1、操作系統教程第 5 版課后答案費祥林、駱斌 編著第一章 操作系統概論習題一一、 思考題1. 簡述現代電腦系統的組成及層次結構。 答：現代電腦系統由硬件和軟件兩個局部組成。是硬件和軟件相互交織形成的 集合體，構成一個解決計算問題的工具。硬件層提供根本可計算的資源，包括 處理器、存放器、內存、外存及 I/O 設備。軟件層由包括系統軟件、支撐軟件 和應用軟件。其中系統軟件是最靠近硬件的。2、電腦系統的資源可分成哪幾類？試舉例說明。答：包括兩大類， 硬件資源和信息資源。 硬件資源分為處理器、 I/O 設備、存儲 器等；信息資源分為程序和數據等。3. 什么是操作系統？操作系統在電腦系統中的主要作用是什么

2、？ 答：操作系統是一組控制和管理電腦硬件和軟件資源，合理地對各類作業進行 調度，以及方便用戶使用的程序的集合。操作系統在電腦系統中主要起 4 個方面的作用。1效勞用戶觀點操作系統提供用戶接口和公共效勞程序2進程交互觀點操作系統是進程執行的控制者和協調者3系統實現觀點操作系統作為擴展機或虛擬機4資源管理觀點操作系統作為資源的管理者和控制者4. 操作系統如何實現計算與操作過程的自動化？ 答：大致可以把操作系統分為以下幾類： 批處理操作系統、分時操作系統、實 時操作系統、 網絡操作系統和分布式操作系統。 其中批處理操作系統能按照用戶 預先規定好的步驟控制作業的執行， 實現電腦操作的自動化。 又可分為

3、批處理單 道系統和批處理多道系統。 單道系統每次只有一個作業裝入電腦系統的主存儲器 運行，多個作業可自動、 順序地被裝入運行。 批處理多道系統那么允許多個作業同 時裝入主存儲器， 中央處理器輪流地執行各個作業， 各個作業可以同時使用各自 所需的外圍設備， 這樣可以充分利用電腦系統的資源， 縮短作業時間， 提高系統 的吞吐率5操作系統要為用戶提供哪些根本的和共性的效勞？ 答：1創立程序和執行程序； 2數據 I/O 和信息存取；3通信效勞；4 過失檢測和處理。 為了保證高效率、 高質量的工作， 使得多個應用程序能夠有效 的共享系統資源，提高系統效率，操作系統還具備一些其他的功能：資源分配， 統計，

4、保護等。6. 試述操作系統所提供的各種用戶接口。 答：操作系統通過程序接口和操作接口將其效勞和功能提供給用戶。 程序接口由 一組系統調用組成，在應用程序中使用“系統調用 可獲得操作系統的低層服 務， 訪問或使用系統管理的各種軟硬件資源，是操作系統對外提供效勞和功能 的手段；操作接口由一組命令和或作業控制語言組成，是操作系統為用戶提 供的組織和控制作業執行的手段。7. 什么是系統調用？可分為哪些類型？ 答：操作系統為了到達為應用程序的運行提供良好的環境， 系統內核提供了一 系列具備預定功能的內核函數， 這一組特殊接口被稱為系統調用。操作系統所 提供的系統調用按功能可分為六類： 1) 進程管理；2

5、文件操作；3設備管理； 4主存管理； 5) 進程通信； 6) 信息維護。8. 什么是實用程序，可分為哪些類型？ 答：實用程序又稱支撐程序，是為應用程序的開發、調試、執行和維護解決共性 問題或執行公共操作提供的一組程序。按功能可分為： 1文件管理； 2語言支 持； 3) 狀態修改； 4支持程序執行； 5通信等。9. 試述系統調用的實現原理。 操作系統實現系統調用功能的機制稱為陷阱或異常處理機制。 其實現原理是： 首 先編寫系統調用函數并且設計系統調用入口地址表， 每個入口地址都指向一個系 統調用的內核函數， 有些還包含系統調用自帶參數的個數。 然后開辟現場保護區， 用以保存發生系統調用時的處理器

6、現場。10. 試述系統調用與函數過程調用之間的主要區別。 答：在程序執行系統調用或過程調用中兩者的主要區別是： 1 調用的形式和實 現的方式不同； 2被調用的代碼的位置不同； 3提供方式不同。11. 試述 API(Application program interface) 、庫函數與系統調用之間的關系 . 答： API 是由同名的封裝把系統調用封裝成應用程序能夠直接使用的應用接口。 所以，一個庫函數就是一種API, 個API的實現可能會用到一個系統調用或多 個系統調用，也可能假設干 API 封裝相同的系統調用，即使完全不使用系統調 用，也不存在任何問題。12. 試解釋脫機 I/O 和假脫機

7、I/O 。答：1脫機輸入輸出方式Of-Line I/O 是為了解決人機矛盾 CPU和I/O 設備之間速度不匹配而提出的。它減少了 CPU勺空閑等待時間， 提高了 I/O速 度。具體內容是將用戶程序和數據在一臺外圍機的控制下， 預先從低速輸入設 備到磁帶上，當CPUS要這些程序和數據時，在直接從磁帶機高速輸入到內存， 從而大大加快了程序的輸入過程，減少了 CPU等待輸入的時間，這就是脫機輸入技術；當程序運行完畢或告一段落，CPU需要時，無需直接把計算結果送至低速輸出設備， 而是高速把結果輸出到磁帶上， 然后在外圍機的控制下， 把 磁帶上的計算結果由相應的輸出設備輸出，這就是脫機輸出技術。2假設這

8、種輸入輸出操作在主機控制下進行，那么稱之為聯機輸入輸出方式。13. 為什么對作業進行批處理可以提高系統效率？答：多道程序系統可以利用 CPU的等待時間來運行其它程序。14. 舉例說明電腦體系結構的不斷改進是操作系統開展的主要動力之一。 答：電腦體系的根本結構遵循馮諾依曼體系結構，主要由運算器、控制器、存儲 器、輸入設備、輸出設備五局部組成。隨著 CPU不斷升級，存儲器的容量不斷增 大，電腦體系結構不斷的改進，從而，要求電腦的操作系統不斷的更新，由原來的 DOS到后來的 Windows98,Windows 2000,Windows XP,UNIX,LINIX 和 Windows 2003 等。1

9、5. 什么是多道程序設計？多道程序設計技術有什么特點？答; 多道程序設計是指允許多個作業同時進入電腦系統的主存并啟動交替計算 的方法。其特點是：1CPU主存和設備的利用率高;2丨系統的吞吐率提高,單 位時間內完成的作業數增加 ;3 充分發揮了系統的并行性， 設備與設備之間、 CPU 與設備之間均可并行工作。16. 簡述實現多道程序設計所必須解決的根本問題。 答：實現多道程序設計所必須解決的三個問題： 1 存儲保護和地址重定位； 2 處理機管理和調度； 3 資源的管理和分配。17. 電腦系統采用通道部件后，已實現處理器與外部設備的并行工作，為什么還 要引入多道程序設計技術？答：引入多道程序設計技

10、術的根本目的是提高CPU勺利用率，充分發揮電腦系統部件的并行性，一些應用問題也只有靠多道程序設計技術才能有效解決。 18什么是實時操作系統？試述實時操作系統的分類。答：實時操作系統 Real Time Operating System 指當外界事件或數據產生 時，能接收并足夠快的速度予以處理， 處理的結果又能在規定時間內來控制監 控的生產過程或對任務協調 一致運行的操作系統。分類： 1過程控制系統：如生產過程控制系統、導彈制導系統、飛機自動駕駛系統、 火炮自動控制系統。2信息查詢系統：電腦同時從成百上千的終端接受效勞請求和提問，并在短時 間內作出答復和響應。如情報檢索系統。3事務處理系統：電腦

11、不僅要對終端用戶及時作出響應，還要頻繁更新系統中 的文件或數據庫。如銀行業務系統。19. 在分時系統中，什么是響應時間？它與哪些因素有關？ 答：分時系統的響應時間是指用戶從終端發出一個命令到系統處理完這個命令并 做出答復所需要的時間。這個時間受時間片長度、 終端用戶個數、命令本身功能、 硬件特性、主存與輔存的交換速度等影響。20. 試比擬批處理操作系統與分時操作系統的不同點。答：分時操作系統與批處理操作系統的區別： 1 追求目標不同：批處理操作系 統以提高系統資源利用率和作業吞吐能力為目標， 分時操作系統強調公平性對 于聯機用戶的立即執行命令需要快速響應。 2適應作業不同：批處理操作系統 適應

12、已調試好的大型作業，分時操作系統適應正在調試的小型作業。3資源利用率不同： 批處理操作系統可合理安排不同負載的作業， 使資源利用率到達最正 確；在分時操作系統中， 多個終端的作業使用同類型的系統運行系統和共同子程 序使系統的高度開銷小，能公平的調配CPU和存儲資源。4作業控制方式不同： 批處理操作系統由用戶通過JCL書寫作業控制流，預先提交脫機作業；分時 操作系統交互作業由用戶從鍵盤輸入控制命令以交互方式聯機工作。21. 試比擬實時操作系統與分時操作系統的不同點。 答：分時操作系統是指在一個系統中多個用戶分時地使用同一臺電腦； 實時操作 系統是指電腦及時響應外部事件地請求并在規定時限內完成對該

13、事件的處理， 控制所有實時高備和實時任務協調一致地運行。實時操作系統和分時操作系統的主要區別有兩點： 1分時操作系統的目標是提供一種通用性很強的系統，有較強的交互能力 ; 而實時操作系統那么大都是具有特殊用途的專用系統，交互能力略差。2分時操作系統對響應時間雖有要求，但一般來說，響應時間由人所能承受的 等待時間來確定；而實時操作系統對響應時間要求很高， 一般由控制系統或信 息處理磁頭所能接受的延遲時間來決定。22. 試比擬單道和多道批處理系統。答：1單道批處理系統是最早出現的一種 os它具有自動性，順序性和單道性 的特點；多道批處理系統那么具有調度性，無序性和多道性的特點。2單道批處理系統是在

14、解決要人機矛盾及CPU和I/O設備之間速度不匹配的矛盾中形成的， 旨在提高系統資源利用率和系統吞吐量， 但是仍然不能很好的利用系統資源； 多 道批處理系統是對單道批處理系統的改進， 其主要優點是資源利用率高，系統 吞吐量大；缺點是平均周轉時間長，無交互能力。23. 現代操作系統具有哪些根本的功能，請簡單表達之。 答：現代操作系統的功能：管理電腦的軟硬件資源包括：處理機管理，作業管 理，存儲管理，設備管理，文件管理 、提高資源的利用率、方便用戶。24. 試述現代操作系統的根本特性及所要解決的主要問題。答：操作系統的四個根本特征： 1并發性 concurrence ，2共享性 sharing ，

15、3 虛擬性 virtual ， 4 異步性 asynchronism 。 所要解決的主要問題是： 提高電腦系統的效率； 增強系統的處理能力； 方便 用戶使用。25. 為什么操作系統會有隨機性特性？ 答：在多道程序環境中允許多個程序并發執行， 并發活動會導致隨機事件的發生。 操作系統中的隨機事件處處可見， 不可預見。所以操作系統必須能夠及時捕捉并 正確處理。26. 組成操作系統的構件有哪些？請簡單表達之。 答：操作系統的結構設計有：單體式、層次式、虛擬機和微內核結構。 Linux 采 用單體式的結構設計，主要構件有內核、 shell 、應用程序。27. 什么是操作系統內核？答：內核是一組程序模塊

16、， 作為可信軟件來支持進程并發執行的根本功能和根本 操作。通常駐留在內核空間， 運行于內核態， 具有直接訪問硬件設備和所有內存 空間的權限，是僅有的能夠執行特權指令的程序。28. 列舉內核的分類、屬性及特點。答：內核按大小分為僅有極少必須功能的微內核， 和大局部功能都并入內核的單 內核。內核的屬性： 1內核是由中斷程序引出的； 2內核可以在屏蔽中段狀態 下執行； 3內核是不可搶占的； 4內核可使用特權命令。內核的功能：1中斷處理； 2時鐘管理； 3短程調度； 4原語管理。29. 簡述單內核操作系統及其優缺點。答：單內核操作系統是將系統的大局部功能都并入到內核中。采用模塊組合法， 是基于結構化設

17、計的一種軟件結構設計方法。優點：結構緊密、組合方便、對不 同的環境和用戶的不同需求可以組合不同的模塊來滿足，靈活性強。 缺點：模塊的獨立性差，系統的功能增、刪、改困難，可靠性低。30. 簡述微內核及客戶效勞器結構操作系統及其優缺點。 答：將操作系統分為兩個局部 , 一是運行在內核態的內核，提供系統根本功能。 二是運行于用戶態以客戶效勞器方式執行的進程層。優點： 1對進程請求 提供一致性的接口； 2具有較好的可擴充性和易修改性； 3可移植性好； 4 對分布式系統提供良好的支撐。缺點：運行效率較低。31. 什么是層次式操作系統？試說明其優缺點。 答：層次式結構把操作系統劃分為內核和假設干模塊， 這

18、些模塊按功能的調用次 序排列成假設干層次，各層之間只能存在單向依賴或單向調用關系。優點： 1 把整體問題局部化，層次清晰； 2增加、修改或替換層次不影響其他層次，有 利于系統的維護和擴充。缺點：建立模塊通信的開銷大，系統效率較低。32. 什么是虛擬機操作系統？試說明其優缺點。答; 將一個物理實體改變成假設干個邏輯上的對應物，虛擬機復制物理實體硬件 給每臺虛擬機復制與實體電腦相同的硬件設備。 每臺虛擬機功能等同于裸機， 同 樣能運行各種操作系統。優點：獨立于主機運行，對主機毫無影響。缺點：不能 進行大量信息處理。33. 從執行方式來看，試述操作系統的各種運行模型。 答：1操作系統效勞例程嵌入應用

19、進程中運行； 2操作系統效勞例程作為獨立 進程運行。34. 簡述操作系統資源管理的主要技術：資源復用、資源虛擬和資源抽象。 答：資源復用： 操作系統讓眾多進程共享物理資源， 通過適當的創立虛擬資源和 虛擬機，以解決資源缺乏的問題。主要分為空分復用和時分復用。資源虛擬：虛擬是對資源進行轉化、模擬或整合，把一個物理資源轉換對應多 個邏輯上的對應物。 能為應用程序提供易于使用的虛擬資源并創立更好的運行環 境。資源抽象： 通過創立軟件來屏蔽硬件資源的物理特性和實現細節， 簡化對硬件 資源的操作、控制和使用。 在硬件的根底上， 按照特定的方式將底層指令序列和 數據結構打包成函數，以便可以作為單一的高級操

20、作被調用。35. 何謂POSIX?試述POSIX3.1的內容。答：POSIX是 IEEE擬定的一個Unix系統的標準，它定義相互兼容的 Unix系統 所必須支持的最少系統調用接口和工具。36. 效勞用戶觀點，操作系統作為用戶接口和公共效勞程序；進程交互觀點，操 作系統作為進程的執行者和協調者； 系統實現觀點， 操作系統作為擴展機或虛擬 機；資源管理觀點，操作系統作為資源的管理者和控制者。二、應用題1 有一臺電腦具有1MB內存，操作系統占用200KB各個用戶進程分別占用200KB 如果用戶進程等待I/O操作的時間為80%假設增加1MB內存空間，貝U CPU的利 用率能夠提高多少？解：設每個進程的

21、等待時間為 P,那么n個進程的等待時間就為 b，那么CPU利用率 為 1-p n.如題操作系統占用200kb,那么有4個進程，cpu利用率為1-(80%)4=59%假設再增 加1MB內存，那么此時內存可容納9個進程，cpu利用率就為1-80% 9=87%. 87%/(59%)=147% 147%-100%=47%,增加1MBcpu利用率能夠提高47%2. 在某個電腦系統中有一臺輸入機和一臺打印機，現有兩道程序投入運行，且 程序A先開始運行，程序B后開始運行。程序A的運行軌跡為：計算50ms打 印100Ms再計算50Ms打印100Ms結束。程序B的運行軌跡為：計算 50Ms輸入80ms,再計算1

22、00Ms結束。試說明：1兩道程序運行時， cpu 是否空閑等待？假設是，在哪段時間內等待。 2程序 A、B 是否有等待 cpu 的情況？假設有，指出發生的時刻。解：A、B程序并發執行圖：1 a ifBilW.A il筍B If1赴理器-廠iri輸入機I口驗入i11打印機a nm11LA HBIJ程序A1 "和EUj;-m 1ffflT|H W 矗扎_L 1_H-W1F-i訕山“1111 t050iOO150IKO 20025fl300(1) cpu空閑時發生在100ms到150ms之間。(2) B程序有等待cpu的情況，在180-220ms時。3. 設有三道程序，按照A、B、C的優先次序運行，其內部計算和I/O操作時間如以下圖所AC11=30msI