计算机操作系统(第四版)课后习题答案(第一章)

第一章【操作系统引论】

学习本章习题大概可以帮助你了解认识操作系统这个基本概念以及部分实现的技术。

习题
1.设计现代OS的主要目标是什么？
（1）：方便性：方便用户，使计算机变得易学易用。
（2）：有效性：加速程序的运行，从而提高系统的吞吐量。
（3）：可扩充性：方便的添加新功能和模块。
（4）：开放行：使得各种硬件、软件都能彼此兼容，实现互连。

2：OS的作用可表现在哪几个方面？
（1）：OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口。
（2）：OS作为计算机系统的资源的管理者。
（3）：OS实现了对计算机资源的抽象。

3：为什么说操作系统实现了对计算机资源的抽象？
对于一台无操作系统的计算机系统（即裸机）用户想要控制计算机只能对硬件的物理接口有充分的了解。而操作系统犹如在硬件上铺设了一系列软件的集合，通过软件控制硬件从而隐藏了对硬件控制的细节。而且还增强了系统的功能，实现了对计算机硬件操作的多个层次的抽象模型。

4：试说明推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是什么？
（1）：资源利用率高
（2）：系统吞吐量大

5：何为脱机I/O和联机I/O？
脱机I/O是针对联机I/O的改进。
脱机IO：事先将装有用户程序和数据的纸带装入纸带输入机，在一台外围机的控制下，把纸带上的数据输入到磁带上。当CPU需要这些程序和数据时，再从磁带上高速地调入内存；
联机IO：在主机的直接控制下进行输入/输出的方式，称为联机输入/输出（On-Line I/O）方式

6：试说明推动分时系统形成和发展的主要动力是什么。
为了满足人——机交互。

7：实时系统的关键性是什么，应如何解决?
实时系统的关键性未将时间做为关键参数，它必须对接受到的某些信号做出“及时”或“实时”的处理。实时系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致的完成。
用单任务处理方式解决（Ps：这里答案不太正规）

8：为什么要引入实时操作系统。
随着技术的发展许多的系统上需要实时的信息处理或者操作，如：工业（武器）控制系统、飞机或者火车订票系统、嵌入式系统…

9：什么是硬实时任务和软实时任务？试举例说明。
硬实时任务：是指系统必须满足任务对截止时间的要求，否则可能出现难以预测的后果。例：用于工业武器控制的实时系统
软实时任务：也联系一个截止时间，但并不严格，若偶尔错过了任务的截至时间，对系统的影响也不会太大。例：信息查询系统（购票系统）、多媒体系统（歌曲播放系统、投屏系统）。

10：试从交互性、及时性、以及可靠性方面将分时系统和实时系统进行比较。
交互性：
（1）分时系统：能向终端提供数据处理、资源共享等服务。
（2）实时系统：人与系统的交互性仅限于某些特定的专用服务程序。
及时性：
（1）分时系统：在用户能接受的等待时间内完成及时的操作。
（2）实时系统：以控制对象所要求的截止时间来确定的，一般精确到毫秒级。
可靠性：
（1）分时系统：要求系统可靠
（2）实时系统：要求系统高度可靠，往往采用多级容错性来保障系统的安全性以及数据的安全性。

11：OS有哪几大特征，其中最基本的特征是什么？
（1）并发性：

并发性（Concurrence）是指在一个系统中，拥有多个计算，这些计算有同时执行的特性，而且他们之间有着潜在的交互。因此系统可进行的运行路径会有相当多个，而且结果可能具有不确定性。并发计算可能会在具备多核心的同一个芯片中复合运行，以优先分时线程在同一个处理器中运行，或在不同的处理器执行。
程序并发性体现在两个方面： 1、用户程序与用户程序之间的并发执行；2、用户程序与操作系统程序之间的并发。

（2）共享性：

资源共享是操作系统程序和多个用户程序共用系统中的资源。

（3）随机性：

操作系统的运行是在一个随机的环境中，一个设备可能在任何时间向处理机发出中断请求，系统无法知道运行着的程序会在什么时候做什么事情。

（4）虚拟性 (virtual)

是指通过技术将一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。在操作系统中虚拟的实现主要是通过分时的使用方法。显然，如果n是某一个物理设备所对应的虚拟逻辑设备数，则虚拟设备的速度必然是物理设备速度的1/n。

（5）异步性：

即不确定性。同一程序和数据的多次运行可能得到不同的结果；程序的运行时间、运行顺序也具有不确定性；外部输入的请求、运行故障发生的时间难以预测。这些都是不确定性的表现。

12：在多道程序技术的OS环境下的资源共享与一般情况下的资源共享有何不同？对独占资源应该采用何种共享方式?

一般情况下的资源共享只是说明一个资源可被大家共同使用（图书馆的书可被每一位借书者使用），OS环境下的资源共享是指资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。
对于独占资源应该采用互斥共享方式

13：什么是时分复用技术？举例说明它能提高资源利用率的根本原因是什么？

时分复用技术用来实现虚拟处理机、虚拟设备等，使资源的利用率得到提高。时分复用技术能提高资源利用率的根本原因在于，它利用某设备为一用户服务的空闲时间，又转去为其它用户服务，使设备得到最充分的利用

14：是什么原因使操作系统具有异步的特征？

对于内存中的每个进程，在何时能获得处理及运行，何时又因提出某种资源请求而暂停，以及进程以怎么样的速度向前推进，每到程序总共需要多少时间才能完成等等，都是不可预知的。

15：处理机的管理有哪些主要功能？其主要任务是什么？

（1）进程的控制：进程控制的主要功能也就是为作业创建进程、撤销已结束的进程，以及控制进程在运行过程中的状态转换。
（2）进程的同步：为使多个进程能够有条不紊的进行，该机制的主要任务是为多个进程（含线程）的运行进行协调。
（3）进程通信：实现相互合作进程之间的信息交换。
（4）调度：
作业调度：从后备队列中按照一定的算法选择出若干个作业，为他们分配运行中所需要的资源，在将这些作业调入内存后，分别为它们建立进程，使它们成为可能获得处理机的就绪进程，并把它们插入到就绪队列中。
进程调度：进程调度的主要任务是从进程的就绪队列中按照一定的算法选出一个进程，将处理机分配给它，并为它设置运行现场，使其投入运行。

16：内存管理有哪些功能？其主要任务是什么？

（1）内存分配：

<1 为每到程序分配空间，使它们“各得其所”
<2 提高储存器的利用率，尽量减少不可用的内存空间（碎片）
< 3 允许正在运行的程序申请附加的内存空间，以适应程序和数据动态增长的需要。

 P：OS在内存分配时，可采徐静态和动态两种方式；静态分配方式。每个作业的内存空间是在作业装入内存时确定的，在作业装入后的整个运行期间不允许该作业在申请新的内存空间，也不允许作业在内存中“移动”。动态分配方式。每个作业所要求的基本内存空间也是在装入内存时确定的，但允许作业在运行过程中继续申请新的附加内存空间，以适应程序和数据的动态增长，也允许作业在内存中“移动”。

（2）内存保护内存保护的主要任务是：
<1 确保每道用户程序都仅在自己的的内存空间内运行，彼此互不干扰。
<2 绝不允许用户程序访问操作系统的程序和数据，也不允许用户程序转移到非共享的其它用户程序中去执行。
（3）地址映射
将地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中与之对应的物理地址。
（4）内存扩充
<1 请求调入功能：系统允许在仅装入部分用户程序和数据的情况下，便能启动该程序运行。在程序运行的过程中，若发现所需的程序和数据尚未装入内存，可向OS发出请求，由OS从磁盘中将所需部分调入内存，以便继续运行。
<2 置换功能：若发现没有内存空间装入所需要调入的程序和数据时，系统应将内存中的一部分暂时不用的程序和数据调至硬盘上，以腾出空间，然后在将所需调入的部分转给内存。

17：设备管理有哪些主要功能？其主要任务是什么？
功能：缓冲管理、设备分配、设备处理
主要任务：（1）完成用户提出的I/O请求，位用户进程分配所需的I/O设备，并完成指定的I/O操作。
（2）提高CPU和I/O设备的利用率，提高I/O速度，方便用户使用I/O设备。

18:文件管理有哪些主要功能？其主要任务是什么？
功能：文件存储空间的管理、目录管理、文件的读写管理和保护。
主要任务：文件管理的主要任务是对用户文件和系统文件进行管理以方便用户的使用，并保证文件的安全性。

19：试说明推动传统OS演变为现代OS的主要原因是什么？
现在操作系统除了具有传统操作系统的功能外，还增加了面向安全、面向网络和面向多媒体等功能。

20：什么是微内核OS？
1）足够小的内核
2）基于客户/服务器模式
3）应用“机制与策略分离”原理
4）采用面向对象技术

21:微内核操作系统有哪些优点？它为何具有这些优点？

优点：
1）提高了系统的扩展性
2）提高了系统的可靠性
3）可以移植性强
4）提供了对分布式系统的支持
5）融入了面向对象技术
原因：
由于微内核结构OS结构是建立在模块化、层次化结构基础上的，并采用了客户/服务器模式和面向对象程序设计技术，因此操作系统具有以上优点。

22：现代操作系统之传统操作系统增加了哪些功能和特征？

1）系统安全
2）网络的功能和服务
3）支持多媒体

23：在微内核OS中，为什么采用客户/服务器模式？

C/S模式具有独特的优点:
(1)数据的分布处理和存储。
(2)便于集中管理。
(3)灵活性和可扩充性。
(4) 易于改编应用软件。

24：在微内核结构OS中，应用了哪些新技术？

1）足够小的内核
2）客户/服务器模式
3）“机制与策略分离”原理
4）面向该对象技术

25：何为微内核技术？在微内核技术中通常提供了哪些新功能？

把操作系统中更多的成分和功能放到更高的层次（即用户模式）中去运行，而留下一个尽量小的内核，用它来完成操作系统最基本的核心功能，称这种技术为微内核技术。
功能：
1）进程（线程）管理
2）低级存储器管理
3）中断陷入处理

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