(完整版)操作系統(tǒng)教程第5版課后答案解析

專業(yè)知識整理分享專業(yè)知識整理分享操作系統(tǒng)教程第5版課后答案費祥林、駱斌編著第一章操作系統(tǒng)概論習(xí)題一一、思考題簡述現(xiàn)代計算機系統(tǒng)的組成及層次結(jié)構(gòu)。答：現(xiàn)代計算機系統(tǒng)由硬件和軟件兩個部分組成。是硬件和軟件相互交織形成的集合體，構(gòu)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(nèi)存、外存及I/O設(shè)備。軟件層由包括系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件。其中系統(tǒng)軟件是最靠近硬件的。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(shè)備、存儲器等；信息資源分為程序和數(shù)據(jù)等。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)進行調(diào)度，以及方便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(wù)用戶觀點——操作系統(tǒng)提供用戶接口和公共服務(wù)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(diào)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(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)每次只有一個作業(yè)裝入計算機系統(tǒng)的主存儲器運行，多個作業(yè)可自動、順序地被裝入運行。批處理多道系統(tǒng)則允許多個作業(yè)同時裝入主存儲器，中央處理器輪流地執(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(shè)備，這樣可以充分利用計算機系統(tǒng)的資源，縮短作業(yè)時間，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共性的服務(wù)？答：（1）創(chuàng)建程序和執(zhí)行程序；（2）數(shù)據(jù)I/O和信息存??；（3）通信服務(wù)；（4）差錯檢測和處理。為了保證高效率、高質(zhì)量的工作，使得多個應(yīng)用程序能夠有效的共享系統(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，保護等。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(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“系統(tǒng)調(diào)用”可獲得操作系統(tǒng)的低層服務(wù)，訪問或使用系統(tǒng)管理的各種軟硬件資源，是操作系統(tǒng)對外提供服務(wù)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。什么是系統(tǒng)調(diào)用？可分為哪些類型？答：操作系統(tǒng)為了達到為應(yīng)用程序的運行提供良好的環(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)用按功能可分為六類：1）進程管理；2）文件操作；3）設(shè)備管理；4）主存管理；5）進程通信；6）信息維護。什么是實用程序，可分為哪些類型？答：實用程序又稱支撐程序，是為應(yīng)用程序的開發(fā)、調(diào)試、執(zhí)行和維護解決共性問題或執(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。試述系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)原理。操作系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用功能的機制稱為陷阱或異常處理機制。其實現(xiàn)原理是：首先編寫系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)并且設(shè)計系統(tǒng)調(diào)用入口地址表，每個入口地址都指向一個系統(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)的個數(shù)。然后開辟現(xiàn)場保護區(qū)，用以保存發(fā)生系統(tǒng)調(diào)用時的處理器現(xiàn)場。試述系統(tǒng)調(diào)用與函數(shù)過程調(diào)用之間的主要區(qū)別。答：在程序執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用或過程調(diào)用中兩者的主要區(qū)別是：1）調(diào)用的形式和實現(xiàn)的方式不同；2）被調(diào)用的代碼的位置不同；3）提供方式不同。試述API（Applicationprograminterface）、庫函數(shù)與系統(tǒng)調(diào)用之間的關(guān)系.答：API是由同名的封裝把系統(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(diào)用或多個系統(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，也不存在任何問題。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）是為了解決人機矛盾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)在一臺外圍機的控制下，預(yù)先從低速輸入設(shè)備到磁帶上，當(dāng)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(nèi)存，從而大大加快了程序的輸入過程，減少了CPU等待輸入的時間，這就是脫機輸入技術(shù)；當(dāng)程序運行完畢或告一段落，CPU需要時，無需直接把計算結(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，然后在外圍機的控制下，把磁帶上的計算結(jié)果由相應(yīng)的輸出設(shè)備輸出，這就是脫機輸出技術(shù)。2）若這種輸入輸出操作在主機控制下進行，則稱之為聯(lián)機輸入輸出方式。為什么對作業(yè)進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的等待時間來運行其它程序。舉例說明計算機體系結(jié)構(gòu)的不斷改進是操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力之一。答：計算機體系的基本結(jié)構(gòu)遵循馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)，主要由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)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(jié)構(gòu)不斷的改進，從而，要求計算機的操作系統(tǒng)不斷的更新，由原來的DOS到后來的Windows98,Windows2000,WindowsXP,UNIX,LINIX和Windows2003等。什么是多道程序設(shè)計？多道程序設(shè)計技術(shù)有什么特點？答;多道程序設(shè)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方法。其特點是：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。簡述實現(xiàn)多道程序設(shè)計所必須解決的基本問題。答：實現(xiàn)多道程序設(shè)計所必須解決的三個問題：1）存儲保護和地址重定位；2）處理機管理和調(diào)度；3）資源的管理和分配。計算機系統(tǒng)采用通道部件后，已實現(xiàn)處理器與外部設(shè)備的并行工作，為什么還要引入多道程序設(shè)計技術(shù)？答：引入多道程序設(shè)計技術(shù)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(yīng)用問題也只有靠多道程序設(shè)計技術(shù)才能有效解決。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(dāng)外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，能接收并足夠快的速度予以處理，處理的結(jié)果又能在規(guī)定時間內(nèi)來控制監(jiān)控的生產(chǎn)過程或?qū)θ蝿?wù)協(xié)調(diào)一致運行的操作系統(tǒng)。分類：1）過程控制系統(tǒng)：如生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)、導(dǎo)彈制導(dǎo)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(wù)請求和提問，并在短時間內(nèi)作出回答和響應(yīng)。如情報檢索系統(tǒng)。3）事務(wù)處理系統(tǒng)：計算機不僅要對終端用戶及時作出響應(yīng)，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(wù)系統(tǒng)。在分時系統(tǒng)中，什么是響應(yīng)時間？它與哪些因素有關(guān)？答：分時系統(tǒng)的響應(yīng)時間是指用戶從終端發(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間。這個時間受時間片長度、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。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)別：1）追求目標(biāo)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(biāo)，分時操作系統(tǒng)強調(diào)公平性對于聯(lián)機用戶的立即執(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)，分時操作系統(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，能公平的調(diào)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(yù)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。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)是指計算機及時響應(yīng)外部事件地請求并在規(guī)定時限內(nèi)完成對該事件的處理，控制所有實時高備和實時任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運行。實時操作系統(tǒng)和分時操作系統(tǒng)的主要區(qū)別有兩點：1）分時操作系統(tǒng)的目標(biāo)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)則大都是具有特殊用途的專用系統(tǒng)，交互能力略差。2）分時操作系統(tǒng)對響應(yīng)時間雖有要求，但一般來說，響應(yīng)時間由人所能承受的等待時間來確定；而實時操作系統(tǒng)對響應(yīng)時間要求很高，一般由控制系統(tǒng)或信息處理磁頭所能接受的延遲時間來決定。試比較單道和多道批處理系統(tǒng)。答：1）單道批處理系統(tǒng)是最早出現(xiàn)的一種OS，它具有自動性，順序性和單道性的特點；多道批處理系統(tǒng)則具有調(diào)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(zhuǎn)時間長，無交互能力?，F(xiàn)代操作系統(tǒng)具有哪些基本的功能，請簡單敘述之。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(shè)備管理，文件管理)、提高資源的利用率、方便用戶。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)共享性(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；增強系統(tǒng)的處理能力；方便用戶使用。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(dǎo)致隨機事件的發(fā)生。操作系統(tǒng)中的隨機事件處處可見，不可預(yù)見。所以操作系統(tǒng)必須能夠及時捕捉并正確處理。組成操作系統(tǒng)的構(gòu)件有哪些？請簡單敘述之。答：操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計有：單體式、層次式、虛擬機和微內(nèi)核結(jié)構(gòu)。Linux采用單體式的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要構(gòu)件有內(nèi)核、shell、應(yīng)用程序。什么是操作系統(tǒng)內(nèi)核？答：內(nèi)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(nèi)核空間，運行于內(nèi)核態(tài)，具有直接訪問硬件設(shè)備和所有內(nèi)存空間的權(quán)限，是僅有的能夠執(zhí)行特權(quán)指令的程序。列舉內(nèi)核的分類、屬性及特點。答：內(nèi)核按大小分為僅有極少必須功能的微內(nèi)核，和大部分功能都并入內(nèi)核的單內(nèi)核。內(nèi)核的屬性：1）內(nèi)核是由中斷程序引出的；2）內(nèi)核可以在屏蔽中段狀態(tài)下執(zhí)行；3）內(nèi)核是不可搶占的；4）內(nèi)核可使用特權(quán)命令。內(nèi)核的功能：1）中斷處理；2）時鐘管理；3）短程調(diào)度；4）原語管理。簡述單內(nèi)核操作系統(tǒng)及其優(yōu)缺點。答：單內(nèi)核操作系統(tǒng)是將系統(tǒng)的大部分功能都并入到內(nèi)核中。采用模塊組合法，是基于結(jié)構(gòu)化設(shè)計的一種軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊密、組合方便、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，靈活性強。缺點：模塊的獨立性差，系統(tǒng)的功能增、刪、改困難，可靠性低。簡述微內(nèi)核及客戶——服務(wù)器結(jié)構(gòu)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(nèi)核態(tài)的內(nèi)核，提供系統(tǒng)基本功能。二是運行于用戶態(tài)以客戶——服務(wù)器方式執(zhí)行的進程層。優(yōu)點：1）對進程請求提供一致性的接口；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。什么是層次式操作系統(tǒng)？試說明其優(yōu)缺點。答：層次式結(jié)構(gòu)把操作系統(tǒng)劃分為內(nèi)核和若干模塊，這些模塊按功能的調(diào)用次序排列成若干層次，各層之間只能存在單向依賴或單向調(diào)用關(guān)系。優(yōu)點：1）把整體問題局部化，層次清晰；2）增加、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。什么是虛擬機操作系統(tǒng)？試說明其優(yōu)缺點。答;將一個物理實體改變成若干個邏輯上的對應(yīng)物，虛擬機復(fù)制物理實體硬件給每臺虛擬機復(fù)制與實體計算機相同的硬件設(shè)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：獨立于主機運行，對主機毫無影響。缺點：不能進行大量信息處理。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(wù)例程嵌入應(yīng)用進程中運行；2）操作系統(tǒng)服務(wù)例程作為獨立進程運行。簡述操作系統(tǒng)資源管理的主要技術(shù)：資源復(fù)用、資源虛擬和資源抽象。答：資源復(fù)用：操作系統(tǒng)讓眾多進程共享物理資源，通過適當(dāng)?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(fù)用和時分復(fù)用。資源虛擬：虛擬是對資源進行轉(zhuǎn)化、模擬或整合，把一個物理資源轉(zhuǎn)換對應(yīng)多個邏輯上的對應(yīng)物。能為應(yīng)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(chǔ)上，按照特定的方式將底層指令序列和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)打包成函數(shù)，以便可以作為單一的高級操作被調(diào)用。何謂POSIX?試述POSIX3.1的內(nèi)容。答：POSIX是IEEE擬定的一個Unix系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，它定義相互兼容的Unix系統(tǒng)所必須支持的最少系統(tǒng)調(diào)用接口和工具。服務(wù)用戶觀點，操作系統(tǒng)作為用戶接口和公共服務(wù)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(diào)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(yīng)用題1?有一臺計算機具有1MB內(nèi)存，操作系統(tǒng)占用200KB，各個用戶進程分別占用200KB。如果用戶進程等待I/O操作的時間為80%，若增加1MB內(nèi)存空間，則CPU的利用率能夠提高多少？解：設(shè)每個進程的等待時間為P,則n個進程的等待時間就為Pn，則CPU利用率為1-pn.如題操作系統(tǒng)占用200kb,則有4個進程，cpu利用率為1-(80%)4=59%，若再增加1MB內(nèi)存，則此時內(nèi)存可容納9個進程，cpu利用率就為1-(80%)9=87%.(87%)/(59%)=147%147%-100%=47%,增加1MBcpu利用率能夠提高47%。在某個計算機系統(tǒng)中有一臺輸入機和一臺打印機，現(xiàn)有兩道程序投入運行，且程序A先開始運行，程序B后開始運行。程序A的運行軌跡為：計算50ms、打印100Ms，再計算50Ms，打印100Ms，結(jié)束。程序B的運行軌跡為：計算50Ms、輸入80ms,再計算100Ms，結(jié)束。試說明：兩道程序運行時，cpu是否空閑等待？若是，在哪段時間內(nèi)等待。程序A、B是否有等待cpu的情況？若有，指出發(fā)生的時刻。解：A、B程序并發(fā)執(zhí)行圖：WORD格式可編輯WORD格式可編輯處理器fA壯||Bi臨1ai,枕11Ril僮I1ri11111輸入機:1牙輸入1:111打珈機111111iA-II；：l|稅序A|汁母1|4\LU|1I|」IL|I]程序B1i\ta.|齡人■1-Jn.|時問（冊）|111111I110501〔心1501X(12002；0300（1）cpu空閑時發(fā)生在100ms到150ms之間。（2）B程序有等待cpu的情況，在180-220ms時。設(shè)有三道程序，按照A、B、C的優(yōu)先次序運行，其內(nèi)部計算和I/O操作時間如下圖所示。AC=30ms11I=40msAC=30ms11I=40