2326操作系统课后答案版.docx
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2326操作系统课后答案版
第一章复习题答案p13
1、计算机系统由哪些部分组成?
2、什么是计算机的操作系统?
答：
操作系统是计算机的一种系统软件，由它统一管理计算机系统的资源和控制程序的执行。
操作系统既是一种资源管理程序，又是一种其他程序执行的控制程序，其目的是提供一个供其它程序执行的良好环境。
3、操作系统管理计算机系统的哪些资源?
答：
操作系统管理的计算机系统资源包括两大类：
硬件资源和软件资源。
计算机系统的硬件资源主要包括CPU、主存储器、辅助存储器（磁带、磁盘等）以及各种输入输出设备（键盘、显示器、打印机等）；软件资源包括各种程序和数据。
4、操作系统怎样为用户提供良好的运行环境?
答：
操作系统是一种系统程序，其目的是提供一个供其他程序执行的良好环境。
首先操作系统要使得计算机系统使用方便：
操作系统为用户提供方便的使用接口，用户按需要输入命令或从提供的"菜单"中选择命令，操作系统按命令去控制程序的执行；用户也可以请求操作系统的功能模块为其服务，而不必了解硬件的特性。
其次操作系统要使得计算机系统能高效地工作：
操作系统扩充硬件的功能，而硬件的功能发挥的更好；操作系统使拥护合理共享资源，防止各用户间的干扰；操作系统以文件形式管理软件资源，保证信息的安全和快速存取。
5、操作系统怎样提高系统的效率?
答：
为提高系统的效率：
操作系统扩充硬件的功能，使硬件的功能发挥得更好；
操作系统使用户合理共享资源，防止各用户间的相互干扰；
操作系统以文件形式管理软件资源，保证信息安全和快速存取。
6、批处理操作系统怎样实现计算机操作的自动化?
答：
用户把准备好的一批作业信息，包括程序、数据、作业控制说明书通过相应的输入设备传送到大容量的磁盘上等待处理。
操作系统中的作业调度程序按照某种原则从磁盘上选择若干作业装入主存储器，主存储器中的这些作业可以占用中央处理机运行。
当某个作业执行结束时，启动打印机，输出计算结果。
然后又可以从磁盘上选择作业装入主存储器，让其运行。
这样，在作业控制说明书的控制下，无需认为干预，批处理操作系统实现了计算机操作的自动化。
7、分时操作系统的主要特点是什么?
答：
分时操作系统支持多道程序同时执行，实现了人机交互对话，主要有以下特点：
同时性允许多个终端用户同时使用一个计算机系统；
独立性用户在各自的终端上请求系统服务，彼此独立，互不干扰；
及时性分时系统对用户的请求能在较短的时间内给出应答，使用户觉得系统即时响应了对他的请求而感到满意。
交互性采用了人-机对话的工作，用户在终端上可以直接输入、调试和运行自己的程序，能及时修改程序中的错误且直接获得结果。
8、什么是“前台”作业?
什么是“后台”作业?
为什么对“前台”作业要及时响应?
答：
批处理操作系统实现自动控制无需人为干预，分时操作系统实现了人机交互对话，这两种操作系统各具有各自的优点。
为了充分发挥批处理系统和分时系统的优点，一个计算机系统上配置的操作系统往往具有批处理能力，有提供分时交互的能力。
这样，用户可以先在分时系统的控制下，以交互式输入、调试和修改自己的程序；然后，可以把调试好的程序转交给批处理系统自动控制其执行而产生结果。
这些由分时系统控制的作业称为"前台"作业，而那些由批处理系统控制的作业称为"后台"作业。
在这样的系统中，对前台作业应该及时响应，使用户满意；对后台作业可以按一定的原则进行组合，以提高系统的效率。
9、实时操作系统的主要特征是什么?
答：
能使计算机系统接受到外部信号后及时进行处理，并且在严格的规定时间内处理结束，再给出反馈信号的操作系统统称"实时操作系统"，简称"实时系统"。
其特征是：
（1）及时响应，快速处理
实时系统的时间要求是强制性严格规定的，仅当在规定的时间内返回一个正确的结果时，才能认为系统的功能是正确的。
（2）高可靠性和安全性不强求系统资源的利用率
10、解释嵌入式（计算机）系统和嵌入式操作系统。
答：
计算机硬件不再以物理上独立的装置形式出现，而是大部分或全部都隐藏和嵌入到各种应用系统中。
我们把这样的系统称为嵌入式系统。
嵌入式系统是指运行在嵌入式系统中对各种部件、装置等资源进行统一协调、处理和控制的系统软件。
11、嵌入式操作系统的主要特点是什么？
答：
微型化和实时性。
12、网络操作系统和分布式操作系统都是配置在计算机网络上的操作系统，它们之间有什么本质上的不同?
答：
分布式操作系统与网络操作系统本质的不同之处在于，分布式操作系统的网络中的多台计算机没有主次之分；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。
把一个计算问题分成若干个可并行执行的子运算，让每个子计算在系统中的各计算机上并行执行，充分利用各计算机的优势。
这样，一个程序就分布在几台计算机并行执行，相互协作得到结果。
13、从资源管理的角度来看，操作系统的基本功能可分成哪些部分?
答：
从资源管理的角度来看，操作系统的基本功能可分为五大部分
（1）处理器管理为用户地分处理器时间，尽可能地使处理器处于忙状态，提高处理器的工作效率。
（2）存储管理实现对主存储器的管理，为用户分配主存空间，保护主存中的程序和数据不被破坏，提高主存空间的利用率。
（3）文件管理面向用户实现按文件名存取文件，管理用户信息的存储、检索、共享和保护，合理地分配和使用文件的存储空间。
（4）设备管理负责管理各种外围设备，包括设备的分配、启动以及SPOOL的实现技术。
第二章复习题答案p33
1、什么情况下操作系统程序才能占用中央处理器？
答：
一个计算机系统，尤其是采用多道程序设计的计算机系统，不仅有操作系统和其他的系统软件，而且还有若干应用程序。
这些程序只有占用中央处理执行时才能履行自己职责。
而中央处理器在任何时刻最多只能被一个程序占用。
计算机开启时，自动执行引导程序。
引导程序首先进行系统初始化的工作，然后把操作系统中的核心装入主存储器。
此后操作系统便等待用户请求（事件）的发生，当有某个事件出现，硬件便能识别并能发生一个中断，从而通知操作系统，由它的服务程序去处理，处理结束后，又等待下一个事件发生。
中断是计算机系统结构一个重要的组成部分。
中断装置由一些特定的寄存器的控制线路组成，CPU每执行完一条指令，中断装置都要判断是否有事件发生。
如果没有事件发生，CPU继续执行；若有事件发生，中断装置中断原先占用CPU的程序的执行，让操作系统的处理事件服务程序占用CPU对事件进行处理，处理完后，再让被中断的程序继续占用CPU执行下去。
2、允许多道程序同时执行的硬件基础是什么？
答：
中断和通道技术的出现是基础。
3、操作系统怎样让多个程序同时执行?
答：
一个计算机系统，尤其是采用多道程序设计的计算机系统，不仅有操作系统和其他的系统软件，而且还有若干应用程序。
这些程序只有占用中央处理执行时才能履行自己职责。
而中央处理器在任何时刻最多只能被一个程序占用。
中断装置在判别到有某个事件发生时，就会触发一个中断让操作系统去占用处理器。
操作系统对事件处理结束后，又主动让出处理器，并根据对事件处理情况从那些具备占用处理器条件的程序中选择一个，让它占用处理器，直到系统再一次发生事件而被中断。
操作系统总是按照预定的策略去选择可占用处理器的程序，系统中若干程序可以交替地占用处理器，形成多个程序同时执行的状态。
4、为什么要把“启动I/O”等指令定义为特权指令?
答：
一个程序可以在其它程序等待外围设备传送信息时占用处理器执行，在执行中如果它也使用启动指令去启动一台正在工作的外围设备，那么就会造成冲突。
为保护输入输出的完整性，把“启动I/O”等的一类可能影响系统安全的指令定义为特权指令。
特权指令只允许操作系统使用，用户程序不能使用特权指令。
用户程序若要启动I/O，必须请求操作系统代为启动，这种方式不但可以保证安全地使用外围设备，正确地传送信息，而且可减少用户为启动设备而必须了解外围设备特性以及启动等工作，大大方便了用户。
5、怎样限制用户程序中使用特权指令?
（1007考题33）
答：
为了保证正确的操作，应该限制用户程序使用特权指令，为此，中央处理器设置了两种工作方式：
管态和目态。
在管态下，中央处理器可执行包含特权指令在内的一切指令；在目态下，中央处理器不准执行特权指令。
操作系统在管态下工作，用户程序在目态下工作。
如果中央处理器在目态下取到了特权指令，中央处理器就拒绝执行该指令，并产生“非法操作”事件经中断装置和操作系统通知用户修改。
6、操作系统与硬件如何配合来实现存储保护的?
答：
主存储器往往同时装入了操作系统程序和若干用户程序，为了保证正确操作，必须对主存储器区域进行存储保护。
存储保护随着主存储器管理方式的不同，实现保护的方法也有所不同，一般是操作系统与硬件配合来实现存储保护。
在连续分配的存储系统中，硬件中设置了两个寄存器来限定用户程序执行时可以访问的空间范围。
这两个寄存器是基址寄存器和限长寄存器，用来限定用户程序执行时可以访问的主存空间范围。
程序执行时，系统对每一个访问内存的地址进行核对：
"基址寄存器值≤访问地址≤基址寄存器值+限长寄存器值"成立，则允许访问；否则，不允许访问。
这样就保护了该区域以外的存储信息不受到破坏，一旦程序执行中出错也不会涉及其他程序。
7、为什么要研究操作系统的结构?
答：
操作系统是一种程序量大且接口复杂的系统软件。
设计一个操作系统要投入大量的人力和花费较长的时间。
因而，如何保证操作系统能正确，高效地工作至关重要。
由于程序的结构是影响程序质量的内在因素，因此，有必要对操作系统的结构进行研究。
8、应从哪些方面考虑操作系统的结构设计?
（0904考题33）
答：
操作系统的结构设计应追求以下目标：
正确性：
一个结构良好的操作系统不仅能保证正确性而且易于验证其正确性；
高效性：
核心程序是影响计算机系统效率的的关键所在应遵循少而精的原则，使处理既有效又灵活。
可维护性：
操作系统要容易维护
可移植性：
在结构设计时，尽量减少与硬件直接有关的程序量并将其独立封装
9、操作系统采用层次结构有什么优点?
答：
各种设计方法总的目标都要保证操作系统工作的可靠性。
层次结构法的最大特点是把整体问题局部化，采用层次结构不仅结构清晰，而且便于调试，有利于功能的增加，删减和修改。
层次结构的主要优点是有利于系统的设计和调试，正确性容易得到保证，也提高了可维护性和可移植性。
10、用户怎样使用操作系统提供的接口?
答：
用户是通过操作系统来使用计算机系统的，操作系统为用户提供两种类型的使用接口：
操作员接口：
用户可以用作业控制语言写出控制作业执行步骤的"作业说明书"，也可以从键盘上输入操作控制命令或从"命令菜单"中选择命令指出作业的执行步骤。
程序员接口：
操作系统提供了许多不同功能的子程序-系统功能调用，用户可以在程序中调用这些子程序。
11、操作系统为什么要提供"系统调用"？
答：
在用户编写的源程序一级，用户使用程序设计语言描述算题任务的逻辑要求，有一些要求的实现只有通过操作系统的功能程序才能完成。
操作系统编制了许多不同功能的子程序，用户程序在执行中可以调用这些子程序。
由操作系统提供的这些子程序称为"系统功能调用"程序，简称"系统调用"。
系统调用是操作系统提供给用户程序的服务接口。
12、UNIX系统的层次结构有什么特色？
答：
从结构上看，UNIX可以分成内核层和外壳层两部分。
内核层是UNIX操作系统的核心，它实现存储管理、文件管理、设备管理、进程管理等功能并为外壳层提供系统调用。
外壳层为用户提供各种操作命令（UNIX把它们称为shell命令）和程序设计环境。
外壳层由shell解释程序、支持程序设计的各种语言（如C、PASCAL和BASIC）、编译环境和解释程序、实用程序和系统库等组成。
UNIX系统不允许外壳层程序直接访问和干扰内核程序,因此,UNIX系统提供两种程序运行环境,即用户态和核心态.
UNIX系统的层次结构具有良好的性能,主要包括：
短小精悍、简洁有效、易移植、可扩充、开放性好等。
13、UNIX为用户提供怎样的使用接口？
（201004.33）
答：
UNIX的操作员通过操作控制命令来启动外壳层的用户程序执行。
UNIX的程序员接口就是其内核提供的系统调用，它是内核为外壳的用户程序提供的服务界面，也就是操作系统支持用户程序正常工作接口。
系统调用是用户程序请求操作系统继其服务的惟一形式，UNIX规定用户程序调用“trap指令”请求系统服务。
14、、什么是UNIX的shell文件（shell进程）？
请按自己的需要写一个shell文件。
答：
为了方便用户，UNIX系统允许用户使用shell命令语言编辑成一个文件来表示一组命令的执行顺序，用shell语言编辑成的文件称shell文件。
例P29例题。
15、带参数的shell文件有什么优点？
试写一个带参数的shell文件。
具有通用性，只要在启动shell文件执行的csh命令中给出不同的实际参数，就可对不同的源程序进行处理。
例P29例题
16、用户程序怎样请求UNIX的系统功能调用为其服务？
在用户程序中，根据需要，在适当的位置使用trap指令来请求系统功能调用。
当处理器执行到trap指令时便形成了一个中断事件，此时将暂停当前用户程序的执行，而由UNIX系统内核的trap处理子程序来处理这个中断事件。
17、trap处理子程序的主要职能是什么？
根据trap指令中的系统调用编号查系统调用程序入口表，得到该系统调用所带的参数个数和相应的处理程序的入口地址。
然后把参数传送到内核的系统工作区，再按处理程序入口地址转向该系统调用的处理程序执行。
18、UNIX为什么能允许一个用户同时执行两个以上的任务？
如果一个程序的运行需要较长的时间，且该程序运行时不再需要从终端上输入信息，那么用户可以要求UNIX把它转入后台运行，而不再加以监视。
UNIX规定只要在请求后台执行的命令末尾输入字符&，系统在执行命令时，若发现末尾有&，则就把实现这条命令功能的程序转入后台执行。
UNIX把一个程序转入后台执行后，不等该程序执行完就立即返回前台，且显示可以输入新命令的提示符。
如果这时用户又输入了一条新命令，那么实现这条命令功能的程序就与已转入后台执行的程序同时执行。
实现了一个用户同时执行两个以上的任务。
第三章处理器管理p79
1、什么是多道程序设计？
（200807A.35）
答：
让多个计算问题同时装入一个计算机系统的主存储器并行执行，这种设计技术称“多道程序设计”，这种计算机系统称“多道程序设计系统”或简称“多道系统”。
2、多道程序设计怎样提高系统效率？
答：
多道程序设计利用了系统与外围设备的并行工作能力，从而提高工作效率。
具体表现为：
∙提高了处理器的利用率；
∙充分利用外围设备资源：
计算机系统配置多种外围设备，采用多道程序设计并行工作时，可以将使用不同设备的程序搭配在一起同时装入主存储器，使得系统中各外围设备经常处于忙碌状态，系统资源被充分利用；
∙发挥了处理器与外围设备以及外围设备之间的并行工作能力；
从总体上说，采用多道程序设计技术后，可以有效地提高系统中资源的利用率，增加单位时间内的算题量，从而提高了吞吐率。
3、多道程序设计一定能提高系统效率吗？
答：
不一定
答：
多道程序设计对算题量和算题时间的影响。
采用多道程序设计能改变系统资源的使用情况，提高系统效率。
但是应注意以下两个问题：
∙可能延长程序的执行时间；
∙并行工作道数与系统效率不成正比。
从表面上看，增加并行工作道数就可提高系统效率，但实际上并行工作道数与系统效率是不成正比，因为并行的道数要根据系统配置的资源和用户对资源的要求而定：
（1）主存储器的大小限制了可同时装入的程序数量；
（2）外围设备的数量也是一个制约条件；
（3）多个程序同时要求使用同一资源的情况也会经常发生。
总之，多道程序设计能提高系统资源的使用效率，增加单位时间的算题量；但是对每个计算问题来说，从算题开始到全部完成所需要的时间可能延长，另外在确定并行工作道数时应综合系统的资源配置和用户对资源的要求。
4、答：
单道时处理器的利用率为：
（18+18）/（60+60）=30%
两道并行是处理器的利用率为：
（18+18）/（72=50%
利用率提高了（50-30）/30=66.7%
5、操作系统中为什么要引入“进程”？
（200907.34）
答：
程序是具有特定功能的一组指令或语句的集合，它指出了处理器执行操作的步骤。
在多道程序设计的系统中，可能有多个程序同时运行，而同一个程序也可能多次并行执行，仅用程序的概念不能正确反映出程序执行时的活动规律和状态变化，为了从变化的角度动态研究程序的执行，就需要引入“进程”的概念。
进程是指一个程序在一个数据集合上的一次执行（三个“一”）。
程序是静止的，进程是动态的（执行），进程包括程序和程序处理的对象，进程能够得到程序处理的结果。
6、可再入程序有什么特性？
它有什么特性？
答：
可再入程序是指一个能够被多个用户同时调用的程序。
（可以再次调入）。
它的特性有两点：
（1）可再入程序必须是纯代码，在执行时自身不改变；
（2）一个可再入程序要求调用者提供工作区，以保证程序以同样方式为各用户服务。
7、进程有哪些基本状态？
它们的变化关系是怎样的？
答:
通常，根据进程执行过程中不同时刻的状态，可归纳为三种基本状态：
·等待态：
等待某个事件的完成；
·就绪态：
等待系统分配处理器以便运行；
·运行态：
占有处理器正在运行。
进程在执行中状态会不断地改变，每个进程在任何时刻总是处于上述三种基本状态的某一种基本状态.
运行态→等待态往往是由于等待外设，等待主存等资源分配或等待人工干预而引起的。
等待态→就绪态则是等待的条件已满足，只需分配到处理器后就能运行。
运行态→就绪态不是由于自身原因，而是由外界原因使运行状态的进程让出处理器，这时候就变成就绪态。
例如时间片用完，或有更高优先级的进程来抢占处理器等。
就绪态→运行态系统按某种策略选中就绪队列中的一个进程占用处理器，此时就变成了运行态。
8、阐述进程控制块的作用？
答：
进程控制块（ProcessControlBlock,简称PCB），是操作系统为进程分配的用于标志进程，记录各进程执行情况的。
进程控制块是进程存在的标志，它记录了进程从创建到消亡动态变化的状况，进程队列实际也是进程控制块的链接。
操作系统利用进程控制块对进程进行控制和管理。
进程控制块的作用有：
∙
（1）记录进程的有关信息，以便操作系统的进程调度程序对进程进行调度。
这些信息包括标志信息、说明信息、现场信息和管理信息等；
∙
（2）标志进程的存在，进程控制块是进程存在的唯一标志
9、进程能否访问自己的进程控制块内容？
进程控制块是系统为程序建立的用于标志进程，记录各进程执行情况的。
进程本身不能访问或者修改自己的进程控制块的内容，但父进程可以访问或修改其子孙进程的进程控制块内容，以便对它的子孙进程进行必要的管理和控制。
10、处理器为什么要区分“目态”和“管态”两种操作模式？
答：
硬件提供的指令系统中有一部分不允许用户程序直接使用，这些不允许用户程序使用的指令称特权指令，特权指令只允许操作系统进行调度、控制或启动外围设备的程序使用。
为了避免错误地使用特权指令，处理器分为两种操作模式：
目态-只能执行特权指令以外的指令、管态-可执行指令系统中的一切指令。
若程序处于"目态"操作模式，一旦出现特权指令，处理器就能识别出程序非法使用指令，形成程序性中断事件，终止程序的执行。
在计算机系统中往往把用户程序置于目态下运行，已保证计算机系统的安全可靠。
11、中断装置发现中断事件后应做哪些事？
答：
中断装置发现了中断事件后，由操作系统的中断处理程序对中断事件进行处理，中断处理程序的主要工作有：
1）保护被中断进程的现场信息把中断时的通用寄存器，控制寄存器内容及旧PSW保存到被中断进程的进程控制块中。
2）分析中断原因根据旧PSW的中断码可知发生该中断的具体原因。
3）处理发生的中断事件一般只做一些简单处理，在多数情况下把具体的处理交给其他程序模块去做。
12、说明中断屏蔽的作用？
答：
中断优先级只是规定了中断装置响应同时出现的中断的次序，当中断装置响应了某个中断后中断处理程序在进行处理时，中断装置也可能去响应另一个中断事件。
因此会出现优先级低的中断事件的处理打断优先级高的中断事件的处理，使得中断事件的处理顺序与响应顺序不一致，而且会形成多重嵌套处理，使多现场保护、程序返回等工作变的复杂。
中断屏蔽技术就是为了解决上述问题而提出的，在一个中断处理没有结束之前不响应其他中断事件，或者只响应比当前级别高的中断事件。
于是，当中断装置检查到有中断事件后，便去查看PSW中中断屏蔽标志，如果没有屏蔽就响应该中断；否则，暂时不响应该中断，待屏蔽标志消除后再响应。
13、为什么不能屏蔽自愿中断事件？
答：
自愿中断事件是正在运行程序所期待中的事件，它是正在运行程序为请求调用操作系统的某个功能服务而执行一条“访管指令”所引起的中断。
当处理器执行到访管指令时就产生一个中断，因而进程自愿中断的断点是确定的。
自愿中断不同于强迫性中断，强迫中断不是当前进程所期待的，而是由于外部请求或意外而被迫打断当前进程的。
自愿中断是用户程序访问系统功能的手段，在进程中是确定的，因而不能屏蔽。
14、在一个单处理器的多道程序设计系统中，现有两道作业同时执行，其中以运算为主，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数？
解释为什么？
答：
赋于输入输出作业以较高的优先权。
确定作业的优先数一般从任务的紧迫性和系统效率等方面考虑。
交互式作业进程的优先数大于批处理作业进程的优先数。
15、假定就绪队列中的进程按优先数自大到小顺序排列，当即有进程要加入就绪队列时，应将它的优先数排入相应的位置，试就单向链接的方式写出实现进程入队的程序。
解：
这就是一个单向链表的插入操作，用类C语言描述如下：
procedureInsert（QueueReadyQue,PointerP）
{//ReadyQue是就绪队列指针，P是要插入队列进程指针
//P中的priority指示其进程的优先数
//P中的Next指示其后继进程指针
PointerP1=ReadyQue,P2=ReadyQue;
//P1指示比P优先数小的第一个进程指针
//P2指示比P优先数大的第一个进程指针
while（P->prioritypriority&&P1->Next）
{//查找要插入位置的前后结点
P2=P1;
P1=P1->Next;
}
//查到后将P插入到就绪队列中
P->Next=P1;
P2->Next=P;
}//EndProcedure
16、解释处理器的两级调度。
我们把磁盘上用来存放作业信息的专用区域称为输入井；把输入井中等待处理的作业称为后备作业。
从输入井中选取后备作业装入主存的工作称为作业调度。
作业调度选中了一个作业且把它装入主存储器时，就为该作业创建了一个用户进程，初始状态为就绪态。
我们把从就绪进程中选取一个进程，让它占用处理器的工作称为进程调度。
17、什么叫作业调度？
作业调度选择作业的必要条件是什么？
答：
作业调度是指按一定的策略从“输入井”中选择资源能得到满足的作业装入主存储器，使作业能有机会占用处理器执行。
作业调度选择作业的必要条件是系统中现有的尚未分配的资源能够满足该作业的资源要求。
18、某系统采用不能移动已在
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