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操作系统导论
操作系统导论 第一章 引言
一、填空题
1.计算机系统是
接收和
进行数据处理和计算，并
的机器系统。
2.计算机系统的资源包括
和
。
3.硬件资源包括
、
和
，软件资源包括
和
。
4.在
控制下，计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并且要在
处理完接收的事件。
5.网络操作系统的主要功能是实现
以及
。
6.操作系统提供给用户使用的接口有：
、
和
。
7.操作系统的资源管理的功能可分为
、
、
、
、
五个部分。
8.操作系统的的英文缩写是
，程序状态字的英文缩写是
。
9.用户调用操作系统功能必须使用
。
10.根据服务对象不同，常用的单处理机OS可以分为如下三种类型：
允许多个用户在其终端上同时交互地使用计算机的OS称为
，它通常采用
策略为用户服务。
允许多个用户把若干个作业提交计算机系统集中处理的OS称为
，衡量这种系统性能的一个主要指标是系统的
；在
控制下，计算机系统能及时处理由过程控制反馈的数据并作出响应，设计这种系统时应首先考虑系统的
。
11.现代计算机中，CPU的工作方式有目态和管态两种，在目态中运行
程序，在管态中运行
程序，执行编译程序时，CPU处于
。
12.操作系统既要管理资源，又要为用户服务，所以系统资源管理和
是操作系统的功能特点。
二、单项选择题：
1.计算机系统由（D）组成。
A.程序和数据B.处理机和内存C.处理机、内存、外围设备D.硬件子系统和软件子系统
2.操作系统是（A）。
A.系统软件B.办公软件C.应用软件D.信息管理软件
3.在下列操作系统中强调并行性的操作系统是（D）。
A.分时系统B.实时系统C.网络操作系统D.分布式操作系统
4.工业过程控制系统中运行的操作系统最好是（B）。
A.分时系统B.实时系统C.分布式操作系统D.网络操作系统
5.对处理事件有严格时间限制的系统是（B）。
A.分时系统B.实时系统C.分布式操作系统D.网络操作系统
6.系统在执行访管指令的时候会（A）。
A.产生中断B.产生一般性错误C.产生“程序使用非法指令”错误D.继续执行下一条指令
7.用户使用操作系统通常有三种手段，它们是：
控制命令、系统功能调用和（D）。
A.C++B.宏命令C.汇编语言D.作业控制语言
8.引入多道程序的目的是（D）。
A.提高实时响应速度B.增强系统交互能力
C.为了充分利用主存储器D.充分利用CPU，减少CPU的等待时间
9.个人计算机中的操作系统主要是（A）。
A.单用户操作系统B.单任务操作系统C.单道单用户操作系统D.网络操作系统
10.操作系统的功能是（C）。
A.把源程序编译成目标程序B.实现计算机用户之间的信息交流
C.控制、管理计算机系统的资源和程序的执行D.实现计算机硬件和软件之间的转换
11.系统调用是通过（A）进入操作系统。
A.访管中断B.外部中断C.系统中断D.I/O中断
12.在下列操作系统中强调吞吐能力的是（B）。
A.分时系统B.多道批处理系统C.实时系统D.网络操作系统
三、多项选择题:
1.下面是属于操作系统提供给用户的接口的有（ABC）。
A.系统功能调用B.作业控制语言C.操作控制命令D.应用程序
2.以下操作系统中属于分时系统的是（），属于网络操作系统的是（CD）。
A.MS-DOSB.WINDOWS98C.UNIXD.WINDOWSNTE.OS/2
四、是非判断题：
1.设计实时系统首先要考虑的是如何提高系统资源的利用率。
（错）
2.操作系统的主要目的是管理系统资源和控制程序的执行以及为用户提供方便的使用接口。
（对）
3.多道批处理系统是指那些系统中有多个CPU同时处理作业的系统。
（错）
4.Windows98具有很好的Internet网络应用功能，所以Windows98是网络操作系统。
（错）
5.分布式操作系统能使系统中若干台计算机互相协作完成一个共同的任务。
（对）
五、简答题：
1.什么是计算机系统？
2.操作系统的作用是什么？
3.请分析网络操作系统和分布式操作系统的区别。
4.什么是分布式操作系统，它有什么特点？
5.什么是分时系统？
6.什么是程序状态字？
它由哪几个部分组成？
7.程序状态字和程序状态字寄存器有什么关系？
8.什么是系统调用？
9.什么是特权指令？
10.运行在目态下的用户程序怎样才能使用外围设备？
11.根据计算机系统的功能和应用，可以把操作系统分成哪几类？
12.操作系统提供给用户的接口有那些？
六、习题解析：
1.计算机系统由哪两部分组成？
2.什么是计算机的操作系统？
3.操作系统管理哪些资源？
4.为什么把“I/O指令”等定义为特权指令？
5.操作系统是如何防止用户使用特权指令的？
6.操作系统为什么要提供“系统调用”？
7.批处理操作系统，实时操作系统和分时操作系统各有什么特点？
8.从资源管理的观点看，操作系统有哪些基本功能？
参考答案
五、简答题:
1.计算机系统是能按人的要求接收和存储信息，自动进行数据处理和计算，并输出结果信息的机器系统。
计算机系统由硬件（子）系统和软件（子）系统组成。
硬件系统是借助电、磁、光、机械等原理构成的各种物理部件。
软件系统是由各种程序和数据组成，用于指挥全系统按指定的要求进行工作。
2.操作系统（OperatingSystem，缩写为OS）在整个计算机系统中属于硬件层之上的第一层基本软件，它的作用是：
1）管理计算系统的资源。
2）为用户提供了方便的使用接口。
3）为用户提供了良好的运行环境。
操作系统是计算机系统为了提高效率和便于使用而配置的不可缺少的基本软件。
3.网络操作系统把计算机网络中的各台计算机有机的联合起来，提供一种统一、经济而有效地使用各台计算机的方法，可使各个人计算机实现相互间传送数据。
网络操作系统的主要功能是实现各台计算机之间的通信以及网络中各种资源的共享。
分布式操作系统能使系统中若干台计算机相互协作完成一个共同的任务，或者说一个任务分布在几台计算机并行地运行。
网络操作系统强调的是网络资源的共享和各机之间的通信；而分布式系统除了网络资源的共享和各机通信外，更加强调任务的分布和并行执行的特点。
4.分布式计算机系统是由多台计算机组成的一种特殊的计算机网络，网络中任意两台计算机可以通过通信来交换信息，网络中的资源为所有用户共享。
分布式操作系统能使系统中若干台计算机互相协作完成一个共同的任务。
其主要特点是：
1）分布性。
分布式操作系统往往把一个大的算题分成若干个子算题，
这些子算题可以分布到分布式系统中的各个计算机上执行。
2）并行性。
分布到各个计算机中的子算题是同时并行在执行的。
3）动态配置性。
当一个新的设备和软件加入到网络或从网络中移出某
个设备时网络能继续工作。
5.分时系统使用户通过与计算机相连的终端来使用计算机系统，允许多个用户同时与计算机系统进行一系列交往。
在分时系统控制下，用户在终端设备上可以直接输入，调试和运行自己的程序，能直接修改程序中的错误，并且直接获的结果。
6.程序状态字（ProgamStatusWord,缩写为PSW）是用来控制指令执行顺序并且保留和指示与程序有关的系统状态。
一般来说，程序状态字包含三部分内容：
1）程序基本状态。
包括指令地址、条件码、目态/管态标志和等待/计
算状态。
2）中断码。
保存程序执行时当前发生的中断事件。
3）中断屏蔽位。
指出程序执行中发生中断事件时，要不要响应出现的
中断事件。
7.每个程序都有自己的程序状态字，它刻划本程序的执行状态。
但是，单处理器的计算机系统中只有一个程序状态字寄存器，它存放当前正在运行程序的程序状态字。
处理机依靠程序状态字寄存器的内容来控制程序的执行。
8.由于用户程序在目态下不能直接使用I/O指令等特权指令,为了解决这一问题，操作系统编制了许多不同功能的子程序，供用户程序执行中调用，这些由操作系统提供的子程序称“系统功能调用”程序，简称“系统调用”。
9.计算机系统中不允许用户程序直接使用的指令称为特权指令,如I/O指令，置中断屏蔽，把PSW送入到程序状态字寄存器等指令。
10.要控制外围设备必须使用有关的I/O指令，但是I/O指令属于特权指令,处于目态下的用户程序是不能直接执行I/O指令的。
如果用户程序需要完成I/O任务，可以调用操作系统中“启动I/O”子程序来完成。
现代的操作系统都有一条在目态下的访管指令，用户可以通过在自己的程序中放上一条访管指令并设置一些参数，来调用操作系统的有关系统调用子程序。
处理器执行到访管指令的时候回产生一个中断事件，实现用户程序和系统调用程序之间的转换，系统调用程序按用户设置的参数实现调用功能。
如果用户要求使用某外围设备，系统调用程序实际完成用户需要的外围设备的启动和控制。
当系统调用结束后，重新返回到用户程序被中断的下一条指令运行。
11.根据计算机系统的功能和应用,可以把操作系统分成：
单用户操作系统；批处理操作系统（单流批处理和多道批处理）；分时操作系统；实时操作系统；网络操作系统和分布式操作系统。
12.操作系统提供给用户的接口有:
系统功能调用、作业控制语言和操作控制命令。
用户使用这些接口可方便地请求计算机系统为其服务，而不必去关心许多有关硬件的特性。
六、习题解析
1.计算机系统是能按照人的要求接受和存储信息，自动进行数据处理和计算，并输出结果信息的机器系统。
计算机系统由两大部分组成：
计算机系统由硬件（子）系统和软件（子）系统组成。
其中硬件系统是系统赖以工作的实体，它是有关的各种物理部件的有机的结合。
软件系统是由各种程序和数据组成，这些程序的主要作用是协调各个硬件部件，使整个计算机系统能够按照指定的要求进行工作。
硬件子系统包括中央处理器、主存存储器、输入输出控制系统和各种外围设备。
软件子系统包括系统软件、支援软件和应用软件三个部分。
2.操作系统（OperatingSystem，缩写为OS）是一种系统软件。
它对程序的执行进行控制，还使用户能方便地使用硬件提供的计算机功能，也使硬件的功能发挥的更好。
它是一种用于管理计算机系统资源和控制程序执行的系统软件，它扩充系统的功能，为用户提供方便的使用接口和良好的运行环境。
3.操作系统管理计算机系统的资源,其中硬件资源主要包括中央处理器，主存储器和各种外围设备；软件资源包括程序和数据，通常这些程序和数据是以文件的方式存储和使用的。
它说明资源的使用情况，实现多用户共享计算机系统的各种资源。
4.若用户程序直接使用I/O指令,则可能引起冲突或由于某些意外而造成错误。
例如，用户程序中要启动磁带后取磁带上的信息，但可能操作员错拿了另一用户的磁带，把它放在磁带机上，这时用户程序启动磁带机后从磁带上得到的信息实际上不是自己需要的，就可能造成程序执行后得到结果不正确。
更糟糕的是当用户程序启动磁带机的目的是要把一些信息记到磁带上，将可能覆盖已在磁带上的信息，即把另一用户磁带上的信息破坏了。
为了防止类似这样一类的错误启动外围设备的工作不是用户程序直接做，而是操作系统来做。
5.为了防止用户程序中使用特权指令，计算机硬件结构区分两种操作模式：
目态和管态，其中目态下只能使用除特权指令以外的指令，管态下可以使用全部指令。
当在目态下使用特权指令时,硬件就发出信号:
“程序使用非法指令”，且不允许程序继续执行下去。
所以可以把用户程序置在目态下运行，而操作系统中必须使用特权指令的那部分程序可在管态下运行，这样可保证计算机系统的安全可靠。
6.系统调用是操作系统为用户程序提供的一种服务界面，也可以说是操作系统保证程序设计语言能正常工作的一种支持。
在源程序一级，用户用程序设计语言描述算题任务的逻辑要求（如读文件、写文件等）。
而这些要求的实现只通过调用操作系统提供的不同功能的子程序，即系统调用。
7.批处理操作系统是将一批作业的程序和数据交给系统后，系统顺序控制作业的执行，当一个作业执行结束后自动转入下一个作业的执行。
多道批处理操作系统，允许若干个作业同时转入主存储器，处理器轮流地执行各个作业，各个作业同时使用各自所需的外围设备。
实时操作系统接收到外部信号后及时进行处理，并且要在严格的时限内处理完接收的事件。
实时操作系统要求要有比分时操作系统更强的及时性。
可靠性是实时系统最重要的设计目标之一。
分时操作系统的主要特点是：
1）交互性。
用户能够直接与计算机系统交互。
2）及时性。
由于支持人机交互,所以主机应该尽快地对用户的要求给予
响应。
3）独立性。
这主要指多个用户虽然在同时使用主机系统,但是他们相互
之间是不干扰的。
4）多路性。
分时操作系统在宏观上看，整个系统同时在为多个用户服
务。
8. 1）处理器管理。
操作系统按照一定的调度算法分配处理机。
2）存储管理。
负责分配、回收和保护存储单元。
3）文件管理。
涉及到文件存储空间的分配与回收、文件目录管理、
文件读写与保护。
4）设备管理。
对设备进行分配、回收与控制。
5）作业管理。
负责作业的调度和作业控制。
第二章处理器管理
一、填空题
1.采用多道程序设计的前提是
。
2.程序的并行执行，发挥了
的能力，是处理器的效率
。
3.一个程序在
上的执行称为一个进程。
4.一个能被多个用户同时调用的程序称为
程序。
5.进程的基本状态是
、
、和
。
6.进程存在的惟一标识是
。
7.
最高优先级调度算法非常适合实时系统。
8.
调度算法适合于分时系统。
9.当发生中断事件但
时，硬件就暂时不响应该中断，待屏蔽标志消除时再响应。
10.进程的队列可以通过对
的链接来实现，有
和
两种链接方式。
11.当处理器执行完一条指令后，硬件的
立即检测有无中断事件发生，若有则暂时停止现行进程运行，调用操作系统中的
加以处理。
12.进程是一个
的实体，它有自己的生命周期，它因
产生，因
而运行，因
而被阻塞（进入等待状态），因
而被撤消。
二、单项选择题：
1.从总体上说，采用多道程序设计技术可（）单位时间内的算题量，对每一个算题开始到全部完成所需要的事件可能（B）。
A.增加减少B.增加延长C.减少延长D.减少减少
2.进程和程序的根本区别在于（D）。
A.是不是被调入到内存中B.是不是占有处理器
C.是不是具有就绪、运行和等待三种状态D.静态与动态特点
3.进程在三个基本状态的转换，肯定不会有的转换是（B）。
A.运行态至就绪态B.等待态至运行态C.运行态至等待态D.等待态至就绪态
4.在单处理器系统中，如果同时存在有10个进程，则处于就绪队列中的进程最多为（C）个。
A.1B.8C.9D.10
5.进程调度是从（B）选择一个进程进入处理器中运行。
A.等待队列B.就绪队列C.作业后备队列D.提交队列
6.多道程序设计是指（B）。
A.有多个程序同时进入CPU中运行B.有多个程序同时进入主存并行执行
C.程序段执行不是顺序的D.同一个程序可以对应多个不同进程
7.中断处理程序从（B）取出中断码。
A.新PSWB.旧PSWC.内存D.磁盘
8.如果要照顾所有进程，让他们都有执行的机会，最好采用（D）算法。
A.先来先服务B.最高优先级C.可抢占式调度D.时间片轮转法
9.最高优先级调度算法中，对于同优先级别的几个进程，往往采用（A）调度算法。
A.先来先服务B.可抢占式优先数C.时间片轮转D.短进程优先
10.关于进程的属性，下述提法中（D）是不正确的。
A.进程包含了数据和运行其上的程序B.同一程序运行在不同的数据集合上时，构成不同的进程
C.一个被创建的进程，在它消亡之前，总是处于三种基本状态之一D.若干个进程在单CPU机器中，必须依次执行，即一个进程完成后，另一个进程才能开始工作
11.采用多道程序设计能（C）。
A.缩短每道程序的执行时间B.增加平均周转时间C.提高并发挥并行能力D.降低对处理机调度的要求
四、是非判断题：
1.两次打开WORD97，编辑同一篇文章，因为程序一样（WORD97）,数据一样（同一篇文章），所以系统中运行的这两个WORD97是同一个进程。
（错）
2.一个进程是一个程序的一次执行，所以不同的进程对应不同的程序。
（错）
3.进程有三个状态：
运行态、就绪态和等待态。
（错）
4.采用最高优先级调度算法示，处于运行状态的进程一定是优先级最高的进程。
（错）
5.若无进程处于运行状态，则就绪队列和等待队列均空。
（错）
五、简答题：
1.程序并行执行有什么好处？
2.进程和程序有什么区别和联系？
3.为什么说进程控制块是操作系统感知进程存在的唯一标志？
4.非可抢占式和可抢占式进程调度的区别是什么？
5.处于等待态的进程在等待的事件完成后为什么是进入就绪状态而不是运行状态？
6.分时系统地响应时间和哪些因素有关？
它们对响应时间有什么影响？
7.某单处理器系统中采用多道程序设计，现有20个进程存在，则处于“运行”、“等待”和“就绪”状态的进程数量最小和最大值分别可能是多少？
8.某分时系统中的进程可能出现如图2－4所示的状态变化。
1）根据图2－4，你认为该系统采用的是什么进程调度策略？
2）把图中所示的每一个状态变化的原因填在下表的相应栏中？
变 化
原 因
1
2
3
4
5
6
9.在一个分时系统中，为每个进程分配时间片可以随进程的执行特点和执行情况而变化。
现在有两类进程，一类进程经常产生中断，另一类进程中断次数很少，请问这两类进程哪类应该分得长的时间片，哪类应该分得短的时间片？
为什么？
更进一步，为哪类进程指定高优先级？
为哪类进程指定低优先级？
六、习题解析：
1.什么是多道程序设计？
为什么要采用多道程序设计？
2.进程有哪些基本状态？
画出进程基本状态变化图。
3.列举进程状态发生变化的事件。
4.解释中断、中断源。
5.硬件发现中断事件后应做哪些工作？
6.中断处理程序应做哪些主要工作？
7.在一个单处理器多道程序设计系统中，现有两道作业在同时执行，一道以计算为主，另一道以输入输出为主，你将怎样赋予作业进程占有处理器的优先级？
为什么？
8.假定就绪状态的进程按其优先数自小到大的顺序排成队列，当有一进程要进入就绪队列时，应按照它的优先数排在相应的位置上，试写出进程入对程序。
9.什么叫进程调度？
进程调度怎样使被选中的进程能占用处理器。
10.在分时系统中采用“时间片轮转”的调度策略有什么优越性？
五、简答题:
1.现代计算机具有处理器与外围设备并行工作的能力，但是程序顺序执行的情况下，经常会使计算机的一个部件工作时，另外的部件却处于空闲状态，系统效率低。
采用程序的并行执行可以充分发挥处理器与外围设备并行工作的能力，使处理器的效率有所提高。
2.进程和程序的区别和联系表现在以下方面：
1）程序只是一组指令的有序集合，它本身没有任何运行的含义,它只是
一个静态的实体。
而进程是程序在某个数据集上的执行,是一个动态
的实体，它有自己的生命周期。
2）进程和程序并不是一一对应的,一个程序执行在不同的数据集上就形
成不同的进程,可以用进程控制块来唯一标识每个进程。
而程序没有
和数据产生直接的联系，即使是执行不同的数据的程序,指令的集合
依然是一样的,所以无法唯一地标识出这些运行于不同数据集上的程
序。
一个进程肯定有一个与之对应的程序,而且只有一个。
而一个程
序有可能没有与之对应的进程（因为它没有执行）,也有可能有多个
进程与之对应（运行在几个不同的数据集上）。
3.进程控制块是一个数据结构。
当创建一个进程时，就建立一个进程控制块，进程控制块中记录着进程的基本情况和状态变化。
当进程任务完成被撤销时，系统是靠撤销进程控制块来实现的。
由此可以看出，进程控制块和进程是一一对应的。
系统通过进程控制块而“感知”到某个进程的存在，进程控制块是进程存在的唯一标志。
4.最高优先级调度算法原则上总是调度就绪队列中优先级最高的那个进程。
非抢占式和抢占式进程都属于最高优先级进程高度。
采用非抢占式最高优先级调度算法，当就绪队列中某进程的最高优先级高于正在处理器中运行的进程的最高优先级，并不会让正在运行的进程退出处理器，而是将高优先数的排在就绪队列的首部。
而采用抢占式最高优先级进程调度算法，则高优先数的进程会抢占处理器，让正在处理的进程处于就绪队列。
5.因为一个系统中可运行的进程很多，只有通过进程调度程序的统一管理，才能确保系统有条不紊地工作，否则，各行其是，势必会引起系统地混乱。
6.影响分时系统地响应时间的因素有：
时间片、用户数、切换进程时的交换信息量。
当用户数和交换信息量不变的情况下，原则上时间片越小，系统响应时间越短，系统对用户的反应也越快。
但是要注意，时间片的减少是有限度的，当时间片小到使进程切换的时间变得不可忽略得时候，就会严重影响系统的性能。
当时间片和交换信息量不变的情况下,用户数越少,响应时间越短。
当时间片和用户数不变的情况下，减少切换进程时的交换信息量也可以缩短响应时间。
7.运行态：
最少0个，最多1个；
等待态：
最少0个，最多20个；
就绪态：
最少0个，最多19个；
8.
1）分析这个状态变化图，图中2变换显然是时间片到的时候才会发生，又考虑到是分时系统，所以进程调度采用的是时间片轮转算法。
2）
变 化
原 因
1
进程被选中运行
2
运行满一个时间片（时间片到）
3
启动打印机工作后等待
4
等待磁盘工作结束
5
打印机工作结束
6
磁盘传输信息结束
9.经常产生中断的进程应该分配较短的时间片，很少产生中断的进程分配较长的时间片。
经常产生中断的进程连续运行的时间相对较短，即使给它长的时间片，也可能经常在时间片未用完前因中断而让出处理器，所以只需分配较短的时间片。
中断次数很少的进程，它连续运行的时间较长，为减少调度次数应给较大的时间片，尽可能让它较长时间占有处理器运行，可减少系统在调度上的花费。
让经常产生中断的进程优先级高于中断次数少的进程。
因为这类进程经常产生中断，当它占用CPU后因某事件主动让出CPU时，就可以让其他进程使用CPU，使CPU与其他部件并行工作。
六、习题解析
1.让多道算题同时进入一个计算机系统的主存储器并行执行，这种程序设计方法称为“多道程序设计”。
对具有处理器与外围设备并行工作能力的计算机采用多道程序设计后，能充分发挥处理器的使用效率，增加单位时间内的算题量，提高整个系统的效率。
2.进程在生命周期中，有三个基本的状态，任何一个进程被创建之后，在生命周期内的任一个时刻，它总是处于这三个基本状态中的一个状态中，且仅处在一个状态中。
这三个基本状态分别是：
1）就绪态。
处于这个状态的进程等待分配处理器以便运行。
2）运行态。
处于这个状态的进程占有处理器正在运行。
3）等待态。
处于等待态的进程是那些因为等待某个事件的完成而从运
行态退出的进程。
进程的基本状态的转换如图2－9。
3.引起就绪态至运行态的变迁的事件有：
1）正在运行的进
升级会员 