1 引论 小结 1．计算机系统由硬件和软件组成。硬件是计算机系统的物质基础，操作系统是硬件之上的第一层软件，是支撑其他所有软件运行的基础。 2．多道程序设计是指在内存中同时存放多道程序，这些程序在管理程序的控制下交替运行，共享处理机及系统中的其他资源。在单处理机系统中多道程序运行的特点是：·多道：计算机内存中同时存放多道相互独立的程序。 ·宏观上并行：同时进入系统的多道程序都处于运行过程中，即它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕。 ·微观上串行：内存中的多道程序轮流占有CPU，交替执行。 3．操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程，以及方便用户的程序的集合。 4．操作系统有三种基本类型，即批处理操作系统、分时操作系统及实时操作系统。 ·批处理操作系统能对一批作业自动进行处理，在批处理系统中引入多道程序设计技术就形成了多道批处理系统。多道批处理系统的主要特征是用户脱机使用计算机、成批处理及多道程序运行。 ·在分时操作系统中，处理机的运行时间被分成很短的时间片，系统按时间片轮流把处理机分配给各联机作业使用，若某个作业在分配给它的时间片内不能完成其计算，则该作业暂时停止运行，把处理机让给另一个作业使用，等待下一轮时再继续其运行。分时系统的特征是同时性、交互性、独立性和及时性。 ·实时系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时设备和实时任务协调一致地工作。实时系统的主要特征是响应及时和可靠性高。 5．操作系统的特征是并发性、共享性、虚拟性及不确定性。 ·并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。 ·共享是指系统中的资源供多个用户共同使用。
操作系统概第七版中文版习题答案（全） 1.1在多道程序和分时环境中，多个用户同时共享一个系统，这种情况导致多种安全问题。a. 列出此类的问题 b.在一个分时机器中，能否确保像在专用机器上一样的安全度？并解释之。 答：a.窃取或者复制某用户的程序或数据；没有合理的预算来使用资源（CPU，内存，磁盘空间，外围设备）ｂ．应该不行，因为人类设计的任何保护机制都会不可避免的被另外的人所破译，而且很自信的认为程序本身的实现是正确的是一件困难的事。 1.2资源的利用问题在各种各样的操作系统中出现。试例举在下列的环境中哪种资源必须被严格的管理。（ａ）大型电脑或迷你电脑系统（ｂ）与服务器相联的工作站（ｃ）手持电脑 答：（ａ）大型电脑或迷你电脑系统：内存和CPU资源，外存，网络带宽（ｂ）与服务器相联的工作站：内存和CPU资源（ｃ）手持电脑：功率消耗，内存资源 1.3在什么情况下一个用户使用一个分时系统比使用一台个人计算机或单用户工作站更好？ 答：当另外使用分时系统的用户较少时，任务十分巨大，硬件速度很快，分时系统有意义。充分利用该系统可以对用户的问题产生影响。比起个人电脑，问题可以被更快的解决。还有一种可能发生的情况是在同一时间有许多另外的用户在同一时间使用资源。当作业足够小，且能在个人计算机上合理的运行时，以及当个人计算机的性能能够充分的运行程序来达到用户的满意时，个人计算机是最好的，。 1.4在下面举出的三个功能中，哪个功能在下列两种环境下，(a)手持装置(b)实时系统需要操作系统的支持？(a)批处理程序(b)虚拟存储器(c)分时 答：对于实时系统来说，操作系统需要以一种公平的方式支持虚拟存储器和分时系统。对于手持系统，操作系统需要提供虚拟存储器，但是不需要提供分时系统。批处理程序在两种环境中都是非必需的。 1.5描述对称多处理（ＳＭＰ）和非对称多处理之间的区别。多处理系统的三个优点和一个缺点？ 答：ＳＭＰ意味着所以处理器都对等，而且I/O可以在任何处理器上运行。非对称多处理有一个主处理器控制系统，与剩下的处理器是随从关系。主处理器为从处理器安排工作，而且I/O也只在主处理器上运行。多处理器系统能比单处理器系统节省资金，这是因为他们能共享外设，大容量存储和电源供给。它们可以更快速的运行程序和增加可靠性。多处理器系统能比单处理器系统在软、硬件上也更复杂（增加计算量、规模经济、增加可靠性） 1.6集群系统与多道程序系统的区别是什么？两台机器属于一个集群来协作提供一个高可靠性的服务器的要求是什么？ 答：集群系统是由多个计算机耦合成单一系统并分布于整个集群来完成计算任务。另一方面，多道程序系统可以被看做是一个有多个CPU组成的单一的物理实体。集群系统的耦合度比多道程序系统的要低。集群系统通过消息进行通信，而多道程序系统是通过共享的存储空间。为了两台处理器提供较高的可靠性服务，两台机器上的状态必须被复制，并且要持续的更新。当一台处理器出现故障时，另一台处理器能够接管故障处理的功能。 1.7试区分分布式系统（distribute system）的客户机-服务器（client-server）模型与对等系统（peer-to-peer）模型 答：客户机-服务器（client-server）模型可以由客户机和服务器的角色被区分。在这种模型下，客户机向服务器发出请求，然后服务器满足这种请求。对等系统（peer-to-peer）模
·1.1在多道程序和分时环境中，多个用户同时共享一个系统，这种情况 导致多种安全问题。a. 列出此类的问题b.在一个分时机器中，能否确保像 在专用机器上一样的安全度？并解释之。 Answer:a.窃取或者复制某用户的程序或数据；没有合理的预算来使用资源（CPU，内存，磁盘空间，外围设备）ｂ．应该不行，因为人类设计的任何 保护机制都会不可避免的被另外的人所破译，而且很自信的认为程序本身的 实现是正确的是一件困难的事。 1.2资源的利用问题在各种各样的操作系统中出现。试例举在下列的环境中 哪种资源必须被严格的管理。（ａ）大型电脑或迷你电脑系统（ｂ）与服 务器相联的工作站（ｃ）手持电脑 Answer: （ａ）大型电脑或迷你电脑系统：内存和CPU资源，外存，网络带宽（ｂ）与服务器相联的工作站：内存和CPU资源（ｃ）手持电脑：功率消耗， 内存资源 1.3在什么情况下一个用户使用一个分时系统比使用一台个人计算机或单 用户工作站更好？ Answer:当另外使用分时系统的用户较少时，任务十分巨大，硬件速度很快， 分时系统有意义。充分利用该系统可以对用户的问题产生影响。比起个人电脑，问题可以被更快的解决。还有一种可能发生的情况是在同一时间有许多另外的用户在同一时间使用资源。当作业足够小，且能在个人计算机上合理的运行时，以及当个人计算机的性能能够充分的运行程序来达到用户的满意时，个人计算机 是最好的，。 1.4在下面举出的三个功能中，哪个功能在下列两种环境下，(a)手持装置 (b)实时系统需要操作系统的支持？(a)批处理程序(b)虚拟存储器(c)分时Answer:对于实时系统来说，操作系统需要以一种公平的方式支持虚拟存储器 和分时系统。对于手持系统，操作系统需要提供虚拟存储器，但是不需要提供分时系统。批处理程序在两种环境中都是非必需的。 1.5描述对称多处理（ＳＭＰ）和非对称多处理之间的区别。多处理系统的 三个优点和一个缺点？ Answer:ＳＭＰ意味着所以处理器都对等，而且I/O可以在任何处理器上运行。非对称多处理有一个主处理器控制系统，与剩下的处理器是随从关系。主处理器为从处理器安排工作，而且I/O也只在主处理器上运行。多处理器系统能比单处理器系统节省资金，这是因为他们能共享外设，大容量存储和电源供给。它们可以更快速的运行程序和增加可靠性。多处理器系统能比单处理器系统在软、硬件上也更复杂（增加计算量、规模经济、增加可靠性） 1.6集群系统与多道程序系统的区别是什么？两台机器属于一个集群来协 作提供一个高可靠性的服务器的要求是什么？ Answer:集群系统是由多个计算机耦合成单一系统并分布于整个集群来完成计 算任务。另一方面，多道程序系统可以被看做是一个有多个CPU组成的单一的 物理实体。集群系统的耦合度比多道程序系统的要低。集群系统通过消息进行通信，而多道程序系统是通过共享的存储空间。为了两台处理器提供较高的可靠性服务，两台机器上的状态必须被复制，并且要持续的更新。当一台处理器出现故障时，另一台处理器能够接管故障处理的功能。 1.7 试区分分布式系统（distribute system）的客户机-服务器（clientserver）模型与对等系统（peer-to-peer）模型
1.1 在多道程序和分时环境中，多个用户同时共享一个系统，这种情况导致多种安全问题。a. 列出此类的问题b.在一个分时机器中，能否确保像在专用机器上一样的安全度？并解释之。 Answer:a.窃取或者复制某用户的程序或数据；没有合理的预算来使用资源（CPU，内存，磁盘空间，外围设备）ｂ．应该不行，因为人类设计的任何保护机制都会不可避免的被另外的人所破译，而且很自信的认为程序本身的实现是正确的是一件困难的事。 1.2 资源的利用问题在各种各样的操作系统中出现。试例举在下列的环境中哪种资源必须被严格的管理。（ａ）大型电脑或迷你电脑系统（ｂ）与服务器相联的工作站（ｃ）手持电脑 Answer: （ａ）大型电脑或迷你电脑系统：内存和CPU 资源，外存，网络带宽（ｂ）与服务器相联的工作站：内存和CPU 资源（ｃ）手持电脑：功率消耗，内存资源 1.3 在什么情况下一个用户使用一个分时系统比使用一台个人计算机或单用户工作站更好？ Answer:当另外使用分时系统的用户较少时，任务十分巨大，硬件速度很快，分时系统有意义。充分利用该系统可以对用户的问题产生影响。比起个人电脑，问题可以被更快的解决。还有一种可能发生的情况是在同一时间有许多另外的用户在同一时间使用资源。当作业足够小，且能在个人计算机上合理的运行时，以及当个人计算机的性能能够充分的运行程序来达到用户的满意时，个人计算机是最好的，。 1.4 在下面举出的三个功能中，哪个功能在下列两种环境下，(a)手持装置(b)实时系统需要操作系统的支持？(a)批处理程序(b)虚拟存储器(c)分时 Answer:对于实时系统来说，操作系统需要以一种公平的方式支持虚拟存储器和分时系统。对于手持系统，操作系统需要提供虚拟存储器，但是不需要提供分时系统。批处理程序在两种环境中都是非必需的。 1.5 描述对称多处理（ＳＭＰ）和非对称多处理之间的区别。多处理系统的三个优点和一个缺点？ Answer:ＳＭＰ意味着所以处理器都对等，而且I/O 可以在任何处理器上运行。非对称多处理有一个主处理器控制系统，与剩下的处理器是随从关系。主处理器为从处理器安排工作，而且I/O 也只在主处理器上运行。多处理器系统能比单处理器系统节省资金，这是因为他们能共享外设，大容量存储和电源供给。它们可以更快速的运行程序和增加可靠性。多处理器系统能比单处理器系统在软、硬件上也更复杂（增加计算量、规模经济、增加可靠性） 1.6 集群系统与多道程序系统的区别是什么？两台机器属于一个集群来协作提供一个高可靠性的服务器的要求是什么？ Answer:集群系统是由多个计算机耦合成单一系统并分布于整个集群来完成计算任务。另一方面，多道程序系统可以被看做是一个有多个CPU 组成的单一的物理实体。集群系统的耦合度比多道程序系统的要低。集群系统通过消息进行通信，而多道程序系统是通过共享的存储空间。为了两台处理器提供较高的可靠性服务，两台机器上的状态必须被复制，并且要持续的更新。当一台处理器出现故障时，另一台处理器能够接管故障处理的功能。
操作系统概论-02323（2017年张琼声版本） 第1章操作系统简介 1.1什么是操作系统 (1)操作系统概念： 操作系统是一种复杂的系统软件，是不同程序代码、数据结构、初始化文件的集合，可执行。 操作系统是提供计算机用户与计算机硬件之间的接口，并管理计算机软件和硬件资源，并且通过这个接口使应用程序的开发变得简单、高效。 接口是两个不同部分的交接面。接口分为硬件接口和软件接口，计算机的所有功能最终都是由硬件的操作来实现的，计算机屏蔽了对硬件操作的细节。 (2)操作系统完成的两个目标： 1)与硬件相互作用，为包含在所有硬件平台上的所有底层可编程部件提供服务； 2)为运行在计算机系统上的应用程序（即用户程序）提供执行环境。 现代计算机特点是支持多任务，一方面保证用户程序的顺利执行，另一方面使计算机系统资源得到高效的利用，保证计算机系统的高性能。 (3)操作系统的功能： 处理机管理、内存管理、设备管理、文件管理。 1.2操作系统的发展 1)无操作系统 2)单道批处理系统 3)多道程序系统（多道批处理系统、分时系统） 4)微机操作系统 5)实时操作系统 6)嵌入式操作系统 7)物联网操作系统 1.2.1无操作系统阶段： 电子管，无存储设备，第一台：1946年宾夕法尼亚大学的「埃尼阿克」 单道批处理系统： 晶体管，磁性存储设备，内存中有一道批处理作业，计算机资源被用户作业独占。 吞吐量是指单位时间内计算机系统处理的作业量
1.2.2单道批处理系统 特点：自动性、顺序性、单道性。 优点：减少了等待人工操作的时间 缺点：CPU资源不能得到有效的利用。 1.2.3多道程序系统 多道程序系统：集成电路芯片，出现了分时操作系统（多个终端）。 特点：多道性、无序性、调度性、复杂性。 优点：能够使CPU和内存IO资源得到充分利用，提高系统的吞吐量。 缺点：系统平均周转时间长，缺乏交互能力。 1.2.4微机操作系统： 第一台Intel公司顾问GaryKildall 编写的CP/M系统，是一台磁盘操作系统，用于Intel8080. 1.2.5操作系统特点 (1)分时系统： 特点：多路性、及时性、交互性、独立性。 优点：提供了人机交互，可以使用户通过不同终端分享主机。 缺点：不能及时接收及时处理用户命令。 (2)实时操作系统（用户实时控制和实时信息处理）： 实时操作系统：广泛应用于各种工业现场的自动控制、海底探测、智能机器人和航空航天等。 特点：多路性、独立性、及时性、交互性、可靠性。 在实时系统中，往往采取多级容错措施来保证系统安全和数据安全。 (3)操作系统产品： 1)主机操作系统（批处理、事务处理（银行支票处理或航班预订）、分时处理） 2)微机操作系统 3)服务器操作系统 4)嵌入式操作系统（物联网操作系统） 1.3操作系统的特征 现代操作系统都支持多任务，具有并发、共享、虚拟和异步性特征。 (1)并发: 指两个或多个事件在同一时间间隔内发生； (2)共享:指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。 资源共享两种方式：互斥共享,同时共享； (3)虚拟:指通过某种技术把一个物理实体变成若干逻辑上的对应物；
7.1 假设有如图7.1所示的交通死锁。 a.证明这个例子中实际上包括了死锁的四个必要条件。 b.给出一个简单的规则用来在这个系统中避免死锁。 a.死锁的四个必要条件: (1)互斥；（2）占有并等待；（3）非抢占；（4）循环等待。 互斥的条件是只有一辆车占据道路上的一个空间位置。占有并等待表示一辆车占据道路上的位置并且等待前进。一辆车不能从道路上当前的位置移动开（就是非抢占）。最后就是循环等待，因为每个车正等待着随后的汽车向前发展。循环等待的条件也很容易从图形中观察到。 b.一个简单的避免这种的交通死锁的规则是，汽车不得进入一个十字路口如果明确地规定， 这样就不会产生相交。 7.2 考虑如下的死锁可能发生在哲学家进餐中，哲学家在同个时间获得筷子。讨论此种情况下死锁的四个必要条件的设置。讨论如何在消除其中任一条件来避免死锁的发生。 死锁是可能的，因为哲学家进餐问题是以以下的方式满足四个必要条件：1）相斥所需的筷子， 2 ）哲学家守住的筷子在手，而他们等待其他筷子， 3 ）没有非抢占的筷子，一个筷子分配给一个哲学家不能被强行拿走，4 ）有可能循环等待。死锁可避免克服的条件方式如下： 1 ）允许同时分享筷子， 2 ）有哲学家放弃第一双筷子如果他们无法获得其他筷子，3 ）允许筷子被强行拿走如果筷子已经被一位哲学家了占有了很长一段时间4 ）实施编号筷子，总是获得较低编号的筷子，之后才能获得较高的编号的筷子。 7.3 一种可能以防止死锁的解决办法是要有一个单一的，优先于任何其他资源的资源。例如，如果多个线程试图访问同步对象A?…E，那么就可能发生死锁。（这种同步对象可能包括互斥体，信号量，条件变量等），我们可以通过增加第六个对象来防止死锁。每当一个线程希望获得同步锁定给对象A???E，它必须首先获得对象F的锁.该解决方案被称为遏制：对象A???E的锁内载对象F的锁。对比此方案的循环等待和Section7.4.4的循环等待。 这很可能不是一个好的解决办法，因为它产生过大的范围。尽可能在狭隘的范围内定义死锁政策会更好。 7.4 对下列问题对比循环等待方法和死锁避免方法(例如银行家算法)： a.运行费用 b.系统的吞吐量 死锁避免方法往往会因为追踪当前资源分配的成本从来增加了运行费用。然而死锁避免方法比静态地防止死锁的形成方法允许更多地并发使用资源。从这个意义上说，死锁避免方案可以增加系统的吞吐量。 7.5 在一个真实的计算机系统中，可用的资源和进程命令对资源的要求都不会持续很久是一致的长期（几个月）。资源会损坏或被替换，新的进程会进入和离开系统，新的资源会被购买和添加到系统中。如果用银行家算法控制死锁，下面哪
操作系统期末考试试卷(B) 计算机科学系______级______科______班姓名__________学号__________ 题号一二三四总分 分数 ?、 填空(1%×30) ★该题答写在本卷纸上★ 1.操作系统的基本类型有1)____________________ 2)____________________ 3)____________________4)___________________5)___________________ _ 和6)分布式操作系统等。 2.常用的进程调度算法和作业调度算法有1)____________________ 2)___________________ 3)___________________ 4)____________________ 5)____________________ 和6)最高相应比优 先(HRN)算法等。 3.作业调度的目标主要有1)____________________ 2)____________________ 3)____________________4)___________________。 4.内存管理要解决的问题有1)_________________ 2)____________________ 3)____________________4)___________________5)___________________ 。 5.常用的内存管理方法有1)单一连续区管、2)___________________ 3)___________________ 和4)____________________等。 6.作业由1) 程序、2)__________________和3)__________________组成。 1
考研操作系统-操作系统概念与历史 (总分：246.00，做题时间：90分钟) 一、填空题(总题数：12，分数：12.00) 1.在操作系统中，不可中断执行的操作称为 1。 填空项1:__________________ （正确答案：原语操作） 原语操作的英文名称为Atomic Operation，有时也称为原子操作。原子在很长时间内被人类认为是不可分割的最小粒子，因此它引申的意思为不可分割或不可中断。原语操作是操作系统提供并发的基础。 2.UNIX操作系统在结构上分为两个部分： 1和 2。 填空项1:__________________ （正确答案：外壳(Shell)） 填空项1:__________________ （正确答案：内核(Kernel)） 操作系统的实体通常称为内核，它包括操作系统的所有功能构件，如进程管理、内存管理、文件系统等。这些功能构件并不能直接被一般用户使用。为了方便用户使用操作系统，操作系统设计者还为操作系统覆盖了一层外壳，用户通过外壳与操作系统打交道。这个壳可以看成是操作系统的用户界面。 3.特权指令能在 1下执行，而不能在 2下执行。 填空项1:__________________ （正确答案：内核态(Kernel Mode)、用户态(user Mode)） 顾名思义，特权指令具有特权，这个特权就是对计算机资源的访问权力。与此相对的是非特权指令，此种指令不能随意访问计算机的资源。操作系统为了实现特权和非特权指令而设计了内核态和用户态。凡是在内核态下执行的指令都是特权指令，在用户态下执行的指令都是非特权指令。 4.操作系统向用户提供了两类接口：一类是 1，另一类是 2。 填空项1:__________________ （正确答案：命令级接口(command Interface)、程序级接口(Programming Interface)） 对操作系统的使用有两种方式：直接向操作系统发出命令；编程序调用操作系统服务。前一种接口是所谓的命令接口，通过操作系统的壳实现；后一种接口是程序接口，通过操作系统调用(System call)和程序语言库函数实现。 5.分时系统中 1是衡量分时系统性能的一项重要指标。 填空项1:__________________ （正确答案：响应时间(Response Time)） 响应时间指的是在提交任务后，等待系统做出回应的时间。在分时系统下，多个用户分时共享同一个系统。每个用户在用完自己的分时时间段后需要等待别的用户用完它们的分时时间段，这个等待就是用户对系统的最直观感受，等待时间越长，用户感受越差。 6.操作系统的主要功能是 1和 2。 填空项1:__________________ （正确答案：管理(Management)） 填空项1:__________________ （正确答案：魔幻(Illusion)） 管理指的是管理计算机的软硬件资源，如CPU、内存、磁盘、各种表格和数据结构、软件原语等，以保证这些资源在不同用户或程序之间合理分配和使用。魔幻指的是将少变多，难变易，丑变美，如将单CPU通过进程模型虚拟成多个CPU，将有限内存通过虚存变为容量巨大的逻辑内存。 7.在现代操作系统中，资源分配的单位是 1，而处理机调度的单位是 2。 填空项1:__________________ （正确答案：进程(Process)） 填空项1:__________________ （正确答案：线程(Thread)） 在操作系统早期，调度单位和资源分配单位均是进程。随着操作系统的发展，线程作为进程中的一个指令执行序列而成为调度的单位。在线程模型下，进程并不运行，系统执行的是线程。 8.在操作系统中，一种用空间换取时间的资源转换技术是 1。 填空项1:__________________ （正确答案：缓冲技术(Buffering)） 通过提供缓冲区(Buffer)，可以让速度慢的设备与速度快的设备进行沟通与协作。 9.为实现CPU与外部设备的并行工作，系统引入了 1硬件机制。 填空项1:__________________ （正确答案：中断(Interrupt)） 在中断机制下，CPU在发出10命令后即继续执行别的任务。外部设备在完成10后便通过中断告诉CPU，CPU 通过响应中断来处理外部设备的中断请求。
操作系统概念背诵 一、进程管理 1.进程管理的功能 ①进程控制 ②进程同步 ③进程通信 ④进程（线程）调度 2.程序顺序执行时的特征：顺序性、封闭性、可再现性。 3.程序并发执行时的特征：间断性、失去封闭性、不可再现性。 4.进程由程序段、数据段和进程控制块（PCB）组成。 5.进程的定义 ①进程是程序的一次执行。 ②进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动。 ③进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。 ④进程是程序在一个数据集合上的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。 6.进程的基本特征：动态性、并发性、独立性、异步性、结构特征（程序＋数据＋PCB） 7.进程的状态 三态：就绪状态、运行状态、阻塞状态。 五态：活动就绪、静止就绪、活动阻塞、静止阻塞、运行。 8.进程控制块（PCB）的组成：进程标识符、处理机状态、进程调度信息、进程控制信息。 9.临界区：进程中访问临界资源的那段代码叫做临界区。 10.同步机制必须遵循的原则：空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待。 11.P,V操作的定义 P(S)：S=S?1； 若S≥0，则当前进程继续运行； 若S＜0，则将当前进程插入到S的等待队列中去。 V(S)：S=S+1； 若S＞0，则当前进程继续运行； 若S≤0，则从S的等待队列中移出一个进程放到就绪队列中去。 12.信号量的物理意义 S=?n时，表示有n个等待进入临界区的进程，当前已有进程在临界区中访问临界资源； S=0时，表示不允许任何进程进入临界区，当前已有进程在临界区中访问临界资源； S=n时，表示临界区是空闲的，该类资源的可用数目为n，可以有n个进程访问该类资源。 13.高级通信机制有：共享存储器系统、消息传递系统、管道通信系统。 14.线程的定义：线程是进程内的一个实体，是处理机调度的基本单位，是程序内部一个单一的顺序控 制流。 15.引入进程的目的：是为了使多个程序并发执行，提高资源利用率和系统吞吐量。 16.引入线程的目的：是为了减少程序并发执行时的时空开销，使操作系统具有更好的并发性。 17.进程的基本属性
第一章导论 1、操作系统的功能作用： （1）作用：操作系统是控制和管理计算机系统各种硬件和软件资源，有效地组织多道程序运行的系统软件，使用户与计算机之间的接口。 （2）功能：处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理、用户接口。 2、操作系统的发展过程： （1）手工操作时期：人工干涉，用户独占。 （2）早期批处理时期：出现了完成作业自动转换工作的程序叫监督程序，包括早期联机批处理、早期脱机批处理。 （3）多道批处理系统：在存中同时存放多道程序在管理程序的控制下交替执行，用户独占。 （4）分时系统：用户与主机交互。 （5）实时系统：具有专用性及时性。 （6）现代操作系统（网络操作系统和分布式操作系统）：有网络地址，提供网络服务，实现资源共享。 第二章计算机系统结构 1、计算机系统在硬件方面的保护： （1）双重模式操作：用户模式、监督程序模式，双重模式操作为人们提供了保护操作系统和用户程序不受错误用户程序影响的手段。 （2）I/O保护：定义所有I/O指令为特权指令，所以用户不能直接发出I/O指令，必须通过操作系统来进行。 （3）存保护：对中断向量和中断服务程序进行保护，使用基址寄存器和界限寄存器。 （4）CPU保护：使用定时器防止用户程序运行时间过长，操作系统在将控制权交给用户之前，应确保设置好定时器，以便产生中断。 第三章操作系统结构 1、操作系统的基本组成：进程管理、存管理、文件管理、输入/输出系统管理、二级存储管理、联网、保护系统、命令解释系统。 2、系统调用的含义：系统调用提供了进程与操作系统之间的接口。分为五类：进程控制、文件管理、设备管理、信息维护、通信。 3、操作系统设计所采用的结构：
1、1在多道程序与分时环境中,多个用户同时共享一个系统,返种情冴导致多种安全问题。a、列出此类的问题b、在一个分时机器中,能否确保像在与用机器上一样的安全度？并解释乀。 Answer:a、窃叏戒者复制某用户癿程序戒数据;没有合理癿预算来使用资源(CPU,内存,磁盘空闱,外围设备)ｂ.应该丌行,因为人类设计癿仸何保护机制都会丌可避兊癿被另外癿人所破译,而丏径自信癿认为程序本身癿实现就是正确癿就是一件困难癿亊。 1、2资源的利用问题在各种各样的操作系统中出现。试例丼在下列的环境中哪种资源必须被严栺的管理。(ａ)大型电脑戒迷您电脑系统(ｂ)不服务器相联的工作站(ｃ)手持电脑 Answer: (ａ)大型电脑戒迷您电脑系统:内存呾CPU资源,外存,网络带宽(ｂ)不服务器相联癿工作站:内存呾CPU资源(ｃ)手持电脑:功率消耗,内存资源 1、3在什举情冴下一个用户使用一个分时系统比使用一台个人计算机戒单用户工作站更好？ Answer:当另外使用分时系统癿用户较少时,仸务十分巨大,硬件速度径快,分时系统有意丿。充分利用该系统可以对用户癿问题产生影响。比起个人电脑,问题可以被更快癿解决。迓有一种可能収生癿情冴就是在同一时闱有许多另外癿用户在同一时闱使用资源。当作业足够小,丏能在个人计算机上合理癿运行时,以及当个人计算机癿性能能够充分癿运行程序来达到用户癿满意时,个人计算机就是最好癿,。 1、4在下面丼出的三个功能中,哪个功能在下列两种环境下,(a)手持装置(b)实
时系统需要操作系统的支持？(a)批处理程序(b)虚拟存储器(c)分时 Answer:对二实时系统来说,操作系统需要以一种公平癿方式支持虚拟存储器呾分时系统。对二手持系统,操作系统需要提供虚拟存储器,但就是丌需要提供分时系统。批处理程序在两种环境中都就是非必需癿。 1、5描述对称多处理(ＳＭＰ)与非对称多处理乀间的区别。多处理系统的三个优点与一个缺点？ Answer:ＳＭＰ意味着所以处理器都对等,而丏I/O可以在仸何处理器上运行。非对称多处理有一个主处理器控制系统,不剩下癿处理器就是随从关系。主处理器为从处理器安排工作,而丏I/O也叧在主处理器上运行。多处理器系统能比单处理器系统节省资金,返就是因为她们能共享外设,大容量存储呾电源供给。它们可以更快速癿运行程序呾增加可靠性。多处理器系统能比单处理器系统在软、硬件上也更复杂(增加计算量、觃模经济、增加可靠性) 1、6集群系统不多道程序系统的区别就是什举？两台机器属二一个集群来协作提供一个高可靠性的服务器的要求就是什举？ Answer:集群系统就是由多个计算机耦合成单一系统幵分布二整个集群来完成计算仸务。另一方面,多道程序系统可以被瞧做就是一个有多个CPU组成癿单一癿物理实体。集群系统癿耦合度比多道程序系统癿要低。集群系统通过消息迕行通信,而多道程序系统就是通过共享癿存储空闱。为了两台处理器提供较高癿可靠性服务,两台机器上癿状态必项被复制,幵丏要持续癿更新。当一台处理器出现敀障时,另一台处理器能够接管敀障处理癿功能。 1、7试区分分布式系统(distribute system)的客户机-服务器(client-server)模型不对等系统(peer-to-peer)模型
solutions to the exercises Chapter 1 1.1 In a multiprogramming and time-sharing environment, several users share the system simultaneously. This situation can result in various security problems. a. What are two such problems? b. Can we ensure the same degree of security in a time-shared machine as in a dedicated machine? Explain your answer. Answer: a. Stealing or copying one’s programs or data; using system resources (CPU, memory, disk space, peripherals) without proper accounting. b. Probably not, since any protection scheme devised by humans can inevitably be broken by a human, and the more complex the scheme, the more difficult it is to feel confident of its correct implementation. 1.2 The issue of resource utilization shows up in different forms in different types of operating systems. List what resources must be managed carefully in the following settings: a. Mainframe or minicomputer systems b. Workstations connected to servers c. Handheld computers Answer: a. Mainframes:memory and CPU resources, storage, network bandwidth. b. Workstations: memory and CPU resouces c. Handheld computers: power consumption, memory resources. 1.3 Under what circumstances would a user be better off using a timesharing system rather than a PC or single-user workstation? Answer: When there are few other users, the task is large, and the hardware is fast, time-sharingmakes sense. The full power of the system can be brought to bear on the user’s problem. The problemcan be solved faster than on a personal computer. Another case occurs when lots of other users need resources at the same time. A personal computer is best when the job is small enough to be executed reasonably on it and when performance is sufficient to execute the program to the user’s satisfaction. 1.4 Which of the functionalities listed below need to be supported by the operating system for the following two settings: (a) handheld devices and (b) real-time systems. a. Batch programming b. Virtual memory c. Time sharing Answer: For real-time systems, the operating system needs to support virtual memory
1.1在多道程序和分时环境中，多个用户同时共享一个系统，返种情冴导致多种安全问题。a. 列出此类的问题b.在一个分时机器中，能否确保像在与用机器上一样的安全度？并解释乀。 Answer:a.窃叏戒者复制某用户癿程序戒数据；没有合理癿预算来使用资源（CPU，内存，磁盘空闱，外围设备）ｂ．应该丌行，因为人类设计癿仸何保护机制都会丌可避兊癿被另外癿人所破译，而丏径自信癿认为程序本身癿实现是正确癿是一件困难癿亊。 1.2资源的利用问题在各种各样的操作系统中出现。试例丼在下列的环境中哪种资源必须被严栺的管理。（ａ）大型电脑戒迷你电脑系统（ｂ）不服务器相联的工作站（ｃ）手持电脑 Answer: （ａ）大型电脑戒迷你电脑系统：内存呾CPU资源，外存，网络带宽（ｂ）不服务器相联癿工作站：内存呾CPU资源（ｃ）手持电脑：功率消耗，内存资源 1.3在什举情冴下一个用户使用一个分时系统比使用一台个人计算机戒单用户 工作站更好？ Answer:当另外使用分时系统癿用户较少时，仸务十分巨大，硬件速度径快，分时系统有意丿。充分利用该系统可以对用户癿问题产生影响。比起个人电脑，问题可以被更快癿解决。迓有一种可能収生癿情冴是在同一时闱有许多另外癿用户在同一时闱使用资源。当作业足够小，丏能在个人计算机上合理癿运行时，以及当个人计算机癿性能能够充分癿运行程序来达到用户癿满意时，个人计算机是最好癿，。 1.4在下面丼出的三个功能中，哪个功能在下列两种环境下，(a)手持装置(b)实
时系统需要操作系统的支持？(a)批处理程序(b)虚拟存储器(c)分时 Answer:对二实时系统来说，操作系统需要以一种公平癿方式支持虚拟存储器呾分时系统。对二手持系统，操作系统需要提供虚拟存储器，但是丌需要提供分时系统。批处理程序在两种环境中都是非必需癿。 1.5描述对称多处理（ＳＭＰ）和非对称多处理乀间的区别。多处理系统的三个优点和一个缺点？ Answer:ＳＭＰ意味着所以处理器都对等，而丏I/O可以在仸何处理器上运行。非对称多处理有一个主处理器控制系统，不剩下癿处理器是随从关系。主处理器为从处理器安排工作，而丏I/O也叧在主处理器上运行。多处理器系统能比单处理器系统节省资金，返是因为他们能共享外设，大容量存储呾电源供给。它们可以更快速癿运行程序呾增加可靠性。多处理器系统能比单处理器系统在软、硬件上也更复杂（增加计算量、觃模经济、增加可靠性） 1.6集群系统不多道程序系统的区别是什举？两台机器属二一个集群来协作提 供一个高可靠性的服务器的要求是什举？ Answer:集群系统是由多个计算机耦合成单一系统幵分布二整个集群来完成计算仸务。另一方面，多道程序系统可以被看做是一个有多个CPU组成癿单一癿物理实体。集群系统癿耦合度比多道程序系统癿要低。集群系统通过消息迕行通信，而多道程序系统是通过共享癿存储空闱。为了两台处理器提供较高癿可靠性服务，两台机器上癿状态必项被复制，幵丏要持续癿更新。当一台处理器出现敀障时，另一台处理器能够接管敀障处理癿功能。 1.7试区分分布式系统（distribute system）的客户机-服务器（client-server）模型不对等系统（peer-to-peer）模型
操作系统： 是管理系统资源，控制程序执行，协调硬件使用的最基本的系统软件，在硬件的基础上提供一个基本的应用程序运行环境。 多道程序multiprogramming： 在计算机内存中存放多个作业，这几个作业通过调度程序轮流占用cpu。 分时系统time-sharing： 允许多个用户同时以交互方式使用计算机，共享主机资源。 内核kernel： 操作系统最基本的部分，提供进程和内存管理功能，具有访问硬件和所有内存空间的权限。 微内核microkernel： 提供最小的进程和内存管理及通信功能的内核模块 系统调用system call： 由操作系统实现的对系统功能调用的应用编程接口。 虚拟机virtual machine： 通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。 中断/陷阱interrupt： 指系统发生某个事件后，cpu暂停正在执行的某个程序，转去执行处理该事件的程序的过程。 直接内存访问DMA： 直接内存访问是一种硬件机制，它允许I/O设备和内存之间直接传输它们的I/O数据，而不需要CPU的参与。使用这种机制可以大大提高与设备通信的吞吐量。 C/S模型： 将应用程序分成需要访问文件的前端客户端和包含文件的后台服务器，客户端通过向特定服务器发送请求获得资源。 进程process： 指正在执行中的程序，是一个活动实体。 高速缓存一致性caching coherency： 对于多处理器环境，每个CPU不但要维护自己的内部寄存器，还要维护本地高速缓存。由于多个CPU可并发执行，必须确保在一个高速缓存中对A的值所做更新立即反映在所有其他A所在的高速缓存中。
概念题（10分，5道） ?实时操作系统 ?分布式操作系统 ?嵌入式操作系统和嵌入式系统 ?原语 ?进程，线程 ?死锁与资源 ?虚拟存储 ?地址映射 ?内存交换、颠簸（抖动） ?文件和目录 ?系统态和用户态 ?系统调用 ?分布式系统 ?物理转储和逻辑转储 ?逻辑地址、物理地址和地址映射 ?内存紧缩 ?临界区和临界资源 位数=CPU的寻址空间？ 操作系统发展史：无操作系统->单道批处理系统->多道批处理系统->分时系统 一、概念题： ?实时操作系统 指操作系统能及时(或即时)响应外部事件的请求，和实施任务相结合能在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。主要特点：专用性强，种类多，用途各异，人工干预少。基本特征是事件驱动设计。 ?分布式操作系统 分布式系统：通过通信网络将物理上分布的具有自治功能的计算机系统互连起来，实现信息交换和资源共享，协作完成任务。处理和控制的分散（相对于集中式系统）是其的主要特点。分布式系统是以计算机网络为基础的，它的基本特征是处理上的分布，即功能和任务的分布。
分布式操作系统的所有系统任务可在系统中任何处理机上运行，自动实现全系统范围内的任务分配并自动调度各处理机的工作负载。 特点：系统状态的不精确性；控制机构的复杂性；通信开销引起性能的下降。 ?嵌入式操作系统和嵌入式系统 嵌入式系统：“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。(IEEE)它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成,软硬件可裁剪。 嵌入式操作系统：运行在嵌入式智能芯片环境中，对整个智能芯片以及它所操作、控制的各种部件装置等等资源进行统一协调、调度、指挥和控制的系统软件。 ?原语 是由若干条机器指令构成的用于完成特定功能的一段程序。 ?进程线程 进程是具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的独立单位。 线程是进程的一个实体，是CPU调度的基本单位。线程自己基本上不拥有系统资源，只留有几个寄存器，但它可以与同属同一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源。线程又被称为轻权进程（Light weight process：LWP）。 ?死锁资源
假设有一个文件系统，它里面的文件被删除后，当连接到该文件的链接依然存在时，文件的磁盘空间会再度被利用。如果一个新的文件被创建在同一个存储区域或具有同样的绝对路径名，这会产生什么问题如何才能避免这些问题Answer: 令旧的文件为F1，新文件为F2。用户希望通过存在的链接进入F1，实际上将进入F2。注意，使用的是文件F1的访问保护，而不是F2的。这个问题可以通过确保所有被删除文件的链接也被删除来避免。可以从几个方面来完成： a.保存一份文件所有链接的列表，删除文件时，删除每一个链接 b.保留链接，当试图访问一个已删除文件时删除他们 c.保存一个文件引用清单（或计数器），只有在文件所有链接或引用被删除后， 删除该文件 打开文件表被用以保持当前打开文件的信息，操作系统应该为每个用户保持一个单独的表吗或者只是保持一个包含当前所有用户访问文件的引用的表如果两个不同程序或用户访问同样的文件，在打开文件表中应包含单独的条目吗Answer: 保持一个中央的打开文件表，操作系统可以执行下列操作，否则不可执行：假设一个当前有一个或一个以上进程访问的文件。如果该文件被删除，那么应该直到所有正在访问文件的进程关闭它时，它才能从磁盘上删除。只要有正在访问文件的进程数目的集中核算，该检查就可以执行。另一方面，如果两个进程正在访问该文件，则需要保持两个单独的状态来跟踪当前位置，其中部分文件正被两个进程访问。这就要求操作系统为两个进程保持单独的条目。 一个提供强制锁，而非使用由用户决定的咨询锁的进程有何优点和缺点Answer: 在许多情况下，单独的程序可能愿意容忍同时访问一个文件，而不需要获得锁，从而确保文件的相互排斥。其他程序结构也可以确保相互排斥，如内存锁；或其他同步的形式。在这种情况下，强制锁将限制访问文件的灵活性，也可能增加与访问文件相关的开销。 在文件的属性中记录下创建程序的名字，其优点和缺点是什么（在Macintosh 操作系统中就是这样做的） Answer: 记录下创建程序的名字，操作系统能够实现基于此信息的功能（如文件被访问时的程序自动调用）。但它会增加操作系统的开销，需要文件描述符的空间。 有些系统当文件第一次被引用时会自动打开文件，当作业结束时关闭文件。论述这种方案与传统的由用户显式地打开和关闭文件的方案相比有什么有点和缺点 Answer: 文件的自动打开和关闭免除了用户对这些功能的调用，从而使它更方便用户；但它比显式打开和关闭需要更多的开销 如果操作系统知道某一应用将以顺序方式访问文件数据，将如何利用此信息来