操作系統(tǒng)第四版課后習(xí)題答案

1、課后習(xí)題解答1.現(xiàn)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件兩個(gè)部分組成。硬件層提供基本的可計(jì)算性資源，操作系統(tǒng)層是最靠近硬件的軟件層，負(fù)責(zé)管理和控制計(jì)算機(jī)硬件并對(duì)其作首次擴(kuò)充和改造。支撐軟件的工作基礎(chǔ)建立在被操作系統(tǒng)擴(kuò)充功能的機(jī)器上，利用系統(tǒng)所提供的擴(kuò)展指令集，可以較容易的實(shí)現(xiàn)編譯程序、匯編程序、語(yǔ)言處理程序、窗口系統(tǒng)、internet瀏覽器、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和其他程序，支持應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)和運(yùn)行。應(yīng)用軟件層解決用戶特定的或不同應(yīng)用所需要的信息處理問(wèn)題。2. 現(xiàn)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都包含各種各樣的物理部件、設(shè)備和軟件等資源（例：消息、信號(hào)和共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）。其中物理資源又可分為兩大類：計(jì)算類（例：處理器）、存儲(chǔ)（例：內(nèi)存

2、）及接口類（例：輔助存儲(chǔ)器和外部設(shè)備）。3. 一般認(rèn)為操作系統(tǒng)是：管理系統(tǒng)資源、控制程序執(zhí)行、改善人機(jī)界面、提供各種服務(wù)，并合理組織計(jì)算機(jī)工作流程為用戶方便而有效的使用計(jì)算機(jī)提供良好運(yùn)行環(huán)境的最基本的系統(tǒng)軟件。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置操作系統(tǒng)的主要目的是：方便用戶使用、擴(kuò)充機(jī)器功能、管理各類資源、提高系統(tǒng)效率、構(gòu)筑開(kāi)放環(huán)境。4. 大致可以把操作系統(tǒng)分為以下幾類： 批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)。其中批處理操作系統(tǒng)能按照用戶預(yù)先規(guī)定好的步驟控制作業(yè)的執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)操作的自動(dòng)化。又可分為批處理單道系統(tǒng)和批處理多道系統(tǒng)。單道系統(tǒng)每次只有一個(gè)作業(yè)裝入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存

3、儲(chǔ)器運(yùn)行，多個(gè)作業(yè)可自動(dòng)、順序地被裝入運(yùn)行。批處理多道系統(tǒng)則允許多個(gè)作業(yè)同時(shí)裝入主存儲(chǔ)器，中央處理器輪流地執(zhí)行各個(gè)作業(yè)，各個(gè)作業(yè)可以同時(shí)使用各自所需的外圍設(shè)備，這樣可以充分利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源，縮短作業(yè)時(shí)間，提高系統(tǒng)的吞吐率。5. 操作系統(tǒng)為用戶提供的基本和共性服務(wù)有：1）創(chuàng)建程序和執(zhí)行程序。2）數(shù)據(jù)I/O和信息存取。3）通信服務(wù)。4）差錯(cuò)檢測(cè)和處理。為了保證自身高效率、高質(zhì)量地工作，使得多個(gè)應(yīng)用程序能夠有效地共享系統(tǒng)資源，提高系統(tǒng)效率，操作系統(tǒng)還具備其他一些功能：資源分配、統(tǒng)計(jì)、保護(hù)等。6. 操作系統(tǒng)通過(guò)程序接口和操作接口將其服務(wù)和功能提供給用戶。程序接口由一組系統(tǒng)調(diào)用組成，在應(yīng)用程序中使用

4、“系統(tǒng)調(diào)用”可獲得操作系統(tǒng)的低層服務(wù)，訪問(wèn)或使用系統(tǒng)管理的各種軟硬件資源，是操作系統(tǒng)對(duì)外提供服務(wù)和功能的手段；操作接口由一組命令和（或） 作業(yè)控制語(yǔ)言組成，是操作系統(tǒng)為用戶提供的組織和控制作業(yè)執(zhí)行的手段。7. 操作系統(tǒng)為了達(dá)到為應(yīng)用程序的運(yùn)行提供良好的環(huán)境，系統(tǒng)內(nèi)核提供了一系列具備預(yù)定功能的內(nèi)核函數(shù)，這一組特殊接口被稱為系統(tǒng)調(diào)用。操作系統(tǒng)所提供的系統(tǒng)調(diào)用按功能可分成六類：1）進(jìn)程管理。2）文件操作。3）設(shè)備管理。4）主存管理。5）進(jìn)程通信。6）信息維護(hù)。8. 實(shí)用程序又稱支撐程序，是為應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)、調(diào)試、執(zhí)行和維護(hù)解決共性問(wèn)題或執(zhí)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(yǔ)言

5、支持。3）狀態(tài)修改。4） 支持程序執(zhí)行。5）通信。等。9. 操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用功能的機(jī)制稱為陷阱或異常處理機(jī)制。其實(shí)現(xiàn)原理是：首先編寫(xiě)系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)并且設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)用的入口地址表，每個(gè)入口地址都指向一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用的內(nèi)核函數(shù)，有些還包含系統(tǒng)調(diào)用自帶參數(shù)的個(gè)數(shù)。然后開(kāi)辟現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)區(qū)，用以保存發(fā)生系統(tǒng)調(diào)用時(shí)的處理器現(xiàn)場(chǎng)。10. 在程序執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用或過(guò)程調(diào)用中兩者的主要區(qū)別是：1）調(diào)用的形式和實(shí)現(xiàn)方式不同。2）被調(diào)用的代碼的位置不同。3）提供方式不同。11. API是由同名的封裝函數(shù)把系統(tǒng)調(diào)用封裝成應(yīng)用程序能夠直接使用的應(yīng)用接口。所以，一個(gè)庫(kù)函數(shù)就是一種API，一個(gè)API的實(shí)現(xiàn)可能會(huì)用到一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用或多各系

6、統(tǒng)調(diào)用，也可能若干API封裝相同的系統(tǒng)調(diào)用，即使完全不使用系統(tǒng)調(diào)用，也不存在任何問(wèn)題。12. 1) . 脫機(jī)輸入輸出方式(Off-Line I/O)是為了解決人機(jī)矛盾及CPU和I/O設(shè)備之間速度不匹配而提出的.它減少了CPU的空閑等待時(shí)間，提高了I/O速度.具體內(nèi)容是將用戶程序和數(shù)據(jù)在一臺(tái)外圍機(jī)的控制下，預(yù)先從低速輸入設(shè)備輸入到磁帶上，當(dāng)CPU需要這些程序和數(shù)據(jù)時(shí)，在直接從磁帶機(jī)高速輸入到內(nèi)存，從而大大加快了程序的輸入過(guò)程，減少了CPU等待 輸入的時(shí)間，這就是脫機(jī)輸入技術(shù);當(dāng)程序運(yùn)行完畢或告一段落，CPU需要輸出時(shí)，無(wú)需直接把計(jì)算結(jié)果送至低速輸出設(shè)備，而是高速把結(jié)果輸出到磁帶上，然后在外圍機(jī)的

7、控制下，把磁帶上的計(jì)算結(jié)果由相應(yīng)的輸出設(shè)備輸出，這就是脫機(jī)輸出技術(shù). 2). 若這種輸入輸出操作在主機(jī)控制下進(jìn)行則稱之為聯(lián)機(jī)輸入輸出方式.13.多道程序系統(tǒng)是利用CPU的等待時(shí)間來(lái)運(yùn)行其它程序.14. 計(jì)算機(jī)體系的基本結(jié)構(gòu)遵循馮.諾依曼體系結(jié)構(gòu)，主要由運(yùn)算器，控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五部分組成。隨著CPU不斷升級(jí)，存儲(chǔ)器的容量不斷增 大，計(jì)算機(jī)體系結(jié) 構(gòu)不斷的改進(jìn)，從而，要求計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)不斷的更新，由原來(lái)的DOS 到后來(lái)的Windows 98,windows 2000,windows XP,UNIX ,LINIX和Window 2003等。15. 多道程序設(shè)計(jì)是指允許多個(gè)作業(yè)同時(shí)

8、進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存并啟動(dòng)交替計(jì)算的方法。其特點(diǎn)是：1)cpu 、主存和設(shè)備的利用率高。2）系統(tǒng)的吞吐率提高，單位時(shí)間內(nèi)完成的作業(yè)數(shù)增加。3）充分發(fā)揮了系統(tǒng)的并行性，設(shè)備與設(shè)備之間、cpu與設(shè)備之間均可并行工作。16.實(shí)現(xiàn)多道程序設(shè)計(jì)所必須解決的三個(gè)問(wèn)題：1).存儲(chǔ)保護(hù)和地址重定位；2）處理機(jī)管理和調(diào)度；3）.資源的管理和分配17.引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的根本目的是提高CPU的利用率，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)系統(tǒng)部件的并行性，一些應(yīng)用問(wèn)題也只有靠多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)才能有效解決。18. 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（Real Time Operating System）指當(dāng)外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)，能接收并以足夠快

9、的速度予以處理，處理的結(jié)果又能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)來(lái)控制監(jiān)控的生產(chǎn)過(guò)程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)作出快速響應(yīng)，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致運(yùn)行的操作系統(tǒng)。分類:1).過(guò)程控制系統(tǒng)：如 生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)、飛機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、火炮自動(dòng)控制系統(tǒng)。 2).信息查詢系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)同時(shí)從成百上千的終端接受服務(wù)請(qǐng)求和提問(wèn)，并在短時(shí)間內(nèi)作出回答和響應(yīng)。如情報(bào)檢索系統(tǒng) 3).事務(wù)處理系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)不僅要對(duì)終端用戶及時(shí)作出響應(yīng)，還要頻繁更新系統(tǒng)中的文件或數(shù)據(jù)庫(kù)。如銀行業(yè)務(wù)系統(tǒng) 19. 分時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間分時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間是指用戶從終端發(fā)出一個(gè)命令到系統(tǒng)處理完這個(gè)命令并做出回答所需要的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間受時(shí)間片長(zhǎng)度、終端用戶個(gè)數(shù)、命令

10、本身功能、硬件特性、主存與輔存的交換速度等影響。20. 分時(shí)與批處理區(qū)別分時(shí)與批處理區(qū)別： 1）. 追求目標(biāo)不同：批處理操作系統(tǒng)已提高系統(tǒng)資源利用率和作業(yè)吞吐能力為目標(biāo)分時(shí)（OS）強(qiáng)調(diào)公平性對(duì)于聯(lián)機(jī)用戶的立即執(zhí)行命令需要快速響應(yīng)。 2）. 適應(yīng)作業(yè)不同：批處理操作系統(tǒng)適應(yīng)已調(diào)試好的大型作業(yè)，分時(shí)系統(tǒng)適應(yīng)正在調(diào)試的小型作業(yè)。 3）. 資源利用率不同：批處理操作系統(tǒng)可合理安排不同負(fù)載的作業(yè)，使資源利用率達(dá)到最佳。在分時(shí)系統(tǒng)中，多個(gè)終端的作業(yè)使用同類型的系統(tǒng)、運(yùn)行系統(tǒng)和共同子程序使系統(tǒng)的調(diào)度開(kāi)銷小，能公平的調(diào)配CPU和存儲(chǔ)資源。 4）. 作業(yè)控制方式不同：批處理操作系統(tǒng)由用戶通過(guò)(JCL)書(shū)寫(xiě)作業(yè)控

11、制流，預(yù)先提交脫機(jī)作業(yè)。分時(shí)系統(tǒng)交互性作業(yè)由用戶從鍵盤輸 入控制命令以交互方式聯(lián)機(jī)工作。21. 分時(shí)系統(tǒng)是指在一個(gè)系統(tǒng)中多個(gè)用戶分時(shí)地使用同一臺(tái)計(jì)算機(jī)； 實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指計(jì)算機(jī)及時(shí)響應(yīng)外部事件地請(qǐng)求并在規(guī)定時(shí)限那完成對(duì)該事件地處理，控制所有實(shí)時(shí)設(shè)和實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。 實(shí)時(shí)系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)的主要區(qū)別有兩點(diǎn)： （1）分時(shí)系統(tǒng)的目標(biāo)是提供一種通用性很強(qiáng)的系統(tǒng)，有較強(qiáng)的交互能力；而實(shí)時(shí)系統(tǒng)則大都是具有特殊用途的專用系統(tǒng)，交互能力略差。 （2）分時(shí)系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間雖有要求，但一般來(lái)說(shuō)，響應(yīng)時(shí)間由人所能承受的等待時(shí)間來(lái)確定；而實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間要求很高，一般由控制系統(tǒng)或信息處理磁頭所能接受的延遲時(shí)間來(lái)決定。

12、22. 1）. 單道批處理系統(tǒng)是最早出現(xiàn)的一種OS，它具有自動(dòng)性，順序性和單道性的特點(diǎn)；-多道批處理系統(tǒng)則具有調(diào)度性，無(wú)序性和多道性的特點(diǎn)； 2）. 單道批處理系統(tǒng)是在解決人機(jī)矛盾及CPU和I/O設(shè)備之間速度不匹配的矛盾中形成的，旨在提高系統(tǒng)資源利用率和系統(tǒng)吞吐量，但是仍然不能很好的利用系統(tǒng)資源；-多道批處理系統(tǒng)是對(duì)單道批處理系統(tǒng)的改進(jìn)，23.網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的主要功能：1）。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)機(jī)之間的通信；2）.實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中硬、軟件資其主要優(yōu)點(diǎn)是資源利用率高，系統(tǒng)吞吐量大；缺點(diǎn)是平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)交互能力.源的共享；3）。提供多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件；4）.提供網(wǎng)絡(luò)用戶的應(yīng)用程序接口24. （1）支持同樣的

13、通信結(jié)構(gòu)：通信結(jié)構(gòu)是指支持各個(gè)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，以提供分布式應(yīng)用的軟件。在分布式系統(tǒng)中，盡管每臺(tái)計(jì)算機(jī)都有自己獨(dú)立的操作系統(tǒng)，并且這些計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)的種類又可以是不同的，但它們都應(yīng)該支持同樣的通信結(jié)構(gòu)。 （2）由網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能：分布式系統(tǒng)的硬件環(huán)境是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)中的個(gè)人計(jì)算機(jī)可以是單用戶工作站或服務(wù)器，因此它需要由網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)進(jìn)行管理并提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能。 （3）有一個(gè)公共的分布式操作系統(tǒng)：在分布式系統(tǒng)中，各計(jì)算機(jī)共享一個(gè)公共的分布式操作系統(tǒng)。分布式操作系統(tǒng)由內(nèi)核以及提供各種系統(tǒng)功能的模塊和進(jìn)程所組成。系統(tǒng)中的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都必須保存分布式操作系統(tǒng)的內(nèi)核，以實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本控制

14、。25.嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展背景可以分為三個(gè)階段：第一階段：無(wú)操作系統(tǒng)的嵌入算法階段，通過(guò)匯編語(yǔ)言編程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行直接控制，運(yùn)行結(jié)束后清除內(nèi)存。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能都相對(duì)單一，處理效率較低，存儲(chǔ)容量較小，幾乎沒(méi)有用戶接口，比較適合于各類專用領(lǐng)域中。 第二階 段：以嵌入式CPU為基礎(chǔ)、簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。CPU 種類繁多，通用性比較差；系統(tǒng)開(kāi)銷小，效率高；一般配備系統(tǒng)仿真器，操作系統(tǒng)具有一定的兼容性和擴(kuò)展性；應(yīng)用軟件較專業(yè)，用戶界面不夠友好；系統(tǒng)主要用來(lái)控制系統(tǒng)負(fù)載以及監(jiān)控應(yīng)用程序運(yùn)行。 第三階段：通用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)階段，以嵌入式操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。能運(yùn)行于各種類型的微處理器上，兼容性好；內(nèi)核精小、效率高，具有高度的模塊化和擴(kuò)展性；具備文件和目錄管理、設(shè)備支持、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)支持、圖形窗口以及用戶界面等功能；具有大量的應(yīng)用程序接口API；嵌入式應(yīng)用軟件豐富。特點(diǎn)：1）實(shí)時(shí)性