最新大学操作系统习题及解答.docx

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最新大学操作系统习题及解答

大学操作系统习题及解答

第1章

习题解答

习题1.1

1.试问计算机的四个组成要素是什么？

答：

硬件设备、操作系统、应用程序及用户。

2.个人计算机操作系统的主要设计考虑是什么？

答：

使用上的便利性与执行的性能。

3.试问操作系统分配哪些计算机的资源？

答：

包括了CPU时间、内存空间、文件存储空间、I/O设备等。

习题1.2

1.试问多道程序系统与分时系统分别会在什么时候切换进程？

答：

多道程序系统中，当正在执行的工作进入等待状态时，会切换到内存中的其他工作继续执行。

分时系统的进程在其完成或是等待I/O之前会执行短暂的时间，然后切换到等待状态，由其他进程继续执行。

2.试举例说明操作系统的功能是否会随着时间而改变。

答：

操作系统的功能会随着时间而改变，如在单节点系统中的发展由批处理系统、多道程序系统至分时系统。

3.试说明对称与非对称多重处理之间的不同。

答：

对称多重处理就是系统中的每个处理器都执行一份相同的操作系统。

非对称多重处理使用客户/服务器，每个处理器各自有不同的工作，其中有一个主处理器负责控制整个系统，并分配工作给其他处理器。

习题1.3

1.试说明网络如何分类。

可以分为哪几类？

答：

网络可以由节点之间的距离来分类，可以分为局域网、都市局域网、广域网络与小域网络。

2.说明WWW对操作系统的发展有何影响。

答：

随着1990年代中期WWW的出现，网络功能成了个人计算机操作系统中的基本功能。

除此之外，许多以前无法上网的设备现今都提供了有线或是无线网的功能，并且仍不断地改进网络技术或是实现方法来提高联机的质量。

3.试说明紧密耦合与非紧密耦合系统之间的差异。

答：

紧密耦合系统中，各个处理器之间共享内存或是时钟；非紧密耦合系统的处理器则拥有自己的内存，并借着各样的通信线路与其他处理器通信。

4.使用集群式系统有何优点？

说明集群式系统与并行系统有何不同。

答：

集群式系统是一群由局域网紧密连接在一起并共享系统中存储设备的计算机系统，可以提高系统的可用性。

集群式系统与并行系统不同的是，集群式系统是将两个或两个以上的独立系统结合在一起而成。

习题1.4

1.试说明实时系统在运算上有何特殊限制？

答：

一个实时系统会有详细定义的时间限制，系统必须在所定义的限制之内完成运算，否则工作将会失效。

2.试问实时系统分为哪两类？

两者有何不同？

答：

实时系统可分为硬实时系统与软实时系统，硬实时系统保证所执行的工作一定会在时间之内完成。

软实时系统中的实时进程会比其他进程有更高的优先级，在超过时间限制之后，虽然执行的价值降低许多，实时进程还是可以继续执行。

3.试说明手持式系统有何优点，并说明在硬件上有何限制。

答：

手持式系统具有高度的便利性与可移植性但是在设计上较受限于硬件的设计。

一般说来手持式系统都不大，而且我们还希望它越小越好，因此手持式系统上只有少量的内存空间、较慢的处理器及小型的显示屏幕等。

4.试简述嵌入式系统的特性。

答：

通常用来执行特定功能，与一般计算机系统有很大的区别。

大多以微电脑与外围设备为内核，处理器可以由如8051的单芯片到先进的x86芯片担任。

具有严格的时间限制与稳定度要求，系统若发生错误可能造成严重的后果。

习题1.5

1.试问何种技术拓展了传统式计算的范围？

答：

互连网络的技术拓展了传统式计算的范围。

2.试说明负载平衡器有何作用。

答：

负载平衡器负责将网络联机分散到网络中同样功能的服务器上，以提高系统的整体性能。

3.试问嵌入式操作系统有何特点？

答：

缺乏较先进的系统功能如虚拟内存等；只提供了较为简单的功能；只有极少，甚至完全没有用户接口。

作业解答

1.试说明操作系统的主要目的。

答：

操作系统的主要功能是提供用户一个更方便且更有效的执行环境，以便利用计算机硬件来解决各种问题。

操作系统决定如何分配系统中所有的资源使得系统可以有效且公平地运行，并且负责管理程序的执行并预防错误或是不正常地使用计算机，并特别注重I/O设备的操作与控制。

2.试说明批处理系统、多道程序系统与分时系统三者有何不同。

答：

早期的计算机系统与用户之间没有直接地交互，用户会先将工作准备好，一般包括程序、数据与控制等信息，然后通过卡片阅读机将工作输进计算机中，等到工作执行完了之后，系统会将执行结果连同内存与寄存器中的值一起输出。

为了加速计算机处理的速度，会将性质接近的工作集中一批处理，然后整批交给计算机一次执行，然后再取回执行完的结果。

任务调度的技术使得计算机系统能够进行多道程序处理，操作系统会由系统中选出几个工作加载到内存，然后由内存中选出一个工作来执行。

当执行的工作需要等待某些事件，如等待某个I/O完成时，多道程序系统将会执行内存中的另一个工作。

当所执行的工作进入等待状态时，就会切换到内存中的其他工作继续执行，所以只要内存中有工作等待执行，CPU将不会空闲，从而提高CPU的使用率。

分时系统可以说是多道程序系统的扩展，CPU在多个工作之间快速地切换，所以用户可以与每个执行的程序进行交互。

一个分时操作系统可以让许多用户同时使用计算机系统，每个用户指令的执行时间都相当短，所以每个用户只需要短暂的CPU时间进行计算。

由于系统会在每个用户的程序间作快速的切换，使得用户感觉不出有许多任务正在同时执行，而会认为系统就像是被自己所独占一样。

3.试问大型计算机上的操作系统与个人计算机的操作系统在设计的考虑上有何差异？

答：

大型计算机上的操作系统的主要考虑是提高系统中各项资源的使用率，让系统所有可用的CPU时间、内存和I/O都能有效地充分利用，而且用户不会使用系统中过多的资源而影响其他的用户。

而个人计算机操作系统的设计考虑主要在使用上的便利性、执行的性能，但是并不十分注重系统资源使用率的最佳化，因为用户并不关心在等待速度较慢的I/O时或是系统是否空闲的问题等。

4.在一个多道程序与分时的计算机系统中，许多用户可以同时使用计算机，但是这样的环境会产生一些安全性的问题，试举出两种可能发生的问题，并说明在分时系统上是否可能达到独占系统所具有的安全层级。

答：

用户可以拷贝或是删除别的用户的文件，不当地使用系统中的资源，如CPU、内存、磁盘或是外围设备等。

虽然我们可以通过实现用户权限的机制来提高系统的安全层级，但是任何的安全机制仍有可能被破解。

5.试问在何种情形之下使用分时多用户系统会比使用个人计算机更合适？

答：

当有一些用户同时执行工作量大的工作或者是有许多用户的进程同时需要使用相同的资源时，使用分时多用户系统会比使用个人计算机更合适，因为分时多用户系统可以充分利用系统的计算能力而能获得比个人计算机更高的性能。

6.试说明在设计一个实时操作系统时可能会面临的问题。

答：

实时操作系统必须要小心地设计系统中断的机制，实时系统大多不允许嵌套的中断，因为嵌套中断无法确定中断执行的时间长短，可能会影响实时进程的执行。

实时操作系统，尤其是硬实时操作系统，一般不支持大部分先进的操作系统功能，因为这些功能大多会将用户与系统硬件区隔开来，导致执行所花费的时间不固定，例如实时系统中就不使用虚拟内存。

除此之外，也必须要尽可能降低实时操作系统所造成的额外负担以免影响实时进程的执行。

7.试问在发展手持式系统时有何设计上的考虑。

答：

由于手持式系统上只有少量的内存空间、较慢的处理器及小型的显示屏幕等，所以手持式系统在设计上会受限于硬件的设计，但是必须以有限的系统资源发挥最大的功能。

手持式系统只有少量的内存，所以必须要有效地使用这些有限的内存，如释放不用的内存空间。

另外，手持式系统多不支持虚拟内存，所以必须直接访问物理内存。

手持式系统在设计上只能使用较慢的处理器，并需要设法降低所消耗的电力。

而如何在小型的显示屏幕显示数据内容也是另一个设计上的考虑，通常只选择显示出最重要的信息。

8.在一个有两个节点的集群式数据库环境中，试举出两种集群软件管理或访问数据库数据的方法，并分别说明其优缺点。

答：

使用对称式集群则两部计算机同时执行应用程序，并且互相地监控着。

对称式集群显然在执行上较有效，因为它使用了集群中所有可用的计算机，但是相互监控的机制较为复杂。

使用非对称式集群中则会有一部计算机不执行任何的应用程序，但它会保持在随时待命的状态并监控着另一部计算机，当所监控的计算机发生故障时，待命的计算机马上取代故障的计算机并继续其工作，非对称式集群会浪费系统中的计算资源。

9.我们知道操作系统的主要目的是要更有效地使用计算机硬件，试问在何种状况之下操作系统可以不遵循这项原则而浪费部分系统资源？

答：

个人计算机操作系统的设计考虑主要在使用上的便利性、执行的性能，但是并不十分注重系统资源使用率的最佳化。

如图形用户界面为了要负责用户与系统之间的通信，会浪费部分系统的资源。

10.试分别定义以下操作系统的特性与功能：

a.批处理系统b.交互式系统c.分时系统d.实时系统e.网络系统f.并行系统g.分布式系统h.集群式系统i.手持式系统

答：

a.批处理系统中会将性质接近的工作集组合一批处理，然后整批交给计算机一次执行，可以通过缓冲、在线并发、多道程序等方式充分使用CPU及I/O设备而提升系统性能，批处理系统适合用于执行不需要交互的大型工作。

b.交互式系统通常会由数段短暂执行的程序组成，程序执行的结果在用户输入数据前无法事先预测，由于用户会等待执行之后的结果，所以系统的响应时间必须要很短，通常只有数秒。

c.分时系统使用CPU调度与多道程序来提供用户执行各种程序，CPU会在系统的进程之间快速地进行上下文切换，用户感觉不出有许多任务作正在同时执行，而会认为系统就像是被自己所独占一样并且可以与每个执行的程序进行交互。

d.实时系统通常用于特殊目的的系统，一个实时系统会有详细定义的时间限制，硬实时系统保证所执行的工作一定会在时间之内完成。

软实时系统中的实时进程会比其他进程有更高的优先级，在超过时间限制之后，虽然执行的价值降低许多，实时进程还是可以继续执行。

e.网络系统随着互联网越来越普遍，个人计算机、工作站、手持设备、PDA，甚至是手机都可以用来当作联机上网的工具。

我们可以通过网络共享系统资源，可以由互联网上取得更多的数据，并且建构自己的私人网络、架设网站并提供许多网络服务等。

f.并行系统具有多个CPU，这些CPU共享系统中的总线、时钟、内存及外围设备等，并行系统可以提高吞吐量、降低成本与提高可靠性。

g.分布式系统会将运算分散到几个处理器上，这些处理器并不共享内存或是时钟，这些处理器拥有自己的内存，并借着各样的通信线路与其他处理器通信，例如高速总线、网线或是电话线等。

h.集群式系统是一群由局域网紧密连接在一起并共享系统中存储设备的计算机系统，集群式系统是将两个或以上的独立系统结合在一起而成，可以提高系统的可用性。

当集群系统的其中一个节点发生故障，可以将故障节点上所执行的程序重新在其他节点上执行，客户端程序只会出现短暂地中断，整个集群系统不会受到太大的影响。

i.手持式系统带来高度的便利性与可移植性是其他系统所比不上的，但是在设计上较受限于硬件的设计。

一般说来手持式系统都不大，因此手持式系统上只有少量的内存空间、较慢的处理器及小型的显示屏幕等，必须能够妥善利用有限的硬件发挥最大的功能。

第2章

习题解答

习题2.1

1.CPU的主要工作是什么？

CPU一次能执行几个工作，为什么？

答：

A.专门处理各种运算，并且负责与外围设备通信。

B.一个CPU的执行是靠程序计数器（ProgramCounter）指向在内存里的程序代码段，然后取出所指的指令来执行，每执行完一个指令之后，程序计数器会自动指向下一个指令，所以CPU一次只能处理一个指令。