計算機操作系統(tǒng)輔導(dǎo)第一章

計算機操作系統(tǒng)第一章操作系統(tǒng)概論1主講：王斯鋒湯小丹湯子瀛2計算機專業(yè)考研統(tǒng)考科目仍然包括四門計算機專業(yè)課：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機組成原理、操作系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)，這四門課程合在一起稱為計算機科學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)綜合，共150分。

345計算機學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)綜合考試考查目標:計算機學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)綜合考試涵蓋數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機組成原理、操作系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)等學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程。要求考生比較系統(tǒng)地掌握上述專業(yè)基礎(chǔ)課程的基本概念、基本原理和基本方法，能夠綜合運用所學(xué)的基本原理和基本方法分析、判斷和解決有關(guān)理論問題和實際問題。6Ⅱ考試形式和試卷結(jié)構(gòu)

一、試卷滿分及考試時間本試卷滿分為150分，考試時間為180分鐘二、答題方式答題方式為閉卷、筆試

三、試卷內(nèi)容結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

45分計算機組成原理

45分操作系統(tǒng)

35分計算機網(wǎng)絡(luò)

25分四、

試卷題型結(jié)構(gòu)單項選擇題

80分（40小題，每小題2分）綜合應(yīng)用題

70分7操作系統(tǒng)【考查目標】1.

掌握操作系統(tǒng)的基本概念、基本原理和基本功能，理解操作系統(tǒng)的整體運行過程。2.掌握操作系統(tǒng)進程、內(nèi)存、文件和I/O管理的策略、算法、機制以及相互關(guān)系。3.能夠運用所學(xué)的操作系統(tǒng)原理、方法與技術(shù)分析問題和解決問題，并能利用C語言描述相關(guān)算法。

8推薦輔導(dǎo)教材1、《計算機操作系統(tǒng)》（第三版），湯小丹等編著，西安電子科技大學(xué)出版社。2、《計算機操作系統(tǒng)》學(xué)習(xí)指導(dǎo)與題解，湯子瀛主審，西安電子科技大學(xué)出版社。3、《操作系統(tǒng)》習(xí)題與解析，曾平，李春葆編著，清華大學(xué)出版社。4、《操作系統(tǒng)》考研輔導(dǎo)教程，郝文化主編，電子科技大學(xué)出版社。5、《操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)指導(dǎo)和考試指導(dǎo)》（第二版），李善平編，浙江大學(xué)出版社。910操作系統(tǒng)之重點同步算法CPU調(diào)度算法銀行家算法請求分頁存儲管理方式中的地址重定位過程頁面置換算法SPOOLing技術(shù)磁盤驅(qū)動調(diào)度算法文件的三種物理結(jié)構(gòu)的原理及其特點成組鏈接法11難點P,V題有些書也稱為算法題，這類題目比較難出題，一般很多年才會出來一些較為新穎的題目，有些創(chuàng)新根本就是換湯不換藥?？疾榇蠹业睦斫饽芰Α６乙话汶y度比較大?？梢哉f是操作系統(tǒng)題目的壓軸題或者說是重頭戲。這部分要花較多時間來復(fù)習(xí)，P,V操作題目才可以應(yīng)對自如。12算法題該題型主要考查基本算法，整體難度不大。主要涉及內(nèi)存管理、作業(yè)調(diào)度、進程調(diào)度、死鎖(銀行家算法)、磁盤調(diào)度、成組鏈接等算法集中的知識點。這部分分數(shù)也較多，希望大家自己多加練習(xí)。各高校知識考查主要集中在一下三部分：內(nèi)存分配、作業(yè)（或進程）調(diào)度、銀行家算法。應(yīng)對策略：(1)要熟練基本算法。如內(nèi)存分配算法、銀行家算法、幾個常見的調(diào)度算法等等，這個部分需要一定量的練習(xí)題。(2)總結(jié)規(guī)律。因為是算法題目，所以規(guī)律性很強，做題的方法、做題的形式等，這個需要自己去認真總結(jié)。13?？几拍顨w納臨界區(qū)重定位：靜態(tài)重定位、動態(tài)重定位操作系統(tǒng)的基本特征系統(tǒng)調(diào)用死鎖的必要條件死鎖原因信號量：信號量的物理意義P,V操作進程進基本特征進程控制塊組成(PCB)進程上下文進程狀態(tài)14進程與程序的區(qū)別聯(lián)系為什么引入線程文件文件控制塊組成(FCB)文件系統(tǒng)作業(yè)JCBSpooling技術(shù)虛擬存儲技術(shù)通道目錄中斷原語15第一章操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)概述這一章常出題的點主要是這些：操作系統(tǒng)的作用、定義，引入單道批處理系統(tǒng)、多道批處理、分時系統(tǒng)、實時系統(tǒng)的原因，這些不同階段的操作系統(tǒng)各自的特點是什么，相互之間的差別在什么地方，各自追求的目標是什么；操作系統(tǒng)的基本特征和功能；操作系統(tǒng)的運行環(huán)境。16考查內(nèi)容操作系統(tǒng)的作用、概念、特征、功能和提供的服務(wù)操作系統(tǒng)的發(fā)展與分類：三大操作系統(tǒng)的定義、特征及區(qū)別操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和運行環(huán)境17第一章目錄1.1操作系統(tǒng)的目標和作用1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.3操作系統(tǒng)的基本特性1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.5操作系統(tǒng)設(shè)計典型問題分析及實戰(zhàn)練習(xí)18常見考試知識點分析1.1操作系統(tǒng)的目標和作用1、目標有四個：有效性，方便性，可擴充性和開放性。操作系統(tǒng)是為了提高計算機的利用率和方便用戶使用計算機而配備的一種系統(tǒng)軟件。這與計算機的規(guī)模有關(guān)，大型機注重有效性，微機注重方便性。又與操作系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境有關(guān)，查詢系統(tǒng)注重響應(yīng)性，實時系統(tǒng)注重實時性和高可靠性。有效性：提高系統(tǒng)資源利用率和提高系統(tǒng)的吞吐量19例1：簡述為計算機設(shè)計操作系統(tǒng)要達到的目的以及在設(shè)計時所需考慮的目標解：操作系統(tǒng)是一種系統(tǒng)程序，其目的是為其他程序的執(zhí)行提供一個良好的環(huán)境。它有兩個主要設(shè)計目標：一是使計算機系統(tǒng)使用方便，二是使計算機系統(tǒng)能高效地工作20例2：簡述操作系統(tǒng)如何為用戶提供良好的運行環(huán)境。解：首先，操作系統(tǒng)要使得計算機系統(tǒng)使用方便：操作系統(tǒng)為用戶提供方便的使用接口，用戶按需要輸入命令或從提供的“菜單”中選擇命令，操作系統(tǒng)按命令去控制程序的執(zhí)行，用戶也可以請求操作系統(tǒng)的功能模塊為其服務(wù)，而不必了解硬件的特性。其次，操作系統(tǒng)要使得計算機系統(tǒng)能高效地工作：操作系統(tǒng)擴充硬件的功能，使硬件的功能發(fā)揮得更好，操作系統(tǒng)使用戶合理共享資源，防止各用戶間的相互干擾，操作系統(tǒng)以文件形式管理軟件資源，保證信息的安全和快速存取212、作用有四點：接口(從用戶的觀點):軟件接口，命令方式、系統(tǒng)調(diào)用和圖形、窗口方式（GUI）資源管理：處理器、存儲器、I/O設(shè)備以及信息（數(shù)據(jù)和程序）擴展機器(從虛擬機的觀點，是計算機資源的抽象);計算機工作流程的組織者(從任務(wù)組織的觀點)定義：操作系統(tǒng)是指控制和管理計算機的軟、硬件資源，合理地組織計算機的工作流程，為程序的運行提供一個良好環(huán)境，方便用戶使用的程序集合。作業(yè)1：敘述操作系統(tǒng)的定義22操作系統(tǒng)與用戶之間的接口：命令接口：操作員級，字符界面，DOS、UNIX、OS/2、Minux等。程序接口：程序員級，（系統(tǒng)調(diào)用接口、應(yīng)用程序接口API（Win32,POSIXAPI,JavaAPI））GUI(GraphicsUserInterface)：圖形界面，是系統(tǒng)調(diào)用的一種形式。

Windows、Linux、Macintosh23特權(quán)指令、管態(tài)/目態(tài)特權(quán)指令:為保護輸入/輸出的完整性，把啟動I/O、設(shè)置時鐘、設(shè)置控制寄存器等一類可能影響系統(tǒng)安全的指令定義為特權(quán)指令。特權(quán)指令只允許操作系統(tǒng)使用，用戶程序不能使用特權(quán)指令。管態(tài)和目態(tài)：CPU的兩種工作模式24用戶程序…..trap指令………..查入口表傳遞參數(shù)啟動系統(tǒng)調(diào)用程序后續(xù)處理trap處理子程序根據(jù)用戶要求完成處理系統(tǒng)調(diào)用程序UNIX系統(tǒng)調(diào)用過程示意圖25操作系統(tǒng)中，用戶界面UI也稱為用戶接口，其含義有兩種：一種是指用戶與操作系統(tǒng)交互的途徑和通道，另一種是指這種交互環(huán)境的控制操作系統(tǒng)，即操作環(huán)境。一般將第一種含義稱為用戶接口，第二種含義稱為用戶交互界面。有是兩者混為一談。操作系統(tǒng)界面有兩類：命令行界面CLI或命令中斷（Unix和Linux）和GUI界面(Windows、Linux和MacOS)。26例１：下列選項中，（）不是操作系統(tǒng)必須要解決的問題Ａ提供保護和安全機制Ｂ管理目錄和文件Ｃ提供應(yīng)用程序接口Ｄ提供Ｃ++語言編譯器例2：用戶在程序中試圖讀取存放在硬盤中某文件的第10邏輯塊，使用操作系統(tǒng)提供的接口是（）A進程B

系統(tǒng)調(diào)用C庫函數(shù)D圖形用戶接口27例3：下列選擇中，（）不是操作系統(tǒng)關(guān)心的主要問題。（浙江大學(xué)2003年研究生試題）A管理計算機裸機B設(shè)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(shè)計語言的編譯器28例4：系統(tǒng)功能調(diào)用是（）（浙江大學(xué)2003年研究生試題）A用戶編寫的一個子程序B高級語言中的庫程序C操作系統(tǒng)中的一條命令D

操作系統(tǒng)向用戶程序提供的接口293、操作系統(tǒng)發(fā)展的動力有四點：

(1)不斷提高計算機資源的利用率：批處理OS、SPOOLing、虛擬存儲器技術(shù)等。

(2)方便用戶：分時OS（多用戶系統(tǒng)）、圖形用戶界面。

(3)器件的不斷更新?lián)Q代：8位、16位、32代、64位；磁盤的不斷發(fā)展。

(4)計算機體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展：單處理機系統(tǒng)、多處理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。30

操作系統(tǒng)的發(fā)展始終圍繞著兩個主要目的：第一，操作系統(tǒng)試圖調(diào)度計算活動以確保計算機系統(tǒng)的高性能。第二，操作系統(tǒng)提供一個便于開發(fā)和運行程序的環(huán)境。311.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1、無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)：兩個矛盾：人機矛盾和CPU-I/O設(shè)備速度不匹配的矛盾，通道技術(shù)、緩沖技術(shù)和脫機輸入/輸出方式。IBM1401、IBM70942、單道批處理系統(tǒng)：50年代中期，自動性、順序性和單道性第一張卡片：$JOB：標識所需的最大運行暗、計費賬號及程序員的名字，接著是$FORTRAN卡片，通知操作系統(tǒng)從磁帶上裝入FORTRAN編譯器，之后才是源程序，然后是$LOAD卡片，通知操作系統(tǒng)裝入編譯好的目標程序，接著是$RUN卡片，告訴操作系統(tǒng)運行該程序并使用隨后的數(shù)據(jù)。最后，$END卡片標志作業(yè)結(jié)束。代表：FMS、IBSYS（IBM7094）32多道程序設(shè)計思想是在主存中同時存放多個用戶的作業(yè)，使之同時處于運行狀態(tài)而共享系統(tǒng)資源。作業(yè)2：多道程序設(shè)計思想的含義是什么？目標是充分使用系統(tǒng)所有資源并盡可能地使它們并行工作，把硬件的代價交叉分布在大量并行用戶之間，使計算機系統(tǒng)的代價極小化。優(yōu)點：提高CPU的利用率；提高內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率；增加系統(tǒng)吞吐量。P8實現(xiàn)多道程序設(shè)計必須解決3個問題：存儲保護、程序浮動、處理機及其他系統(tǒng)資源的管理和調(diào)度。333、多道批處理系統(tǒng)：60年代中期，多道性、無序性和調(diào)度性。追求的目標：不斷提高資源的利用率，提高單位時間內(nèi)的系統(tǒng)吞吐量。這是推動批處理操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力優(yōu)點：資源利用率高、系統(tǒng)吞吐量大。缺點：平均周轉(zhuǎn)時間長，無交互能力。特點：作業(yè)先到磁盤上，等待進入內(nèi)存，一批作業(yè)形成后備作業(yè)隊列。有專門的作業(yè)調(diào)度程序，不斷檢測內(nèi)存使用情況，一旦發(fā)現(xiàn)內(nèi)存充足，會立即選擇若干個作業(yè)進入內(nèi)存去運行，一般系統(tǒng)總是優(yōu)先選擇I/O型和計算型作業(yè)均衡個作業(yè)投入運行。解決的問題：處理機管理、內(nèi)存管理、I/O設(shè)備管理、文件管理和作業(yè)管理問題。344、分時系統(tǒng)（TSS）：60年代中期，為了更好地滿足用戶的需要，關(guān)鍵是用戶能與作業(yè)交互。人機交互、共享主機和便于用戶上機。CTSS（7094）、MULTICS（MIT、BELL、GE，PL/I語言學(xué)，最后由MIT實現(xiàn)）、1961年DEC的PDP-1、KenThompson（BELL）、UNIX（AT&T的SystemV和BSD，IEEE制定了POSIX）、MINIX、LINUX（Linus

Torvalds）。追求的目標：交互性和響應(yīng)時間推動分時操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力是：為了更好地滿足用戶的需要。具體實現(xiàn)：及時接收（多路卡連接終端）和及時處理特點：同時性、及時性、及時性和交互性。作業(yè)直接進入內(nèi)存，不用經(jīng)歷作業(yè)調(diào)度。與批處理的區(qū)別：多路性（同時性，宏觀上同時，微觀上輪流）、獨立性（獨占）、及時性（1~3秒）和交互性。355、實時系統(tǒng)（RTS）：計算機系統(tǒng)接收到外部信號后及時進行處理，并且要在嚴格（規(guī)定）的時限內(nèi)處理完接收的事件。實時控制：火炮的自動控制系統(tǒng)、飛機的自動駕駛系統(tǒng)、導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)。實時信息處理：飛機或火車的訂票系統(tǒng)、情報檢索系統(tǒng)、圖書資料查詢系統(tǒng)。實時任務(wù)：硬實時任務(wù)和軟件實時任務(wù)追求的目標：及時響應(yīng)、快速處理和安全、可靠。即實時性和可靠性與分時的區(qū)別：多路性、獨立性、及時性（微秒）、交互性和可靠性。作業(yè)3：從交互性、及時性以及可靠性三個方面，比較分時系統(tǒng)與實時系統(tǒng)。36例5：實時操作系統(tǒng)必須在（）內(nèi)響應(yīng)來自外部的事件。（西安電子科技大學(xué)2000年研究生試題）A響應(yīng)時間B周圍時間C規(guī)定時間D調(diào)度時間例6：多道程序設(shè)計是指（）（西安電子科技大學(xué)2002年研究生試題）A在實時系統(tǒng)中并發(fā)運行多個程序B在分布系統(tǒng)中同一時刻運行多個程序C在一臺處理機上同一時刻運行多個程序D

在一臺處理機上并發(fā)運行多個程序37例7、批處理系統(tǒng)的主要缺點是（）（清華大學(xué)1996年研究生試題）ACPU利用率低B不能并發(fā)執(zhí)行C缺少交互性D以上都不是例8、分時系統(tǒng)中為了使多個不同用戶能夠同時與系統(tǒng)交互，最關(guān)鍵的問題（）A計算機具有足夠快的運算速度B能快速進行內(nèi)外存之間的信息交換C

系統(tǒng)能夠及時接收多個用戶的輸入D短時間內(nèi)所有用戶都能運行38例9、實時操作系統(tǒng)對可靠性和安全性的要求極高，它（）A十分注意系統(tǒng)資源的利用率B不強調(diào)響應(yīng)速度C不強求系統(tǒng)資源的利用率D不必向用戶反饋信息39例10、多道程序設(shè)計的特點是多道、宏觀上并行、微觀上串行。（西安電子科技大學(xué)2001年研究生試題）例11、為了實現(xiàn)CPU與外部設(shè)備的并行工作，系統(tǒng)引入了中斷硬件機制。（北京大學(xué)1997年研究生試題）例12、操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中的一個系統(tǒng)軟件，它管理和控制計算機系統(tǒng)中的軟件和硬件資源。（清華大學(xué)1999年研究生試題）40例13、操作系統(tǒng)向用戶提供了兩類接口，一類是命令級接口，另一類是程序級接口。（西安電子科技大學(xué)2001年研究生試題）例14、多道程序的設(shè)計是利用了CPU和外設(shè)的并行工作能力來提高系統(tǒng)效率的。（陜西省1995年自考題）例15、對操作系統(tǒng)的總體設(shè)計目標來說，批處理操作系統(tǒng)應(yīng)注重提高計算機的效率，盡量增加系統(tǒng)的平均吞吐量，分時操作系統(tǒng)應(yīng)保證用戶所能忍受的響應(yīng)時間，而實時操作系統(tǒng)則應(yīng)在保證及時響應(yīng)和處理有關(guān)事件的前提下，再考慮系統(tǒng)資源的利用率。41例16、實時操作系統(tǒng)與分時操作系統(tǒng)的主要區(qū)別是及時性和高可靠性判斷題目：1、采用多道程序設(shè)計的系統(tǒng)中，系統(tǒng)的程序道數(shù)越多，系統(tǒng)的效率越高。（西安電子科技大學(xué)2001年研究生試題）（×）2、操作系統(tǒng)的設(shè)計必須要保證進程具有可再現(xiàn)性。（電子科技大學(xué)1996年研究生試題）（√）3、多道程序設(shè)計是利用了CPU和通道并行工作來提高系統(tǒng)利用率的。（陜西省1998年自考題）（√）424、多道程序設(shè)計可以縮短系統(tǒng)中作業(yè)的執(zhí)行時間。（陜西省1998年自考題）（×）5、時間片輪轉(zhuǎn)法一般用于分時系統(tǒng)。（西安理工大學(xué)2001年研究生試題）（√）43問題：批處理系統(tǒng)和分時系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要動力是什么？解：批處理：不斷提高系統(tǒng)資源利用率和提高系統(tǒng)吞吐量（脫機輸入/輸出技術(shù)、多道程序設(shè)計技術(shù)）。分時：為了更好地滿足用戶的需要（分時使用CPU，人機交互，主機共享）44各類操作系統(tǒng)的定義批處理操作系統(tǒng)，按照預(yù)先寫出的作業(yè)說明書控制作業(yè)的執(zhí)行，作業(yè)執(zhí)行無需人為干預(yù)。批處理操作系統(tǒng)實現(xiàn)了計算機操作的自動化。批處理操作系統(tǒng)大大提高了計算機系統(tǒng)的工作效率，具有以下特點：系統(tǒng)資源利用率高，系統(tǒng)吞吐量高；但批處理系統(tǒng)的用戶不能直接干預(yù)作業(yè)的執(zhí)行，即不具有人機交互能力。45分時操作系統(tǒng)，允許多個用戶在與計算機相連的終端上同時與計算機系統(tǒng)進行一系列的交互，并使得每個用戶感到好像自己獨占一臺支持自己請求服務(wù)的計算機系統(tǒng)。分時操作系統(tǒng)支持多道程序同時執(zhí)行，實現(xiàn)了人機交互。46實時系統(tǒng)：計算機系統(tǒng)接收到外部信號后及時進行處理，并且要在嚴格的時限內(nèi)處理完接收的事件。分實時控制系統(tǒng)和實時信息處理系統(tǒng)。47網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是為計算機網(wǎng)絡(luò)配置的操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)把計算機網(wǎng)絡(luò)中的各臺計算機有機地聯(lián)合起來，實現(xiàn)各臺計算機之間的通信及網(wǎng)絡(luò)中各種資源的共享。特點是：自治性、互連性、統(tǒng)一性，具有資源共享和信息交換功能等。48分布式計算機系統(tǒng)是由多臺計算機組成并滿足下列條件的系統(tǒng)：系統(tǒng)中任意兩臺計算機通過通信方式交換信息；系統(tǒng)中的每一臺計算機都具有相同的地位，即沒有主機也沒有從機；每臺計算機上的資源為用戶共享；系統(tǒng)中的任意若干臺計算機都可以構(gòu)成一個子系統(tǒng)，并且還能重構(gòu)；任何工作都可以分布在幾臺計算機上，由它們并行工作協(xié)同完成。496微機操作系統(tǒng)的發(fā)展8位CP/M、16位、32位、64位單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)：CP/M（1974年GaryKildall，DigitalResearch）、MS-DOS（Gates、TimPaterson、XENIX）單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)：Macintosh（DougEngelbart道格·恩格爾巴特、GUI(GraphicsUserInterface)、SteveJobs）、Windows、WindowsNT、Windows2000、WindowsME多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)：UNIX（BELL）、XENIX（MS）、AIX（IBM）、Solaris（SUN）、Linux507、嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)是指運行在嵌入式計算機系統(tǒng)中對各種部件、裝置等資源進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、處理和控制的系統(tǒng)軟件。主要特點是：微型化和實時性。在保證應(yīng)用功能的前提下都采用微型化、低功耗的結(jié)構(gòu)。應(yīng)用于過程控制、數(shù)據(jù)采集、傳輸通信等場合.嵌入式系統(tǒng)一般沒有核心態(tài)。PalmOS和WindowsCE智能卡操作系統(tǒng)511.3操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)1、操作系統(tǒng)的特征（1）并發(fā)性：最重要并發(fā)和并行，多道程序設(shè)計技術(shù)，進程，中斷，通道等概念。多道程序設(shè)計的實現(xiàn)基礎(chǔ)是計算機系統(tǒng)具有處理器和外圍設(shè)備并行工作的能力。這種能力是在中斷和通道技術(shù)出現(xiàn)后才有的。實現(xiàn)了CPU和I/O設(shè)備的并行工作。（2）共享性：系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個并發(fā)執(zhí)行的進程共同使用?；コ夤蚕砗屯瑫r訪問。進程Process和線程Threads52（3）虛擬技術(shù)：通過某種技術(shù)把一個物理實體變成若干個邏輯上的對應(yīng)物。時分復(fù)用和空分復(fù)用（4）異步性：即不確定性并發(fā)和共享互為存在的條件。虛擬以并發(fā)和共享為前提，異步性是并發(fā)和共享的必然結(jié)果532、操作系統(tǒng)的服務(wù)（略）

OS為程序和用戶了一系列的操作系統(tǒng)服務(wù)，而且這些服務(wù)可使程序員更容易地完成他的工作。（1）操作系統(tǒng)的公共服務(wù)類型：程序執(zhí)行、I/O操作、文件系統(tǒng)操作、通信和差錯檢測。（2）系統(tǒng)調(diào)用的類型。系統(tǒng)調(diào)用的類型是根據(jù)操作系統(tǒng)所提供服務(wù)的功能來決定的。分：進程管理、設(shè)備管理、文件操作、信息維護以及通信。54系統(tǒng)調(diào)用類型進程控制：結(jié)束，放棄，裝入，執(zhí)行，創(chuàng)建進程，終止進程，取得進程屬性，設(shè)置進程屬性，等待時間，等待事件，喚醒事件，分配和釋放內(nèi)存。文件管理：創(chuàng)建文件，刪除文件，打開，關(guān)閉，讀、寫、重定位，取得文件屬性，設(shè)置文件屬性。設(shè)備管理：請求設(shè)備，釋放設(shè)備，讀、寫、重定位，取得設(shè)備屬性，設(shè)置設(shè)備屬性，邏輯連接或斷開設(shè)備。55信息維護：讀取時間或日期，設(shè)置時間或日期，讀取系統(tǒng)數(shù)據(jù)，設(shè)置系統(tǒng)數(shù)據(jù)，讀取進程、文件、設(shè)備屬性，設(shè)置進程、文件、設(shè)備屬性。通信：創(chuàng)建、刪除通信連接，發(fā)送、接受消息，傳遞狀態(tài)信息，連接或斷開遠程設(shè)備。56操作系統(tǒng)介于計算機硬件系統(tǒng)和其他所有軟件系統(tǒng)之間，為所有軟件系統(tǒng)使用計算機硬件提供各項服務(wù)。操作系統(tǒng)實現(xiàn)的是與硬件有關(guān)，而與應(yīng)用無關(guān)的工作。彌補了硬件最原始的使用方式與現(xiàn)在用戶所使用的靈活方便的接口方式之間的間隙。應(yīng)用軟件實現(xiàn)的是與應(yīng)用有關(guān)，而與硬件無關(guān)的工作。操作系統(tǒng)追求的基本目標是用戶使用計算機的方便性，以及計算機硬件的高效率運行。57系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)向程序員提供服務(wù)的唯一途徑。在最底層，系統(tǒng)調(diào)用允許運行程序直接向操作系統(tǒng)發(fā)出請求。在高層，命令解釋程序接受用戶發(fā)出的請求。命令可以來自文件或直接來自鍵盤輸入，進而，命令解釋程序通過系統(tǒng)調(diào)用滿足用戶的操作要求。58系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)過程：系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供給軟件開發(fā)人員的唯一接口，開發(fā)人員可以利用它使用系統(tǒng)功能。OS核心中都有一組實現(xiàn)系統(tǒng)功能的過程（子程序），系統(tǒng)調(diào)用是對上述過程的調(diào)用。為實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用，系統(tǒng)設(shè)計人員為實現(xiàn)各種系統(tǒng)調(diào)用功能的子程序編造入口地址表，每個入口地址都與相應(yīng)的系統(tǒng)子程序名對應(yīng)起來，然后，由陷阱處理程序把陷阱指令中所包含的功能號與該入口地址表中的有關(guān)項對應(yīng)起來，從而由系統(tǒng)調(diào)用功能號驅(qū)動有關(guān)系統(tǒng)子程序執(zhí)行。系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)需要通過中斷59中斷及中斷響應(yīng)中斷是指在程序執(zhí)行過程中，遇到急需要處理的事件時，暫時中止現(xiàn)行程序在CPU上的運行，轉(zhuǎn)而執(zhí)行相應(yīng)的事件處理程序，處理完后再返回斷點或調(diào)度其他程序。中斷是指CPU對系統(tǒng)中發(fā)生的異步事件的響應(yīng)或處理，與正運行的進程無關(guān)，如：I/O中斷事件、時鐘中斷事件、電源故障中斷事件等。異步事件是指無一定時序關(guān)系而隨機發(fā)生的事件，與正運行的進程有關(guān)，如：執(zhí)行到trap或執(zhí)行的指令操作碼無效、地址錯、地址越界、浮點運算溢出等。中斷的作用：充分發(fā)揮處理機的使用效率；提高系統(tǒng)的實時處理的能力。中斷的處理過程：發(fā)現(xiàn)中斷源，提出中斷請求；保護現(xiàn)場；啟動并運行處理中斷事件的體育場。60引起中斷產(chǎn)生的事件稱為中斷源。中斷源向CPU發(fā)出的請求中斷處理的信號稱為中斷請求。而CPU收到中斷請求后轉(zhuǎn)向相應(yīng)事件處理程序的過程稱為中斷響應(yīng)。發(fā)生中斷時，剛執(zhí)行完的那條指令所在的單元號稱為斷點，斷點的邏輯后繼指令的單元號稱為恢復(fù)點。而現(xiàn)場是指中斷的那一時刻能確保程序繼續(xù)運行的有關(guān)信息。中斷向量用來存放中斷處理程序的入口地址的地址，中斷向量中每個中斷信號占用連續(xù)的兩個單元，一個單元用來存放中斷處理程序的入口地址，另一個單元用來保存在處理中斷時CPU應(yīng)具有的狀態(tài)。中斷屏蔽是指系統(tǒng)用軟件方式有選擇地封鎖部分中斷而允許其余部分中斷仍能得到響應(yīng)。61中斷優(yōu)先級是按中斷事件的重要性和緊迫程序來確定的，是由硬件設(shè)計時固定下來的。依次：硬件故障中斷、自愿中斷、程序性中斷、外部中斷和輸入/輸出中斷。中斷屏蔽：中斷處理程序只能屏蔽比自己優(yōu)先級低的事件，并且不能屏蔽自愿中斷。62中斷類型1、強迫性中斷事件：不是正在運行的進程所期待的，是由于外部的請求或某些意外事故而迫使正在運行的進程被打斷。硬件故障中斷：電源電壓超出范圍程序性中斷事件：非法操作碼、地址越界、0除、定點溢出等外部中斷事件輸入/輸出事件2、自愿性中斷事件：正在運行的進程所期望的中斷事件，是正在運行的進程執(zhí)行一條訪管指令引起的中斷。又稱為訪管中斷。如：請求分配內(nèi)存、請求啟動設(shè)備等。63自愿性中斷是正在運行的程序有意識的安排，是由于程序員在編制程序時，要求操作系統(tǒng)提供服務(wù)而有意使用訪管指令或系統(tǒng)調(diào)用，從而導(dǎo)致程序中斷，稱為訪管中斷。訪管中斷是由訪管指令調(diào)用引起的。訪管指令由參數(shù)區(qū)、參數(shù)和操作數(shù)組成。當(dāng)CPU執(zhí)行到訪管指令時，將操作數(shù)存入到主存中約定的單元，然后產(chǎn)生訪管中斷，引出操作系統(tǒng)來處理訪管中的具體要求。中斷向量是指中斷處理程序（或叫中斷服務(wù)例行程序）的入口地址的地址。64硬中斷分為外中斷和內(nèi)中斷。外中斷，又稱中斷，是指來自于處理器之外的中斷信號，包括時鐘中斷、鍵盤中斷、設(shè)備中斷等。內(nèi)中斷又稱為異常，是指來自CPU內(nèi)部的中斷信號。異常分為三種：訪管中斷，由系統(tǒng)調(diào)用引起硬件故障中斷，電源失效，奇偶校驗錯誤，總線超時等程序性中斷，非法操作，地址越界，頁面故障，除數(shù)0,浮點溢出等。所有這些異常均由異常處理程序處理，且不能被屏蔽。65中斷和異常的區(qū)別：中斷是由于當(dāng)前程序無關(guān)的中斷信號觸發(fā)的，CPU對中斷的響應(yīng)是被動的，且與CPU模式無關(guān)，即可發(fā)生在用戶態(tài)，也可發(fā)生在核心態(tài)，一般發(fā)生在兩條機器指令之間才響應(yīng)中斷。異常是由CPU控制單元產(chǎn)生的，源于現(xiàn)行程序執(zhí)行指令過程中檢測到例外，大部分異常發(fā)生在用戶態(tài)，異常處理程序在當(dāng)前程序的上下文執(zhí)行。在兩條指令中間，CPU會檢查中斷寄存器是否有中斷事件發(fā)生，若無中斷信號或中斷信號被屏蔽，則繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)指令，否則將暫停當(dāng)前程序，轉(zhuǎn)向內(nèi)核的中斷處理程序。66中斷和異常的響應(yīng)需要做四件事：發(fā)現(xiàn)中斷源保護現(xiàn)場轉(zhuǎn)向中斷/異常處理程序恢復(fù)現(xiàn)場67中斷處理過程（1）喚醒被阻塞的驅(qū)動程序進程。（2）保護被中斷進程的CPU環(huán)境。程序是指令在N位置時被中斷的，程序計數(shù)器中的內(nèi)容為N+1，所有寄存器的內(nèi)容都被保留在中斷保留區(qū)（棧）中。（3）分析中斷原因、轉(zhuǎn)入相應(yīng)的設(shè)備中斷處理程序。（4）進行中斷處理。不同的設(shè)備有不同的中斷處理程序。（5）恢復(fù)被中斷進程的現(xiàn)場。處理機再執(zhí)行本程序時，從N+1開始?；謴?fù)的內(nèi)容：包括第N+1條指令的地址、處理機狀態(tài)字PSW、通用寄存器和段寄存器的內(nèi)容注：此處與缺頁中斷和缺段中斷相區(qū)別68例:中斷與程序并發(fā)之間的關(guān)系是什么？解：中斷是程序并發(fā)的前提條件。如果沒有中斷，操作系統(tǒng)不能獲得系統(tǒng)控制權(quán)，無法按調(diào)度算法擇處理機進行重新分配，一個程序?qū)⒁恢边\行到結(jié)束而不會被打斷。69中斷處理過程和子程序調(diào)用之間的區(qū)別（1）調(diào)用方式不同。軟件中斷由INT指令調(diào)用，子程序用CALL指令調(diào)用，CPU中斷和硬件中斷無需指令調(diào)用，而是由CPU識別或由硬件提出申請，系統(tǒng)自動響應(yīng)。（2）系統(tǒng)保護的值不同。中斷調(diào)用時，系統(tǒng)會把標志寄存器（程序狀態(tài)字PSW）、CS（代碼段寄存器）和IP（指令指針寄存器）三個字的內(nèi)容依次入棧保存；子程序調(diào)用時，系統(tǒng)只入棧保存IP或者CS和IP，即不用保存標志器（PSW）70（3）返回方式不同。中斷返回指令是IRET，從堆棧中彈出三個字的數(shù)據(jù)。子程序返回的指令是RET，根據(jù)子程序的NEAR或者FAR類型分別彈出一個或兩個字的內(nèi)容。（4）共享方式不同（5）在內(nèi)存中存在的時間不同。中斷服務(wù)程序長期駐留在內(nèi)存中，子程序隨著可執(zhí)行文件的結(jié)束而結(jié)束。711.4操作系統(tǒng)的主要功能1、處理機管理功能：進程控制、進程同步、進程通信、調(diào)度。2、存儲器管理功能：內(nèi)存分配、內(nèi)存保護、地址映射、內(nèi)存擴充。3、設(shè)備管理功能：緩沖管理、設(shè)備分配、設(shè)備處理。4、文件管理功能：文件存儲空間的管理、目錄管理、文件的讀/寫管理和保護。5、操作系統(tǒng)與用戶之間的接口：用戶接口、程序接口6、作業(yè)管理：負責(zé)作業(yè)的調(diào)度和作業(yè)控制72運行環(huán)境1.5特權(quán)指令計算機中不允許用戶直接使用的指令稱為特權(quán)指令，如：I/O指令、置中斷指令、把PSW送入程序狀態(tài)寄存器等指令。1.6目態(tài)和管態(tài)為了避免用戶使用特權(quán)指令，防止用戶程序破壞操作系統(tǒng)內(nèi)核代碼和數(shù)據(jù)，大多數(shù)計算機硬件機構(gòu)將CPU執(zhí)行狀態(tài)分了兩種操作模式：目態(tài)和管態(tài)。73管態(tài)，又稱系統(tǒng)狀態(tài)、核心狀態(tài)，具有較高的特權(quán)，能執(zhí)行一切指令，訪問所有寄存器和存儲區(qū)。操作系統(tǒng)內(nèi)核運行在系統(tǒng)狀態(tài)。目態(tài)，又稱用戶狀態(tài)，具有較低特權(quán)的執(zhí)行狀態(tài)，只能執(zhí)行規(guī)定的指令、訪問規(guī)定的寄存器和存儲區(qū)。用戶程序運行在用戶狀態(tài)。74用戶程序一般是啟動后運行在目態(tài)，處于目態(tài)的程序是不能使用特權(quán)指令的。操作系統(tǒng)中必須使用特權(quán)指令的那部分程序運行在管態(tài)。目態(tài)轉(zhuǎn)換為管態(tài)的唯一途徑是中斷。管態(tài)到目態(tài)通過修改程序狀態(tài)字來實現(xiàn)。75例：下列哪些指令必須是特權(quán)指令？A改變存儲器管理的寄存器B寫程序指令C讀取日期時鐘D設(shè)置日期時鐘E改變處理器的優(yōu)先級解：ABDE76例：處理機為什么要區(qū)分核心態(tài)和用戶態(tài)兩種操作系統(tǒng)方式？什么情況下進行兩種方式的轉(zhuǎn)換？解：在CPU中運行的操作系統(tǒng)程序和用戶程序?qū)?yīng)的機器指令集是不同的。操作系統(tǒng)程序使用所有指令，用戶程序只能使用部分指令。從資源管理和程序控制執(zhí)行的角度出發(fā)，將指令系統(tǒng)分為兩大部分：特權(quán)指令和非特權(quán)指令。在程序執(zhí)行時候，根據(jù)執(zhí)行程序?qū)Y源和機器指令的使用權(quán)限，把機器設(shè)置為兩個狀態(tài)：核心態(tài)和用戶態(tài)。77當(dāng)系統(tǒng)處于核心態(tài)時，可以使用所有指令、資源，并具備改變CPU狀態(tài)的能力，而當(dāng)CPU在用戶態(tài)時，只能使用非特權(quán)指令。如果CPU執(zhí)行用戶程序時，出現(xiàn)了中斷，系統(tǒng)將自行轉(zhuǎn)到中斷處理程序，CPU由用戶態(tài)轉(zhuǎn)到核心態(tài)，中斷處理結(jié)束后，返回繼續(xù)執(zhí)行用戶程序，此時，CPU又由核心態(tài)轉(zhuǎn)到用戶態(tài)中。781.7操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計目標：系統(tǒng)設(shè)計的第一個問題是定義系統(tǒng)的目標和規(guī)格。設(shè)計需求：用戶目標和系統(tǒng)目標用戶目標：系統(tǒng)應(yīng)該方便和容易使用、容易學(xué)習(xí)、可靠、安全和快速。系統(tǒng)目標：操作系統(tǒng)應(yīng)該容易設(shè)計、實現(xiàn)和維護，也應(yīng)該靈活、可靠、高效且沒有錯誤。操作系統(tǒng)的規(guī)格和設(shè)計是屬于高度創(chuàng)造性工作。設(shè)計原則：使得計算機系統(tǒng)使用方便和使得計算機系統(tǒng)能高效地工作。結(jié)構(gòu)設(shè)計追求的目標：正確性、高效性、可維護性和可移植性。79機制與策略的區(qū)分機制決定如何做，策略決定做什么。實現(xiàn)：傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)是用匯編語言編寫的，現(xiàn)在操作系統(tǒng)是用C或C++編寫的。MS-DOS是用Intel8088匯編語言編寫的，只能用于地Intel類型的CPU。第一個不是用匯編語言編寫的系統(tǒng)是用于Burroughs計算機的主控程序MCP，它是用ALGOL語言編寫的。MIT開發(fā)的MULTICS用PL/1語言編寫的。Linux和WindowsXP是用C語言編寫的。內(nèi)存管理器和CPU調(diào)度程序是最為關(guān)鍵的子程序。801、傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：無結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)2、無序的模塊化結(jié)構(gòu)OS：每個模塊設(shè)一個子程序，相互調(diào)用，成網(wǎng)狀，模塊直接與硬件有關(guān)，難以維護，每一次擴充需要先打破多個關(guān)系，移植性差。這是早期系統(tǒng)常用的體系結(jié)構(gòu)。3、分層式結(jié)構(gòu)OS(最成熟)：操作系統(tǒng)按功能分為多個模塊，按相互作用關(guān)系劃歸不同的層次，各層之間單向依賴，不構(gòu)成循環(huán)，簡化關(guān)系、修改擴充容易、一致性、可靠性和可適應(yīng)性提高。所有功能模塊都在核心態(tài)工作，如：UNIX和Linux操作系統(tǒng)。優(yōu)點：在于構(gòu)造和調(diào)試的簡單化。每層只能利用較低層的功能和服務(wù)。簡化了系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。問題：層的詳細定義困難，效率差。81例：在操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，層次結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)最顯著的不足是（）A不能訪問更低的層次Ｂ太復(fù)雜且效率低Ｃ設(shè)計困難Ｄ模塊太少824、客戶/服務(wù)器模式5、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計6、微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)：操作系統(tǒng)由兩部分組成（兩層），內(nèi)核是最基本和必須的部分，用戶態(tài)下是以客戶/服務(wù)器方式活動的（服務(wù)）進程層。各服務(wù)進程（簡稱服務(wù)器）相對獨立，且依賴于內(nèi)核，其功能和內(nèi)容可增可減。優(yōu)點：便于擴充操作系統(tǒng)（新服務(wù)在用戶空間增加，不需要修改內(nèi)核），缺點：系統(tǒng)功能總開銷的增加而導(dǎo)致系統(tǒng)性能的下降。內(nèi)核功能：進程通信、虛擬存儲、線程管理、中斷處理及與硬件相關(guān)部分。服務(wù)器：文件系統(tǒng)、操作界面、內(nèi)在服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等。83例1：比較分層式結(jié)構(gòu)與模塊式結(jié)構(gòu)的異同例2：微內(nèi)核結(jié)構(gòu)具有哪些優(yōu)點？解：提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴充性、提高了OS的可靠性。適用于分布式系統(tǒng)。例3：從宏觀結(jié)構(gòu)上看，操作系統(tǒng)有哪幾種結(jié)構(gòu)設(shè)計方法？你認為哪幾種方法較好？為什么？（武漢大學(xué)1999年研究生試題）解：單處理系統(tǒng)下，主要分為：整體式結(jié)構(gòu)模式和層次式結(jié)構(gòu)設(shè)計模式。多處理機系統(tǒng)中，主要模式有：客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)（微內(nèi)核）模式、對象模式、對稱多處理模式。84例4、什么是分布式操作系統(tǒng)？它與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)有何不同？試說明分布式操作系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)在傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)管理模式上需要哪些改進？（西北大學(xué)2000年研究生試題）解：分布式操作系統(tǒng)是以實現(xiàn)并行任務(wù)分配，并行進行通信，分布控制機構(gòu)，以及實現(xiàn)分散資源管理等功能為目的的系統(tǒng)程序。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是以資源共享和信息交換為目的的操作系統(tǒng)。它們都是多機系統(tǒng)的支撐軟件，都基于I/O或網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，但，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是在本機局部操作系統(tǒng)之上建立的，形成了兩個層次；而分布式操作系統(tǒng)則是以計算機網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)所構(gòu)成的一個獨立的整體，它對用戶來說是透明的。除了傳統(tǒng)功能，還應(yīng)提供以下功能：實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點機之間的通信實現(xiàn)中硬、軟件資源的共享提供多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件提供網(wǎng)絡(luò)用戶的應(yīng)用程序接口85例5：試對分時操作系統(tǒng)和實時操作系統(tǒng)進行比較解：1、實時操作系統(tǒng)與分時操作系統(tǒng)一樣都能為多個用戶服務(wù)。系統(tǒng)按分時原則為多個終端用戶服務(wù)；而對實時控制系統(tǒng)，則表現(xiàn)為經(jīng)常對多路信息進行采集以及對多個對象或多個執(zhí)行機構(gòu)進行控制2、實時操作系統(tǒng)與分時操作系統(tǒng)一樣，每個用戶各占一個終端，彼此獨立操作，互不干擾。用戶感覺就像他一人獨占計算機，而在實時控制系統(tǒng)中信息的采集和對象的控制也都是彼此互不干擾的。86例6：試按層次結(jié)構(gòu)的原則從內(nèi)到外將操作系統(tǒng)各部分重新排列。（中科院計算所1997年研究生試題）解：按層次結(jié)構(gòu)的原則從內(nèi)到外依次為：裸機，CPU調(diào)度，進程同步操作，內(nèi)存管理，作業(yè)管理，設(shè)備管理，文件管理，命令管理和用戶。873、實時操作系統(tǒng)對響應(yīng)時間的要求與分時操作系統(tǒng)類似，都是以人所能接受的等待時間來確定的；而實時控制系統(tǒng)的響應(yīng)時間則是以控制對象所能接受的延時來確定的。4、分時操作系統(tǒng)是一種通用系統(tǒng)，主要用于運行終端用戶程序，因此它具有較強的交互能力。而實時操作系統(tǒng)雖然也有交互能力，但其交互能力不及前者。5、分時操作系統(tǒng)要求系統(tǒng)可靠，相比之下，實時操作系統(tǒng)則要求系統(tǒng)高度可靠。88考核要點：操作系統(tǒng)的定義，操作系統(tǒng)的特點，操作系統(tǒng)的功能及分類，多道程序設(shè)計。基礎(chǔ)要點：(1)現(xiàn)代操作系統(tǒng)的兩個最基本的特征是并發(fā)和共享。(2)操作系統(tǒng)是一種系統(tǒng)軟件。(3)批處理操作系統(tǒng)的主要缺點是缺少交互性。(4)操作系統(tǒng)的三種基本類型是批處理操作系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng)和實時操作系統(tǒng)。89(5)允許多個用戶以交互方式使用計算機的操作系統(tǒng)稱為分時系統(tǒng)，允許多個用戶將多個作業(yè)提交給計算機集中處理的操作系統(tǒng)稱為批處理操作系統(tǒng)，計算機系統(tǒng)能及時處理過程、控制數(shù)據(jù)并做出響應(yīng)的操作系統(tǒng)稱為實時操作系統(tǒng)。(6)批處理操作系統(tǒng)提高了計算機系統(tǒng)的工作效率，但用戶不能直接干預(yù)作業(yè)的執(zhí)行。(7)操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中的一個系統(tǒng)軟件，它管理和控制計算機系統(tǒng)中的資源。(8)從用戶的觀點出發(fā)，操作系統(tǒng)是用戶和計算機之間的接口。90(9)實時系統(tǒng)應(yīng)具有兩個基本特征：及時性和高可靠性。(10)操作系統(tǒng)中采用多道程序設(shè)計技術(shù)后，提高了CPU和外部設(shè)備的利用率。(11)多道運行的特征之一是宏觀上并行，它的含義是同時進入系統(tǒng)的幾道程序都處于運行過程中，即它們先后開始了各自的運行，但都未運行完畢。(12)操作系統(tǒng)的特征是并發(fā)性、共享性、虛擬性和不確定性91(13)操作系統(tǒng)的五大功能是：處理機管理、存儲器管理、信息管理、設(shè)備管理和作業(yè)管理。(14)實時操作系統(tǒng)必須在規(guī)定時間內(nèi)處理完來自外部的事件。(15)多道程序設(shè)計技術(shù)是指將一個以上的作業(yè)放入主存，并且同時處于運行狀態(tài)，這些作業(yè)共享處理機和外圍設(shè)備等資源。92典型問題分析1、批處理系統(tǒng)和分時系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要動力是什么？批處理：不斷提高系統(tǒng)資源利用率和提高系統(tǒng)吞吐量（脫機輸入/輸出技術(shù)、多道程序設(shè)計技術(shù)）。分時：為了更好地滿足用戶的需要（分時使用CPU，人機交互，主機共享）2、實現(xiàn)分時系統(tǒng)的關(guān)鍵問題是什么？人機交互。3、試從交互性、及時性和可靠性三個方面，比較分時系統(tǒng)與實時系統(tǒng)。4、操作系統(tǒng)具有哪些特征，它們之間有何關(guān)系？并發(fā)和共享互為存在的條件。虛擬以并發(fā)和共享為前提，異步性是并發(fā)和共享的必然結(jié)果5、比較分層式結(jié)構(gòu)與模塊式結(jié)構(gòu)的異同6、微內(nèi)核結(jié)構(gòu)具有哪些優(yōu)點？提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴充性、提高了OS的可靠性。適用于分布式系統(tǒng)。93實戰(zhàn)練習(xí)1、在計算機系統(tǒng)中配置操作系統(tǒng)的主要目的是(A)。操作系統(tǒng)的主要功能是管理計算機系統(tǒng)中的(B)，其中包括(C)、(D)，以及文件和設(shè)備。這里的(C)管理主要是對進程進行管理。A(1)增強計算機系統(tǒng)的功能；(2)提高系統(tǒng)資源的利用率；(3)提高系統(tǒng)的運行速度；(4)合理組織系統(tǒng)的工作流程，以提高系統(tǒng)吞吐量。B(1)程序和數(shù)據(jù)；(2)進程；(3)資源；(4)作業(yè)；(5)軟件；(6)硬件C，D:(1)存儲器；(2)虛擬存儲器；(3)運算器；(4)處理機；(5)控制器。942、操作系統(tǒng)是一種(A)，它負責(zé)為用戶和用戶程序完成所有(B)的工作，(C)不是操作系統(tǒng)關(guān)心的問題。A(1)應(yīng)用軟件；(2)系統(tǒng)軟件；(3)通用軟件；(4)軟件包B(1)與硬件無關(guān)并與應(yīng)用相關(guān)；(2)與硬件相關(guān)而與應(yīng)用無關(guān)；(3)與硬件無關(guān)而與應(yīng)用相關(guān)；(4)與硬件相關(guān)并與應(yīng)用相關(guān)。C(1)管理計算機裸機；(2)設(shè)計、提供用戶程序與計算機硬件系統(tǒng)的接口；(3)管理計算機中的信息資源；(4)高級程序設(shè)計語言的編譯。953、從下面關(guān)于并發(fā)性的論述中選出一條正確的論述。(1)并發(fā)性是指若干事件在同一時刻發(fā)生。(2)并發(fā)性是指若干事件在不同時刻發(fā)生。(3)并發(fā)性是指若干個事件在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生。(4)并發(fā)性是指若干個事件在不同時間間隔內(nèi)發(fā)生。964、訂購機票系統(tǒng)處理來自各個終端的服務(wù)請求，處理后通過終端回答用戶，所以它是一個()。A分時系統(tǒng)B多道批處理系統(tǒng)C計算機網(wǎng)絡(luò)D

實時信息處理系統(tǒng)5、批處理操作系統(tǒng)的目的是()。A提高系統(tǒng)與用戶的交互性能B

提高系統(tǒng)資源利用率C降低用戶作業(yè)的周轉(zhuǎn)時間D減少用戶作業(yè)的等待時間976、()不是設(shè)計實時操作系統(tǒng)主要的追求目標A安全可靠B

資源利用率C及時響應(yīng)D快速處理。7、()是操作系統(tǒng)最重要的兩個目標A可擴充性和開放性B方便性和開放性C可擴充性和有效性D方便性和有效性988、()是操作系統(tǒng)必須提供的功能AGUIB為進程提供系統(tǒng)調(diào)用命令C

處理中斷D編譯源程序9、中斷向量地址是()A子程序入口地址B中斷服務(wù)例行程序入口地址C中斷服務(wù)例行程序入口地址的地址D例行程序入口地址9910、以下關(guān)于計算機系統(tǒng)的描述錯誤的是()A計算機系統(tǒng)是按用戶的要求接受和存儲信息，自動進行數(shù)據(jù)處理并輸出結(jié)構(gòu)信息的系統(tǒng)B用戶使用計算機系統(tǒng)，實際上是在使用計算機系統(tǒng)的資源C計算機系統(tǒng)由硬件子系統(tǒng)和軟件子系統(tǒng)組成D計算機系統(tǒng)資源包括CPU、存儲器以及各種輸入/輸出設(shè)備10011、操作系統(tǒng)是一種系統(tǒng)軟件，它()A方便用戶使用計算機B既能管理軟件，又能管理硬件C控制程序的執(zhí)行D只能管理12、以下有關(guān)操作系統(tǒng)設(shè)計目標描述錯誤的是()A操作系統(tǒng)的目標之一是使得計算機系統(tǒng)能高效地工作B操作系統(tǒng)是一種系統(tǒng)程序，其目的是提供一個供其他程序執(zhí)行的良好環(huán)境C操作系統(tǒng)的目標是虛擬機D操作系統(tǒng)的目標之一是使得計算機系統(tǒng)使用方便10113、下列系統(tǒng)中，()是實時系統(tǒng)A火炮的自動控制系統(tǒng)B管理信息系統(tǒng)C辦公自動化系統(tǒng)D計算機集成制造系統(tǒng)14、下列關(guān)于批處理操作系統(tǒng)的敘述中錯誤的是()A“通道”和“中斷”技術(shù)的出現(xiàn)，使得輸入/輸出設(shè)備與CPU可并行工作B批處理系統(tǒng)可分為單道批處理系統(tǒng)和多道批處理系統(tǒng)C批處理系統(tǒng)具有用戶與計算機的直接交互能力，提高了系統(tǒng)資源的利用率D單道批處理系統(tǒng)是一種單用戶操作系統(tǒng)10215、如果n是某一物理所對應(yīng)的虛擬的邏輯設(shè)備數(shù)，則虛擬設(shè)備的速度必然是物理設(shè)備速度的()A1/nBn2C2nDn(n-1)16、下面關(guān)于計算機系統(tǒng)和操作系統(tǒng)的敘述中錯誤的是()A操作系統(tǒng)是一種系統(tǒng)軟件B計算機硬件是操作系統(tǒng)賴以工作的實體，操作系統(tǒng)的運行離不開計算機硬件的支持C計算機系統(tǒng)是一個資源集合體，包括軟件資源和硬件資源D

操作系統(tǒng)是獨立于計算機系統(tǒng)的，它不屬于計算機系統(tǒng)10317、在一段時間內(nèi)只允許一個進程訪問一資源稱為()A共享資源B

臨界資源C互斥資源D管理資源18、實時操作系統(tǒng)對可靠性和安全性要求極高，它()A不必向用戶反饋信息B十分注重系統(tǒng)資源的利用率C

不強求系統(tǒng)資源的利用率D不強調(diào)響應(yīng)速度10419、SPOOLing技術(shù)用于()A

設(shè)備管理B作業(yè)管理C存儲管理D處理機管理20、計算機網(wǎng)絡(luò)可以定義為一些互連的自主計算機系統(tǒng)的集合，所謂自主計算機是指()A一臺遠程計算機B

計算機具有獨立處理能力C配置完整的計算機D帶有打印機的計算機10521、為了便于用戶直接或間接地控制自己的作業(yè)，操作系統(tǒng)向用戶提供了命令接口，該接口又可進一步分為()A聯(lián)機用戶接口和脫機用戶接口B程序接口和圖形接口C聯(lián)機用戶接口和程序接口D脫機用戶接口和圖形接口22、進程同步有兩種協(xié)調(diào)方式，它們是()A進程互斥方式和進程共享方式B進程異步方式和進程同步方式C進程互斥方式和進程獨立方式D

進程互斥方式和進程同步方式10623、若把操作系統(tǒng)看作計算機系統(tǒng)資源的管理者，下列的（）不屬于操作系統(tǒng)所管理的資源。A程序B內(nèi)存C

CPU

D中斷24、在下列操作系統(tǒng)的各個功能組成部分中，（）不需要硬件的支持。A進程調(diào)度B時鐘管理C地址映射D中斷系統(tǒng)10725、下列關(guān)于操作系統(tǒng)的敘述中正確的是（）A批處理作業(yè)必須具有作業(yè)控制信息B分時系統(tǒng)不一定都具有人機交互功能。C從響應(yīng)時間的角度來看，實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)差不多。D由于采用了分時技術(shù)，用戶可以獨占計算機的資源。108基礎(chǔ)知識點1、多道運行的特征之一是宏觀上并行，它的含義是：同時進入系統(tǒng)的幾道程序都是處在運行過程中，即它們先后開始了各自的運行，但均沒有運行完。2、Windows95/98是單用戶多任務(wù)類型的操作系統(tǒng)，WindowsNT是多用戶任務(wù)類型的操作系統(tǒng)，DOS是單用戶單任務(wù)類型的操作系統(tǒng)。3、多道程序設(shè)計的特點多道、宏觀上并行和微觀上并行。1094、操作系統(tǒng)是對計算機進行控制和管理程序，是合理組織計算機系統(tǒng)的工作流程和用戶的接口。5、批處理系統(tǒng)主要解決吞吐量問題，分時系統(tǒng)主要解決交互性問題。6、所謂操作系統(tǒng)虛擬機的概念，是指操作系統(tǒng)為用戶使用計算機提供了許多服務(wù)，從而把一臺難于使用的裸機改造成了功能更強大、使用更方便的計算機系統(tǒng)，這種計算機系統(tǒng)稱為虛擬機1107、計算機處于目態(tài)時，不能執(zhí)行特權(quán)指令8、雖然不同操作系統(tǒng)具有各自的特點，但它們都具有以下4個基本特征：并發(fā)、共享、虛擬和異步。9、一般來說，操作系統(tǒng)的主要功能有處理機管理、存儲器管理、設(shè)備管理、文件管理和作業(yè)管理。10、用戶接口通常分為命令接口和程序接口。111操作系統(tǒng)中，用戶界面也稱為用戶接口，其含義有兩種：一種是指用戶與操作系統(tǒng)交互的途徑和通道，另一種是指這種交互環(huán)境的控制操作系統(tǒng)，即操作環(huán)境。一般將第一種含義稱為用戶接口，第二種含義稱為用戶交互界面。11211、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，系統(tǒng)向程序員提供了基于SOCKET的TCP/IP接口，在操作系統(tǒng)的核心實現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議的幾個基本層次：網(wǎng)絡(luò)層（IP/ICMP）；傳輸層（TCP、UDP）；Socket接口屬于操作系統(tǒng)提供用戶接口的網(wǎng)絡(luò)編程接口。12、操作系統(tǒng)的主要參數(shù)有有效性、方便性。13、中斷響應(yīng)應(yīng)將保留處理機狀態(tài)字和指令計數(shù)器的內(nèi)容，這項工作是由計算機的硬件完成的。11314、實時信息處理是實時應(yīng)用的一種，例如飛機訂票系統(tǒng)、情報檢索系統(tǒng)和圖書資料查詢系統(tǒng)是實時處理的例子。11415、處理機為什么要區(qū)分核心態(tài)和用戶態(tài)兩種操作方式，什么情況下進行兩種方式的轉(zhuǎn)換？從目態(tài)轉(zhuǎn)換為管態(tài)的惟一途徑是中斷。從管態(tài)到目態(tài)通過修改程序狀態(tài)字來實現(xiàn)，它將伴隨由操作系統(tǒng)程序到用戶程序的轉(zhuǎn)換。16、批處理系統(tǒng)的主要特征用戶脫機作業(yè)。成批處理作業(yè)。多道程序運行。作業(yè)周轉(zhuǎn)時間長。11517、為什么說直到出現(xiàn)中斷和通道技術(shù)后，多道程序概念才變得真正可用？多道程序設(shè)計是指允許多個程序同時進入一個計算機系統(tǒng)的主存儲器并進行計算的方法。這些程序共享處理機時間和外部設(shè)備及其他資源。當(dāng)一道程序因某種原因而暫停執(zhí)行時，CPU立即去執(zhí)行另一道程序。多道程序設(shè)計技術(shù)的實現(xiàn)基礎(chǔ)是計算機系統(tǒng)具有處理器和外圍設(shè)備并行工作的能力。通道技術(shù)和中斷技術(shù)相結(jié)合就可實現(xiàn)CPU與I/O設(shè)備并行工作。11618、操作系統(tǒng)的主要性能參數(shù)有吞吐率和利用率等。19、實時操作系統(tǒng)與分時操作系統(tǒng)的主要區(qū)別是及時性和高可靠性。20、在分時和批處理系統(tǒng)相結(jié)合的操作系統(tǒng)中引入了“前臺”和“后臺”作業(yè)的概念，其目的是為了提高CPU的利用率。21、采用多道程序設(shè)計技術(shù)能充分發(fā)揮CPU與外設(shè)的并行工作的能力。117綜合應(yīng)用題1、A、B兩個程序，程序A按順序使用CPU10s，使用設(shè)備甲5s，使用CPU5s，使用設(shè)備乙5s，最后使用CPU10s。程序B按順序使用設(shè)備甲10s，使用CPU10s，使用設(shè)備乙5s，使用CPU5s，使用設(shè)備乙10s。試問：（1）在順序環(huán)境下執(zhí)行程序A和程序B，CPU的利用率是多少？（2）在多道程序環(huán)境下，CPU的利用率是多少？2、比較說明幾種基本操作系統(tǒng)類型的實現(xiàn)方式和特點？118批處理操作系統(tǒng)。批處理操作系統(tǒng)按照預(yù)先寫好的作業(yè)說明書控制作業(yè)的執(zhí)行，作業(yè)執(zhí)行無需人為干預(yù)，批處理操作系統(tǒng)實現(xiàn)了計算機操作的自動化。批處理操作系統(tǒng)大大提高了計算機系統(tǒng)的工作效率，具有以下特點：系統(tǒng)資源利用率高，系統(tǒng)吞吐量高，但批處理系統(tǒng)的用戶不能直接干預(yù)作業(yè)的執(zhí)行，即不具有人機交互的能力。119分時操作系統(tǒng)。分時操作系統(tǒng)允許多個用戶在與計算機相連的終端上同時與計算機系統(tǒng)進行一系列的交互，并使得每個用戶感到好像自己獨占一臺支持自己請求服務(wù)的計算機系統(tǒng)。分時操作系統(tǒng)支持多道程序同時執(zhí)行，實現(xiàn)了人機交互，具有如下特點：同時性、獨立性、及時性、交互性。120實時操作系統(tǒng)。實時操作系統(tǒng)是有人為干預(yù)的監(jiān)督和控制系統(tǒng)。實時操作系統(tǒng)具有以下特征：及時響應(yīng)、快速處理、實時系統(tǒng)的時間要求是強制性嚴格規(guī)定的，僅在限定