操作系統(tǒng)教程第5版課后答案解析

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費祥林、駱斌編著

第一章操作系統(tǒng)概論

習題一

一、思量題

1.簡述現(xiàn)代計算機系統(tǒng)的組成及層次結構。

答：現(xiàn)代計算機系統(tǒng)由硬件和軟件兩個部分組成。是硬件和軟件互相交織形成的集合體，構成一個解決計算問題的工具。硬件層提供基本可計算的資源，包括處理器、寄存器、內存、外存及I/O設備。軟件層由包括系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應用軟件。其中系統(tǒng)軟件是最逼近硬件的。

2、計算機系統(tǒng)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(shù)據(jù)等。

3.什么是操作系統(tǒng)？操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的主要作用是什么？

答：操作系統(tǒng)是一組控制和管理計算機硬件和軟件資源，合理地對各類作業(yè)舉行調度，以及便利用戶使用的程序的集合。

操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中主要起4個方面的作用。

（1）服務用戶觀點——操作系統(tǒng)提供用戶接口和公共服務程序

（2）進程交互觀點——操作系統(tǒng)是進程執(zhí)行的控制者和協(xié)調者

（3）系統(tǒng)實現(xiàn)觀點——操作系統(tǒng)作為擴展機或虛擬機

（4）資源管理觀點——操作系統(tǒng)作為資源的管理者和控制者

4.操作系統(tǒng)如何實現(xiàn)計算與操作過程的自動化？

答：大致可以把操作系統(tǒng)分為以下幾類：批處理操作系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng)、實時操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)。其中批處理操作系統(tǒng)能根據(jù)用戶預先規(guī)定好的步驟控制作業(yè)的執(zhí)行，實現(xiàn)計算機操作的自動化。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)每次惟獨一個作業(yè)裝入計算機系統(tǒng)的主存儲器運行，多個作業(yè)可自動、挨次地被裝入運行。批處理多道系統(tǒng)則允許多個作業(yè)同時裝入主存儲器，中心處理器輪番地執(zhí)行各個作業(yè)，各個作業(yè)可以同時使用各自所需的外圍設備，這樣可以充分利用計算機系統(tǒng)的資源，縮短作業(yè)時光，提高系統(tǒng)的吞吐率

5．操作系統(tǒng)要為用戶提供哪些基本的和個性的服務？

答：（1）創(chuàng)建程序和執(zhí)行程序；（2）數(shù)據(jù)I/O和信息存?。唬?）通信服務；（4）差錯檢測和處理。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分享系統(tǒng)資源，提高系統(tǒng)效率，操作系統(tǒng)還具備一些其他的功能：資源分配，統(tǒng)計，庇護等。

6.試述操作系統(tǒng)所提供的各種用戶接口。

答：操作系統(tǒng)通過程序接口和操作接口將其服務和功能提供應用戶。程序接口由一組系統(tǒng)調用組成，在應用程序中使用“系統(tǒng)調用”可獲得操作系統(tǒng)的低層服務，拜訪或使用系統(tǒng)管理的各種軟硬件資源，是操作系統(tǒng)對外提供服務和功能的手段；操作接口由一組命令和（或）作業(yè)控制語言組成，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。

7.什么是系統(tǒng)調用？可分為哪些類型？

答：操作系統(tǒng)為了達到為應用程序的運行提供良好的環(huán)境，系統(tǒng)內核提供了一系列具備預定功能的內核函數(shù)，這一組特別接口被稱為系統(tǒng)調用。操作系統(tǒng)所提供的系統(tǒng)調用按功能可分為六類：1)進程管理；2）文件操作；3）設備管理；4）主存管理；5)進程通信；6)信息維護。

8.什么是有用程序，可分為哪些類型？

答：有用程序又稱支撐程序，是為應用程序的開發(fā)、調試、執(zhí)行和維護解決個性問題或執(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）語言支持；3)狀態(tài)修改；4）支持程序執(zhí)行；5）通信等。

9.試述系統(tǒng)調用的實現(xiàn)原理。

操作系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)調用功能的機制稱為陷阱或異樣處理機制。其實現(xiàn)原理是：首先編寫系統(tǒng)調用函數(shù)并且設計系統(tǒng)調用入口地址表，每個入口地址都指向一個系統(tǒng)調用的內核函數(shù)，有些還包含系統(tǒng)調用自帶參數(shù)的個數(shù)。然后開拓現(xiàn)場庇護區(qū)，用以保存發(fā)生系統(tǒng)調用時的處理器現(xiàn)場。

10.試述系統(tǒng)調用與函數(shù)過程調用之間的主要區(qū)分。

答：在程序執(zhí)行系統(tǒng)調用或過程調用中兩者的主要區(qū)分是：1）調用的形式和實現(xiàn)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(Applicationprograminterface)、庫函數(shù)與系統(tǒng)調用之間的關系.答：API是由同名的封裝把系統(tǒng)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(shù)就是一種API，一個API的實現(xiàn)可能會用到一個系統(tǒng)調用或多個系統(tǒng)調用，也可能若干API封裝相同的系統(tǒng)調用，即使徹低不使用系統(tǒng)調用，也不存在任何問題。

12.試解釋脫機I/O和假脫機I/O。

答：1）脫機輸入輸出方式（Off-LineI/O）是為了解決人機沖突CPU和I/O設備之間速度不匹配而提出的。它削減了CPU的空閑等待時光，提高了I/O速度。詳細內容是將用戶程序和數(shù)據(jù)在一臺外圍機的控制下，預先從低速輸入設備到磁帶上，當CPU需要這些程序和數(shù)據(jù)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，削減了CPU等待輸入的時光，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）若這種輸入輸出操作在主機控制下舉行，則稱之為聯(lián)機輸入輸出方式。

13.為什么對作業(yè)舉行批處理可以提高系統(tǒng)效率？

答：多道程序系統(tǒng)可以利用CPU的等待時光來運行其它程序。

14.舉例說明計算機體系結構的不斷改進是操作系統(tǒng)進展的主要動力之一。

答：計算機體系的基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、輸出設備五部分組成。隨著CPU不斷升級，存儲器的容量不斷增大，計算機體系結構不斷的改進，從而，要求計算機的操作系統(tǒng)不斷的更新，由本來的DOS到后來的Windows98,Windows2000,WindowsXP,UNIX,LINIX和Windows2022等。

15.什么是多道程序設計？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(yè)同時進入計算機系統(tǒng)的主存并啟動交替計算的辦法。其特點是：1）CPU、主存和設備的利用率高;2）系統(tǒng)的吞吐率提高,

單位時光內完成的作業(yè)數(shù)增強;3）充分發(fā)揮了系統(tǒng)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(xiàn)多道程序設計所必需解決的基本問題。

答：實現(xiàn)多道程序設計所必需解決的三個問題：1）存儲庇護和地址重定位；2）處理機管理和調度；3）資源的管理和分配。

17.計算機系統(tǒng)采納通道部件后，已實現(xiàn)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術的根本目的是提高CPU的利用率，充分發(fā)揮計算機系統(tǒng)部件的并行性，一些應用問題也惟獨靠多道程序設計技術才干有效解決。18．什么是實時操作系統(tǒng)？試述實時操作系統(tǒng)的分類。

答：實時操作系統(tǒng)（RealTimeOperatingSystem）指當外界大事或數(shù)據(jù)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(guī)定時光內來控制監(jiān)控的生產過程或對任務協(xié)調

全都運行的操作系統(tǒng)。分類：

1）過程控制系統(tǒng)：如生產過程控制系統(tǒng)、導彈制導系統(tǒng)、飛機自動駕駛系統(tǒng)、火炮自動控制系統(tǒng)。

2）信息查詢系統(tǒng)：計算機同時從成百上千的終端接受服務哀求和提問，并在短時光內作出回答和響應。如情報檢索系統(tǒng)。

3）事務處理系統(tǒng)：計算機不僅要對終端用戶準時作出響應，還要頻繁更新系統(tǒng)中的文件或數(shù)據(jù)庫。如銀行業(yè)務系統(tǒng)。

19.在分時系統(tǒng)中，什么是響應時光？它與哪些因素有關？

答：分時系統(tǒng)的響應時光是指用戶從終端發(fā)出一個命令到系統(tǒng)處理完這個命令并做出回答所需要的時光。這個時光受時光片長度、終端用戶個數(shù)、命令本身功能、硬件特性、主存與輔存的交換速度等影響。

20.試比較批處理操作系統(tǒng)與分時操作系統(tǒng)的不同點。

答：分時操作系統(tǒng)與批處理操作系統(tǒng)的區(qū)分：1）追求目標不同：批處理操作系統(tǒng)以提高系統(tǒng)資源利用率和作業(yè)吞吐能力為目標，分時操作系統(tǒng)強調公正性對于聯(lián)機用戶的立刻執(zhí)行命令需要迅速響應。2）適應作業(yè)不同：批處理操作系統(tǒng)適應已調試好的大型作業(yè)，分時操作系統(tǒng)適應正在調試的小型作業(yè)。3）資源利用率不同：批處理操作系統(tǒng)可合理支配不同負載的作業(yè)，使資源利用率達到最佳；在分時操作系統(tǒng)中，多個終端的作業(yè)使用同類型的系統(tǒng)運行系統(tǒng)和共同子程序使系統(tǒng)的高度開銷小，能公正的調配CPU和存儲資源。4）作業(yè)控制方式不同：批處理操作系統(tǒng)由用戶通過（JCL）書寫作業(yè)控制流，預先提交脫機作業(yè)；分時操作系統(tǒng)交互作業(yè)由用戶從鍵盤輸入控制命令以交互方式聯(lián)機工作。

21.試比較實時操作系統(tǒng)與分時操作系統(tǒng)的不同點。

答：分時操作系統(tǒng)是指在一個系統(tǒng)中多個用戶分時地使用同一臺計算機；實時操作系統(tǒng)是指計算機準時響應外部大事地哀求并在規(guī)定時限內完成對該大事的處理，控制全部實時高備和實時任務協(xié)調全都地運行。

實時操作系統(tǒng)和分時操作系統(tǒng)的主要區(qū)分有兩點：

1）分時操作系統(tǒng)的目標是提供一種通用性很強的系統(tǒng)，有較強的交互能力;而實時操作系統(tǒng)則大都是具有特別用途的專用系統(tǒng)，交互能力略差。

2）分時操作系統(tǒng)對響應時光雖有要求，但普通來說，響應時光由人所能承受的等待時光來確定；而實時操作系統(tǒng)對響應時光要求很高，普通由控制系統(tǒng)或信息處理磁頭所能接受的延遲時光來打算。

22.試比較單道和多道批處理系統(tǒng)。

答：1）單道批處理系統(tǒng)是最早浮現(xiàn)的一種OS，它具有自動性，挨次性和單道性的特點；多道批處理系統(tǒng)則具有調度性，無序性和多道性的特點。2）單道批處理系統(tǒng)是在解決要人機沖突及CPU和I/O設備之間速度不匹配的沖突中形成的，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)是對單道批處理系統(tǒng)的改進，其主要優(yōu)點是資源利用率高，系統(tǒng)吞吐量大；缺點是平均周轉時光長，無交互能力。

23.現(xiàn)代操作系統(tǒng)具有哪些基本的功能，請容易講述之。

答：現(xiàn)代操作系統(tǒng)的功能：管理計算機的軟硬件資源（包括：處理機管理，作業(yè)管理，存儲管理，設備管理，文件管理）、提高資源的利用率、便利用戶。

24.試述現(xiàn)代操作系統(tǒng)的基本特性及所要解決的主要問題。

答：操作系統(tǒng)的四個基本特征：1）并發(fā)性（concurrence），2）分享性（sharing），3）虛擬性（virtual），4）異步性（asynchronism）。

所要解決的主要問題是：提高計算機系統(tǒng)的效率；增加系統(tǒng)的處理能力；便利用戶使用。

25.為什么操作系統(tǒng)會有隨機性特性？

答：在多道程序環(huán)境中允許多個程序并發(fā)執(zhí)行，并發(fā)活動會導致隨機大事的發(fā)生。操作系統(tǒng)中的隨機大事到處可見，不行預見。所以操作系統(tǒng)必需能夠準時捕獲并正確處理。

26.組成操作系統(tǒng)的構件有哪些？請容易講述之。

答：操作系統(tǒng)的結構設計有：單體式、層次式、虛擬機和微內核結構。Linux采納單體式的結構設計，主要構件有內核、shell、應用程序。

27.什么是操作系統(tǒng)內核？

答：內核是一組程序模塊，作為可信軟件來支持進程并發(fā)執(zhí)行的基本功能和基本操作。通常駐留在內核空間，運行于內核態(tài)，具有直接拜訪硬件設備和全部內存空間的權限，是僅有的能夠執(zhí)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需功能的微內核，和大部分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(tài)下執(zhí)行；3）內核是不行搶占的；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(tǒng)及其優(yōu)缺點。

答：單內核操作系統(tǒng)是將系統(tǒng)的大部分功能都并入到內核中。采納模塊組合法，是基于結構化設計的一種軟件結構設計辦法。優(yōu)點：結構緊密、組合便利、對不同的環(huán)境和用戶的不同需求可以組合不同的模塊來滿足，靈便性強。缺點：模塊的自立性差，系統(tǒng)的功能增、刪、改困難，牢靠性低。

30.簡述微內核及客戶——服務器結構操作系統(tǒng)及其優(yōu)缺點。

答：將操作系統(tǒng)分為兩個部分,一是運行在內核態(tài)的內核，提供系統(tǒng)基本功能。二是運行于用戶態(tài)以客戶——服務器方式執(zhí)行的進程層。優(yōu)點：1）對進程哀求提供全都性的接口；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(tǒng)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(tǒng)？試說明其優(yōu)缺點。

答：層次式結構把操作系統(tǒng)劃分為內核和若干模塊，這些模塊按功能的調用次序羅列成若干層次，各層之間只能存在單向依靠或單向調用關系。優(yōu)點：1）把整

體問題局部化，層次清楚；2）增強、修改或替換層次不影響其他層次，有利于系統(tǒng)的維護和擴充。缺點：建立模塊通信的開銷大，系統(tǒng)效率較低。

32.什么是虛擬機操作系統(tǒng)？試說明其優(yōu)缺點。

答;將一個物理實體轉變成若干個規(guī)律上的對應物，虛擬機復制物理實體硬件給每臺虛擬機復制與實體計算機相同的硬件設備。每臺虛擬機功能等同于裸機，同樣能運行各種操作系統(tǒng)。優(yōu)點：自立于主機運行，對主機毫無影響。缺點：不能舉行大量信息處理。

33.從執(zhí)行方式來看，試述操作系統(tǒng)的各種運行模型。

答：1）操作系統(tǒng)服務例程嵌入應用進程中運行；2）操作系統(tǒng)服務例程作為自立進程運行。

34.簡述操作系統(tǒng)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(tǒng)讓眾多進程分享物理資源，通過適當?shù)膭?chuàng)建虛擬資源和虛擬機，以解決資源不足的問題。主要分為空分復用和時分復用。

資源虛擬：虛擬是對資源舉行轉化、模擬或整合，把一個物理資源轉換對應多個規(guī)律上的對應物。能為應用程序提供易于使用的虛擬資源并創(chuàng)建更好的運行環(huán)境。

資源抽象：通過創(chuàng)建軟件來屏蔽硬件資源的物理特性和實現(xiàn)細節(jié)，簡化對硬件資源的操作、控制和使用。在硬件的基礎上，根據(jù)特定的方式將底層指令序列和數(shù)據(jù)結構打包成函數(shù)，以便可以作為單一的高級操作被調用。

35.何謂POSIX?試述POSIX3.1的內容。

答：POSIX是IEEE擬定的一個Unix系統(tǒng)的標準，它定義互相兼容的Unix系統(tǒng)所必需支持的最少系統(tǒng)調用接口和工具。

36.服務用戶觀點，操作系統(tǒng)作為用戶接口和公共服務程序；進程交互觀點，操作系統(tǒng)作為進程的執(zhí)行者和協(xié)調者；系統(tǒng)實現(xiàn)觀點，操作系統(tǒng)作為擴展機或虛擬機；資源管理觀點，操作系統(tǒng)作為資源的管理者和控制者。

二、應用題

1．有一臺計算機具有1MB內存，操作系統(tǒng)占用200KB，各個用戶進程分離占用200KB。假如用戶進程等待I/O操作的時光為80%，若增強1MB內存空間，則CPU的利用率能夠提高多少？

解：設每個進程的等待時光為P,則n個進程的等待時光就為PN，則CPU利用率為1-