操作系統(tǒng)原理與實(shí)踐教程(其次版)習(xí)題答案

本文格式為Word版，下載可任意編輯——操作系統(tǒng)原理與實(shí)踐教程(其次版)習(xí)題答案第1章操作系統(tǒng)概論

(1)試說明什么是操作系統(tǒng)，它具有什么特征？其最基本特征是什么？

解：

操作系統(tǒng)就是一組管理與控制計(jì)算機(jī)軟硬件資源并對(duì)各項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行合理化調(diào)度，且附加了各種便于用戶操作的工具的軟件層次。

現(xiàn)代操作系統(tǒng)都具有并發(fā)、共享、虛擬和異步特性，其中并發(fā)性是操作系統(tǒng)的最基本特征，也是最重要的特征，其它三個(gè)特性均基于并發(fā)性而存在。(2)設(shè)計(jì)現(xiàn)代操作系統(tǒng)的主要目標(biāo)是什么？

解：

現(xiàn)代操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是有效性、便利性、開放性、可擴(kuò)展性等特性。其中有效性指的是OS應(yīng)能有效地提高系統(tǒng)資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。便利性指的是配置了OS后的計(jì)算機(jī)應(yīng)當(dāng)更簡(jiǎn)單使用。這兩特性質(zhì)是操作系統(tǒng)最重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)。開放性指的是OS應(yīng)遵循世界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如開放系統(tǒng)互連OSI國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)?？蓴U(kuò)展性指的是OS應(yīng)提供良好的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得新設(shè)備、新功能和新模塊能便利地加載到當(dāng)前系統(tǒng)中，同時(shí)也要提供修改老模塊的可能，這種對(duì)系統(tǒng)軟硬件組成以及功能的擴(kuò)展保證稱為可擴(kuò)展性。(3)操作系統(tǒng)的作用表達(dá)在哪些方面？

解：

現(xiàn)代操作系統(tǒng)的主要任務(wù)就是維護(hù)一個(gè)優(yōu)良的運(yùn)行環(huán)境，以便多道程序能夠有序地、高效地獲得執(zhí)行，而在運(yùn)行的同時(shí)，還要盡可能地提高資源利用率和系統(tǒng)響應(yīng)速度，并保證用戶操作的便利性。因此操作系統(tǒng)的基本功能應(yīng)包括處理器管理、存儲(chǔ)器管理、設(shè)備管理和文件管理。此外，為了給用戶提供一個(gè)統(tǒng)一、便利、有效的使用系統(tǒng)能力的手段，現(xiàn)代操作系統(tǒng)還需要提供一個(gè)友好的人機(jī)接口。在互聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展的今天，操作系統(tǒng)中尋常還具備基本的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能和信息安全防護(hù)等方面的支持。

(4)試說明實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和分時(shí)操作系統(tǒng)在交互性、及時(shí)性和可靠性方面的異同。

解：

?交互性：分時(shí)系統(tǒng)能夠使用戶和系統(tǒng)進(jìn)行人-機(jī)對(duì)話。實(shí)時(shí)系統(tǒng)也具有交互性，

但人與系統(tǒng)的交互僅限于訪問系統(tǒng)中某些特定的專用服務(wù)程序。

?及時(shí)性：分時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間是以人能夠接受的等待時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)，而實(shí)時(shí)控制系

統(tǒng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間要求比較嚴(yán)格，它是以控制過程或信息處理中所能接受的延遲為標(biāo)準(zhǔn)。

?可靠性：實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求系統(tǒng)可靠性要比分時(shí)系統(tǒng)高。在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中往往采用多級(jí)

容錯(cuò)措施來保證系統(tǒng)的安全及數(shù)據(jù)的安全。

(5)試比較分布式操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的異同。

解：

它們的區(qū)別在于：分布式操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是不同的，這決定了它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)、工作方式和功能上也不同。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)要求網(wǎng)絡(luò)用戶在使用網(wǎng)絡(luò)資源時(shí)首先必需了解網(wǎng)絡(luò)資源，網(wǎng)絡(luò)用戶必需知道網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)計(jì)算機(jī)的功能與配置、軟件資源、網(wǎng)絡(luò)文件結(jié)構(gòu)等狀況，在網(wǎng)絡(luò)中假使用戶要讀一個(gè)共享文件時(shí)，用戶必需知道這個(gè)文件放在哪一臺(tái)計(jì)算機(jī)的哪一個(gè)目錄下；分布式操作系統(tǒng)是以全局方式管理系統(tǒng)資源的，它可以為用戶任意調(diào)度網(wǎng)絡(luò)資源，并且調(diào)度過程是“透明〞的。

(6)什么是操作系統(tǒng)虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)？它有什么好處？

解：

虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)OS最初是為了滿足用戶對(duì)分時(shí)系統(tǒng)的需求而出現(xiàn)的。VM/370的核心程序

為虛擬機(jī)監(jiān)控器(virtualmachinemonitor)，它運(yùn)行于裸機(jī)之上并提供多道程序功能。該系統(tǒng)向上層提供多個(gè)對(duì)裸機(jī)硬件確切復(fù)制的虛擬機(jī)，這些復(fù)制品均包含核心態(tài)、用戶態(tài)、I/O處理、中斷以及其它真實(shí)機(jī)器所應(yīng)當(dāng)具有的全部功能。

這樣做的好處是凡是能在一臺(tái)物理裸機(jī)上運(yùn)行的操作系統(tǒng)均可以出現(xiàn)在一個(gè)特定虛擬機(jī)上，分派給各用戶的不同虛擬機(jī)上可以隨用戶的個(gè)人愛好和操作習(xí)慣不同而采用不同的操作系統(tǒng)。在用戶看來就是直接在自己獨(dú)享的一臺(tái)裸機(jī)上工作。(7)試說明客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)為什么獲得廣泛應(yīng)用。

解：

客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)具有不同于傳統(tǒng)集中式OS的一系列獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，使得其在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代大為流行。主要原因有以下幾點(diǎn)：

1.該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行分布式處理和存儲(chǔ)?？蛻魴C(jī)本身均具有一定的處理能力，部

分?jǐn)?shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)工作可由本地客戶機(jī)完成，減少了服務(wù)器機(jī)的任務(wù)量。2.對(duì)于重要數(shù)據(jù)，可以將其放在受到嚴(yán)密保護(hù)的服務(wù)器所在的局域網(wǎng)內(nèi)集中管理，以

便保證數(shù)據(jù)安全。

3.C/S結(jié)構(gòu)有較好的靈活性和可擴(kuò)展性，客戶機(jī)/服務(wù)器機(jī)類型可選范圍很大。4.易于修改用戶程序。對(duì)客戶機(jī)的修改和增刪很便利，甚至可以由用戶自行進(jìn)行。(8)處理機(jī)管理有哪些主要功能？請(qǐng)簡(jiǎn)要描述。

解：

處理機(jī)的管理功能主要表達(dá)在創(chuàng)立、撤銷進(jìn)程，并依照一定的算法為其分派所需資源，同時(shí)還要管理和控制各用戶的多個(gè)進(jìn)程協(xié)調(diào)運(yùn)行，確保各個(gè)進(jìn)程可以正確的通信。在多道程序OS中，這些管理功能最終通過對(duì)進(jìn)程的控制和管理來實(shí)現(xiàn)，而在具有線程機(jī)制的OS中，這些功能的實(shí)現(xiàn)還依靠于對(duì)線程的管理和控制。(9)存儲(chǔ)器管理有哪些主要功能？請(qǐng)簡(jiǎn)要描述。

解：

操作系統(tǒng)所管理的存儲(chǔ)器包括內(nèi)存、外存等，因此存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)就是將各種存儲(chǔ)器件統(tǒng)一管理，保證多道程序的良好運(yùn)行環(huán)境，同時(shí)還要兼顧內(nèi)存利用率、規(guī)律上擴(kuò)展內(nèi)存的需求以及用戶的感受，提供優(yōu)良的控制、存取功能，為用戶提供操控存儲(chǔ)器的手段。為實(shí)現(xiàn)上述要求，存儲(chǔ)器管理應(yīng)具有內(nèi)存分派、內(nèi)存回收、內(nèi)存保護(hù)、地址映射和虛擬內(nèi)存等功能。

(10)文件管理有哪些主要功能？請(qǐng)簡(jiǎn)要描述。

解：

其主要功能就是管理外存上的靜態(tài)文件，提供存取、共享和保護(hù)文件的手段，以便利用戶使用，同時(shí)阻止無權(quán)限用戶對(duì)他人資源的誤訪問或有權(quán)限用戶對(duì)資源的誤操作。文件管理機(jī)制還要能有效管理外存空閑區(qū)域，根據(jù)文件的大小為其分派和回收空閑區(qū)。為了滿足用戶對(duì)響應(yīng)時(shí)間的要求，文件管理機(jī)制還應(yīng)實(shí)現(xiàn)目錄管理，以便快速地定位文件。文件管理機(jī)制能有效保護(hù)文件安全，提高資源利用率，為用戶提供快速檢索和使用文件的手段，是OS不可或缺的組成部分。

(11)設(shè)備管理有哪些主要功能？請(qǐng)簡(jiǎn)要描述。

解：

設(shè)備管理的主要作用是使用統(tǒng)一的方式控制、管理和訪問種類繁多的外圍設(shè)備。設(shè)備管理功能主要表達(dá)在：接收、分析和處理用戶提出的I/O請(qǐng)求，為用戶分派所需I/O設(shè)備，同時(shí)還要做到盡量提高CPU和I/O設(shè)備利用率、I/O處理效率，為用戶提供操控I/O設(shè)備的便捷界面和手段。根據(jù)設(shè)備管理模塊的功能要求，可以將其功能分為設(shè)備分派、緩沖管理、設(shè)備處理、虛擬設(shè)備等。

第2章操作系統(tǒng)的界面

(1)請(qǐng)說明系統(tǒng)生成和系統(tǒng)引導(dǎo)的過程。

解：

系統(tǒng)的生成過程：當(dāng)裸機(jī)啟動(dòng)后，會(huì)運(yùn)行一個(gè)特別的程序來自動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)的生成（安裝），生成系統(tǒng)之前需要先對(duì)硬件平臺(tái)狀況進(jìn)行檢查，或者從指定文件處讀取硬件系統(tǒng)的配置信息，以便根據(jù)硬件選擇適合的操作系統(tǒng)模塊組，比較重要的信息尋常有：CPU類型、內(nèi)存大小、當(dāng)前關(guān)聯(lián)設(shè)備的類型和數(shù)量以及操作系統(tǒng)的重要功能選項(xiàng)和參數(shù)。依照這些信息的指示，系統(tǒng)生成程序就可以正確地生成所需的操作系統(tǒng)。

系統(tǒng)引導(dǎo)的過程：系統(tǒng)引導(dǎo)指的是將操作系統(tǒng)內(nèi)核裝入內(nèi)存并啟動(dòng)系統(tǒng)的過程。主要包括初始引導(dǎo)、內(nèi)核初始化、全系統(tǒng)初始化。初始引導(dǎo)工作由BIOS完成，主要完成上電自檢，初始化基本輸入輸出設(shè)備，載入操作系統(tǒng)內(nèi)核代碼等工作。內(nèi)核被載入內(nèi)存后，引導(dǎo)程序?qū)PU控制權(quán)交給內(nèi)核，內(nèi)核將首先完成初始化功能，包括對(duì)硬件、電路規(guī)律等的初始化，以及對(duì)內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的初始化，如頁(yè)表(段表)等。全系統(tǒng)初始化階段要做的就是啟動(dòng)用戶接口程序，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行必要的初始化，使系統(tǒng)處于等待命令輸入狀態(tài)。(2)操作系統(tǒng)具有哪些接口？這些接口的作用是什么？

解：

操作系統(tǒng)為用戶提供的接口有圖形接口、命令接口和程序接口幾種形式。操作系統(tǒng)包括三種類型的用戶接口：命令接口（具體又可分為聯(lián)機(jī)命令接口與脫機(jī)命令接口）、程序接口及圖形化用戶接口。其中，命令接口和圖形化用戶接口支持用戶直接通過終端來使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，而程序接口則提供給用戶在編制程序時(shí)使用。

(3)請(qǐng)說明操作系統(tǒng)具有的共性服務(wù)有哪些不同類別，這些類別分別用于完成什么功能？

解：所有的操作系統(tǒng)都通過一些基本服務(wù)來幫助用戶簡(jiǎn)單便捷地使用計(jì)算機(jī)各類資源，它們包括以下幾個(gè)類別：

1.控制程序運(yùn)行：系統(tǒng)通過服務(wù)將用戶程序裝入內(nèi)存并運(yùn)行該程序，并且要控制程序

在規(guī)定時(shí)間內(nèi)終止。

2.進(jìn)行I/O操作：用戶是不能直接控制設(shè)備的，只能通過操作系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行交

互，由系統(tǒng)調(diào)用將結(jié)果顯示在屏幕上或交給用戶。3.操作文件系統(tǒng)：為了保證明現(xiàn)“按名存取〞，文件系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)為用戶提供根據(jù)文件名

來創(chuàng)立、訪問、修改、刪除文件的方法，以確保文件數(shù)據(jù)的安全可靠以及正確存取。4.實(shí)現(xiàn)通信：操作系統(tǒng)需要提供多個(gè)程序之間進(jìn)行通訊的機(jī)制，來控制程序的執(zhí)行順

序。

5.錯(cuò)誤處理：操作系統(tǒng)通過錯(cuò)誤處理機(jī)制，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并采取正確的處理步驟，

避免損害系統(tǒng)的正確性和統(tǒng)一性。

(4)系統(tǒng)調(diào)用的用途是什么？

解：

尋常，在操作系統(tǒng)內(nèi)核設(shè)置有一組用于實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)功能的子程序(過程)，并將它們提供給用戶程序調(diào)用。每當(dāng)用戶在程序中需要操作系統(tǒng)提供某種服務(wù)時(shí)，便可利用一條系統(tǒng)調(diào)用命令，去調(diào)用所需的系統(tǒng)過程。這即所謂的系統(tǒng)調(diào)用。系統(tǒng)調(diào)用的主要類型包括：

1.進(jìn)程控制類，主要用于進(jìn)程的創(chuàng)立和終止、對(duì)子進(jìn)程終止的等待、進(jìn)程映像的替換、

進(jìn)程數(shù)據(jù)段大小的改變以及關(guān)于進(jìn)程標(biāo)識(shí)符或指定進(jìn)程屬性的獲得等；

2.文件操縱類，主要用于文件的創(chuàng)立、開啟、關(guān)閉、讀/寫及文件讀寫指針的移動(dòng)和

文件屬性的修改，目錄的創(chuàng)立及關(guān)于目錄、特別文件或普通文件的索引結(jié)點(diǎn)的建立等；

3.進(jìn)程通信類，用于實(shí)現(xiàn)各種類型的通信機(jī)制如消息傳遞、共享存儲(chǔ)區(qū)及信息量集機(jī)

制等；

4.信息維護(hù)類，用于實(shí)現(xiàn)關(guān)于日期和時(shí)間及其它系統(tǒng)相關(guān)信息的設(shè)置和獲得。(5)命令解釋程序有什么作用？

解：

命令解釋程序的主要作用是：在屏幕上產(chǎn)生提醒符，請(qǐng)用戶輸入命令，然后讀入命令、識(shí)別命令，并轉(zhuǎn)至相應(yīng)的命令處理程序入口地址，把控制權(quán)交給該處理程序去執(zhí)行，最終將有關(guān)處理結(jié)果(包括出錯(cuò)信息)送屏幕顯示。

第3章處理器管理

(1)為什么程序并發(fā)執(zhí)行會(huì)產(chǎn)生休止性特征，并失去封閉性和可再現(xiàn)性？

解：

之所以產(chǎn)生休止性特征是由于多個(gè)程序在并發(fā)執(zhí)行時(shí)，需要為了完成同一項(xiàng)任務(wù)而相互合作，并發(fā)執(zhí)行的程序間的這種相互制約導(dǎo)致了“暫停—執(zhí)行—暫停〞的休止性運(yùn)行規(guī)律。

失去封閉性是由于程序在并發(fā)執(zhí)行時(shí)，多個(gè)程序需要共享系統(tǒng)中的多種資源。所以，這些資源的狀態(tài)是由多個(gè)程序改變的，從而使程序的運(yùn)行失去了封閉性。

失去可再現(xiàn)性是由于程序在并發(fā)執(zhí)行時(shí)，由于失去了封閉性，從而導(dǎo)致其失去可再現(xiàn)性。(2)什么是進(jìn)程？為什么要在操作系統(tǒng)中引入進(jìn)程？

解：

進(jìn)程是可并發(fā)執(zhí)行且具有獨(dú)立功能的程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上的運(yùn)行過程，它是操作系統(tǒng)進(jìn)行資源分派和調(diào)度的基本單位?！斑M(jìn)程〞概念是人們?yōu)榱耸钩绦蚰軌虿l(fā)執(zhí)行，并且能對(duì)并發(fā)的程序加以描述和控制而引入的。

(3)試從并發(fā)性、獨(dú)立性、動(dòng)態(tài)性上比較程序和進(jìn)程的不同。

解：

?并發(fā)性是進(jìn)程的重要特征，同時(shí)也是OS的重要特征。引入進(jìn)程的目的正是為了

使其程序能和其它進(jìn)程的程序并發(fā)執(zhí)行，而程序是不能并發(fā)執(zhí)行的。?獨(dú)立性是指進(jìn)程實(shí)體是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，同時(shí)也是系統(tǒng)中獨(dú)立獲得資

源和獨(dú)立調(diào)度的基本單位。而對(duì)于未建立任何進(jìn)程的程序，都不能作為一個(gè)獨(dú)立的單位參與運(yùn)行。

?動(dòng)態(tài)性是進(jìn)程最基本的特性，可表現(xiàn)為由創(chuàng)立而產(chǎn)生，由調(diào)度而執(zhí)行，因得不到

資源而暫停執(zhí)行，以及由撤銷而消亡，因而進(jìn)程有一定的生命期；而程序只是一組有序指令的集合，是靜態(tài)實(shí)體。

(4)什么是PCB？它具有什么作用？為什么說PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)識(shí)？

解：

進(jìn)程控制塊(ProcessControlBlock，PCB)是操作系統(tǒng)為了管理進(jìn)程而設(shè)置的一個(gè)專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用它來記錄進(jìn)程的外部特征，描述進(jìn)程的運(yùn)動(dòng)變化過程。

它的作用是使一個(gè)在多道程序環(huán)境下不能獨(dú)立運(yùn)行的程序(含數(shù)據(jù))，成為一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，一個(gè)能和其它進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程.

由于系統(tǒng)利用PCB來控制和管理進(jìn)程，所以PCB是系統(tǒng)感知進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志。進(jìn)程與PCB是一一對(duì)應(yīng)的。

(5)進(jìn)程有哪些基本狀態(tài)？這些狀態(tài)具有什么特征？

解：

進(jìn)程的三種基本狀態(tài)分別是：就緒狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、阻塞狀態(tài)。

?就緒狀態(tài)：進(jìn)程已獲取到除CPU之外的所有必要資源，只要再得到CPU，就可

以馬上投入運(yùn)行。

?運(yùn)行狀態(tài)：處于就緒狀態(tài)的進(jìn)程被調(diào)度程序選中后將得到CPU控制權(quán)，此時(shí)該

進(jìn)程就可以使用處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理。?阻塞狀態(tài)：當(dāng)一個(gè)進(jìn)程正在等待某個(gè)事件的發(fā)生(如等待I/O的完成)而暫停執(zhí)行，

這時(shí)，即使分派有CPU時(shí)間，它也無法執(zhí)行。

(6)為什么要引入掛起狀態(tài)？該狀態(tài)有什么特性？

解：

引入掛起狀態(tài)時(shí)為了滿足四種需要：調(diào)理系統(tǒng)負(fù)荷的需要、用戶的需要、父進(jìn)程的需要、系統(tǒng)的需要。

掛起狀態(tài)的特點(diǎn)：交換到磁盤上的進(jìn)程，不讓其參與進(jìn)程調(diào)度，以達(dá)到平衡系統(tǒng)負(fù)荷的目的。

(7)說明進(jìn)程基本狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系及引起這些狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的典型原因。

解：

處于就緒狀態(tài)的進(jìn)程，在調(diào)度程序?yàn)橹峙闪颂幚砥髦?，就可以投入運(yùn)行。同時(shí)，進(jìn)程的狀態(tài)也由就緒狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)行狀態(tài)；在采用時(shí)間片機(jī)制的操作系統(tǒng)中，分派給當(dāng)前進(jìn)程的時(shí)間片用完之后，它會(huì)暫停執(zhí)行，其狀態(tài)也由運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換到就緒狀態(tài)；假使由于某事件發(fā)生(譬如進(jìn)程需要訪問某I/O設(shè)備，而該設(shè)備正在被別的進(jìn)程訪問)而使進(jìn)程運(yùn)行受阻，不能再繼續(xù)向下執(zhí)行時(shí)，它的狀態(tài)會(huì)由運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽枞麪顟B(tài)；當(dāng)進(jìn)程期望的某事件發(fā)生時(shí)(譬如需