操作系統(tǒng)原理與實踐教程(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算機軟硬件資源并對各項任務(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，其它三個特性均基于并發(fā)性而存在。(2)設(shè)計現(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)計目標(biāo)是有效性、便利性、開放性、可擴展性等特性。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后的計算機應(yīng)當(dāng)更簡單使用。這兩特性質(zhì)是操作系統(tǒng)最重要的設(shè)計目標(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國際標(biāo)準(zhǔn)?？蓴U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，同時也要提供修改老模塊的可能，這種對系統(tǒng)軟硬件組成以及功能的擴展保證稱為可擴展性。(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)一個優(yōu)良的運行環(huán)境，以便多道程序能夠有序地、高效地獲得執(zhí)行，而在運行的同時，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、存儲器管理、設(shè)備管理和文件管理。此外，為了給用戶提供一個統(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)還需要提供一個友好的人機接口。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)試說明實時操作系統(tǒng)和分時操作系統(tǒng)在交互性、及時性和可靠性方面的異同。

解：

?交互性：分時系統(tǒng)能夠使用戶和系統(tǒng)進(jìn)行人-機對話。實時系統(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。

?及時性：分時系統(tǒng)的響應(yīng)時間是以人能夠接受的等待時間為標(biāo)準(zhǔn)，而實時控制系

統(tǒng)對響應(yīng)時間要求比較嚴(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：實時系統(tǒng)要求系統(tǒng)可靠性要比分時系統(tǒng)高。在實時系統(tǒng)中往往采用多級

容錯措施來保證系統(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)計思想和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是不同的，這決定了它們在結(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)中各個計算機的功能與配置、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共享文件時，用戶必需知道這個文件放在哪一臺計算機的哪一個目錄下；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)虛擬機結(jié)構(gòu)？它有什么好處？

解：

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

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

這樣做的好處是凡是能在一臺物理裸機上運行的操作系統(tǒng)均可以出現(xiàn)在一個特定虛擬機上，分派給各用戶的不同虛擬機上可以隨用戶的個人愛好和操作習(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享的一臺裸機上工作。(7)試說明客戶機/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/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的一系列獨特優(yōu)點，使得其在網(wǎng)絡(luò)時代大為流行。主要原因有以下幾點：

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

分?jǐn)?shù)據(jù)處理和存儲工作可由本地客戶機完成，減少了服務(wù)器機的任務(wù)量。2.對于重要數(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展性，客戶機/服務(wù)器機類型可選范圍很大。4.易于修改用戶程序。對客戶機的修改和增刪很便利，甚至可以由用戶自行進(jìn)行。(8)處理機管理有哪些主要功能？請簡要描述。

解：

處理機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，同時還要管理和控制各用戶的多個進(jìn)程協(xié)調(diào)運行，確保各個進(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進(jìn)程的控制和管理來實現(xiàn)，而在具有線程機制的OS中，這些功能的實現(xiàn)還依靠于對線程的管理和控制。(9)存儲器管理有哪些主要功能？請簡要描述。

解：

操作系統(tǒng)所管理的存儲器包括內(nèi)存、外存等，因此存儲器管理的主要任務(wù)就是將各種存儲器件統(tǒng)一管理，保證多道程序的良好運行環(huán)境，同時還要兼顧內(nèi)存利用率、規(guī)律上擴展內(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器的手段。為實現(xiàn)上述要求，存儲器管理應(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？請簡要描述。

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，同時阻止無權(quán)限用戶對他人資源的誤訪問或有權(quán)限用戶對資源的誤操作。文件管理機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)。為了滿足用戶對響應(yīng)時間的要求，文件管理機制還應(yīng)實現(xiàn)目錄管理，以便快速地定位文件。文件管理機制能有效保護(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？請簡要描述。

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請求，為用戶分派所需I/O設(shè)備，同時還要做到盡量提高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)裸機啟動后，會運行一個特別的程序來自動進(jìn)行系統(tǒng)的生成（安裝），生成系統(tǒng)之前需要先對硬件平臺狀況進(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，包括對硬件、電路規(guī)律等的初始化，以及對內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的初始化，如頁表(段表)等。全系統(tǒng)初始化階段要做的就是啟動用戶接口程序，對系統(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)機命令接口與脫機命令接口）、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算機系統(tǒng)，而程序接口則提供給用戶在編制程序時使用。

(3)請說明操作系統(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)來幫助用戶簡單便捷地使用計算機各類資源，它們包括以下幾個類別：

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

在規(guī)定時間內(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.實現(xiàn)通信：操作系統(tǒng)需要提供多個程序之間進(jìn)行通訊的機制，來控制程序的執(zhí)行順

序。

5.錯誤處理：操作系統(tǒng)通過錯誤處理機制，以便及時發(fā)現(xiàn)錯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，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)點的建立等；

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

制等；

4.信息維護(hù)類，用于實現(xiàn)關(guān)于日期和時間及其它系統(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，請用戶輸入命令，然后讀入命令、識別命令，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程序在并發(fā)執(zhí)行時，需要為了完成同一項任務(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?！獔?zhí)行—暫停〞的休止性運行規(guī)律。

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

失去可再現(xiàn)性是由于程序在并發(fā)執(zhí)行時，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)行且具有獨立功能的程序在一個數(shù)據(jù)集合上的運行過程，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、獨立性、動態(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。?獨立性是指進(jìn)程實體是一個能獨立運行的基本單位，同時也是系統(tǒng)中獨立獲得資

源和獨立調(diào)度的基本單位。而對于未建立任何進(jìn)程的程序，都不能作為一個獨立的單位參與運行。

?動態(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？

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)程的運動變化過程。

它的作用是使一個在多道程序環(huán)境下不能獨立運行的程序(含數(shù)據(jù))，成為一個能獨立運行的基本單位，一個能和其它進(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

以馬上投入運行。

?運行狀態(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)，此時該

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

這時，即使分派有CPU時間，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：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)度程序為之分派了處理器之后，就可以投入運行。同時，進(jìn)程的狀態(tài)也由就緒狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\行狀態(tài)；在采用時間片機制的操作系統(tǒng)中，分派給當(dāng)前進(jìn)程的時間片用完之后，它會暫停執(zhí)行，其狀態(tài)也由運行狀態(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)程運行受阻，不能再繼續(xù)向下執(zhí)行時，它的狀態(tài)會由運行狀態(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(譬如需