操作系統(tǒng)原理：第一章 緒論

―PAGE2―第1章操作系統(tǒng)概述例1影響計算機系統(tǒng)性能的主要因素是什么？解:影響計算機系統(tǒng)性能的主要因素分為軟件和硬件兩個方面：硬件方面主要是指構(gòu)成計算機系統(tǒng)器件的性能和硬件的體系結(jié)構(gòu)，如存儲器的速度和容量、多處理機結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)等。軟件方面主要是指操作系統(tǒng)，因為操作系統(tǒng)決定了硬件是否能被用戶使用、硬件的功能是否能發(fā)揮出來、其它軟件能否在計算機系統(tǒng)上運行。例2說明操作系統(tǒng)與軟件的關(guān)系解:操作系統(tǒng)與軟件的關(guān)系如下：操作系統(tǒng)是每臺計算機必備的系統(tǒng)軟件。操作系統(tǒng)是所有軟件運行的基礎(chǔ)，所有的其他軟件都是建立在操作系統(tǒng)基礎(chǔ)之上的，并得到它的支持和服務(wù)。同硬件一樣，軟件資源也要操作系統(tǒng)進行有效的管理。軟件的開發(fā)依賴于操作系統(tǒng)。開發(fā)軟件必需在一定的操作系統(tǒng)環(huán)境下進行，操作系統(tǒng)所能提供的功能支持在一定程度上決定軟件開發(fā)的難易程度。操作系統(tǒng)影響軟件的生命周期。如果主流操作系統(tǒng)的變更，就意味著一批應(yīng)用軟件生命的結(jié)束。應(yīng)用軟件是操作系統(tǒng)上的可用資源，是操作系統(tǒng)生存的基礎(chǔ)。如何評論一個操作系統(tǒng)的好壞？不僅要考慮其可靠性、易用性、安全性、兼容性等等，還要衡量在此操作系統(tǒng)上開發(fā)出的軟件的數(shù)量和質(zhì)量。許多用戶使用操作系統(tǒng)的主要目的是使用其上的能夠完成某種特定功能的應(yīng)用軟件，例如某些財務(wù)公司安裝有微軟的Windows系列操作系統(tǒng)，而其工作中經(jīng)常使用的卻是Windows上開發(fā)的各種財務(wù)軟件，此財務(wù)軟件是Windows操作系統(tǒng)上的可用資源。只有擁有大量應(yīng)用軟件的操作系統(tǒng)才能更多的占有市場，具有旺盛的生命力。微軟的Windows系列是PC機上最流行的操作系統(tǒng)，它不僅擁有眾多的軟件產(chǎn)品，如軟件開發(fā)工具VB、VC++、辦公軟件Office等，還有大量的應(yīng)用軟件。盡管其操作系統(tǒng)價格高，性能還有許多不足之處，還是擁有大量的用戶。如果說PC上的CPU不用Intel還可以用AMD或其它公司芯片的話，操作系統(tǒng)則除了選擇Windows，其它選擇都是困難的。IBM的OS/2已經(jīng)退出競爭的舞臺。雖然有PC版的UNIX，如SUN的Solaris和SCO的Unixware及OpenServer，但在辦公自動化、字處理等大宗應(yīng)用領(lǐng)域遠不如Windows來得普及。Linux系統(tǒng)雖然是免費產(chǎn)品，是唯一從PC到巨型機（包括MPP）系統(tǒng)上全譜系（即可伸縮性強）可運行的系統(tǒng)，其可靠性、穩(wěn)定性、可擴充性、可伸縮性都是世人稱道的。但是大多數(shù)普通用戶使用PC的目的是為了字處理、辦公自動化、上網(wǎng)瀏覽、玩游戲，Linux在這方面的軟件產(chǎn)品遜色得多，而這正好是Windows的強項。（6）操作系統(tǒng)與軟件是相互促進的。好的操作系統(tǒng)下可以開發(fā)出更多的軟件，而豐富的軟件資源有助于操作系統(tǒng)的競爭和生存。例3.說明操作系統(tǒng)與計算機硬件的關(guān)系。解:操作系統(tǒng)的運行需要硬件的支持，如特權(quán)指令、中斷機構(gòu)和通道機構(gòu)等；操作系統(tǒng)性能的發(fā)揮受硬件條件的影響，如內(nèi)存的容量會影響Windows系統(tǒng)的運行速度。操作系統(tǒng)決定了硬件是否能被用戶使用，決定了硬件的功能是否能發(fā)揮出來。操作系統(tǒng)與硬件的發(fā)展是相互促進的。操作系統(tǒng)的重要任務(wù)之一是管理計算機的硬件。操作系統(tǒng)的運行需要硬件的強有力的支持。為了能使操作系統(tǒng)高效地運行，硬件系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)也在不斷地進行改進。一種操作系統(tǒng)只能運行在特定種類的計算機上。一臺計算機可以運行不同的操作系統(tǒng)。例4一個操作系統(tǒng)能否管理任何種類的計算機？解:操作系統(tǒng)是與計算機硬件關(guān)系最密切的軟件，負責(zé)管理計算機系統(tǒng)的硬件資源，不同種類的計算機有不同體系結(jié)構(gòu)，不同的處理器，不同的指令系統(tǒng)，不同硬件配置，操作系統(tǒng)能夠管理的軟硬件資源受到一定的限制，一種操作系統(tǒng)只能安裝到特定種類的計算機上。如，Windows98只能用于管理IBMPC兼容機，而不能用于管理APPLE公司的Machintosh計算機。例5為什么要區(qū)分系統(tǒng)態(tài)和用戶態(tài)？解:區(qū)分系統(tǒng)態(tài)和用戶態(tài)主要原因如下：為了防止操作系統(tǒng)及關(guān)鍵數(shù)據(jù)受到用戶程序有意或無意的破壞，通常將處理機的執(zhí)行狀態(tài)分成系統(tǒng)態(tài)和用戶態(tài)兩種。處于用戶態(tài)執(zhí)行的程序的操作要受到限制，不能去執(zhí)行特權(quán)指令，訪問操作系統(tǒng)區(qū)域和其他程序的區(qū)域，這就防止了用戶程序?qū)Σ僮飨到y(tǒng)和其他用戶程序的破壞。操作系統(tǒng)的內(nèi)核通常是運行在系統(tǒng)態(tài)的，用戶態(tài)的程序通過系統(tǒng)調(diào)用接受系統(tǒng)態(tài)程序運行的服務(wù)。用戶態(tài)下的進程能存取它們自己的指令與數(shù)據(jù)，但不能存取內(nèi)核指令和數(shù)據(jù)或其他進程的指令和數(shù)據(jù)。然而，系統(tǒng)態(tài)下的進程能夠存取內(nèi)核和用戶地址。例如，一個進程的虛擬地址空間可劃分成僅在系統(tǒng)態(tài)下可存取及在系統(tǒng)態(tài)和用戶態(tài)都可存取的兩部分。某些機器指令是特權(quán)指令（PrivilegeInstruction），如I/O指令等。在用戶態(tài)下執(zhí)行的進程沒有執(zhí)行特權(quán)指令的能力，在用戶態(tài)下執(zhí)行特權(quán)指令會引起錯誤。而在系統(tǒng)態(tài)下的進程可以執(zhí)行一切指令。例6多道程序系統(tǒng)的意義？解:多道程序系統(tǒng)的意義是：提高系統(tǒng)資源的利用率和系統(tǒng)吞吐率。當(dāng)一道程序需要等待某種事件發(fā)生時，處理機不需要空閑等待，而去執(zhí)行另一道程序，這樣也可以使處理機與外部設(shè)備并行操作，可以使其它資源并行或并發(fā)操作?？陀^世界本身就是一個多道系統(tǒng)，客觀世界問題的解決要求多道程序系統(tǒng)的出現(xiàn)，這樣可以使問題的解決更迅速、更直接、更方便。例7實現(xiàn)多道程序系統(tǒng)的最主要硬件支持是什么？解:中斷系統(tǒng)和通道技術(shù)。很多進程的切換是由時鐘中斷引起的，尤其是分時系統(tǒng)。用戶程序進行系統(tǒng)調(diào)用時通過軟中斷來實現(xiàn)，如TRAP。通道和外設(shè)的操作也要向操作系統(tǒng)發(fā)送中斷。在多道程序系統(tǒng)中，當(dāng)CPU要求在主存和外設(shè)間傳輸數(shù)據(jù)時，通過發(fā)出I/O指令命令通道工作，通道獨立地在內(nèi)存和外設(shè)間進行數(shù)據(jù)傳輸，I/o操作完成后，通道以中斷方式通知CPU，從而實現(xiàn)了CPU計算與I/O操作的并行。例8微軟的DOS存在很多技術(shù)問題，如內(nèi)存管理、安全性、單道程序系統(tǒng)，但是它為什么成為了主流操作系統(tǒng)？解:主要原因是：適合當(dāng)時的硬件條件；開發(fā)并聚集了大量的可用軟硬資源；配備在流行的計算機上。例9單道批處理系統(tǒng)如何克服手工操作階段計算機系統(tǒng)的缺點的？解:手工操作階段就是沒有操作系統(tǒng)的時期，主要缺點是用戶操作和準備操作的時間過長，大量的系統(tǒng)時間被浪費在人工操作上。單道批處理系統(tǒng)引入了專職的操作員來減少用戶的操作時間，將類似的作業(yè)作為一組通過計算機，實現(xiàn)了批處理，減少了建立作業(yè)運行環(huán)境所需要的時間，配備了簡單的操作系統(tǒng)，完成了一個作業(yè)到另一作業(yè)的自動轉(zhuǎn)換。例10操作系統(tǒng)的什么用戶接口一般用戶使用的比較少？為什么？解:一般用戶使用程序接口較少。程序接口是程序員在編寫程序時利用操作系統(tǒng)所提供功能的方法，可以在高級語言和匯編語言中使用。而一般用戶主要通過交互操作界面控制和管理計算機，運行軟件，使用需要的功能。目前大多數(shù)軟件使用高級語言開發(fā)，大多數(shù)功能可以通過高級語言的語句實現(xiàn)，不需要直接使用程序接口來完成，只有一些特殊功能才需要在高級語言中使用操作系統(tǒng)的程序接口。因此大多數(shù)用戶使用的是操作系統(tǒng)的控制接口。例11批處理系統(tǒng)的優(yōu)勢是什么？它給用戶帶來什么不便？解:吞吐量大，善于處理交互性少的作業(yè)。它的缺點是交互性差。用戶不能動態(tài)地調(diào)試程序，不能動態(tài)地、交互地與計算機面對面地對話。例12多用戶分時系統(tǒng)如何既克服多道批處理的缺點又使系統(tǒng)的效率不降低？解:多道批處理具有非交互和效率高的特點。手工操作階段的計算機系統(tǒng)是交互的，但是用戶操作和準備操作的時間過長，大量的系統(tǒng)的時間被浪費在人工操作上，因此引入了專職的操作員來減少用戶的操作時間的浪費?？梢姡换バ耘c效率是一對矛盾。在多用戶分時系統(tǒng)中，每個用戶通過自己的終端將程序送到機器中，從而在主機中形成多道程序，通過對處理機的分時，而使終端上的用戶可以交互地控制程序的執(zhí)行，這樣既保證了交互性又使系統(tǒng)的效率不降低，解決了交互性和效率之間的矛盾。例13多道批處理與單道批處理的共同點和不同點？解:多道批處理與單道批處理的共同點是批處理，即非交互性、需要專職的操作員；不同點是多道批處理可以同時將多個作業(yè)裝入內(nèi)存執(zhí)行，而單道批處理只能一次裝入一個作業(yè)執(zhí)行。例14多用戶分時系統(tǒng)如何保證系統(tǒng)的交互性？解::多用戶分時系統(tǒng)的交互性體現(xiàn)在終端上的用戶感覺上就好似單獨使用一臺計算機一樣。通過將處理機的時間分成很小的時間片，輪流地分配給聯(lián)機終端。由于人在終端上操作速度較慢，而處理機可以在很短的時間內(nèi)分