第一章 操作系統引論

1.在計算機系統上配置OS的目標是什么？作用主要表現在哪幾個方面?

答：其主要目標是有效性、方便性、可擴充性、開放性。

1、OS 作為用戶與計算機硬件系統之間的接口；

2、OS 作為計算機資源的管理者；

3、OS 實現了對計算機資源的抽象；

2.試說明OS與硬件、其他系統軟件以及用戶之間的關系。

答：與硬件的關系：操作系統是位于硬件層上的第一層軟件，它直接管理著計算機的硬件，合理組織計算機工作流程，并提高了硬件的利用率。。與其他系統軟件的關系：操作系統是系統軟件，但它不同于其它系統軟件和應用軟件，它為其它系統軟件和應用軟件提供接口。應用軟件要使用操作系統所提供的服務方可方便使用計算機。與用戶之間的關系：操作系統是為改善人機界面、提供各種服務，為用戶使用計算機提供良好運行環境的一種系統軟件。

3.試說明推動OS發展的主要動力是什么。

答：主要動力來源于四個方面的社會需求與技術發展： （1）不斷提高計算機資源的利用率； （2）方便用戶； （3）器件的不斷更新換代； （4）計算機體系結構的不斷發展。

4.在OS中，何謂脫機I/O方式和聯機I/O方式？

答：脫機I/O方式：由于程序和數據的輸入和輸出都是在外圍機的控制下完成的，或者說，它們是在脫離主機的情況下進行的，故稱為脫機輸入/輸出方式。聯機I/O方式：在主機的直接控制下進行輸入/輸出的方式稱為聯機輸入/輸出方式。

5.試說明推動分時系統形成和發展的主要動力是什么。

答：分時系統它能很好地將一臺計算機提供給多個用戶同時使用，提高計算機的利用率。1、人-機交互；2、共享主機；3、便于用戶上機。

6.實現分時系統的關鍵問題是什么？應如何解決?

答：其最關鍵的問題是如何使用戶能與自己的作業進行交互，即當用戶在自己的終端上鍵入命令時，系統應能及時接收并及時處理該命令，再將結果返回給用戶。用戶可繼續鍵入下一條命令，此即人-機交互。應強調指出，即使有多個用戶同時通過自己的鍵盤鍵入命令，系統也應能全部地及時接收并處理這些命令。

1、及時接收；2、及時處理；

7.為什么要引人實時系統？

答：實時系統是指系統能及時（或即時）響應外部事件的請求，在規定的時間內完成對該事件的處理，并控制所有實時任務協調一致地運行。1、應用需求；2、實時任務；

8.什么是HRT(硬實時)任務和SRT（軟實時）任務？試舉例說明。

答：硬實時任務是系統必須滿足任務對截止時間的要求，否則可能出現難以預測的結果。軟實時任務是它也聯系著一個截止時間，但并不嚴格，若偶爾錯過了任務的截止時間，對系統產生的影響也不會太大。舉例說明：硬實時任務為訂車票、工業；軟實時任務為網頁更新；

9.試從及時性、交互性及可靠性方面對分時系統與實時系統進行比較。

答：1、及時性，實時信息處理系統對實時性的要求與分時系統類似，都是以人所能接受的等待時間來確定的；而實時控制系統的及時性，則是以控制對象所要求的開始截止時間或完成截止時間來確定的，一般為秒級到毫秒級，甚至有的要低于100 微秒。

2、交互性，實時信息處理系統雖然也具有交互性，但這里人與系統的交互僅限于訪問系統中某些特定的專用服務程序。

3、可靠性，分時系統雖然也要求系統可靠，但相比之下，實時系統則要求系統具有高度的可靠性。

10.微機OS按運行方式來分，可以分為哪幾類？舉例說明。

答：1)單用戶單任務OS:只允許一-個用戶，上機(使用計算機)，且只允許用戶程序作為一個任務運行，主要配置在8位和16位微機上。最具代表性的單用戶單任務OS是CP/M (8位)和MSDOS (16位) ; 2)單用戶多任務OS:只允許- 一個用戶. 上機，但允許用戶把程序分為若干個任務并發執行，從而有效地改善了系統性能。最具代表性的單用戶多任務OS是由微軟公司推出的Windows系列，如Windows 3.1、Windows 95、Windows 98等; 3)多用戶多任務OS:允許多個用戶通過各自的終端使用一臺機器，共享主機系統中的各種資源，而每個用戶程序又可進一步分為若 干個任務并發執行，從而可以進一步提高資源利用率和系統吞吐量。最具代表性的多用戶多任務OS是UNIX系統，各種類UNIX系統 (如Solaris、Linux系統等)以及Windows NT/Server系列的系統。

11.OS具有哪幾大特征？它們之間有何關系？

答：并發、共享、虛擬和異步這4個基本特征; 1)并發和共享是OS最基本的特征。為了提高計算機資源的利用率，OS必然要采用多道程序設計技術，使多個程序共享系統的資源、并發地執行; 2)并發性和共享性互為存在的條件。-方面，資源的共享是以程序(進程) 的并發執行為條件的，若系統不允許程序并發執行，就不會存在資源共享問題;另一-方面，若系統不能對資源共享實施有效管理，協調好各進程對共享資源的訪問，則必將影響程序的并發執行，甚至會使程序無法并發執行; 3)虛擬性以并發性和共享性為前提。為了使并發進程能更方便、更有效地共享資源，OS常采用多種虛擬技術在邏輯上增加CPU和設備的數量以及存儲器的容量，從而解決并發進程對有限系統資源的共享問題; 4)異步性是并發性和共享性的必然結果。OS允許多個并發進程共享資源、相互合作，使得每個進程的運行過程受到了其他進程的制約,不再“一氣呵成”，這必然會導致異步這-特征的產生。

12.是什么原因使OS具有異步特征？

答：在多道程序環境下，允許多個進程并發執行。但由于資源等因素的限制，進程的執行通常并非“一氣呵成”，而是以“走走停停”的方式》行。內存中的每個進程在何時執行、何時暫停、以怎樣的速度向前推進，都是不可預知的。故而作業完成的先后次序與進入內存的先后次并不完全一致，亦即進程是以異步方式運行的。但在有關進程控制及同步機制等的支持下，只要運行環境相同，作業經多次運行都會獲得全相同的結果，因而異步方式是允許的。因此、OS具有異步特征。

13.何謂OS內核？OS內核的主要功能是什么？

答：在現代OS理論中，一般將OS劃分為若干層次，再將OS的不同功能分別設置在不同層次中。通常將一些與硬件緊密相關的模塊（如中斷處理程序等）、各種常用設備的驅動程序以及運行頻率較高的模塊（如時鐘管理模塊、進程調度模塊和公用基本操作模塊等）都安排在緊靠件的軟件層次中，讓它們常駐內存，進而形成了所謂的OS內核。

0S內核的主要功能有：①支撐功能，包括中斷處理、時幹管理和原透操作等；②資源管理功能、包括進程管理、存儲器管理、設備管理等

14.何謂原語？何謂原子操作？

答：原語:是指由若干條指令組成的，用于完成一定功能的-一個過程;

原子操作:是指一個操作中的所有動作要么全做，要么全不做，換言之,它是一個不可分割的基本單位。

因此，原語在執行過程中是不允許被中斷的。原子操作在內核態下執行，常駐內存。

15.簡要描述處理機的雙重工作模式。

答：一般地，處理機至少需要兩種單獨運行模式:用戶態和內核態。 1)用戶態也稱為目態，計算機硬件可以通過- 個模式位為1來表示它。當計算機系統執行用戶程序時，系統處于用戶態; 2)內核態也稱為管態或系統態，計算機硬件可以通過一-個模式位為0來表示它。每當OS能夠控制計算機時，它就處于內核態。例如，當用戶程序通過系統調用請求OS服務時，系統必須從用戶態切換到內核態，以響應請求。

16.簡述中斷處理過程。

答：一旦CPU響應中斷，系統就會開始進行中斷處理。中斷處理過程主要包括以下3步。 1)保護被中斷進程的現場。為了在中斷處理結束后能使進程正確地返回中斷點，系統必須保存當前處理機狀態字和程序計數器的值; 2)分析中斷原因，轉去執行相應的中斷處理程序。在多個中斷請求同時發生時，處理優先級最高的中斷源所發出的中斷請求; 3)恢復被中斷進程的現場，CPU繼續執行被中斷的原進程。

17.處理機管理有哪些主要功能？它們的主要任務是什么？

答：主要功能：創建和撤消進程（線程），對諸進程（線程）的運行進行協調，實現進程（線程）之間的信息交換，以及按照一定的算法把處理機分配給進程（線程）。1、進程控制：進程控制的主要功能是為作業創建進程，撤消已結束的進程，以及控制進程在運行過程中的狀態轉換。2、進程同步：進程同步的主要任務是為多個進程（含線程）的運行進行協調。3、進程通信：在多道程序環境下，為了加速應用程序的運行，應系統中建立多個進程，并且再為一個進程建立若干個線程，由這些進程（線程）相互合作去完成一個共同的任務。而在這些進程（線程）之間，又往往需要交換信息。當相互合作的進程（線程）處于同一計算機系統時，通常在它們之間是采用直接通信方式，即由源進程利用發送命令直接將消息（Message）掛到目標進程的消息隊列上，以后由目標進程 利用接收命令從其消息隊列中取出消息。4、調度：在后備隊列上等待的每個作業都需經過調度才能執行（1）作業調度：作業調度的基本任務是從后備隊列中按照一定的算法，選擇出若干個作業，為它們分配運行所需的資源（首行是分配內存）。（2）進程調度：進程調度的任務是從進程的就緒隊列中，按照一定的算法選出一個進程，把處理機分配給它，并為它設置運行現場，使進程投入執行。

18.存儲器管理有哪些主要功能？它們的主要任務是什么？

答：主要任務是為多道程序的運行提供良好的環境，方便用戶使用存儲器，提高存儲器的利用率以及能從邏輯上擴充內存。有內存分配、內存保護、地址眏射和內存擴充等功能。1、內存分配：內存分配的主要任務是為每道程序分配內存空間，使它們“各得其所”；提高存儲器的利用率，以減少不可用的內存空間；允許正在運行的程序申請附加的內存空間，以適應程序和數據動態增長的需要。2、內存保護：內存保護的主要任務是確保每道用戶程序都只在自己的內存空間內運行彼此互不干擾；絕不允許用戶程序訪問操作系統的程序和數據；也不允許用戶程序轉移到非共享的其它用戶程序中去執行。3、地址映射：存儲器管理必須提供地址映射功能，以將地址空間中的邏輯地址轉換為內存空間中與之對應的物理地址。該功能應在硬件的支持下完成。4、內存擴充：存儲器管理中的內存擴充任務并非是去擴大物理內存的容量，而是借助于虛擬存儲技術，從邏輯上去擴充內存容量，使用戶所感覺到的內存容量比實際內存容量大得多，以便讓更多的用戶程序并發運行。

19.設備管理有哪些主要功能？它們的主要任務是什么？

答：主要任務是：完成用戶進程提出的I/O 請求；為用戶進程分配其所需的I/O 設備；提高CPU 和I/O 設備的利用率；提高I/O 速度；方便用戶使用I/O 設備。有緩沖管理、設備分配和設備處理以及虛擬設備等功能。1、緩沖管理：在I/O 設備和CPU 之間引入緩沖，提高CPU 的利用率，進而提高系統吞吐量。在現代計算機系統中，都無一例外地在內存中設置了緩沖區，而且還可通過增加緩沖區容量的方法來改善系統的性能。對于不同的系統，可以采用不同的緩沖區機制。2、設備分配：設備分配的基本任務是根據用戶進程的I/O 請求、系統的現有資源情況以及按照某種設備的分配策略，為之分配其所需的設備。如果在I/O 設備和CPU 之間還存在著設備控制器和I/O通道時，還須為分配出去的設備分配相應的控制器和通道。3、設備處理：設備處理程序又稱為設備驅動程序。其基本任務是用于實現CPU 和設備控制器之間的通信，即由CPU 向設備控制器發出I/O 命令，要求它完成指定的I/O 操作；反之，由CPU 接收從控制器發來的中斷請求，并給予迅速的響應和相應的處理。

20.文件管理有哪些主要功能？它們的主要任務是什么？

答：文件管理的主要任務是對用戶文件和系統文件進行管理，以方便用戶使用，并保證文件的安全性。為此，文件存儲空間的管理、目錄管理、文件的讀/寫管理，以及文件的共享與保護等功能。1、文件存儲空間的管理：其主要任務是為每個文件分配必要的外存空間，提高外存的利用率，并能有助于提高文件系統的存、取速度。2、目錄管理：目錄管理的主要任務是為每個文件建立其目錄項，并對眾多的目錄項加以有效的組織，以實現方便的按名存取，即用戶只須提供文件名便可對該文件進行存取。3、文件的讀/寫管理和保護：文件的讀/寫管理其該功能是根據用戶的請求，從外存中讀取數據，或將數據寫入外存。文件保護其為了防止系統中的文件被非法竊取和破壞，在文件系統中必須提供有效的存取控制功能。

21.現代OS的新功能有哪些？

答：現代OS是在傳統OS的基礎.上發展而來的，它除了具有傳統OS的功能外，還具有保障系統安全、支持用戶通過聯網獲取服務和可處理多媒體信息等功能。

22.什么是微內核OS？它具有哪些優點？

答：微內核OS具有如下4個特征:①足夠小的內核;②基于客戶/服務器模式;③應用策略與機制分離原則;④采用面向對象技術。 微內核OS的主要優點包括:①提高了系統的可擴展性;②增強了系統的可靠性和可移植性;③提供了對分布式系統的支持;④融入了面向對象技術。

23..外核OS的基本思想是什么?

答：外核OS的基本思想是:內核不提供傳統OS中的進程、虛擬存儲等抽象事物，而是專注于物理資源的隔離(保護)與復用。具體來說，在基于外核結構的OS中，內核負責保護系統資源，而硬件資源的管理職責則委托給了應用程序，這樣，OS就可以做到在保證資源安全的前提下，減少對應用程序的限制，充分滿足應用程序對硬件資源的不同需求。

24，什么是系統調用？系統調用與一般用戶程序和庫函數有何區別?

答：系統調用是OS提供給程序員的唯一接口。 程序員利用系統調用，在源程序層面動態請求和釋放系統資源，并調用系統中已有的系統功能來 完成那些與機器硬件部分相關的工作以及控制程序的執行速度等。因此，系統調用像-個“黑箱子”，對用戶屏蔽了OS的具體動作而只提 供有關的功能。 系統調用與一般用戶程序、庫函數的區別在于: 1)系統調用(程序)在內核態執行，調用它們時需要-個類似于硬件中斷處理機制的中斷處理機制來提供系統服務; 2)普通的用戶程序是直接為用戶完成某特定功能而設計的，它們一般在用戶態執行; 3)庫函數是把函數放到庫里供別人使用的一種方式，是面向應用開發、方便人們編程的。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机操作系统慕课版（汤小丹）--第一章课后题的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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