操作系统-1.操作系统引论-习题解析

用书《计算机操作系统（第四版）汤小丹》西安电子科技大学

说明：这些不是标准答案。是书上的，要多很多，但比答案更方便理解。

1.设计现代OS的主要目的是方便性，有效性，可扩充性和开放性。（P1）
2.OS的作用可表现在那几个方面？
答：三个作用。

OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口。
OS作为计算机系统资源的管理者。
OS实现了对计算机资源的抽象。(P2)

3.为什么说操作系统实现了对计算机资源的抽象？
答：OS是铺设在计算机硬件上的多层软件的集合，它们不仅增强了系统的功能，还隐藏了对硬件操作的具体细节，实现了对计算机硬件操作的多个层次的抽象模型。不仅可以在底层对一个硬件资源加以抽象，还可以在高层对该资源底层以抽象的模型再次进行抽象，成为更高层的抽象模型。随着抽象层次的提高，抽象接口所提供的功能就越强，用户使用也越来越方便。(P4)

4.说明推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是什么？
答：五个主要动力。

不断提高计算机资源利用率
方便用户
器件的不断更新换代
计算机体系结构的不断发展
不断提出新的应用需求（P4）

5.何谓脱机I/O和联机I/O？
答：脱机I/O方式：由于程序和数据的输入和输出都是在外围机的控制下完成的，或者说，它们是在脱离主机的情况下进行的。联机I/O方式：在主机的直接控制下进行输入/输出的方式。（P6）

6.推动分时系统形成和发展的主要动力是什么？
答：为了满足用户对人一机交互的需求。(P9)

7.实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？
答：必须解决的关键问题是，如何让用户能与自己的作业进行交互。解决：为此，系统首先必须能提供多个终端，同时给多个用户使用，其次，当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及时接收，并及时处理该命令。(P9)

8.为什么要引入实时操作系统？
答：实时系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定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地运行。事实上实时操作系统最主要的特征是将时间作为关键参数，它必须对所接受的某些信号做出“及时”或“实时”的反应。(P11)

9.什么是硬实时任务和软实时任务？
答：
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。用于工业和武器控制的实时系统，通常它所执行的是硬实时任务。软实时任务：也联系着一个截止时间，但并不严格，若偶尔错过了任务的截止时间，对系统产生的影响并不会太大。诸如用于信息查询系统和多媒体系统中的实时系统，通常是软实时系统。（P11）

10.从交互性、及时性以及可靠性方面将分时系统与实时系统进行比较。
答：

及时性：信息查询系统对实时性的要求是依据人所能接受的等待时间确定的，而多媒体系统实时性的要求是，播放出来的音乐和电视能令人满意。实时控制系统的实时性则是以控制对象所要求的截止时间来确定的，一般为秒级到毫秒级。
交互性：在信息查询系统中，人与系统的交互性仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。它不像分时系统，能向终端用户提供数据处理、资源共享等服务。而多媒体系统的交互性也仅限于用户发送某些特定的命令，如开始、停止、快进等。由系统立即响应。
可靠性：分时系统要求系统可靠，实时系统要求系统高度可靠。因此，在实时系统中都采取了多级容错措施来保障系统的安全性及数据的安全性。（P12）

11.OS有哪几大特征？最基本的特征是什么？
答：并发、共享、虚拟、异步
最基本的特征是：并发and共享（P14,P16）

12.在多道程序设计的OS环境下的资源共享与一般情况下的资源共享有何不同？对独占资源应采取何种共享方式？
答：一般情况下的资源共享是说明某种资源能被大家使用。图书借阅：同时同地进行借阅。学校机房上课：同时同地使用计算机。只需要适当的安排，就不会产生竞争，管理资源比较简单。OS环境下的资源共享，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。宏观上，限定了时间（进程在内存期间），限定了地点（内存）。因为系统中的资源远少于多道程序需求的总和，会形成它们对共享资源的争夺。所以，系统必须对资源共享进行妥善管理。对独占资源应采用互斥共享方式。（P15）

13.什么是时分复用技术？提高资源利用率的原因是什么？
答：时分复用技术:允许多个用户“同时”访问，使每个终端用户都认为专门为他服务。
提高资源利用率的原因是，它利用某设备为一用户服务的空闲时间，又转去为其他用户服务，使设备得到最充分的利用。（P16）

14.是什么原因使操作系统具有异步性特征？
答：

进程的异步性，进程以人们不可预知的速度向前推进。
程序的不可再现性，即程序执行的结果有时是不确定的。
程序执行时间的不可预知性。（P17）

15。处理机管理有哪些主要功能？其主要任务是什么？
答：处理机管理的主要功能有：创建和撤销进程，对诸进程的运行进行协调，实现进程之间的信息交换，以及按照一定的算法把处理机分配给进程。

进程控制的主要功能就是为作业创建进程，撤销（终止）已结束的进程，以及控制进程在运行中的状态转换。
进程同步的任务就是为多个进程（含线程）的运行进行协调。
进程通信:交换信息。
调度包括作业调度和进程调度。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，为它们分配运行所需的资源，在将这些作业调入内存后，分别为它们建立进程，使他们都成为可能获得处理机的就绪进程，并将它们插入就绪队列中。进程调度：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，使其投入执行。（P18）

16.内存管理有哪些主要功能？其主要任务是什么？
答：存储器管理的主要任务：为多道程序的运行提供良好的环境，提高存储器的利用率，方便用户使用，并能从逻辑上扩充。

内存分配：为每道程序分配内存空间，提高存储器的利用率，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。
内存保护：确保每道程序都仅在自己的内存空间运行，彼此互不干扰。绝对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他用户程序中去执行。
地址映射：能够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。
内存扩充：请求调入功能，置换功能。（P19）

17.设备管理有哪些主要功能？其主要任务是什么？

答：设备管理的主要任务，完成用户进程提出的I/O请求，为用户进程分配所需的I/O设备，并完成指定的I/O操作。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。

缓冲管理：如果在I/O设备和CPU之间引入缓冲，则可能有效地缓和CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾，提高CPU的利用率，进而提高系统吞吐量。改善系统的性能。
设备分配：根据用户进程的I/O请求，系统现有资源情况以及按照某种设备分配策略，为之分配其所需的设备。
设备处理：用于实现CPU 和设备控制器之间的通信，即由CPU向设备控制器发出I/O命令，要求它完成指定的I/O操作，反之，由CPU接收从控制器发出来的中断请求，并给予迅速的响应和相应的处理。（P20）

18.文件管理有哪些功能？其主要任务是什么？
答：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及方便用户使用，并保证文件的安全性。