复习笔记|第一章 操作系统概论《操作系统原理教程》
大纲问题回答（精简版）
1. 早期操作系统设计的主要目标是什么？
2. 操作系统是资源管理程序，它管理系统中的什么资源？
中央处理器、主存储器、外部设备、软件资源（数据、程序以及操作系统软件）。
3. 为什么要引入多道程序系统？它有什么特点？
◆提高CPU利用率，发挥系统设备的并行性。
⚫优点: 系统吞吐量大，资源利用率高。
⚫缺点: 用户与作业无法交互，作业平均周转时间较长。
4. 叙述操作系统的基本功能。
5. 批处理系统、分时系统和实时系统各有什么特点？各适合应用于哪些方面？
（1）批处理系统
⚫优点: 系统吞吐量大，资源利用率高。
⚫缺点: 用户与作业无法交互，作业平均周转时间较长。
应用
适合计算量大、自动化程度高的成熟作业。
（2）分时系统
同时性、独立性、交互性、及时性（响应时间：从用户发出请求到系统开始响应并开始进行应答所需要的时间）
都是与用户有关
应用
大型数据库上的查询，事务处理，软件开发
（3）实时系统
实时性、可靠性(容错性)、确定性(对外部事件的响应性的最坏时间可预知)
应用
➢过程控制：工业生产中的自动控制，飞机导航、导弹发射等。
➢信息处理：民航机票的预订、查询，银行系统的借贷，情报信息检索等系统。
6. 操作系统的特性？
◆并发性；共享性；虚拟性；异步性（随机性）
支持系统并发性的物质基础是资源共享
7. 衡量OS的性能指标有哪些？什么是吞吐量、响应时间和周转时间？
◆资源利用率、吞吐量、周转时间、响应时间
⚫吞吐量（Throughput）：指单位时间内系统所处理的信息量。
⚫周转时间：指从作业进入系统到作业退出系统所用的时间。（等待时间+运行时间）
⚫响应时间：指从用户发出命令到系统相应并开始进行应答所需的时间
8. 什么是嵌入式系统？
以实际应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪的专用计算机系统。
9. 什么是对称多处理（SMP）？它有什么好处？
◆各个处理机之间是对等的，操作系统和用户程序可安排在任何一个处理机上运行，多个处理机之间共享主存和I/O设备。
增加了系统的吞吐率和可靠性
10.为了实现系统保护，CPU通常有哪两种工作状态？各种状态下分别执行什么程序？什么时候发生状态转换？状态转换由谁实现的？
◆中断、异常、系统调用
核心态（管态）和用户态（目态）；
核心态运行操作系统内核程序，用户态运行用户程序。
通过中断、异常、系统调用
用户态到核心态的转换由硬件完成；核心态到用户态的转换由内核程序执行完后完成。
11.什么是系统调用？什么是特权指令？特权指令执行时，CPU处于哪种工作状态？
系统调用：用户与操作系统之间的编程接口，是应用程序主动向操作系统发出的服务请求。
特权指令：关系系统全局的指令
内核态
12.操作系统通常向用户提供哪几种类型的接口？其主要作用是什么？
⚫操作接口：命令语言、窗口界面是用户使用计算机系统的主要接口。
⚫编程接口：系统调用是用户与操作系统之间的编程接口。
操作接口提供给操作计算机的用户，用户利用该接口来组织和控制作业的执行。
编程接口是提供给编程人员的接口，编程人员利用该接口向操作系统提出资源请求和一些功能服务。
大纲问题回答
1. 早期操作系统设计的主要目标是什么？
◆方便性：方便用户使用计算机。
◆有效性：使计算机系统能高效可靠地运转，提高系统资源的利用率。
⚫还要便于操作系统的设计、实现和维护。
2. 操作系统是资源管理程序，它管理系统中的什么资源？
操作系统管理的计算机系统资源包括：中央处理器、主存储器、外部设备、软件资源（数据、程序以及各种信息资源）。
处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理
进程----进程表 存储器----存储表 I/O设备----I/O设备表 文件----文件表
3. 为什么要引入多道程序系统？它有什么特点？（4）
◆提高CPU利用率，充分发挥系统设备的并行性。这包括程序之间、CPU与设备之间、设备与设备之间的并行操作。
特点：
主存上同时存放多个作业，同时处于运行状态，共享系统中的各种资源；宏观上并行（不同的作业分别在 CPU 和外设上执行）、微观上串行（在单 CPU上交叉运行）。
4. 叙述操作系统的基本功能（4）
◼ 处理机管理：进程管理。进程控制、调度、通信。
◼ 存储器管理：主存管理。主存的分配、保护、扩充、共享。（寄存器，高速缓存，主存，辅存）
◼ 设备管理：对系统中各种输入、输出设备的管理和控制。分配设备，控制设备传输数据。
◼ 文件管理：将程序、数据、操作系统软件等组织成文件，存放在磁盘或磁带上，方便用户访问。
5. 批处理系统、分时系统和实时系统各有什么特点？各适合应用于哪些方面？（4）
（1）批处理系统
⚫优点: 系统吞吐量大，资源利用率高。适合计算量大、自动化程度高的成熟作业。
⚫缺点: 用户与作业无法交互，作业平均周转时间较长。
应用
适合计算量大、自动化程度高的成熟作业。
（2）分时系统
⚫同时性：若干用户同时使用一台计算机。
⚫独立性：每个用户占有一台终端，独立操作，感觉不到别的用户存在。
⚫交互性：用户通过终端与系统进行人机对话。P214
⚫及时性：用户的请求能在较短时间内得到响应。（响应时间：从用户发出请求到系统开始响应所需要的时间）
应用
适用于短小作业。大型数据库上的查询，各种事务处理，并为进行软件开发提供了一个良好环境
（3）实时系统
⚫实时性。其响应时间由被控制对象所能承受的延迟来确定。
⚫可靠性。要具有容错能力，可采用双工机制：一台主机；一台后备机。
⚫确定性。是指系统按照固定的、预先确定的时间执行指定的操作。
应用
适用于实时过程控制，实时信息处理
适用于仅处理外部响应触发的任务的系统；（不以作业为单位）。
➢过程控制：工业生产中的自动控制，飞机导航、导弹发射等。
➢信息处理：民航机票的预订、查询，银行系统的借贷，情报信息检索等系统。
6. 操作系统的特性？（5）
（1）并发性：是为了提高计算机的处理能力而采用的一种时间上重叠操作的技术。系统中存在着若干个逻辑上相互独立的程序，都已被启动执行，都还没有执行完，竞争系统资源。
（2）共享性：是指系统中的资源可供多个并发执行的进程共同使用。如打印机、磁带机、磁盘等。
支持系统并发性的物质基础是资源共享
（3）虚拟性：把共享资源的一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。如，CPU的分时共享，虚拟存储器，虚拟设备。
（4）异步性（随机性）：有限的资源共享使并发进程之间产生相互制约关系。各个进程何时执行、何时暂停、以怎样的速度向前推进、什么时候完成等都是不可预知的。
注：并发←→异步，操作系统在我看来就是把相互独立的实体组织起来能够处理任务（运行）。而要组织起来，本身的独立就势必要共享，实体也必须虚拟（物理必须对应逻辑），要处理任务就离不开并发和异步的范畴。
7. 衡量OS的性能指标有哪些？什么是吞吐量、响应时间和周转时间？（1）
（响应时间：指从用户发出命令到系统相应并开始进行应答所需的时间）
性能指标：
⚫资源利用率：指在给定时间内，系统中某一资源（如CPU、存储器、外部设备等）实际使用时间（或容量）所占比率。
⚫吞吐量（Throughput）：指单位时间内系统所处理的信息量。通常以每小时或每天所处理的作业个数来度量。
⚫周转时间：指从作业进入系统到作业退出系统所用的时间。（等待时间+运行时间）
注：资源利用率对应的是效率，吞吐量对应的是速度，周转时间对应的是单个作业的速度。总而言之就是物尽其用，尽就是资源利用率，用就是速度。
8. 什么是嵌入式系统？
以实际应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪的专用计算机系统。
9. 什么是对称多处理？它有什么好处？
对称多处理（SMP）：各个处理机之间是对等的，操作系统和用户程序可安排在任何一个处理机上运行，多处理机共享主存和I/O设备。
好处：
（1）增加了系统的吞吐率。多个作业可以分配在任何一个处理机上执行，大大增加了系统的吞吐率。
（2）增加了系统的可靠性。一个处理机的失效，这是性能的降低，不会影响整个系统。
10.为了实现系统保护，CPU通常有哪两种工作状态？各种状态下分别执行什么程序？什么时候发生状态转换？状态转换由谁实现的？（5）
核心态（管态）和用户态（目态）；
核心态运行操作系统内核程序，用户态运行用户程序。
通过中断、异常、系统调用，CPU能从用户程序的运行转入操作系统内核程序的运行。核心态到用户态的转换由内核程序执行完后完成。
用户态到核心态的转换由硬件完成；核心态到用户态的转换由内核程序执行完后完成。
管态→目态：操作系统程序；目态→管态：硬件；
注：中断是一些外部设备向CPU泄放的一个硬件信号，异步发生。异常是执行程序自己发生的，同步发生。系统调用是用户程序与操作系统内核的接口。
11.什么是系统调用？什么是特权指令？特权指令执行时，CPU处于哪种工作状态？(2)
系统调用：操作系统内提供的一些子程序。
特权指令：关系系统全局的指令，一般不直接提供给用户使用；
内核态
12.操作系统通常向用户提供哪几种类型的接口？其主要作用是什么？(1)
⚫操作接口：命令语言、窗口界面是用户使用计算机系统的主要接口。
⚫编程接口：系统调用是用户与操作系统之间的编程接口。
操作接口提供给操作计算机的用户，用户利用该接口来组织和控制作业的执行。
编程接口是提供给编程人员的接口，编程人员利用该接口向操作系统提出资源请求和一些功能服务。
