)可以利用這段時間對系統(tǒng)進行整理等操作。6.錯誤這是把概念混淆了，超級用戶是計算機系統(tǒng)中權(quán)利最大的用戶，可以刪除任何文件，撤消進程，這些操作的完成是超級用戶通過使用操作系統(tǒng)提供的功能完成，這些功能一般用戶沒有權(quán)利使用。特權(quán)指令是只能在核心態(tài)執(zhí)行的機器指令。7.錯誤系統(tǒng)的資源利用率高可能使用戶等待更長的時間，方便性、交互性也可能受到影響。8.錯誤單道程序的再現(xiàn)性是本身固有的，多道程序的執(zhí)行失去了再現(xiàn)性，多道程序執(zhí)行的再現(xiàn)性不是自然獲得的，是通過程序員的編程控制添加上去。9.錯誤分時系統(tǒng)本身就是多道程序系統(tǒng)。10.錯誤分時系統(tǒng)的獨占性是終端上的用戶在使用計算機時在感覺上好似單獨使用一臺計算機一樣。這種感覺是通過將處理機的時間分成很小的時間片，輪流地分配給聯(lián)機終端而完成的。因此，分時系統(tǒng)的用戶是與其它用戶共享計算系統(tǒng)的資源。11.錯誤設計實時操作系統(tǒng)時，首先要考慮系統(tǒng)的實時性和可靠性。12.正確13.錯誤通過OS將物理的資源轉(zhuǎn)換為邏輯資源。14.錯誤內(nèi)部命令長駐內(nèi)存。1.3.4簡答題1.客戶機/服務器模型是一個通用的模型。廣義上講提供服務的叫服務器，請求服務的叫客戶機?？蛻魴C/服務器模型操作系統(tǒng)中，文件服務、進程服務等功能是以服務器進程的方式運行于用戶態(tài)，用戶進程通過向服務器進程發(fā)出請求，獲得服務器的服務。因此，客戶機/服務器模型既可以用于網(wǎng)絡和分布式系統(tǒng)，也可以用于單機系統(tǒng)，只不過網(wǎng)絡和分布式系統(tǒng)更需要這種形式。2.系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行的程序在操作系統(tǒng)中，在系統(tǒng)態(tài)執(zhí)行；一般用戶函數(shù)調(diào)用程序由用戶準備，在用戶態(tài)執(zhí)行。3.一般計算機的啟動過程是：由ROM程序?qū)τ布M行檢測。由ROM中的啟動程序引導磁盤上引導塊（bootblock）讀入內(nèi)存。由引導塊將OS的內(nèi)核調(diào)入內(nèi)存。執(zhí)行OS內(nèi)核程序，對OS自身進行初始化。加載外核處理程序，給出提示，等待用戶操作4.一般用戶最常用的操作系統(tǒng)與用戶的接口是控制接口，用戶使用這個接口控制、管理和操作計算機系統(tǒng)，利用它控制程序的執(zhí)行?？刂平涌诜譃槊摍C接口、命令接口、圖形接口、多媒體接口。5.過程調(diào)用和系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行完全是同步的，也就是在相同的數(shù)據(jù)集上重復執(zhí)行，它們的調(diào)用點是相同的，都需要保存現(xiàn)場信息，轉(zhuǎn)去執(zhí)行另外的程序，執(zhí)行后返回。中斷調(diào)用是異步的，在相同的數(shù)據(jù)集上重復執(zhí)行，中斷的發(fā)生點可以是不同的。6.處理機現(xiàn)場信息是處理機在任意時刻的狀態(tài)信息集合，主要包括處理機程序狀態(tài)寄存器的值、程序計數(shù)器和各個寄存器的值。操作系統(tǒng)會影響到計算機系統(tǒng)的可靠性、方便性、效率、可維護性、處理任務的速度、軟件成本等。在多道程序系統(tǒng)中，當需要I/O操作，不需要CPU直接控制I/O操作的完成，利用通道、DMA及中斷機構(gòu)控制直接控制I/O操作的完成，這時CPU也不是空閑等待I/O操作的完成，而是轉(zhuǎn)去執(zhí)行另外一道程序。分時系統(tǒng)的響應時間指用戶從終端發(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的影響。分時系統(tǒng)是指在一個系統(tǒng)中多個用戶分時地使用同一計算機。實時系統(tǒng)是指計算機及時響應外部事件的請求，在規(guī)定時限內(nèi)完成對該事件的處理，并控制所有實時設備和實時任務協(xié)調(diào)一致地運行。實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)的主要區(qū)別有兩點:（1）分時系統(tǒng)的目標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；（2）分時系統(tǒng)對響應時間雖有要求，但一般來說，響應時間由人所能承受的等待時間來確定；而實時系統(tǒng)對響應時間要求更高，一般由控制系統(tǒng)或信息處理系統(tǒng)所能接受的延遲時間來決定。1.3.5解答題1.雖然硬件環(huán)境相同，但是程序的運行需要OS的支持。由于Windows系統(tǒng)向下兼容DOS，因此，一個程序能在DOS上運行，也能在Windows上運行。但DOS、Windows與UNIX在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、用戶接口的約定、接口的功能、API等是不兼容的。如該程序使用的是Windows的API系統(tǒng)調(diào)用，而Unix下沒有此系統(tǒng)調(diào)用，故這個程序在UNIX系統(tǒng)中無法執(zhí)行。2.在沒有操作系統(tǒng)的時候，計算機系統(tǒng)的資源完全由用戶和用戶程序來控制和管理，但是用戶非常不方便。有了操作系統(tǒng)后，計算機系統(tǒng)的資源由操作系統(tǒng)控制和管理，用戶通過操作系統(tǒng)的服務接口使用這些資源。如果操作系統(tǒng)沒有控制和管理某些資源，用戶就不能通過操作系統(tǒng)的服務獲得這些資源的使用。例如,DOS只能管理