操作系统强力综合复习及必考内容.docx
《操作系统强力综合复习及必考内容.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《操作系统强力综合复习及必考内容.docx（122页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
操作系统强力综合复习及必考内容
计算机操作系统
（2008年专升本资料）
第一章操作系统概述
教学内容
1.操作系统概况
2.操作系统的形成和发展
3．操作系统的基本类型
4．操作系统的服务和功能
5．操作系统的结构
教学要求
了解操作系统的形成过程，建立起操作系统的整体概念；熟悉操作系统的基本类型和服务方式；掌握操作系统的定义、特征和功能。
自学要点
操作系统在计算机系统中的作用；各类操作系统的特征，操作系统的功能及研究操作系统的几种观点。
重点是操作系统的基本概念；操作系统的基本类型及特点。
学时分配
3学时（自学学时：
6学时）
1.1操作系统概况
v操作系统的虚拟机观点
•操作系统是添加在硬件上的第一层软件,是对硬件功能的首次扩充和延伸。
•软件：
系统软件和应用软件。
系统软件用来管理计算机本身及应用软件；应用软件用来完成用户所要求的实际任务。
•硬件：
指未配置任何软件的计算机。
裸机又分为物理器件、微程序与机器语言三个层次。
v操作系统的资源管理观点
•资源分硬件资源和软件资源。
•硬件资源是计算机硬件系统的总和，包括中央处理机、主/辅助存储器、输入/输出设备等。
•软件资源是系统中各种程序和数据的总和，这些程序和数据均以文件的形式保存在计算机系统中。
v操作系统的用户服务观点
•操作系统是用户与计算机之间的一个接口。
它为用户提供了两种使用操作系统的方式：
命令方式、系统调用方式。
•命令方式：
是指操作系统提供了一组联机，用户通过键盘或鼠标使用这些命令，并直接操纵计算机系统。
•系统调用方式：
是指操作系统提供了一组系统调用，用户可在自己的程序中通过调用来相应的系统操纵计算机。
v定义
•操作系统：
是计算机系统中的一个系统软件，用来管理和控制计算机系统中的软硬件资源，合理地组织计算机工作流程，提供用户和计算机之间的软件接口，方便用户使用计算机。
v操作系统目标
•目前存在着多种类型的操作系统，不同类型的操作系统其目标各有侧重。
但一般来说都包括：
方便性、有效性、可扩充性和开放性。
v操作系统的特征
•并发：
指两个或两个以上事件在同一时间间隔内发生。
•共享：
指系统中硬件和软件资源可为多个用户同时使用（互斥共享、同时访问）
•虚拟：
指物理上的一个实体变成逻辑上的多个对应物。
•异步性：
指内存中的多个进程均按照各自独立的、不可预知的速度向前推进。
1.2操作系统的形成和发展
v操作系统的历史
•操作系统的发展经历了以下几个阶段：
手工存在阶段（无操作系统）、脱机输入输出技术阶段、批处理技术阶段、多道程序设计技术阶段。
1.3操作系统的基本类型
v分类
•最常用分类方法（按照操作系统的用户服务方式分）主要有：
多道批处理系统；分时系统；实时系统。
其它操作系统还包括：
通用操作系统、网络操作系统、并发操作系统、面向对象操作系统。
v多道批处理系统
•运行方式（了解）
•特征：
多道性、无序性、调度性
•优缺点：
优点：
资源利用率高，系统吞吐量大。
缺点：
平均周转时间长、无交互能力。
•在设计批处理系统时，首先要考虑的是周转时间和系统的吞吐量。
v分时系统
•实现基本方法；设立时间片
•特性：
多路性、独立性、及时性、交互性。
•响应时间：
指从终端用户发出一条命令开始，到系统处理完这条命令并做出回答为止所需的最大时间间隔。
•影响响应时间的因素：
系统开销、用户数目、时间片、信息对换量。
•改善响应时间的办法：
一种可行的办法是减少信息对换量。
而减少信息对换量可采用重入码技术和虚拟存储技术。
•设计分时操作系统时，首先要考虑的是交互性和响应时间。
v实时系统
•定义：
是指系统对特定输入做出反应速度足以控制发出实时信号的对象的一种操作系统。
•实时系统的类型：
1实时控制系统；2实时信息处理系统
•特征：
多路性、独立性、及时性、交互性、高可靠性。
•设计实时操作系统时，首先要考虑的是实时性和可靠性。
v微机操作系统
•单用户单任务OS：
只允许一个用户上机、且只允许用户程序作为一个任务运行。
最具代表性的是CP/M和MS-DOS。
•单用户多任务OS：
只允许一个用户上机、但允许将一个用户程序分为若干个任务，使它们并发执行。
最具代表性的是OS/2和MS-WINDOWS。
•多用户多任务OS：
允许多个用户通过各自的终端使用同一台主机，共享主机的各类资源，同时用户程序又可进一步分成几个任务，使它们并发执行。
最具代表性的是UNIXOS。
1.4操作系统的服务与功能
v操作系统的服务
•操作系统公共服务类型：
程序执行、I/O操作、文件系统管理、通信、资源分配、差错处理
•操作系统的服务方式：
系统调用、系统程序。
•系统调用的类型：
进程管理、设备管理、文件管理、信息维护和通讯五大类。
v操作系统功能
•从资源管理和用户接口的观点看，操作系统的基本功能为：
①处理机管理；②存储管理；③设备管理；④信息管理（文件系统管理）；⑤用户接口。
其中硬件资源为处理机、存储器和设备三类，软件资源为信息或文件（程序和数据的通称）。
v用户接口
•命令接口：
又分联机命令接口：
为联机用户提供的，由一组键盘命令和命令解释程序组成；脱机命令接口：
为批处理作业的用户提供，由一组作业控制语言JCL（jobcontrollanguage）组成。
•程序接口：
是为用户程序在运行过程中访问系统资源而设定的，也是用户取得操作系统服务的唯一途径，由一组系统调用组成。
•图形接口
v处理机管理
•处理机管理功能可归结为进程管理，主要功能：
进程控制；进程同步；进程通讯；进程调度。
v存储管理
•存储管理应具备的功能，为：
内存分配；内存保护；地址映射；内存扩充。
v设备管理
•设备管理应具备的功能，为：
缓冲管理；设备分配；设备处理；虚拟设备管理。
v文件管理
•文件管理的主要功能包括：
文件存储空间管理；目录管理；文件读写管理；文件保护；文件系统的安全性；文件接口。
1.5操作系统结构
v分类
•从操作系统的内部结构来看，操作系统可分为三种主要类型：
整体式系统（无结构）；层次式系统；客户/服务器系统。
v整体式结构
•整个系统是一堆过程的集合，每一过程都有一个定义好的接口，包括入口参数和返回值，过程间可以相互调用而不受约束，UNIX的系统核心层是典型的没有层次的无结构型。
v层次式系统
•按照操作系统中模块的功能和相互依存关系把它们划分为若干个层次：
•最底层：
OS对象；
•中间层：
对对象进行管理和控制的软件集合；
•最高层：
OS提供给用户使用的用户接口。
v客户/服务器系统
•在客户/服务器结构中，需要把操作系统的服务功能分为若干个服务器，而用户进程则称为客户进程。
操作系统由微内核和核外服务器进程组成。
微内核提供最基本的、最必要的服务，而OS的其他功能由运行在核外的服务器完成。
•主要优点：
提高了系统的可靠性；适合于分布式系统中的应用。
练习题：
1：
下面8个系统中，必须是实时操作系统的有——个。
1计算机辅助设计系统；2航空定票系统；3过程控制系统；4机器翻译系统；
5办公自动化系统；6计算机激光照排系统；7情报检索系统；8导弹的制导系统
2：
在分时系统中为使多个用户能够同时与系统交互，最关键的问题是__⑴__，当用户数目为100时，为保证响应时间不超过2秒，此时时间片最大应为__⑵__。
⑴：
A.计算机具有足够高的运行速度B.内存容量应足够大C.系统能及时地接收多个用户输入D.能在一最短的时间内，使所有的用户都能运行E.能快速地进行内外存交换⑵：
A.10msB.20msC.50msD.100msE.200ms
3：
OS/2操作系统是由__⑴__开发的，它属于__⑵__类操作系统；UNIX操作系统是由__⑶__推出的，它属于__⑷__类操作系统。
⑴、⑶：
A.IBM公司B.Microsoft公司C.Microsoft和IBM联合D.Bell实验室
⑵、⑷：
A.单用户单任务B.单用户多任务C.多处理机D.多用户多任务
4：
分时系统形成和发展的主要动力是什么？
5：
操作系统中实现虚拟的关键技术是什么？
并加以说明。
6：
设计实时环境的操作系统的主要困难是什么？
7：
一个分层结构操作系统有：
i裸机；用户；CPU调度和P、V操作；文件管理；作业管理；内存管理；设备管理；命令管理等组成，请按层次结构的原则从内到外将各部分重新排列。
8：
操作系统是一种__⑴__。
根据其服务对象，常用的单处理机操作系统可分为三种类型：
允许多个用户在其终端上同时交互方式使用计算机的操作系统，称为__⑵__；允许多用户将若干个作业提交给计算机系统集中处理的操作系统称为__⑶__；在__⑷__的控制下，计算机系统能及时处理由过程控制反馈的数据，并做出响应；设计⑷时，首先应考虑系统的__⑸__。
⑴:
A.通用软件B.应用软件C.系统软件D.操作的软件
⑵-⑷:
A.批处理操作系统B.分时操作系统C.实时操作系统D.微机操作系统
E.多处理机操作系统F.分布式操作系统G.网络操作系统
⑸:
A.可靠性和灵活性B.实时性和可靠性C.优先权分配D.时间片轮转
E.短作业优先F.时间片加分配
9：
操作系统的基本特征有哪些？
10：
什么是操作系统？
11：
操作系统有哪几种基本类型？
它们的主要特征有那些？
12：
分时系统的响应时间是什么？
它与哪些因素有关？
13：
实时系统可分哪几类？
14：
多道程序和多重处理有何区别？
参考答案：
1解：
1,2,3,7,8
2解：
1D;2B
3解：
1c;2b;3d;4d
4答：
主要动力是为了更好地满足用户的需要。
主要表现在：
1）缩短了作业的周转时间；2）提供人机交互能力；3）多个用户共享一台计算机。
（批处理系统的主要推动力是不断提高系统的资源利用率和提高系统的吞吐量。
）
5答：
是分时技术。
例如，将一台物理处理机虚拟为多台逻辑上的处理机，是靠多道程序分时地使用同一台物理处理机来实现的。
微观上，该处理机在每一时刻只运行一道程序，它们分时地运行；然而在宏观上，系统中确有几道程序在同时运行，从而给用户的感觉是系统中同时同时有多台处理机在为其中的每一道程序服务，显然用户所感觉到的处理机并不实际存在。
6答：
是在实时环境规定的时间限额内对用户作出相应的反应，否则就有可能导致系统的崩溃。
因此，在设计时必须保证所采用的调度策略及相关技术不会使响应时间超过实时环境所规定的时间限额。
7答：
重新排列后顺序为：
裸机；CPU调度和P、V操作；内存管理；作业管理；设备管理；文件管理；命令管理。
8解：
⑴C⑵B⑶A⑷C⑸B
9答：
1并发：
指两个或两个以上事件在同一时间间隔内发生；2共享：
指系统中硬件和软件资源可为多个用户同时使用（互斥共享、同时访问）；3虚拟：
指物理上的一个实体变成逻辑上的多个对应物；4异步性：
指内存中的多个进程均按照各自独立的、不可预知的速度向前推进。
10答：
操作系统是计算机系统中的一个系统软件，用来管理和控制计算机系统中的软硬件资源，合理地组织计算机工作流程，提供用户和计算机之间的软件接口，方便用户使用计算机。
11答；操作系统的基本类型
有：
1多道批处理系统；2分时系统；3实时系统。
其中多道批处理系统的特征：
多道性、无序性、调度性；分时系统的特征：
多路性、独立性、及时性、交互性。
实时系统的特征：
多路性、独立性、及时性、交互性、高可靠性。
12答：
分时系统的响应时间指从终端用户发出一条命令开始，到系统处理完这条命令并做出回答为止所需的最大时间间隔。
它与下列因素有：
系统开销、用户数目、时间片、信息对换量。
13答：
实时系统的类型：
1实时控制系统；2实时信息处理系统
14答：
多道程序multiprogramming是作业之间自动调度执行、共享系统资源，并不是真正地同时执行多个作业；而多重处理multiprocessing系统配置多个CPU，能真正同时执行多道程序。
要有效使用多重处理，必须采用多道程序设计技术，而多道程序设计原则上不一定要求多重处理系统的支持。
第二章用户接口
教学内容
1.作业的基本概念
2.用户接口概述
3．命令接口
4．程序接口
5．图形接口
教学要求
了解作业的基本概念；了解操作系统提供给用户的接口类型及各种接口的实现方法；熟悉命令接口在不同工作方式下的主要功能，作业和作业管理的基本概念；掌握系统调用的定义及其执行过程。
自学要点
重点是作业的基本概念和建立；用户接口的概念和类型；系统调用的概念和过程
学时分配
3学时（自学学时：
6学时）
2.1作业的基本概念
v作业
•作业（Job）是用户提交给计算机进行加工的一个任务，由三部分组成，即程序、数据及作业说明书。
通常一个作业又可分为若干个顺序处理的作业步，其中每个作业步又可细分为若干个作业步任务。
v作业的类型
•根据调度和控制的需要，可对作业进行分类。
•从调度的角度，可把作业分成：
①计算型作业，指任务中包含大量的计算，而其I/O较少的作业，如通常的科学计算；②I/O型作业，要求少量的计算而需大量I/O的作业，如通常的事务处理。
•从控制的角度，可把作业分成：
①脱机作业，在整个作业的运行过程中，只需根据作业说明书中的说明对作业进行控制，脱机作业通常是在批处理操作环境下运行，故也称为批量型作业；②联机作业，通常是用键盘命令直接控制作业的运行，联机作业通常在分时操作环境下运行，故也称为终端型作业。
v作业的建立过程
•一个作业的建立过程包括两个子过程，即作业的输入方式和JCB的建立。
•作业的输入指将作业的程序、数据和作业说明书从输入设备（如键盘）输入到外存，并形成有关的初始信息。
其输入方式主要有：
①联机输入方式②脱机输入方式③直接耦合方式④SPOOLing系统⑤网络输入方式。
v作业的组织
•程序、数据和作业说明书。
程序和数据完成用户所要求的业务处理工作的具体内容，作业处理的说明是用户要求计算机所作的步骤。
v作业的状态及其转换
•作业从提交给系统直到它完成后离开系统前的整个活动过程，可分为：
提交状态；后备状态；运行状态；完成状态。
2.2用户接口概述
•操作系统是用户和计算机之间的接口，用户通过操作系统的帮助可以快速、有效和安全可靠地使用计算机各类资源。
通常操作系统为用户控制其作业提供命令接口、程序接口和图形接口。
2.3命令接口
v命令接口
•命令接口是操作系统为用户提供的各种操作命令，用户利用它来组织作业的工作流程和控制作业的运行。
类型有：
脱机命令接口；联机命令接口。
v脱机命令接口
•脱机命令接口是操作系统为脱机工作方式下的用户提供的一种接口。
利用JCL语言将用户对作业的控制要求写成作业控制卡或作业说明书的形式。
•JCL：
作业控制语言，是一种用来表达申请作业控制意图和步骤的语言。
JCL的语句就是作业控制命令。
不同批处理提供不同的JCL。
v联机命令接口
•联机命令接口指用户通过控制台或终端，采用人—机会话的方式，直接控制作业的运行。
又分为：
1键盘命令方式；2命令文件方式。
•键盘命令方式：
是通过逐条输入键盘命令语句，经解释后执行，以控制作业运行的一种方式，通常包括：
1系统管理；2环境设置；3编辑修改、编译、连接和运行命令；4文件管理命令；5操作员专用命令（执行权限管理）；6通信；7资源要求。
•命令文件方式：
是用键盘命令语言编写的一个键盘命令语言程序——命令文件。
一旦建立命令文件后，系统可连续执行若干条命令并且可以多次重复执行。
命令文件中可以进行参数传递，也可以嵌套的方式调用其他的命令文件。
2.4程序接口（系统调用）
v程序接口
•程序接口是OS专门为用户程序设置的，也是用户程序取得OS服务的唯一途径，程序接口通常由各种各样的系统调用所组成。
v系统调用
•系统调用的基本概念：
是OS提供给编程人员的唯一接口，是由操作系统中的一段程序来完成特定功能的，属于一种特殊的过程调用。
有的计算机系统中，把它称为广义指令。
•调用的方式：
采用访管方式来实现。
通过产生一个访管中断，使处理机由目态（用户态）转为管态（系统态）。
（当中央处理器处于目态时不允许执行特权指令；而处于管态时可这些包括特权指令在内的一切机器指令）
•常用的访管指令的形式：
SVCN
v系统调用与一般过程调用的主要区别
•系统调用本质上一种过程调用，但它是一种特殊的过程调用，主要区别有：
①运行状态不同：
一般的过程调用，其调用和被调用过程或者都是子程序，或者都是系统程序，故运行在同一系统状态下：
系统态或用户态。
系统调用的调用过程是用户程序，它运行在用户态；其被调用过程是系统过程，运行在系统态下。
②进入的方式不同：
一般过程调用可以直接通过过程调用语句将控制转移到被调用的过程；而执行系统调用时，由于调用和被调用过程处于不同的系统状态，必须通过访管中断进入。
③代码层次不同：
一般的过程调用中的被调用程序是用户级程序，而系统调用是操作系统中的代码程序，是系统级程序。
v系统调用的实现过程
•用户在源程序中使用系统调用，给出系统调用名和函数后，即产生一条相应的陷入指令，通过陷入处理机制调用服务，引起处理机中断，然后保护处理机现场，取系统调用功能号并寻找子程序入口，通过入口地址表来调用系统子程序。
执行完毕后，退出中断，返回到用户程序的断点，恢复现场，继续执行用户程序。
2.5图形接口
v图形用户接口
•图形用户接口的引入：
主要是在使用命令接口时，要求用户熟悉并记住系统所提供各种命令的名称、功能和格式；此外还要求用户按照规定的格式准确的键入，这不仅不方便，而且需花费较多的时间；同时利用命令接口来进行文字处理、图形的绘制和编辑也是极为不便的。
•图形用户接口元素：
窗口；图标；菜单；对话框
•图形用户接口元素的基本操作：
菜单操作；窗口操作；对话框操作。
练习题：
1：
在分时系统中是否应设置作业调度?
为什么?
实时系统呢？
2：
为什么说SPOOLING对批处理（多道程序）是必需的？
对分时系统也是需要的吗？
3：
作业控制方式可分为两种，它们是__⑴__、__⑵__。
⑴-⑵:
A.命令方式B.程序方式C.联机方式D.脱机方式E.后备方式F.执行方式G.批量方式H.调用方式
4：
用户作业被SPOOLing系统输入到外存时，称此作业处于__⑴__，在外存后备队列上的作业处于__⑵__，作业在内存处于__⑶__。
⑴-⑶:
A.进入状态B.运行状态C.完成状态D.后备状态E.就绪状态
5：
什么是作业？
6：
操作系统为用户提供哪些接口？
7：
什么是系统调用？
系统调用与一般过程的区别？
8:
作业由哪几部分组成？
各有什么功能？
9：
简述系统调用的实现过程？
10：
什么是作业？
作业步？
11：
试述SPOOLING系统的工作原理？
参考答案：
1答：
分时系统最重要的目标是实现人机交互，因此系统中所有的作业都是由用户从键盘终端直接输入到内存，从而保证在一较短的时间内，各终端作业都能被处理。
如果将终端作业先送到外存输入井上再等待作业调度后，才将作业调入内存，则既不能保证人机交互的及时性，又显然是多此一举，故在分时系统中没有作业控制表，不需设置作业调度。
在实时系统中，由于实时任务往往是其实时性更高的任务，它们一般常住内存，因而也不需要作业调度。
2答：
是。
理由是它允许事先从输入设备上读入信息并将输出文件暂存于输出设备中，直到输出设备准备接收它们为止。
由于许多作业可能同时到达，所以，CPU将一个作业的计算与其他作业的I/O操作并发执行。
分时系统则不需要。
理由是每个事务通常较短，而且输出信息一般直接输出到打印设备上。
3解：
⑴C,⑵D
4解：
⑴A，⑵D，⑶B
5答：
作业（Job）是用户提交给计算机进行加工的一个任务，由三部分组成，即程序、数据及作业说明书。
6答：
命令接口（又分脱机命令接口；联机命令接口）；程序接口（即系统调用）、图形接口。
7答：
系统调用的基本概念：
是OS提供给编程人员的唯一接口，是由操作系统中的一段程序来完成特定功能的，属于一种特殊的过程调用。
主要区别：
①运行状态不同：
一般的过程调用，其调用和被调用过程或者都是子程序，或者都是系统程序，故运行在同一系统状态下：
系统态或用户态。
系统调用的调用过程是用户程序，它运行在用户态；其被调用过程是系统过程，运行在系统态下。
②进入的方式不同：
一般过程调用可以直接通过过程调用语句将控制转移到被调用的过程；而执行系统调用时，由于调用和被调用过程处于不同的系统状态，必须通过访管中断进入。
③代码层次不同：
一般的过程调用中的被调用程序是用户级程序，而系统调用是操作系统中的代码程序，是系统级程序。
8答：
程序、数据和作业说明书。
程序和数据完成用户所要求的业务处理工作的具体内容，作业处理的说明是用户要求计算机所作的步骤。
9答：
用户在源程序中使用系统调用，给出系统调用名和函数后，即产生一条相应的陷入指令，通过陷入处理机制调用服务，引起处理机中断，然后保护处理机现场，取系统调用功能号并寻找子程序入口，通过入口地址表来调用系统子程序。
执行完毕后，退出中断，返回到用户程序的断点，恢复现场，继续执行用户程序。
10答：
作业是用户提交给计算机进行加工的一个任务，由三部分组成，即程序、数据及作业说明书。
作业由不同顺序相连的作业步组成。
作业步是在一个作业的处理过程中，计算机所做的相对独立的工作。
11答：
当用户提交一批作业后，操作员键入“预输入命令”启动预输入程序工作，预输入程序启动输入机读出作业信息，并把它们存放到输入井中。
当主存储器可以装入作业时就从输入井中选择若干作业装入主存储器。
被装入主存储器中的作业在执行中可请求井管理程序从输出井读需处理的信息或把处理结果写到输出井中。
缓输出程序利用处理器空闲时间把作业执行结果在打印机上输出。
第三章进程管理
教学内容
1.进程的基本概念
2.进程的实现
3．进程控制
4．进程的同步与互斥
5．利用信号量机制解决经典进程同步问题
6．进程通信
7．线程的概念
教学要求
了解引入进程的原因，进程控制的方法；熟悉进程的基本状态及变迁，进程控制块和组织，信号量和P、V原语，进程通信的类型和方法；掌握用信号量机制解决各种互斥同步问题的方法。
自学要点
进程的基本概念、描述、基本状态及其转换；原语及其执行特点，进程控制原语的工作流程；临界区、信号量并发进程间的制约方式及原因。
重点为信号量和P、V原语，并能解决一些各种同步互斥以及前趋图等实际问题。
学时分配
9学时（自学学时：
18学时）
3.1进程的基本概念
v进程的引入
①程序的顺序执行
•程序的顺序执行指一个具有独立功能的程序独占处理机直到得到最终结果的过程。
具有：
顺序性、封闭性和可再现性。
②程序的并发执行
•程序的并发执行指一组在逻辑上相互独立的程序或程序段在执行过程中其执行时间在客观上互相重叠。
程序的并发执行增强了计算机系统的处理能力和提高了资源的利用率。
具有：
间断性、失去了封闭性及不可再现性。
例1：
Intn=0
程序A
条件为真
1n=n+1;
程序A的其余部分
程序B
条件为真
1print（n）;
2n=0;
程序B的其余部分
讨论可能出现的结果（三种情况：
A1,B1,B2；B1,A1,B2;B1,B2,A1）
v程序并发执行的Bernstein条件
•定义有关程序的读集和写集
R（Pi）={a1,a2,…,am},用来
升级会员 