操作系统第三版（孟庆昌）第一章习题答案

1. 计算机系统主要由哪些部分组成？

计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成。

硬件系统主要由中央处理器、存储器、输入输出控制系统和各种外部设备组成。

软件分为系统软件、支撑软件和应用软件。

系统软件由操作系统、实用程序、编译程序等组成。

支撑软件有接口软件、工具软件、环境数据库等，它能支持用机的环境，提供软件研制工具。支撑软件也可认为是系统软件的一部分。

应用软件是用户按其需要自行编写的专用程序，它借助系统软件和支援软件来运行，是软件系统的最外层。

2. 什么是操作系统（OS）？它的主要功能是什么？

        操作系统是管理计算机硬件与软件资源的计算机程序，同时也是计算机系统的内核与基石。操作系统需要处理如管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入与输出设备、操作网络与管理文件系统等基本事务，提供一个让用户与系统交互的操作界面。

操作系统的功能有：

1. 进程管理：中央处理器，在宏内核的情况下多进程只是简单迅速地切换各进程，让每个进程都能够运行，在多内核或多处理器的情况下，所有进程透过许多协同技术在各处理器或内核上转换。
2. 内存管理：有许多进程存储于记忆设备上，操作系统必须防止它们互相干扰对方的存储器内容，除非透过某些协议在可控制的范围下操作，并限制可访问的存储器范围。
3. 文件系统：通常指称管理磁盘数据的系统，可将数据以目录或文件的型式存储。每个文件系统都有自己的特殊格式与功能，例如日志管理或不需磁盘重整。
4. 网络通信：操作系统都具备操作主流网上通信协议TCP/IP的能力，可以进入网上世界，并且与其他系统分享诸如文件、打印机与扫描仪等资源。
5. 安全机制：操作系统提供外界直接或间接访问数种资源的管道，并有能力认证资源访问的请求。
6. 用户界面：操作系统允许用户安装或创造任何他们喜欢的图形用户界面，改变诸如菜单风格或颜色配置等部分。
7. 驱动程序：操作系统通常会主动制订每种设备该有的操作方式，而驱动程序功能则是将那些操作系统制订的行为描述，转译为可让设备了解的自定义操作手法。

3. 在计算机系统中操作系统处于什么地位？

        操作系统在计算机系统中占有特殊重要的位置，所有其他软件都建立在操作系统基础上，并得到其支持和服务﹔操作系统是支撑各种应用软件的平添。用户利用操作系统提供的命令和服务操纵和使用计算机。可见，操作系统实际上是一个计算机系统硬件、软件资源的总指挥部。操作系统的性能决定了计算机系统的安全性和可靠性。

4. 何谓脱机I/O和联机I/O？

脱机IO：事先将装有用户程序和数据的纸带装入纸带输入机，在一台外围机的控制下，把纸带上的数据输入到磁带上。当CPU需要这些程序和数据时，再从磁带上高速地调入内存。该方式下的输入输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进行的。 

联机IO：在主机的直接控制下进行输入/输出的方式，称为联机输入/输出（On-Line I/O）方式。是指作业的输入、调入内存及结果输出都在cpu直接控制下进行。

5. 推动操作系统形成和发展的主要动力是什么？

为了进一步提高系统的资源利用率和吞吐量。方便用户。

6. 操作系统主要有哪5种基本类型？各有什么特点？

实时，分时，批处理，网络，分布式操作系统

7. 操作系统的基本特征是什么？

 

 

1. 并发性：是在计算机系统中同时存在多个程序，宏观上看，这些程序是同时向前推进的。 在单CPU上，这些并发执行的程序是交替在CPU上运行的。 程序并发性体现在两个方面： 用户程序与用户程序之间的并发执行。 用户程序与操作系统程序之间的并发。
2. 共享性：资源共享是操作系统程序和多个用户程序共用系统中的资源。
3. 随机性：操作系统的运行是在一个随机的环境中，一个设备可能在任何时间向处理机发出中断请求，系统无法知道运行着的程序会在什么时候做什么事情。
4. 虚拟（virtual）是指通过技术将一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。在操作系统中虚拟的实现主要是通过分时的使用方法。显然，如果n是某一个物理设备所对应的虚拟逻辑设备数，则虚拟设备的速度必然是物理设备速度的1/n。
5. 异步性：即不确定性。同一程序和数据的多次运行可能得到不同的结果；程序的运行时间、运行顺序也具有不确定性；外部输入的请求、运行故障发生的时间难以预测。这些都是不确定性的表现。

8. 解释以下术语：硬件、软件、多道程序设计、并行、并发、吞吐量、分时、实时、系统调用。

• 硬件——是指计算机物理装置本身，它是计算机系统的物理基础。如CPU、内存、设备等。
• 软件——是相对硬件而言的，它是与数据处理系统的操作有关的计算机程序、过程、规则及相关文档资料的总称。简单地说，软件是计算机执行的程序。
• 多道程序设计——在这种设计技术下，内存中能同时存放多道程序，在管理程序的控制下交替地执行。这些作业共享CPU和系统中的其他资源。
• 并发——是指两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。它是宏观上的概念。吞吐量——在一段给定的时间内，计算机所能完成的总工作量。
• 分时——就是对时间的共享。在分时系统中,分时主要是指若干并发程序对CPU时间的共享。实时——表示“及时”或“即时”。
• 系统调用——是用户在程序中能以“函数调用”形式调用的、由操作系统提供的子功能的集合。每一个子功能称做一条系统调用命令。它是操作系统对外的接口，是用户级程序取得操作系统服务的唯一途径。

9. 操作系统一般为用户提供哪三种接口？

        程序接口、命令行接口、图形化接口

10. 你熟悉哪些操作系统？想一想：在上机操作过程中，操作系统怎样为用户提供服务？

        通常，大家会熟悉以下操作系统：Windows 2000，Windows XP，UNIX或Linux。在上机工作过程中，操作系统为用户提供的服务包括：命令和数据输入/输出的管理，内存的分配，用户文件的管理，CPU的分配，设备管理等。

11. 叙述操作系统在资源管理方面的各种功能。

1. 处理机管理 计算机系统中最重要的资源是中央处理机，任何计算都必须在CPU上运行。在处理机管理中最核心的问题是CPU时间的分配，这涉及分配的策略和方法。处理机管理的功能如下：
   1. 确定进程调度的策略。
   2. 给出进程调度算法。
   3. 进行处理机分派。
2. 存储器管理 计算机系统中另一个重要的资源是主存，任何程序的执行都必须从主存中获取数据信息。现代操作系统非常重视主存的存储调度和处理机调度的结合，在主存分配时，将程序中当前最需要的分布调入主存，这样这部分程序马上可以投入运行。即只有当程序在主存时，它才有可能到处理机上执行，而且仅当它可以到处理机上运行时才把它调入主存，这种调度能实现最大化的主存使用。现代计算机系统的存储管理具备以下功能。
   1. 存储分配和存储无关性　　 　　　　
   2. 存储保护 　　　　
   3. 存储扩充
3. 设备管理 现代操作系统的设备管理主要解决以下问题
   1. 设备无关性
   2. 设备分配
   3. 设备的传输控制
4. 文件系统 文件系统（也就是软件资源管理）要解决的问题是，为用户提供一种简便的，统一的存取和管理信息的方法，并要解决信息的共享、数据的存取控制和保密等问题。具体而言 文件系统要实现用户的信息组织、提供存取方法、实现文件的共享和文件安全，还要保证文件的完整性，完成磁盘空间分配任务。

12. 什么是处理机的核心态和用户态？为什么要设置这两种不同的状态？

        当执行操作系统程序时，处理机处于核心态。它有较高的特权，可以执行所有的指令，包括一般用户程序中不能使用的特权指令，从而能对所有寄存器和内存进行访问、启动I/O操作等。
用户程序是在用户态下执行，它的权限较低，只能执行指令集中非特权指令。
设置这两种不同状态的目的是为了保护操作系统程序（特别是其内核部分)，防止受到用户程序的损害。

13. 下列哪些指令应该只在核心态下执行？

①屏蔽所有中断

②读时钟日期

③设置时钟日期

④改变指令地址寄存器的内容

⑤启动打印机

⑥清内存

只在核心态下执行的指令有:①屏蔽所有中断。③设置时钟日期。⑤启动打印机。⑥清内存。

14. 设计实时操作系统必须首先考虑的因素是什么？

实时系统的一个重要特征就是对时间的严格限制和要求。实时系统的首要住务是调度一切可利用的资源完成实时控制任务，其次才着眼于提高计算机系统的使用效率。所以，设计实时操作系统必须首先考虑处理各种事件的时间限制。

15. 试说明特权指令和系统调用之间的区别和联系？

特权指令是一类只能在核心态下执行的机器指令。而系统调用不是机器指令，它往往以函数调用的形式出现，实现操作系统提供的子功能，它是操作系统与用户的编程接口。在用户程序中可以使用系统调用来获得操作系统服务。
在系统调用代码中可以使用特权指令。