操作系統(tǒng)學習指導與習題（含答案）

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操作系統(tǒng)

第一章概論

1.1學習指導

操作系統(tǒng)是運行在計算機硬件系統(tǒng)上的最基本的系統(tǒng)軟件。它操作和管理著所有的系統(tǒng)硬件，也控制和管理著所有的系統(tǒng)軟件，操作系統(tǒng)對計算機使用者提供了一種良好的操作環(huán)境，也為其他各種應用系統(tǒng)提供了最基本的支撐環(huán)境。

現(xiàn)代操作系統(tǒng)是一個繁雜的系統(tǒng)軟件，它與計算機硬件系統(tǒng)有千絲萬縷的聯(lián)系，也與用戶有著密不可分的關系，它在計算機系統(tǒng)中位于計算機裸機和計算機用戶之間。緊挨著硬件的就是操作系統(tǒng)，它通過系統(tǒng)核心程序對計算機系統(tǒng)中的幾類資源進行管理，如處理機、存儲器、輸入/輸出設備、數(shù)據(jù)與文檔資源、用戶作業(yè)等，并向用戶提供若干服務，通過這些服務將所有對硬件的繁雜操作隱蔽起來，為用戶提供一個透明的操作環(huán)境。

在操作系統(tǒng)的外層是其它系統(tǒng)軟件。操作系統(tǒng)是最基本的系統(tǒng)軟件。用戶可以直接通過系統(tǒng)軟件層與計算機打交道，也可以建立各類應用軟件和應用系統(tǒng)，通過它們來解決用戶的問題。由此可見，操作系統(tǒng)是介于計算機硬件和用戶之間的一個接口。

根據(jù)操作系統(tǒng)的功能特征，可將操作系統(tǒng)分為批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)和實時系統(tǒng)三種基本類型。不同類型的操作系統(tǒng)有不同的作業(yè)用戶，適用于不同的應用領域。

本章的重點內容是：對一些術語及概念的了解及認識，如批處理、吞吐量、作業(yè)的周轉時間、分時(簡單分時、具有“前臺〞和“后臺〞的分時系統(tǒng)、基于多道程序設計的分時系統(tǒng))、實時、多道程序設計、時間片及操作系統(tǒng)的特征(并發(fā)、共享、虛擬、不確定性)。1.2學習自評

一、選擇題

1.組成計算機系統(tǒng)軟件的基本部分是__________。

A.應用軟件B.語言處理程序C.例行服務程序D.操作系統(tǒng)

2.把處理機的時間分成很短的時間片（如幾百毫秒），并把這些時間片輪番地分派給各聯(lián)

機作業(yè)使用的技術稱為__________。

A.分時技術B.實時技術C.批處理技術D.多道程序設計技術3.所謂__________是指一個以上的作業(yè)放入主存，并且同時處于運行狀態(tài)。這些作業(yè)共

享處理機的時間和外圍設備等其他資源。

A.多重處理B.多道程序設計C.多道批處理D.共行執(zhí)行

4.在一個以批處理為主的系統(tǒng)中，為保證系統(tǒng)的吞吐量，總是要力爭縮短用戶作業(yè)的

__________。

A.周轉時間B.運行時間C.提交時間D.完成時間5.在批處理系統(tǒng)中，周轉時間是指__________。

A.作業(yè)的運行時間B.作業(yè)等待時間和運行時間之和

C.作業(yè)的相對等待時間D.作業(yè)被調度進入內存到運行完畢的時間6.在分時系統(tǒng)中，時間片一定，__________，響應時間越長。

A.內存越多B.內存越少C.用戶數(shù)越多D.用戶數(shù)越少

7.操作系統(tǒng)中采用多道程序設計技術以提高CPU和外部設計的__________。A.利用率B.可靠性C.穩(wěn)定性D.兼容性

8.多道批處理系統(tǒng)的硬件支持是20世紀60年代初發(fā)展起來的__________。

A.RISC技術B.通道和中斷機構

C.集成電路D.高速內存

9.下面6個系統(tǒng)中，必需是實時操作系統(tǒng)的有__________個。

計算機輔助設計系統(tǒng)、航空訂票系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、機器翻譯系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、計算機激光照排系統(tǒng)

A.1B.2C.3D.4

10.若操作系統(tǒng)看作是計算機資源的管理者，則以下不屬于操作系統(tǒng)管理的資源的是

__________。

A.程序B.內存C.CPUD.中斷

11.操作系統(tǒng)的功能是進行文件管理、處理器管理、作業(yè)管理、設備管理和（）管

理。

A.存儲器B.進程C.系統(tǒng)D.JCB12.操作系統(tǒng)按功能特征分的基本類型主要有（）。

A.批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)及多任務系統(tǒng)

B.實時操作系統(tǒng)、批處理操作系統(tǒng)及分時操作系統(tǒng)C.單用戶系統(tǒng)、多用戶系統(tǒng)及批處理系統(tǒng)D.實時系統(tǒng)、分時系統(tǒng)和多用戶系統(tǒng)

13.以下不是操作系統(tǒng)關心的主要問題是()。

A.管理計算機裸機

B.設計、提供用戶程序與計算機硬件系統(tǒng)的界面C.管理計算機系統(tǒng)資源D.高級程序設計語言的編譯器

14.（）操作系統(tǒng)允許在一臺主機上同時連接多臺終端，多個用戶可以通過各自的終

端同時交互地使用計算機。

A.網絡B.分布式C.分時D.實時

15.在（）操作系統(tǒng)控制下，計算機系統(tǒng)能及時處理由過程控制反饋的數(shù)據(jù)并作出響

應。A.實時B.分時C.分布式D.單用戶16.操作系統(tǒng)是一組（）。

A.文件管理程序B.中斷處理程序C.資源管理程序D.設備管理程序17.計算機操作系統(tǒng)的功能是（）。

A.把源程序代碼轉換為目標代碼B.實現(xiàn)計算機用戶之間的相互交流

C.完成計算機硬件和軟件之間的轉換

D.控制和管理計算機系統(tǒng)的資源和程序的執(zhí)行18.設計實時操作系統(tǒng)時，首先應考慮系統(tǒng)的（）。

A.可靠性和靈活性B.實時性和可靠性

C.靈活性和可靠性D.優(yōu)良性和分派性19.從用戶的觀點看，操作系統(tǒng)是（）。

A.用戶與計算機之間的接口

B.控制和管理計算機資源的軟件C.合理地組織計算機工作流程的軟件

D.由若干層次的程序按一定的結構組成的有機體

20.用戶使用操作系統(tǒng)尋常有三種手段，它們是操作控制、系統(tǒng)調用和（）。

A.計算機高級語言B.宏命令C.作業(yè)控制語言D.匯編語言

二、填空題

21.根據(jù)服務對象不同，常用的單處理機OS可以分為如下三種類型：允大量個用戶在其終

端上同時交互地使用計算機的OS稱為，它尋常采用策略為用戶服務；允許用戶把若干個作業(yè)提交給計算機系統(tǒng)集中處理的OS稱

為，衡量這種系統(tǒng)性能的一個重要指標是；在的控制下，計算機能及時地處理由過程控制反饋的數(shù)據(jù)并作出響應。設計這種系統(tǒng)時，

應首先考慮系統(tǒng)的。

22.實時系統(tǒng)一般采用方法來提高可靠性。

23.從資源分派的角度講，計算機系統(tǒng)中的資源分為、、和。

24.在分時和批處理系統(tǒng)結合的操作系統(tǒng)中引入了“前臺〞和“后臺〞作業(yè)的概念，其目

的是。

25.采用多道程序設計技術能充分發(fā)揮與并行工作的能力。26.按內存中同時運行程序的數(shù)目可以將批處理系統(tǒng)分為兩類：和。

27.并發(fā)和是操作系統(tǒng)的兩個最基本的特征，兩者之間互為存在條件。28.操作系統(tǒng)的主要性能參數(shù)有和等。前者指的是單位時間內

系統(tǒng)處理的作業(yè)量，后者指的是在一個給定時間內，系統(tǒng)的一個指定成分被使用的時間比例。三、自評參考答案

1.D2.A3.B4.A5.B6.C7.A8.C9.C10.D11.A12.B13.D14.C15.A16.C17.D18.B19.A20.C21.分時OS，時間片輪轉，批處理OS，吞吐量，實時OS，實時性和可靠性22.雙工體制23.處理機、存儲器、輸入輸出設備、文件24.為了提高CPU的利用率25.CPU、外設26.單道批處理系統(tǒng)、多道批處理系統(tǒng)27.共享28.吞吐量、利用率

其次章進程管理

2.1學習指導

本章是操作系統(tǒng)中最重要的一章，它涉及的內容和概念較多，而且有一部分概念具有一定的難度。

程序在順序執(zhí)行時，具有順序性、封閉性和可再現(xiàn)性。但為了提高計算機資源的利用率和加強系統(tǒng)的處理能力而引入了硬件并行操作，這可使某些程序并發(fā)執(zhí)行，所謂并發(fā)是指在同一時間間隔內有若干事件發(fā)生。程序的并發(fā)執(zhí)行不僅能提高系統(tǒng)的吞吐量，而且可顯著地改善資源的利用率，所以并發(fā)已成為現(xiàn)代操作系統(tǒng)的一個基本特征。但是，程序的并發(fā)執(zhí)行，使之失去了順序程序的封閉性和可再現(xiàn)性，程序與計算不再一一對應，并產生了相互制約。為了描述程序的并發(fā)執(zhí)行而引入了進程的概念。

所謂進程可理解為“可與其他程序并發(fā)執(zhí)行的程序的一次執(zhí)行〞。為了描述和控制進程的運行，系統(tǒng)為每個進程定義了一個數(shù)據(jù)結構，該數(shù)據(jù)結構被稱為PCB，PCB是進程存在的帷一標志。進程具有五個基本特征：動態(tài)性、并發(fā)性、獨立性、異步性和結構特征。

由于進程運行的休止性，決定了進程至少有三種基本狀態(tài)：就緒、執(zhí)行和阻塞(等待)，

三種基本狀態(tài)可經一定的觸發(fā)條件而轉換。

進程是資源分派的基本單位，同時進程也可作為獨立運行的基本單位，用戶可以從進程的觀點來研究操作系統(tǒng)。但由于系統(tǒng)資源數(shù)量的有限，必然導致諸進程間競爭資源。用戶進程和系統(tǒng)進程之間、同一用戶作業(yè)的內部進程之間、不同用戶各作業(yè)的進程之間、各系統(tǒng)進程之間都存在資源競爭問題。競爭資源的進程間存在著兩種關系：(1)資源共享。雖然諸進程可以共享資源，但有些資源僅允許一個進程使用，我們把這種資源稱為“臨界資源〞，每個進程訪問臨界資源的那段代碼稱為“臨界區(qū)〞，應保證諸進程互斥地進入臨界區(qū)，即進程互斥；(2)資源共享。兩個或多個相關進程相互合作，完成一共同任務，此時，它們在執(zhí)行時序上必需協(xié)調，即進程同步。為實現(xiàn)進程的互斥與同步，系統(tǒng)中必需設置相應的同步機構，該機構應遵循的準則是：空閑讓進、忙則等待、有限等待和讓權等待。常用的同步機構有鎖和信號量等。

信號量是管理臨界區(qū)的公有資源，它代表可用資源實體。信號量僅能由P、V原語來對其進行修改。利用信號量可實現(xiàn)進程的互斥與同步，經典的進程同步問題有：生產者和消費者問題、讀者和寫者問題、哲學家進餐問題等。

所謂進程通信是指進程之間交換信息，通信可分為低級通信和高級通信。P、V操作屬于低級通信方式，該方式以控制進程并發(fā)執(zhí)行為主要目的，而利用通信原語進行高級通信則是以通信為主要目的。

一個作業(yè)從提交到完成一般要經歷三個階段：(1)高級調度。它決定了將哪些處于后備狀態(tài)的作業(yè)調入內存準備執(zhí)行；(2)低級調度。它決定了就緒隊列中的哪一個進程將獲得處理機，并使之執(zhí)行；(3)中級調度。它實現(xiàn)內外存進程的對換。進程調度有兩種方式：剝奪調度(搶占式調度)和非剝奪調度(非搶占式調度)方式。在批處理系統(tǒng)中常用的進程調度算法有：先來先服務FCFS、最短CPU運行期優(yōu)先、高優(yōu)先數(shù)優(yōu)先、響應比高者優(yōu)先等，在分時系統(tǒng)中常用的進程調度算法有：時間片輪轉、多級反饋隊列等調度算法。

進程間的關系十分繁雜。假使對競爭失控，產生的后果是要么資源在使用過程中遭到破壞，要么各進程為爭奪資源而形成僵持局面(死鎖)。產生死鎖的原因可歸結為諸進程對共享資源的競爭和進程推進順序不當。產生死鎖的必要條件有：互斥條件、請求和保持條件、不剝奪條件和環(huán)路等待條件。解決死鎖的方法也有四種：預防死鎖、避免死鎖、檢測死鎖和解除死鎖。在預防死鎖中我們可以通過破壞產生死鎖的四個必要條件的后三個來實現(xiàn)，如靜態(tài)資源分派法和有序資源分派法，但它們都加了較強的限制條件。避免死鎖是在資源分派過程中防止系統(tǒng)進入擔憂全態(tài)，我們可以用銀行家算法。檢測死鎖是在系統(tǒng)中設置一死鎖檢測機構，能及時地檢測出發(fā)生的死鎖。解除死鎖是當檢測到發(fā)生死鎖后，將進程從死鎖狀態(tài)中解脫出來，常采用剝奪資源和撤消進程兩種方法。

本章的重點內容是：進程的基本概念(包括進程的定義、進程的特征、進程的狀態(tài)及其變遷、進程的組成、進程控制塊的內容及作用)；進程的控制(包括進程的建立、進程的撤消、進程的阻塞、進程喚醒等)；原語的含義、作用及內容；臨界資源、臨界區(qū)的基本概念；進程互斥與同步的基本概念；P、V操作的控制機理；進程間的通信；常用進程調度算法；死鎖的基本概念；產生死鎖的原因和預防死鎖產生的具體措施等。2.2學習自評

一、選擇題

1．關于對進程概念的表達，以下說法錯誤的是。

A.進程是一個程序與數(shù)據(jù)的集合B.進程是程序的一次執(zhí)行C.進程是內存中一組指令序列的執(zhí)行過程D.進程是一個計算過程2．對進程的描述中，以下說法錯誤的是。

A.一個進程可以包含若干個程序B.一個程序可以對應多個進程C.進程必需由程序作為其組成部分D.一個程序僅對應一個進程3．以下關于進程的表達中，正確的是。

A.進程申請CPU得不到滿足時，其狀態(tài)變?yōu)榈却隣顟B(tài)

B.在單CPU系統(tǒng)中，任一時刻可有多個進程處于運行狀態(tài)C.優(yōu)先級是進行進程調度的重要依據(jù)，一旦確定，不能改變D.進程獲得處理機而運行是通過調度而得到的4．進程是。

A.一個程序段B.一個程序單位

C.一個程序與數(shù)據(jù)的集合D.一個程序的一次執(zhí)行5．，不是引入進程的直接目的。A.多道程序同時在主存中運行

B.主存中各程序之間存在著相互依靠、相互制約的關系C.程序的狀態(tài)不斷地發(fā)生變化D.程序需要從頭至尾的執(zhí)行

6．以下有關進程和程序的主要區(qū)別中，表達是錯誤的是。A.進程是程序的執(zhí)行過程，程序是代碼的集合

B.進程是動態(tài)的，程序靜態(tài)的

C.進程可為多個程序服務，而程序不能為多個進程服務

D.一個進程是一個獨立的運行單位，一個程序段不能作為一個獨立的運行單位7．不是組成進程的元素。

A.數(shù)據(jù)B.程序段C.進程控制塊D.變量8．不是進程的特征。

A.動態(tài)性B.并發(fā)性C.共享