操作系统习题答案(中国铁道,刘振鹏,李亚平,王煜,张明)

⒈什么是硬件系统？什么是软件环境？它们之间有什么联系？答：计算机硬件是指计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种计算机部件和计算机设备。这些部件和设备依据计算机系统结构的要求构成的有机整体，称为计算机硬件系统。软件是计算机系统中的程序和有关的文件。程序是计算任务的处理对象和处理规则的描述；文件是为了便于了解程序所需的资料说明。硬件为软件提供具体实现的基础，软件是用户与硬件之间的接口界面。⒉什么是操作系统？操作系统追求的主要目标是什么？答：操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是能有效地组织和管理计算机系统中的硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程，控制程序的执行，并向用户提供各种服务功能，使得用户能够灵活、方便、有效地使用计算机，并使整个计算机系统能高效地运行的一组程序模块的集合。操作系统追求的主要目标包括四个方面，分别是：方便性、有效性、可扩充性、开放性。⒊在用户程序与硬件裸机之间，操作系统可以分为哪几个模块？答：***********************************************************⒋操作系统如何实现计算机操作的自动化？如何看待操作系统在计算机系统中的地位？答：**************************************************操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的第一次扩充，支持其他所有软件的运行。⒌操作系统分成哪几类？答：单道批处理系统、多道批处理系统、分时系统、实时系统、微机操作系统、多处理机操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。⒍从资源管理观点看，操作系统具有哪些功能？答：处理机管理、存储器管理、I/O设备管理、文件管理。⒎讨论操作系统可以从哪些角度出发，如何统一看待它们？答：可以从软件的观点、计算机系统资源管理的观点、进程的观点、用户与计算机硬件系统之间的观点、虚机器观点、服务提供者观点。*********************************************⒏简述操作系统发展的几个阶段。答：******************************************⒐什么叫批处理系统？它可分为哪两种？答：通常是把一批作业以脱机输入方式输入到磁带上，并在系统中配上监督程序，在监督程序的控制下使这批作业能一个接一个地连续处理，这样的系统成为批处理系统。可分为单道批处理系统和多道批处理系统。⒑什么叫多道程序系统？其主要特性是什么？答：用户所提交的作业都先存放在外存并排成一个队列，该队列被称为“后备队列”；然后，由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干个作业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资源，以达到提高资源利用率和系统吞吐量的目的，这样的系统称为多道程序系统。主要特征有：多道性、无序性、调度性。⒒什么叫分时系统？其主要特点是什么？答：分时系统是指一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户共享主机中的资源，每个用户都可通过自己的终端以交互方式使用计算机。其主要特点是：多路性、独立性、及时性和交互性。⒓什么叫实时系统？主要有哪几大类？答：实时系统是指系统能及时（或即时）响应外部事件的请求，在规定的时间内完成该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。按任务执行时是否呈现周期性来划分可分为周期性实时系统和非周期性实时系统，按对截止时间的要求来划分可分为强实时系统和弱实时系统。⒔实时系统与分时系统的主要差别有哪些？答：①多路性。实时信息处理系统与分时系统一样具有多路性，系统按分时原则为多个终端用户服务；而对实时控制系统，其多路性主要表现在经常对多路的现场信息进行采集以及对多个对象或多个执行机构进行控制。②独立性。实时信息处理系统与分时系统一样具有独立性，每个终端用户在向实时系统提出服务请求时，彼此独立地操作，互不干扰；而在实时控制系统中信息的采集和对对象的控制，也都是彼此互不干扰。③及时性。实时信息系统对实时性的要求与分时系统类似，都是以人们所能接受的等待时间来确定；而实时控制系统的及时性，则是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的，一般为秒级、百毫秒级直至毫秒级，甚至有的要低于100微秒。④交互性。实时信息处理系统虽也具有交互性，但这里人与系统的交互，仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。它不像分时系统那样能向终端用户提供数据处理服务、资源共享等服务。⑤可靠性。分时系统虽然也要求系统可靠，相比之下，实时系统则要求系统高度可靠。因为任何差错都可能带来巨大的经济损失、甚至无法预料的灾难性后果。因此，在实时系统中，往往都采取了多级容错措施，来保证系统的安全及数据的安全。⒕简述操作系统的特性。答：并发、共享、虚拟、异步性。⒖请简述处理器的组成和工作原理。你认为哪些部分和操作系统密切相关，为什么？答：一般的处理器由运算器、控制器、一系列的寄存器以及高速缓存构成。*******************************************************⒗为了支持操作系统，现代处理器一般都提供哪两种工作状态，以隔离操作系统和普通程序？两种状态各有什么特点？答：管态和目态。管态一般指操作系统管理程序运行的状态，具有较高的特权级别，能运行一切指令；目态一般指用户程序运行时的状态，具有较低的特权级别，只能运行非特权指令。⒘什么是分级的存储体系结构？它主要解决了什么问题？答：*********************************************⒙主存储器通常有哪两种类型？它们各自的特点是什么？用在哪里？答：一种是读写型的存储器（RAM），另一种是只读型的存储器（ROM）。读写型存储器，是指可以把数据存入其中任一地址单元，并且可在以后的任何时候把数据读出来，或者重新存入别的数据的一种存储器。这种类型的存储器常被称为随机访问存储器（RAM：RandomAccessMemory）。RAM主要用作存放随机存取的程序和数据；只读型的存储器是指只能从其中读取数据，但不能随意地用普通的方法向其中写入数据（向其中写入数据只能用特殊方法进行），在微型计算机中，通常把一些常驻内存的模块以微程序形式固化在ROM中。⒚请简述程序的局部性原理。这个原理在分级的存储体系结构中是怎样起作用的？答：原理：程序执行时，处理器为了取得指令和数据而访问存储器。现代的程序设计技术很注重程序代码的复用，这样，程序中会有很多的循环和子程序调用，一旦进入这样的程序段，就会重复存取相同的指令集合。类似地，对数据存取也有这样的局部性。在经过一段时间以后，使用到的代码和数据的集合会改变，但在较短的时间内它们能比较稳定地保持在一个存储器的局部区域中，处理器也主要和存储器的这个局部打交道。作用：基于这一原理，就有充分的理由设计出多级存储的体系结构，并使得存取级别较低的存储器的比率小于存取级别较高的存储器的比率。⒛缓冲技术在计算机系统中起着什么样的作用？它是如何工作的？答：是为了解决部件之间速度不匹配的问题。**************************************************21.请简述中断和操作系统的关系。操作系统是如何利用中断机制的？答：**************************************************22.常用的I/O控制技术有哪些？各有什么特点？答：计算机系统中的I/O控制通常使用下面几种技术：程序控制、中断驱动、直接存储器存取（DMA）以及通道。******************************************************23.时钟对操作系统有什么重要作用？答：在计算机系统中，设置时钟是十分必要的。这是由于时钟可以为计算机完成以下的必不可少的工作：①在多道程序运行的环境中，它可以为系统发现一个陷入死循环（编程错误）的作业，从而防止机时的浪费。②在分时系统中，用间隔时钟来实现作业间按时间片轮转。③在实时系统中，按要求的时间间隔输出正确的时间信号给一个实时的控制设备（如A/D、D/A转换设备）。④定时唤醒那些要求延迟执行的各个外部事件（如定时为各进程计算优先数，银行系统中定时运行某类结账程序等）。⑤记录用户使用各种设备的时间和记录某外部事件发生的时间间隔。⑥记录用户和系统所需要的绝对时间，即年、月、日。第二章作者：佚名来源：网络⒈解释作业和作业步。答：作业通常是指用户在一次计算过程中或者一次事物处理过程中要求计算机系统所作的工作的集合，也就是把一次计算过程或者事务处理过程中，从输入开始到输出结束，用户要求计算机所做的有关的全部工作称为作业。任何一个作业都要经过若干加工步骤才能得到结果，作业的每一个加工步骤称为一个作业步。⒉阐述程序、作业、作业步的联系和区别。答：区别：程序是指令的集合；进程是程序在一个数据集上的一次执行；用户要求计算机系统处理的一个计算问题成为一个“作业”。任何一个作业都要经过若干加工步骤才能得到结果，作业的每一个加工步骤称为一个作业步。联系：用户要求计算机处理的问题，要用某种程序设计语言对要处理的问题编制程序后交给计算机系统，作业的每一个加工步骤称为一个作业步，针对每个作业步，计算机系统要创建一个或多个进程才能执行。⒊什么叫作业调度？作业调度选择作业的必要条件是什么？答：操作系统根据允许并行工作的道数和一定的算法从等待的作业（后备作业）中选取若干作业装入主存储器，使它们可以去获得处理器运行，这项工作称为作业调度。作业调度的必要条件是，即只有在系统当前尚未分配的资源可以满足在系统中等待执行的作业的资源要求。⒋操作系统提供哪些便于用户控制交互式作业的使用接口？答：交互式作业的控制方式是联机控制方式，联机作业控制现在一般有操作控制命令、菜单方式和视窗方式三种控制方式。⒌一个具有分时兼批处理功能的操作系统应怎样调度和管理作业？为什么？答：在一个具有分时兼批处理的计算机系统中总是优先接纳终端用户作业，仅当终端作业数小于系统可以允许同时工作的作业数时，可以调度批处理作业，允许终端作业和批处理作业混合同时执行。为了使终端用户有满意的时间，可采用分级调度的方法分配处理器。可把有关终端作业的就绪进程排成一个就绪队列，而把有关批处理作业的就绪进程排入另外的就绪队列中。当有终端作业的就绪进程时，总是让终端作业的就绪进程按“时间片轮转”的方法现占用处理器。当无终端作业的就绪进程时，才去查看批处理作业的就绪队列，按确定的算法从中选择一个就绪进程让它占用处理器。可使终端用户满意，又能提高系统效率。⒍系统采用不能移动已在主存储器中作业的可变分区方式管理主存储器，现有供用户使用的主存空间100K，系统配有4台磁带机，有一批作业见表2.6。表2.6作业序号进输入井时间要求计算时间需要主存量申请磁带机数1l0:0025分钟15K2台210:2030分钟60K1台310:3010分钟50K3台410:3520分钟10K2台510:4015分钟30K2台该系统采用多道程序设计技术，对磁带机采用静态分配，忽略设备工作时间和系统进行调度所花的时间，请分别写出采用“先来先服务调度算法”、“计算时间短的作业优先算法”和选中作业执行的次序以及各个作业的装入主存时间、开始执行时间、完成时间、周转时间以及它们的平均周转时间。答：先来先服务调度算法”、“计算时间短的作业优先算法”和选中作业执行的次序以及它们的平均周转时间的结果是一样的：选中作业的次序：选中作业执行的次序均为1，2，4，5，3。作业1的周转时间：25分钟；作业2的周转时间：35分钟；作业3的周转时间：70分钟；作业4的周转时间：40分钟；作业5的周转时间：50分钟；平均周转时间：（25+35+70+50+40）/5=44分钟⒎在上题中，若允许移动已在主存储器中的作业，则作业被选中的次序又是怎样的呢？并计算出它们的平均周转时间。答：在上题中，若允许移动已在主存储器中的作业，作业被选中的次序仍然一样。选中作业的次序：选中作业执行的次序均为1