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操作系统总复习及相关习题
第一章 引论
名词解释
1操作系统
操作系统是管理和控制计算机系统内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（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。 2管态
当执行操作系统程序时，处理机所处的状态 3目态
当执行普通用户程序时，处理机所处的状态。 4多道程序设计
在这种设计技术下，内存中能同时存放多道程序，在管理程序的控制下交替的执行。这些作业共享CPU和系统中的其他资源。 5并发
是指两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。它是宏观上的概念。 6并行
是指两个或多个活动在同一时刻同时执行的情况。 7吞吐量
在一段给定的时间内，计算机所能完成的总工作量。 8分时
就是对时间的共享。在分时系统中，分时主要是指若干并发程序对CPU时间的共享。 9实时
表示“及时”或“既时”。 10系统调用
是用户在程序中能以“函数调用”形式调用的、由操作系统提供的子功能的集合。每一个子功能称作一条系统调用命令。它是操作系统对外的接口，是用户级程序取得操作系统服务的唯一途径。 11特权指令
指指令系统中这样一些指令，如启动设备指令、设置时钟指令、中断屏蔽指令和清内存指令，这些指令只能由操作系统使用。 12命令解释程序
其主要功能是接收用户输入的命令，然后予以解释并且执行。 13脱机I/O
是指输入/输出工作不受主机直接控制，而由卫星机专门负责完成I/O，主机专门完成快速计算任务，从而二者可以并行操作。 14联机I/O
是指作业的输入、调入内存及结果输出都在cpu直接控制下进行。 15资源共享
是指计算机系统中的资源被多个进程所功用。例如，多个进程同时占用内存，从而对内存共享；它们并发执行时对cpu进行共享；各个进程在执行过程中提出对文件的读写请求，从而对磁盘进行共享等等。
简答题
1什么是操作系统？它的主要功能是什么？
答：操作系统是控制和管理计算机系统内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（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。操作系统的主要功能有5个方面，即存储管理、处理机管理、设备管理、文件管理和用户接口。 2推动操作系统形成和发展的主要动力是什么？
答：推动操作系统发展的因素很多，主要可归结为两大方面：硬件技术更新和应用需求扩大
伴随计算机器件的更新换代和计算机体系结构的发展，促使操作系统的性能和结构有了显著发展。 应用需求促进了计算机技术的发展，也促进了操作系统的不断更新升级。 3操作系统的基本特征是什么？
答：操作系统的基本特征是并发、共享和不确定。并发性是指两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行；共享是指计算机系统中的资源被多个进程所共用；不确定性是指系统中各种事件发生顺序的不可预测性。 4多道程序和多重处理有何区别？
答：多道程序是作业之间自动调度执行、共享系统资源，并不是真正的同时执行多个作业；而多重处理系统配置多个cpu，能真正同时执行多道程序。要有效使用多重处理，必须采用多道程序设计技术，而多道程序设计原则上不一定要求多重处理系统的支持。 5试说明多道程序设计和多任务系统之间的关系
答：多道程序设计是利用外设与cpu能够并行处理的特性，在主存同时存放多个程序，使之在系统中交叉地使用cpu，从而提高系统资源的利用率。而多任务系统主要指多进程交叉使用cpu。多道程序隐含了多任务处理，但多任务系统中不一定有多道程序。因为一个程序也可以采用多任务处理机制。
6不同类型的操作系统提供不同的功能。假定有如下的应用环境，请你为它们选择适合的操作系统。
（1）飞机的导航，（2）办公自动化系统，（3）航空订票系统，（4）复杂的科学计算，（5）图书检索系统 答：（1）飞机的导航系统，应采用硬实时操作系统 （2）办公自动化系统，应采用分时操作系统 （3）航空订票系统，应采用软实时操作系统 （4）复杂的科学计算，应采用批处理系统 （5）图书检索系统，应采用软实时操作系统 7什么是批处理系统，它有什么特征？
答：批处理系统：操作员把用户提交的作业分类，把一批作业编成一个作业执行序列，由专门编制的监督程序自动依次处理。其主要特征是：用户脱机使用计算机、成批处理、多道程序运行。
8什么是分时系统，它有什么特征？
答：分时系统：把处理机的运行时间分成很短的时间片，按时间片轮转的方式，把处理机分配给各进程使用。其主要特征是：交互性、多用户同时性、独立性。 9什么是实时系统？它有什么特征？
答：实时系统：在被控对象允许时间范围内做出响应 。其主要特征是：对实时信息分析处理速度要比进入系统快、要求安全可靠、资源利用率低。
10什么是处理机的核心态和用户态？为什么要设置这两种不同的状态？
答：当执行操作系统程序时，处理机处于核心态。它有较高的特权，可以执行所有的指令，包括一般用户程序中不能使用的特权指令，从而能对所有寄存器和内存进行访问，启动i/o操作等。
用户程序是在用户态下执行，它的权限较低，只能执行指令集中非特权指令。（2分） 设置这两种不同状态的目的是为了保护操作系统程序（特别是其内核部分），防止受到用户程序的损害。
11系统调用与过程调用在功能及实现上有什么相同点和不同点？
答：相同点：两者都由程序代码构成，可直接用高级程序设计语言（如C,C++和Perl语言）来编制；使用方式相同——以函数调用的形式出现，调用时传送参数。
不同点：①代码层次不同，过程调用不属于操作系统的一部分，而系统调用是操作系统的一部分。②运行状态不同。过程调用只能在用户态下运行，不能进入核心态，而系统调用是在核心态下运行的。③进入方式不同。过程调用在用户程序中调用，并直接在用户空间内执行；而系统调用可以在用户程序中调用，但是在用户程序中执行到系统调用时，会产生异常事件。实现处理机状态从用户态到核心态的转变，从而进入操作系统核心空间去执行系统调用的代码。
12试说明特权指令和系统调用之间的区别与联系。
答：特权指令是一类只能在核心态下执行的机器指令。而系统调用不是机器指令，它往往以函数调用的形式出现，实现操作系统提供的子功能，它是操作系统与用户的编程接口 。在用户程序中可以使用系统调用来获得操作系统服务，在系统调用代码中可以使用特权指令
第二章 进程和线程
名词解释
1顺序性
是指顺序程序所规定的每个动作都在上个动作结束后才开始的特性。 2封闭性
是指只有程序本身的动作才能改变程序的运行环境。 3可再现性
是指程序的执行结果与程序运行的速度无关。 4进程
程序在并发环境中的执行过程。 5互斥
在逻辑上本来完全独立的进程，由于竞争同一个资源而产生的相互制约的关系。 6同步
是指进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系。也就是说，这些具有伙伴关系的进程在执行次序上必须遵循确定的规律。 7临界资源
一次仅允许一个进程使用的资源。 8临界区
在每个进程中访问临界资源的那段程序。 9线程
线程是进程中实施调度和分派的基本单位。 10管程
管程是一种高级同步机制，一个管程定义一个数据结构和能为并发进程在其上执行的一组操作，这组操作能使进程同步和改变管程中的数据。 11进程控制块
进程控制块是进程存在的唯一标识，它保存了系统管理和控制进程所必须的信息，是进程动态特性的集中表现。 12原语
指操作系统中实现一些具有特定功能的程序段，这些程序段的执行过程是不可分割的，即其执行过程不允许被中断。 13就绪态
进程已经获得了除cpu之外的全部资源，等待系统分配cpu，一旦获得cpu，进程就可以变为运行态。 14运行态
正在cpu上执行的进程所处的状态。在单cpu系统中，任何时候最多只能有一个进程处于运行状态。 15阻塞态 又称等待态，指正在运行的进程因等待某个条件发生而不能运行时所处的状态。处于阻塞态的进程在逻辑上是不能运行的，即使cpu空闲，它也不能占用cpu。 16进程通信
是指进程间的信息交换。 17同步机制
同步机构是负责处理进程之间制约关系的机制，即操作系统中负责解决进程之间协调工作的同步关系（直接制约关系），以及共享临界资源的互斥关系（间接制约关系）的执行机构。
简答题
1在操作系统中为什么要引入进程概念？
答: 由于多道程序并发执行时共享系统资源，共同决定这些资源的状态，因此系统中各程序在执行过程中就出现了相互制约的新关系，程序的执行出现“走走停停”的新状态。用程序这个静态的概念已不能如实反映程序并发执行过程中的这些特征。为此，人们引入了“进程（Process）”这一概念来描述程序动态执行过程的性质。
进程和程序是两个完全不同的概念。然而，进程与程序之间存在密切关系，进程的功能是通过程序的运行得以实现的，进程活动的主体是程序。进程不能脱离开具体程序而独立存在。
2有人说，一个进程是由伪处理机执行的一个程序，这话对吗？为什么？ 答：对。
因为伪处理机的概念只有在执行时才存在，它表示多个进程在单处理机上并发执行的一个调度单位。因此，尽管进程是动态概念，是程序的执行过程，但是，在多个进程并行执行时，仍然只有一个进程占据处理机执行，而其他并发进程则处于就绪或等待状态。这些并发进程就相当于由伪处理机执行的程序。 3试比较进程和程序的区别 答：（1）进程是一个动态的概念，而程序是一个静态的概念，程序是指令的有序集合，无执行含义，进程则强调执行的过程。
（2）进程具有并行特征（独立性、异步性），程序则没有。
（3）不同的进程可以包含同一个程序，同一程序在执行中也可以产生多个进程。 4进程的基本状态有哪些？试描绘进程状态转换图。
答：进程至少有三种基本状态：运行状态、就绪状态和阻塞状态（或等待状态） 。进程状态转换如下图：
运行态
进程调度 所需要的资源未被满足
时间片到 （如等待 I/O） 所需资源得到满足
运行态 运行态 （如I/O完成）
5并发进程间的制约有哪两种？引起制约的原因是什么？ 答：并发进程所受的制约有两种：直接制约和间接制约。 直接制约是由并发进程相互共享对方的私有资源所引起的；间接制约是由竞争共有资源而引起的。
6什么是进程间的互斥？什么是进程间同步？
答：进程间的互斥是指：一组并发进程中的一个或多个程序段，因共享某一共有资源而导致它们必须以一个不许交叉执行的单位执行，即不允许两个以上的共享该资源的并发进程同时进入临界区。
进程间的同步是指：异步环境下的一组并发进程因直接制约相互发送消息而进行相互合作、相互等待，是各进程按一定的速度执行的过程。
7什么是临界区和临界资源？进程进入临界区的调度原则是什么？ 答：临界资源——一次仅允许一个进程使用的资源 临界区——在每个进程中访问临界资源的那段程序 一个进程进入临界区的调度原则是：
① 如果有若干进程要求进入空闲的临界区，一次仅允许一个进程进入
② 任何时候，处于临界区内的进程不可多于一个。如已有进程进入自己的临界区，则其他所有试图进入临界区的进程必须等待
③ 进入临界区的进程要在有限的时间内退出，以便让其他进程能及时进入自己的临界区 ④ 如果进程不能进入自己的临界区，则应让出cpu，避免进程出现“忙等”现象.