操作系统结构与功能分析
摘要：对操作系统的结构进行分析比较，提出了操作系统在功能上的改进，并以L4微内核操作系统为例，说明如何提高操作系统的运行效率。
关键词：操作系统；结构；L4
软件是典型的知识产品，是有结构的，操作系统也不例外。软件结构是由软件组成成分构造软件的过程、方法和表示。由于软件反映的是客观事物，而客观世界总是处在不断的发展与变化中，软件系统不可能一成不变。新需求、新技术、新方法的出现都是促进软件发展的重要因素。对软件结构的研究在整个软件技术发展历程中贯穿始终，人们一直在寻找构造软件的更好办法。
结构设计是一个具有普遍性的问题，任何大型的工程任务都要认真地考虑结构问题，具有并发特征的操作系统同样如此。操作系统的结构分为整体式（monolithic）结构、模块组合结构（如UNIX）、层次结构（如Multics）以及微内核结构（如Mach、Chorus 、L4）。后面发展的结构通常都吸收了以前的结构的优点。新的结构设计方法的出现也往往伴随着新的结构概念和新的结构工具。
早期的模块组合结构（也称无序模块结构）体现了“分而治之”的系统开发思路。结构化程序设计方法为这种结构的系统开发提供了有效支持。为支持多道程序运行，操作系统的研究人
操作系统自学考试复习资料 一、单项选择题 （）1.操作系统是一种： A.系统软件 B.系统硬件 C.应用软件 D.支援软件 （）2.下列操作系统中，交互性最强的是： A.批处理操作系统 B.实时操作系统 C.分时操作系统 D.网络操作系统 （）3.UNIX操作系统属于交互式操作系统。 A.批处理操作系统 B.实时操作系统 C.分时操作系统 D.分布式操作系统 （）4.操作系统通过管理进程。 A. 作业控制块 B. 进程控制块 C.文件控制块 D.设备控制块 （）5.把用户作业的相对地址转换成绝对地址的工作称为： A.地址逻辑话 B.地址重定位 C.地址绝对化 D.地址相对化 （）6.固定分区存储管理中，每个连续分区的大小是： A.相同的 B.不相同的 C.可以变化的 D.预先固定划分，可以相同，也可以不同 （）7.存储分配算法中，采用“总是把程序装入主存中最大的空闲区域”的算法是： A.最优适应算法 B. 最坏适应算法 C.最先适应算法 D. 最后适应算法 （）8.存储在相联存储器中的部分页表称为： A. 相联页表 B. 页表 C. 段表 D.快表 （）9.按保护级别，文件可以分为： A.系统文件和用户文件 B.只读文件、读写文件、执行文件 C.输入和输出文件 D.临时文件、永久文件、档案文件 （）10.文件采用二级目录结构，可以： A.节省空间 B.实现文件保护 C.缩短存储时间 D.解决不同用户之间的文件名的冲突
（）11.文件的逻辑结构类型包括流式文件和： A.纪录式文件 B.顺序文件 C. 链接文件 D.索引文件 （）12.以下哪种不是常用的磁盘存储空间管理方法： A.位示图法 B.先进先出法 C. 空闲块表法 D. 空闲块链法 （）13.操作系统为每个文件开辟一个存储区，存放该文件的有关信息，这就是： A.进程控制块 B.作业控制块 C.文件控制块 D.设备控制块 （）14.利用SPOOLing技术可以提高的利用率。 A.内存 B. 辅存 C. 共享设备 D.独享设备 （）15.一般，缓冲区位于： A.内存 B.辅存 C.寄存器 D.设备控制器 （）16. 计算机系统结构由硬件系统和组成。 A. 软件系统 B. 输入设备 C.输出设备 D.CPU （）17.处理机调度分为作业调度和调度两级。 A. 进程 B. 设备 C. 磁盘 D.文件 （）18. 地址重定位包括静态重定位和两种方式。 A. 动态重定位 B.地址绑定 C.地址映射 D.动态绑定 （）19. 单用户连续存储管理中，内存中最多可以存放运行用户作业的个数为： A.0 B. 1 C. 2 D.3 （）20.用来指出相对地址中页号和主存中块号的对应关系的是： A.快表 B. 页表 C.慢表 D.段表 （）21. 下面哪种不是文件在磁盘的组织方式： A.串联结构 B. 顺序结构 C. 链接结构 D.索引结构 （）22. 参与死锁的进程至少个。 A.2 B.3 C. 4 D.5 （）23. 磁盘存储空间的每一块的位置应由参数、磁盘号和扇区号确定。 A. 柱面号 B.磁头号 C. 盘面号 D.块号 （）24. 进程从就绪状态进入运行状态的原因可能是： A. 被选中占有处理机 B. 等待某一事件 C. 等待的事件已发生 D. 时间片用完 （）25. 文件系统采用多级目录结构后，对于不同用户的文件，其文件名：
第一章： 1. 什么是操作系统？OS的基本特性是？主要功能是什么 OS是控制和管理计算机硬件和软件资源，合理组织计算机工作原理以及方程用户的功能的集合。特性是：具有并发，共享，虚拟，异步的功能，其中最基本的是并发和共享。主要功能：处理机管理，存储器管理，设备管理，文件管理，提供用户接口。 2. 操作系统的目标是什么？作用是什么？ 目标是：有效性、方便性、可扩充性、开放性 作用是：提供用户和计算机硬件之间的接口，提供对计算机系统资源的管理，提供扩充机器 3. 什么是单道批处理系统？什么是多道批处理系统？ 系统对作业的处理是成批的进行的，且在内存中始终保持一道作业称此系统为单道批处理系统。 用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个队列，然后，由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干个调入作业内存，使他们共享CPU和系统中的各种资源。 4 ?多道批处理系统的优缺点各是什么？ 优点：资源利用率高，系统吞吐量大。缺点：平均周转时间长，无交互能力。 引入多道程序技术的前提条件之一是系统具有终端功能，只有有中断功能才能并发。 5. 什么是分时系统？特征是什么？ 分时系统是指，在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互的方式使用计算机，共享主机中的资源。 特征：多路性、独立性、及时性、交互性 *有交互性的一般是分时操作系用，成批处理无交互性是批处理操作系统，用于实时控制或实时信息服务的是实时操作系统，对于分布式操作系统与网络操作系统，如计算机之间无主次之分就是分布式操作系统，因为网络一般有客户-服务器之分。 6. 什么是实时操作系统？ 实时系统：系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内处理完。按照截止时间可以分为1硬实时任务（必须在截止时间内完成）2软实时任务（不太严格要求截止时间） 7用户与操作系统的接口有哪三种？ 分为两大类：分别是用户接口、程序接口。 用户接口又分为：联机用户接口、脱机用户接口、图形用户接口。 8. 理解并发和并行？并行（同一时刻）并发（同一时间间隔） 9. 操作系统的结构设计 1 ?无结构操作系统，又称为整体系统结构，结构混乱难以一节，调试困难，难以维护 2?模块化os结构，将os按功能划分为一定独立性和大小的模块。是os容易设计，维护, 增强os的可适应性，加速开发工程 3?分层式os结构，分层次实现，每层都仅使用它的底层所提供的功能 4. 微内核os结构，所有非基本部分从内核中移走，将它们当做系统程序或用户程序来实现，剩下的部分是实现os核心功能的小内核，便于扩张操作系统，拥有很好的可移植性。 第二章： 1 ?什么叫程序？程序顺序执行时的特点是什么？ 程序：为实现特殊目标或解决问题而用计算机语言编写的命令序列的集合特点：顺序性、封闭性、可再现性 2. 什么是前趋图？（要求会画前趋图）P35图2-2 前趋图是一个有向无循环图，记为DAG ,用于描述进程之间执行的前后关系。 3?程序并发执行时的特征是什么？ 特征：间断性、失去封闭性、不可再现性
第三章信息系统的结构概述 3.1 信息系统的结构概述 3.1.1 信息系统的组成 基于现代信息技术的信息系统，作为现代社会组织的一个组成部分，是计算机硬件、软件、数据通信装置、数据存储设备、规章制度和有关人员的统一体，其目的是实现组织的整体目标，对与组织活动有关的信息进行系统、综合管理，以支持组织的变革与发展以及各级管理决策与各项业务活动。 信息系统的组成： 1、计算机硬件系统 2、计算机软件系统 3、数据及其存储介质 4、通信与计算机网络设施 5、非计算机系统的信息收集、处理设备 6、规章制度 7、工作人员 3.1.2 信息系统结构的复杂性 1. 用户需求的多样性 2. 组织业务的复杂性 3. 社会与组织环境复杂多变 4. 技术手段的复杂性 3.2信息处理概述 3.2.1 信息处理技术 1．信息收集 信息的收集包括原始数据的收集、信息的分类、编码及向信息存贮系统与问题处理系统传送信息等过程。
收集的信息的准确性、完整性和及时性，直接关系到系统输出信息的质量以及管理与业务活动水平。 在信息收集工作中，必须按照统一的规范对各种原始数据进行科学的、合理的分类和编码，以保证信息处理和传输的准确性与效率，便于信息系统各部分以及信息系统与其他系统之间实现资源共享。 ２．信息存储 从逻辑上看，信息系统的信息存储子系统可以分成三大部分：数据库系统、模型库系统和知识库系统。 各种数学模型和方法逐步纳入到信息系统，为了使管理者与知识工作者和可以灵活地调用、补充、修改和建立支持管理决策与知识创新的各种模型与方法，有必要建立模型库及其管理系统，实现应用程序与模型的相对独立和模型资源共享。 ３．问题处理 问题处理是针对各级各类管理与业务问题的需要，进行信息查询、检索、分析、计算、综合、提炼、优化、预测、评价等工作。 问题处理系统是信息系统的核心，是信息系统支持管理决策成败的关键所在。 ４．人机交互和信息传输出 输出的信息必须及时、准确、适用。 输出信息的形式清晰、内容简炼、明确、具体、易懂、便于执行、便于检查、安全保密性好，对于实施决策至关重要。 信息系统是一个人－机系统。在信息处理上，人、机必须合理分工与密切配合，才能完成信息处理，有效地支持管理与业务活动。因此，信息系统应具有较强的人─机交互功能。５．信息管理机构 信息管理机构具有以下职能: --负责制订和实施信息系统工作的各项规章、制度、标准、规范 --对整个系统的运行进行检查、监督，对各部分的工作进行协调 --对信息系统的开发、扩充进行规划、计划并组织实施 --对信息处理的软、硬件系统组织日常维护、修理与更新 3.2.2 管理决策层次结构 现代社会组织特别是大中型企业的管理活动均具有层次结构，不同层次的管理活动的决策目标、信息需求、决策过程有着不同的特征。 一般企事业单位的管理活动分为三个层次：战略计划、管理控制与战术计划、作业计划和控制。这相应于战略决策、战术决策和运作决策三个决策层次。 为了有效地支持各级管理决策，信息系统在处理与管理活动有关的信息时可分为以下四个层次:
案例信息系统的常见类型与功能（设计：张翠） 1. 教学目标 ·通过分析常见的信息系统，了解信息系统的主要类型与功能，感受信息系统的多样性。 ·通过体验和感受常见的信息系统，感受信息系统给人们学习、工作和生活带来的便利。 2. 教学对象分析 学生通过前面的学习，对于信息系统及信息系统的关键要素有一定的理解。作为高一年级的学生，他们对于周围的信息系统都有一定的接触。例如：去医院挂号取药，利用的是医院信息系统；用公交卡乘坐公交车，利用的是公交系统；有的学校食堂供餐，要求学生使校园一卡通系统，等等。但对于信息系统的分类及其功能，学生的理解不是很清晰，这也是本节课主要讲的内容。 3.教学重点与难点 教学重点：了解信息系统的主要类型与功能，感受信息系统的多样性。 教学难点：根据信息系统类型的不同，体会信息系统在日常生活中的应用。 4.教学方法与教学手段 小组合作、探究式教学、任务驱动教学法。
图2.1-2 分类的角度 合作探究信息系统的功能 各个信息系统，其服务目的和对象不同， 功能就有所不同。例如，同学们都曾使用过综 合素质评价系统，该系统会提供丰富的自我评 价和他人评价的功能，同学们可以从多方面对 自己和他人进行评价。通过这个系统，能够更 真实认识自己，认识他人，从而提升自己各方 面素质。 课下同学们已经找了一些自己感兴趣小 组讨论交的信息系统，亲身体会并记录下视频、 图片等，现在以小组为单位，对它们进行分析， 研究其功能。 仿照给出的功能图，以思维导图的方式分 析介绍功能，完成评价表的填写任务（作为表 2.1-2附在本案例后面）并记录在“小组研究报 告”中。 找几个小组来展示他们的成果。 小组讨论交 流、评价和 展示 绘制思维导 图 通过小组合 作、实际操作， 有助于加深理解 信息系统的功能
1.OS的主要功能 操作系统的基本功能：处理机管理、存储管理、设备管理、信息管理（文件系统管理）、用户接口。 2.OS有哪三种类型？各有什么特点？ 操作系统一般可分为三种基本类型，即批处理系统、分时系统和实时系统。 批处理操作系统的特点是：多道和成批处理。 分时系统具有多路性、交互性、“独占”性和及时性的特征。 实时系统特点：及时响应和高可靠性 3.OS的基本特征是什么？ 并发性、共享性、虚拟技术、异步性 4.OS一般为用户提供了哪三种接口？各有什么特点？ 1.联机命令接口 提供一组命令供用户直接或间接操作。根据作业的方式不同，命令接口又分为联机命令接口和脱机命令接口。 2.程序接口 程序接口由一组系统调用命令组成，提供一组系统调用命令供用户程序使用。3.图形界面接口 通过图标窗口菜单对话框及其他元素,和文字组合,在桌面上形成一个直观易懂使用方便的计算机操作环境. 5.OS主要有那些类型的体系结构？ 单体结构、层次结构、微内核结构与客户机-服务器模型、虚拟机结构 6.多道程序设计的主要特点是什么？ 多道程序设计技术是指在内存同时放若干道程序，使它们在系统中并发执行，共享系统中的各种资源。当一道程序暂停执行时，CPU立即转去执行另一道程序。 [特点]：多道、宏观上并行（不同的作业分别在CPU和外设上执行）、微观上串行（在单CPU上交叉运行）。 7.OS在计算机系统中处于什么地位？ 操作系统在计算机系统中占有特殊重要的位置，所有其他软件都建立在操作系统基础上，并得到其支持和服务；操作系统是支撑各种应用软件的平添。用户利用操作系统提供的命令和服务操纵和使用计算机。可见，操作系统实际上是一个计算机系统硬件、软件资源的总指挥部。操作系统的性能决定了计算机系统的安全性和可靠性。 8.解释一下术语：进程、进程控制块、进程映像、线程、进程的互斥和同步、临界区和临 界资源、竞争条件、原语、信号量、管程、死锁、饥饿 进程：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的基本单位。 进程控制块(Procedure Control Block)：使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序（含
操作系统结构设计 操作系统是一种大型、复杂的并发系统，为了研制操作系统，首先必须研究它的结构，力求设计出结构良好的程序。操作系统的结构设计 有两层含义：一是研究操作系统的整体结构，由程序的构成成分组成操作系统程序的构造过程和方法；二是研究操作系统程序的局部结构，包括数据结构和控制结构。采用不同的构件和构造方法可组成不同结构的操作系统。本节将在讨论操作系统构件之后，全面介绍各种操作系统的构造方法。 1.2.1 操作系统的组件 通常把组成操作系统程序的基本单位称作操作系统的构件。剖析现代操作系统，构成操作系统的基本单位除内核之外，主要还有进程、线程、类程和管程。 1．内核现代操作系统中大都采用了进程的概念，为了解决系统的并发性、共享性和随机性，并使进程能协调地工作，单靠计算机硬件提供的功能是十分不够的。例如，进程调度工作目前就不能用硬件来实现；而进程自己调度自己也是困难的。所以，系统必须有一个软件部分能对硬件处理器及有关资源进行首次改造，以便给进程的执行提供良好运行环境，这个部分就是操作系统的内核。 由于操作系统设计的目标和环境不同，内核的大小和功能有很大差别。有些设计希望把内核做得尽量小仅具有极少的必需功能，称为微内 核（microkernel ），其他功能都在核外实现，通过微内核提供的消息传递机制完成其余功能模块间的联系；有些设计则希望内核具有较多的功能，虽然其内部也可划分成层次或模块，但运行时是一个大二进制映像，模块间的联系可通过函数或过程调用实现，称为单内核 （monolithickernel ）。操作系统的一个基本问题就是内核的功能设计。微内核结构是现代操作系统的特征之一，这种方法把内核和核外服务程序的开发分离，可为特定应用程序或运行环境要求定制服务程序，具有较好的可伸缩性，简化了实现，提供了灵活性，很适合分布式系统的构造。 一般而言，内核必须提供以下 3 个方面的功能。 （1）中断处理。中断处理是内核中最基本的功能，也是操作系统赖以活动的基础，为了缩短屏蔽中断的时间，增加系统内的并发性，通常它仅仅进行有限的、简短的处理，其余任务交给在内核之外的特殊用户态进程完成。当中断事件产生时，先由内核截获并转向中断处理例行程序进行原则处理，它分析中断事件的类型和性质，进行必要的状态修改，然后交给内核之外的进程去处理。例如，产生外围设备结束中断事件时，内核首先分析是否正常结束，如果是正常结束，那么，就应释放等待该外围传输的进程；否则启动相应设备管理进程进行出错或异常处理。又如当操作员请求从控制台输入命令时，内核将把这一任务转交给命令管理进程去处理，以接收和执行命令。 （2）短程调度。主要职能是分配处理器。当系统中发生了一个事件之后，可能一个进程要让出处理器，而另一个进程又要获得处理器。短程调度按照一定的策略管理处理器的转让，以及完成保护和恢复现场的工作。由于它是协调进程竞争处理器资源的程序，所以它不是进程而是内核中的一个程序。 （3）原语管理。原语是内核中实现某一功能的不可中断过程。为了协调进程完成通信、并发执行和共享资源，各种原语是必不可少的。通信原语为进程相互传递消息，同步原语能协调并发进程之间的种种制约关系。此外，还有其他原语，如启动外围设备工作的启动原语，若启动不成功则请求启动者应等待，显然，这个启动过程应该是完整的，否则在成为等待状态时，可能外围设备已经空闲。由于设备的操作与硬件密切相关，故通常设备驱动程序等功能都放在内核中完成。 内核是操作系统对裸机的首次改造，内核和裸机组成了一台虚拟机，进程就在这台虚拟机上运行，它比裸机的功能更强大，具有以下特性： （1）虚拟机没有中断，因而，进程的设计者不再需要有硬件中断的概念，用户进程执行中无须处理中断； （2）虚拟机为每个进程提供了一台虚拟处理器，每个进程就好像在各自的私有处理器上顺序地推进，实现了多个进程的并发执行； （3）虚拟机为进程提供了功能较强的指令系统，即它们能够使用机器非特权指令、系统调用和原语所组成的新的指令系统。 为了保证系统的有效性和灵活性，设计内核应遵循少而精的原则。如果内核功能过强，则一方面在修改系统时可能牵动内核；另一方面它占用的内存容量和执行时间都会增大，且屏蔽中断的时间过长也会影响系统效率。因而，设计内核时应注意：中断处理要简单；调度算法要有效；原语应灵活有力、数量适当。这样就可以做到下次修改系统时，尽量少改动内核，执行时中断屏蔽时间缩短。 2．进程管理 程序本身并不能做什么，只有在CPL执行它的指令时才能有所作为；因此，可以把进程看做是正在运行的程序。但是当我们进一步研究时，对进程的定义将更为普遍。例如：一个分时用户程序（如编译器）是一个进程，个人用户在PC上运行的字处理程序是一个进程，一个系统任务（如输出到打印机）也是一个进程，并可以提供允许进程创建与其并发执行的子进程的系统调用。 进程需要特定的资源（包括CPU寸间、内存、文件和I/O设备）来完成工作。这些资源或者在进程创建时分配给它，或者在其运行时分配。除了在进程创建时所获得的各种物理资源和逻辑资源以外，各种各样的初始化数据（或输入）也可能一同传送给进程。例如，考虑一个能够在终端的显示屏上显示一
《管理信息系统》总复习题及参考答案 一．填空题 （1）信息系统包括信息处理系统和信息传输系统两个方面。 （2）作业信息系统由业务处理系统、过程控制系统和办公自动化系统三部分构成。 （3）决策过程可分为情报活动、设计活动、选择活动和实施活动四个阶段。 （4）管理、信息和系统是管理信息系统的三要素。 （5）目前常用的现代化管理方法包括企业资源规划、准时制生产、最优化生产技术和敏捷制造等方法。 （6）基于管理任务的系统层次结构分为战略管理、管理控制（战术管理）、运行控制三个层次。 （7）管理信息系统的技术基础包括计算机技术、网络技术和数据库技术。 （8）数据处理的基本内容包括数据收集、数据转换、数据的筛选、数据的组织、数据运算、数据存储和数据输出。 （9）数据处理经历了简单应用、文件系统、数据库系统三个发展阶段。 （10）数据的逻辑结构分为线性结构和非线性结构两类，线性表、栈、队列及串为线性结构，而树和图为非线性结构。 （11）诺兰阶段模型把信息系统的成长过程划分为初装、蔓延、控制、集成、数据管理、成熟六个不同阶段。 （12）企业系统规划法（BSP）和关键成功因素法(CSF) 是MIS战略规划的常用方法。 （13）B SP方法将过程和数据类两者作为定义企业信息系统总体结构的基础，它利用过程／数据矩阵（也称U／C矩阵）来表达两者之间的关系。 （14）开发管理信息系统的具体方法很多。通常将它们分为结构化系统开发方法、原型法、面向对象开发方法和CASE开发方法等几大类。 （15）用结构化系统开发方法开发MIS可分为系统分析、系统设计和系统实施三个阶段。 （16）面向对象方法具有封装性、抽象性、继承性和动态链接性四个特点。 （17）可行性分析的结果包括可以立即开发、改进原系统、目前不可行，或者需推迟到某些条件具备以后再进行几种。 （18）详细调查应遵循用户参与的原则。 （19）管理业务调查包括组织结构调查、管理功能调查和管理业务流程调查等。 （20）管理业务流程调查可以用业务流程图和表格分配图来描述。 （21）数据字典的内容主要是对数据流程图中的数据项、数据结构、数据流、处理逻辑、数据存储和外部实体等六个方面进行具体的定义。
1操作系统的基本特征有哪些？ 答：操作系统的基本特征： （1）并发。并发是指两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。（2）共享。共享是指计算机系统中的资源被多个任务所共用。 （3）异步性。在多道程序环境下，各个程序的执行过程有“走走停停”的性质。每一道程序既要完成自己的事情，又要与其他程序共享系统中 的资源。这样，它什么时候得以执行、在执行过程中是否被其他事情 打断（如I/O中断）、向前推进的速度是快还是慢等，都是不可预知的， 由程序执行时的现场所决定。另外，同一程序在相同的初始数据下， 无论何时运行，都应获得同样的结果。这是操作系统所具有的异步性。2操作系统的主要功能有哪些？ 答:操作系统的主要功能包括:存储管理,进程和处理机管理,文件管理,设备管理以及用户接口管理。 3、操作系统一般为用户提供了哪三种界面？它们各有什么特点？ 答： 4、操作系统主要有哪三种基本类型？它们各有什么特点？ 5、操作系统主要有哪些类型的体系结构？UNIX系统和Linux系统各采用哪些结构？ 答：一般说来，操作系统有四种结构：整体结构、层次结构、虚拟机结构、客户机-服务器结构。Linux系统采用的是整体结构。UNIX系统采用的是层次结构。
6、Linux系统有什么特点？ 7、使用虚拟机有哪些优势和不足？ 8、现代计算机系统由什么组成的？ 9、在操作系统中，为什么要引入进程的概念？它与程序的区别和联系分别是什么？
10、操作系统在计算机系统中处于什么位置？ 11、进程的基本状态有哪几种？ 答：进程的基本状态有三种，分别为运行态、就绪态、阻塞态。 12、你熟悉哪些操作系统？想一想你在使用计算机过程中，操作系统如何提供服务？ 答：我们最熟悉的一般为Windows操作系统，它是由微软（Microsoft）公司推出的一个功能强大的图形界面操作系统。常用的操作系统还有Linux，UNIX 操作系统。 我们在使用计算机时，首先接触的是用户界面，我们可以通过键盘上输入命令，在桌面上点击鼠标完成操作，这时系统就知道执行相应的功能。 13、PCB的作用是什么？它是怎样描述进程的动态性质的？ 答：进程控制块PCB是进程组成中最关键的部分。每个进程有唯一的进程控制块；操作系统根据PCB对进程实施控制和管理，进程的动态、并发等特征是利用PCB表现出来的；PCB是进程存在的唯一标志。 PCB中有表明进程状态的信息：该进程的状态是运行态、就绪态还是阻塞态，利用状态信息来描述进程的动态性质。 14、PCB表的组织方式主要有哪几种？分别简要说明。 答：PCB表的组织方式主要有：线性方式、链接方式和索引方式。 线性方式是把所有进程的PCB都放在一个表中。 链接方式按照进程的不同状态把它们分别放在不同的队列中。 索引方式是利用索引表记载相应状态进程的PCB地址。 15、进程和线程的区别是什么？ 答：（1）动态性。程序是静态、被动的概念，本身可以作为一种软件资源长期保存；而进程是程序的一次执行过程，是动态、主动的概念，有一定的生命周期，会动态地产生和消亡。 （2）并发性。传统的进程是一个独立运行的单位，能与其他进程并发执行。进程是作为资源申请和调度单位存在的；而通常的程序是不能作为一个独立运行的单位并发执行的。 （3）非对应性。程序和进程无一一对应关系。一个程序可被多个进程共用；一个进程在其活动中又可以顺序地执行若干个程序。 （4）异步性。各个进程在并发执行过程中会产生相互制约关系，造成各自前进速度的不可预测性。而程序本身是静态的，不存在这种异步特征。
1.2操作系统结构设计 操作系统是一种大型、复杂的并发系统，为了研制操作系统，首先必须研究它的结构，力求设计出结构良好的程序。操作系统的结构设计有两层含义：一是研究操作系统的整体结构，由程序的构成成分组成操作系统程序的构造过程和方法；二是研究操作系统程序的局部结构，包括数据结构和控制结构。采用不同的构件和构造方法可组成不同结构的操作系统。本节将在讨论操作系统构件之后，全面介绍各种操作系统的构造方法。 操作系统的组件 通常把组成操作系统程序的基本单位称作操作系统的构件。剖析现代操作系统，构成操作系统的基本单位除内核之外，主要还有进程、线程、类程和管程。 1．内核 现代操作系统中xx采用了进程的概念，为了解决系统的并发性、共享性和随机性，并使进程能协调地工作，单靠计算机硬件提供的功能是十分不够的。例如，进程调度工作目前就不能用硬件来实现；而进程自己调度自己也是困难的。所以，系统必须有一个软件部分能对硬件处理器及有关资源进行首次改造，以便给进程的执行提供良好运行环境，这个部分就是操作系统的内核。 由于操作系统设计的目标和环境不同，内核的大小和功能有很大差别。有些设计希望把内核做得尽量小仅具有极少的必需功能，称为微内核（microkernel），其他功能都在核外实现，通过微内核提供
的消息传递机制完成其余功能模块间的联系；有些设计则希望内核具有较多的功能，虽然其内部也可划分成层次或模块，但运行时是一个大二进制映像，模块间的联系可通过函数或过程调用实现，称为单内核（monolithic kernel）。操作系统的一个基本问题就是内核的功能设计。微内核结构是现代操作系统的特征之一，这种方法把内核和核外服务程序的开发分离，可为特定应用程序或运行环境要求定制服务程序，具有较好的可伸缩性，简化了实现，提供了灵活性，很适合分布式系统的构造。 一般而言，内核必须提供以下3个方面的功能。 （1）xx处理。xx处理是内核中最基本的功能，也是操作系统赖以活动的基础，为了缩短屏蔽xx的时间，增加系统内的并发性，通常它仅仅进行有限的、简短的处理，其余任务交给在内核之外的特殊用户态进程完成。当xx事件产生时，先由内核截获并转向xx处理例行程序进行原则处理，它分析xx事件的类型和性质，进行必要的状态修改，然后交给内核之外的进程去处理。例如，产生外围设备结束xx事件时，内核首先分析是否正常结束，如果是正常结束，那么，就应释放等待该外围传输的进程；否则启动相应设备管理进程进行出错或异常处理。又如当操作员请求从控制台输入命令时，内核将把这一任务转交给命令管理进程去处理，以接收和执行命令。 （2）短程调度。主要职能是分配处理器。当系统中发生了一个事件之后，可能一个进程要让出处理器，而另一个进程又要获得处理器。短程调度按照一定的策略管理处理器的转让，以及完成保护和恢
三、信息系统的类型 □信息系统的基本类型 信息系统可以是人工的或基于计算机的，独立的或综合的，成批处理的或联机的。通常的信息系统是上述各种类型的组合。当然它不能即是独立的又是综合的。 1.独立的系统是为了满足某个特定的应用领域(如，人事管理)而设计的。独立系统有它自己的文件，这些文件必然带有一定的冗余性。 2.综合的信息系统通过它们使用的数据而被综合在一起。系统利用一个资源共享的数据库来达到综合的目的。例如，工资系统要求正常地从人力资源系统和会计系统中找到数据。 3.以人工系统为基础已经开发出各种各样的计算机信息系统。到目前为止，在进行人工“计算机化”时，仍然缺乏设计经验和(或)缺少信息服务人员与用户之间的交流。也就是说，基于计算机的系统的工作流程直接借鉴了人工系统的工作流程。通常这些系统是独立的，而且把计算机仅仅用作为数据处理机。在设计这些系统时，很少考虑到最终要将它们综合的意图。 4.信息系统也能按成批处理、联机处理或二者组合来分类。在成批处理系统中，将事务和数据分批地处理或产生报表。例如，银行将大量的支票编码，然后在一天结束时，将所在支票分批、排序并进行处理。又如，为了防止航空公司在塔拉斯一个售票点与在亚特兰大的另一个售票点同时出售从洛杉矶到旧金山的某一航班的最后一张机票，航空公司系统订票必须是联机的，以反映数据库当前的状态。多数联机信息系统也有成批处理的要求。 即使出现了信息资源管理(IRM)系统，而且计算机信息系统的潜力得到了广泛的承认之后，大多数系统仍然是独立的成批处理系统。如今这些系统中多数已经失去了使用价值，而且被重新设计成综合的、联机的系统。通过定义可知，“综合”要求业务领域经理和公司领导密切地合作。信息服务专业人员可以作为顾问，而有关综合信息系统与业务领域的冲突和差异则应该由用户团体来解决。解决这些差异以真正实现综合的环境是信息服务人员向用户经理提出的挑战。 □社会团体的信息系统 在每个社会团体的每个专业领域都能发现数据处理系统或信息系统的潜力。下面我们按社会团体列举出这些实行计算机化的专业或应用领域。对于某种程度在专业上相近的系统多数可以综合在一起(例如，工资，会计和人事)。下面给出的清单只是为了说明可能的应用领域，并不包括所有的应用领域。 1.通用系统：(1)工资 (2)收帐 (3)付帐 (4)总帐 (5)库存管理和控制 (6)人力资源开发 (7)预算 (8)财务分析 (9)采购 (10)字处理 2.制造业：(1)定货输入和处理 (2)分配和发送 (3)生产调度 (4)制造资源计划(MRP，通常又称物料需求) (5)市场分析 (6)计算机辅助设计(CAD) (7)计算机辅助制造(CAM) (8)项目管理和控制 (9)成本标准化 3.保健：(1)病人结帐 (2)病房统计 (3)配方(包括药剂的相互影响) (4)护士站调度(5)诊断 (6)入院管理 (7)病历 4.零售：(1)销售点管理 (2)供应商管理 5.大学和学院：(1)入学管理 (2)注册和分班 (3)计算机辅助教学(CAI) (4)发展校友 (5)安置服务 (6)寄宿管理 (7)财务补助
操作系统是一种大型、复杂的并发系统，为了研制操作系统，首先必须研究它的结构，力求设计出结构良好的程序。操作系统的结构设计有两层含义：一是研究操作系统的整体结构，由程序的构成成分组成操作系统程序的构造过程和方法；二是研究操作系统程序的局部结构，包括数据结构和控制结构。采用不同的构件和构造方法可组成不同结构的操作系统。本节将在讨论操作系统构件之后，全面介绍各种操作系统的构造方法。 1.2.1 操作系统的组件 通常把组成操作系统程序的基本单位称作操作系统的构件。剖析现代操作系统，构成操作系统的基本单位除内核之外，主要还有进程、线程、类程和管程。 1．内核 现代操作系统中大都采用了进程的概念，为了解决系统的并发性、共享性和随机性，并使进程能协调地工作，单靠计算机硬件提供的功能是十分不够的。例如，进程调度工作目前就不能用硬件来实现；而进程自己调度自己也是困难的。所以，系统必须有一个软件部分能对硬件处理器及有关资源进行首次改造，以便给进程的执行提供良好运行环境，这个部分就是操作系统的内核。 由于操作系统设计的目标和环境不同，内核的大小和功能有很大差别。有些设计希望把内核做得尽量小仅具有极少的必需功能，称为微内核（microkernel），其他功能都在核外实现，通过微内核提供的消息传递机制完成其余功能模块间的联系；有些设计则希望内核具有较多的功能，虽然其内部也可划分成层次或模块，但运行时是一个大二进制映像，模块间的联系可通过函数或过程调用实现，称为单内核（monolithic kernel）。操作系统的一个基本问题就是内核的功能设计。微内核结构是现代操作系统的特征之一，这种方法把内核和核外服务程序的开发分离，可为特定应用程序或运行环境要求定制服务程序，具有较好的可伸缩性，简化了实现，提供了灵活性，很适合分布式系统的构造。 一般而言，内核必须提供以下3个方面的功能。 （1）中断处理。中断处理是内核中最基本的功能，也是操作系统赖以活动的基础，为了缩短屏蔽中断的时间，增加系统内的并发性，通常它仅仅进行有限的、简短的处理，其余任务交给在内核之外的特殊用户态进程完成。当中断事件产生时，先由内核截获并转向中断处理例行程序进行原则处理，它分析中断事件的类型和性质，进行必要的状态修改，然后交给内核之外的进程去处理。例如，产生外围设备结束中断事件时，内核首先分析是否正常结束，如果是正常结束，那么，就应释放等待该外围传输的进程；否则启动相应设备管理进程进行出错或异常处理。又如当操作员请求从控制台输入命令时，内核将把这一任务转交给命令管理进程去处理，以接收和执行命令。 （2）短程调度。主要职能是分配处理器。当系统中发生了一个事件之后，可能一个进程要让出处理器，而另一个进程又要获得处理器。短程调度按照一定的策略管理处理器的转让，以及完成保护和恢复现场的工作。由于它是协调进程竞争处理器资源的程序，所以它不是进程而是内核中的一个程序。 （3）原语管理。原语是内核中实现某一功能的不可中断过程。为了协调进程完成通信、并发执行和共享资源，各种原语是必不可少的。通信原语为进程相互传递消息，同步原语能协调并发进程之间的种种制约关系。此外，还有其他原语，如启动外围设备工作的启动原语，若启动不成功则请求启动者应等待，显然，这个启动过程应该是完整的，否则在成为等待状态时，可能外围设备已经空闲。由于设备的操作与硬件密切相关，故通常设备驱动程序等功能都放在内核中完成。 内核是操作系统对裸机的首次改造，内核和裸机组成了一台虚拟机，进程就在这台虚拟机上运行，它比裸机的功能更强大，具有以下特性： （1）虚拟机没有中断，因而，进程的设计者不再需要有硬件中断的概念，用户进程执行中无须处理中断； （2）虚拟机为每个进程提供了一台虚拟处理器，每个进程就好像在各自的私有处理器上顺序地推进，实现了多个进程的并发执行； （3）虚拟机为进程提供了功能较强的指令系统，即它们能够使用机器非特权指令、系统调用和原语所组成的新的指令系统。 为了保证系统的有效性和灵活性，设计内核应遵循少而精的原则。如果内核功能过强，则一方面在修改系统时可能牵动内核；另一方面它占用的内存容量和执行时间都会增大，且屏蔽中断的时间过长也会影响系统效率。因而，设计内核时应注意：
操作系统实验报告 实验目的： 随着操作系统应用领域的扩大，以及操作系统硬件平台的多样化，操作系统的体系结构和开发方式都在不断更新，目前通用机上常见操作系统的体系结构有如下几种:模块组合结构、层次结构、虚拟机结构和微内核结构。为了更好的了解计算机操作系统体系结构，以及linux 的体系结构，特作此报告。 实验内容： 计算机操作系统体系结构 一、模块组合结构 操作系统刚开始发展时是以建立一个简单的小系统为目标来实现的，但是为了满足其他需求又陆续加入一些新的功能，其结构渐渐变得复杂而无法掌握。以前我们使用的MS-DOS 就是这种结构最典型的例子。这种操作系统是一个有多种功能的系统程序，也可以看成是一个大的可执行体，即整个操作系统是一些过程的集合。系统中的每一个过程模块根据它们要完成的功能进行划分，然后按照一定的结构方式组合起来，协同完成整个系统的功能。如图1所示: 在模块组合结构中，没有一致的系统调用界面，模块之间通过对外提供的接口传递信息，模块内部实现隐藏的程序单元，使其对其它过程模块来说是透明的。但是，随着功能的增加，模块组合结构变得越来越复杂而难以控制，模块间不加控制地相互调用和转移，以及信息传递方式的随意性，使系统存在一定隐患。 二、层次结构 为了弥补模块组合结构中模块间调用存在的固有不足之处，就必须减少模块间毫无规则的相互调用、相互依赖的关系，尤其要清除模块间的循环调用。从这一点出发，层次结构的设计采用了高层建筑结构的理念，将操作系统或软件系统中的全部构成模块进行分类:将基础的模块放在基层(或称底层、一层)，在此基础上，再将某些模块放在二层，二层的模块在基础模块提供的环境中工作;它只能调用基层的模块为其工作，反之不行。严格的层次结构，第N+l层只能在N层模块提供的基础上建立，只能在N层提供的环境中工作，也只能向N 层的模块发调用请求。 在采用层次结构的操作系统中，各个模块都有相对固定的位置、相对固定的层次。处在同一层次的各模块，其相对位置的概念可以不非常明确。处于不同层次的各模块，一般而言，不可以互相交换位置，只存在单向调用和单向依赖。Unix/Linux系统采用的就是这种体系结构。 在层次结构中，强调的是系统中各组成部分所处的位置，但是想要让系统正常运作，不得不协调两种关系，即依赖关系和调用关系。 依赖关系是指处于上层(或外层)的软件成分依赖下层软件的存在、依赖下层软件的运行而运行。例如，浏览器这部分软件就依赖GUI的存在和运行，GUI又依赖操作系统的存在和运行。在操作系统内部，外围部分依赖内核的存在而存在，依赖内核的运行而运行，内核又依赖HAL而运行。处在同层之内的软件成分可以是相对独立的，相互之间一般不存在相互依赖关系。 三、虚拟机结构 虚拟机的基本思想是系统能提供两个功能:①多道程序处理能力;②提供一个比裸机有更方便扩展界面的计算机。操作系统是覆盖在硬件裸机上的一层软件，它通过系统调用向位于
操作系统概论-02323（2017年张琼声版本） 第一章：操作系统简介 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。 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 操作系统的功能：处理机管理、内存管理、设备管理、文件管理。 ●操作系统的发展： 无操作系统--单道批处理系统--多道批处理系统--微机操作系--实时操作系统 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 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）。 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. 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。 ●批处理、实时、分时系统的优缺点比较： 单道批处理系统：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。 多道批处理系统：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
数据结构和操作系统试题 姓名________ 学号_________ 得分__________ 数据结构部分 一、判断题。（正确的在括号里打√，错误的打×） ①数据元素是数据的最小单位。（） ②完全二叉树中，若一个结点没有左孩子，则必是树叶。（） ③关键路径是AOE网络中从源点到汇点的最长路径。（） ④顺序存储法适用于存储结构为顺序或链式存储的线性表。（） ⑤对任何一棵二叉树，如果叶子结点数为n0，度为2的结点数为n2，则n2 = n0 - 1。（） ⑥快速排序是一种属于选择排序类的方法，时间效率较高。（） ⑦数组的常见操作有存取、修改、删除、插入。（） ⑧若非空二叉树中每个结点有两个子结点，且左子树的根小于根结点，右子树的根不小于根结点，则是二叉排序树。（） ⑨将一棵树转换为二叉树后，根结点没有左子树。（） ⑩在一般情况下，处理冲突方法相同的哈希表，其平均查找长度依赖于哈希表的装填因子。（） 二、选择和填空 1.在一个长度为n的顺序表（即顺序存储的线性表）中，向第i个元素（1<=i<=n+1）之前插入 一个新元素时，需向后移动______个元素。 A. n-i B. n-i+1 C. n-i-1 D. i 2.在含n个顶点和e条边的无向图的邻接矩阵中,零元素的个数为__________。 3.某线性表中最常用的操作是在最后一个元素之后插入一个元素和删除第一个元素，则采用 ________存储方式最节省运算时间。 A.单链表 B.仅有头指针的单循环链表 C. 双向循环链表 D.仅有尾指针的单循环链表 4.若构造一棵具有n个结点的二叉排序树，最坏的情况下其深度不会超过________。 A．n/2 B．n C．(n+1)/2 D．n+1 5. 对有18个元素的有序表A[1]～A[18]作二分查找，则查找A[3]的比较序列的下标为______。 A．1，2，3 B. 9，5，2，3 C. 9，5，3 D. 9，4，2，3 6. 下面程序段的时间复杂度是______________。 for (i=0; i 信息系统的类型 □信息系统的基本类型 信息系统可以是人工的或基于计算机的，独立的或综合的，成批处理的或联机的。通常的信息系统是上述各种类型的组合。当然它不能即是独立的又是综合的。 1.独立的系统是为了满足某个特定的应用领域(如，人事管理)而设计的。独立系统有它自己的文件，这些文件必然带有一定的冗余性。 2.综合的信息系统通过它们使用的数据而被综合在一起。系统利用一个资源共享的数据库来达到综合的目的。例如，工资系统要求正常地从人力资源系统和会计系统中找到数据。 3.以人工系统为基础已经开发出各种各样的计算机信息系统。到目前为止，在进行人工“计算机化”时，仍然缺乏设计经验和(或)缺少信息服务人员与用户之间的交流。也就是说，基于计算机的系统的工作流程直接借鉴了人工系统的工作流程。通常这些系统是独立的，而且把计算机仅仅用作为数据处理机。在设计这些系统时，很少考虑到最终要将它们综合的意图。 4.信息系统也能按成批处理、联机处理或二者组合来分类。在成批处理系统中，将事务和数据分批地处理或产生报表。例如，银行将大量的支票编码，然后在一天结束时，将所在支票分批、排序并进行处理。又如，为了防止航空公司在塔拉斯一个售票点与在亚特兰大的另一个售票点同时出售从洛杉矶到旧金山的某一航班的最后一张机票，航空公司系统订票必须是联机的，以反映数据库当前的状态。多数联机信息系统也有成批处理的要求。 即使出现了信息资源管理(IRM)系统，而且计算机信息系统的潜力得到了广泛的承认之后，大多数系统仍然是独立的成批处理系统。如今这些系统中多数已经失去了使用价值，而且被重新设计成综合的、联机的系统。通过定义可知，“综合”要求业务领域经理和公司领导密切地合作。信息服务专业人员可以作为顾问，而有关综合信息系统与业务领域的冲突和差异则应该由用户团体来解决。解决这些差异以真正实现综合的环境是信息服务人员向用户经理提出的挑战。 □社会团体的信息系统 在每个社会团体的每个专业领域都能发现数据处理系统或信息系统的潜力。下面我们按社会团体列举出这些实行计算机化的专业或应用领域。对于某种程度在专业上相近的系统多数可以综合在一起(例如，工资，会计和人事)。下面给出的清单只是为了说明可能的应用领域，并不包括所有的应用领域。 1.通用系统：(1)工资 (2)收帐 (3)付帐 (4)总帐 (5)库存管理和控制 (6)人力资源开发 (7)预算 (8)财务分析 (9)采购 (10)字处理 2.制造业：(1)定货输入和处理 (2)分配和发送 (3)生产调度 (4)制造资源计划(MRP，通常又称物料需求) (5)市场分析 (6)计算机辅助设计(CAD) (7)计算机辅助制造(CAM) (8)项目管理和控制 (9)成本标准化 3.保健：(1)病人结帐 (2)病房统计 (3)配方(包括药剂的相互影响) (4)护士站调度(5)诊断 (6)入院管理 (7)病历 4.零售：(1)销售点管理 (2)供应商管理 5.大学和学院：(1)入学管理 (2)注册和分班 (3)计算机辅助教学(CAI) (4)发展校友 (5)安置服务 (6)寄宿管理 (7)财务补助信息系统的类型
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