操作系统复习资料

管态一般指操作系统管理程序运行的状态，具有较高的特权优先级，又称特权态，系统态；
目态一般指用户程序运行时的状态，具有较低的优先级，又称普通态，用户态；
当处理器处于管态时，全部指令都可以执行（包括特权指令），可以使用所有资源，并具有改变处理器状态的能力；当处理器处于目态时，就只有非特权指令可以执行。
（2）注意系统资源的均衡使用，使“I/O繁忙”的作业与“CPU繁忙”的作业搭配起来运行。
（3）应保证提交的作业在规定的截止时间内完成，而且应设法缩短作业的平均周转时间。
12、系统调用的作用是什么？请阐述系统调用的工作原理和实现过程。
所谓系统调用，就是用户在程序中调用操作系统所提供的一些子功能。这是一种特殊的过程调用，这种调用通常是由特殊的机器指令实现的。系统调用是操作系统提供给编程人员的唯一接口。编程人员利用系统调用，动态请求和释放系统资源，调用系统中已有的系统功能来完成与计算机硬件部分相关的工作以及控制程序的执行速度等。因此，系统调用像一个黑箱子那样，对用户屏蔽了操作系统的具体动作而只提供有关的功能。
调度算法性能的衡量：在一个以批处理为主的系统中为了吸引更多的用户来处理作业，系统总是力求缩短用户作业的周转时间。因此，通常用作业的平均周转时间或平均带权周转时间的长短来衡量调度性能的优劣。前者用来衡量不同调度算法对同一作业流的调度性能，而后者可用来比较某种调度算法对不同作业流的调度性能。
确定调度算法的原则：（1）选择的调度算法应与系统的整个设计目标保持一致。例如，批处理系统应注重提高计算机效率，尽量增加系统的平均吞吐量（指单位时间内平均算题个数）；而分时系统应保证用户所能忍受的响应时间；实时系统的调度策略是在保证及时响应和处理与时间有关的事件的前提下，才能考虑系统资源的使用效率。
为了提供系统调用功能，操作系统内必须有事先编制好的实现这些功能的子程序或过程。显然，这些程序或过程是操作系统程序模块的一部分，且不能直接被用户程序调用。
还需要陷入（TRAP）或异常处理机构。当用户使用操作系统调用时，产生一条相应的指令，处理机在执行到该指令时发生相应的中断，并发出有关的信号给该处理机构；该处理机构在收到了处理机发来的信号后，启动相关的处理程序去完成该系统调用所要求的功能。
解：1.运行进程的个数可能是0，也可能是1;
2,就绪的进程的个数可能是0，也可能是n-1
3．等待进程的个数可能是0,也可能是n
2、引入多道程序设计技术的起因和目的是什么？多道程序系统的特征是什么？
答：为了提高计算机系统中各种资源的利用效率，缩短作业的周转时间，在现代计算机中广泛采用多道程序技术，使多种硬件资源能并行工作。
把由于系统调用引起处理机中断的指令称为陷入或异常指令（或称访管指令）。在操作系统中，每个系统调用都对应一个事先给定的功能号，每个系统调用至少应该有一个参数，即通过eax寄存器传递来的系统调用号。
为了实现系统调用，系统设计人员还必须为实起来。然后，陷入处理程序把陷入指令中所包含的功能号与该入口地址表中的有关项对应起来，从而由系统调用功能号驱动有关子程序执行。
2. 什么是操作系统？请举例说明操作系统在计算机系统中的重要地位。
答：操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是一些程序模块的集合。
它们能以尽量有效、合理的方式组织和管理计算机的软硬件资源，合理的组织计算机的工
作流程，控制程序的执行并向用户提供各种服务功能，使得用户能够灵活、方便、有效的
使用计算机，使整个计算机系统能安全高效地运行
由于在系统调用处理结束之后，用户程序还需利用系统调用的返回结果继续执行，因此，在进入系统调用处理之前，陷入处理机构还需保存处理机现场。再者，在系统调用处理结束之后，还要恢复处理机现场。在操作系统中，处理机的现场一般被保护在特定的内存区或寄存器中。
有关系统调用的另一个问题是参数传递过程问题。不同的系统调用需要传递给系统子程序以不同的参数，而且，系统调用的执行结果也要以参数形式返回给用户程序。几种常用的实现方法。一种是由陷入指令自带参数。一般来说，一条陷入指令的长度总是有限的，而且，该指令还要携带一个系统调用的功能号，从而，陷入指令只能自带极有限的几个参数进入系统内部。另一种方法是通过有关通用寄存器来传递参数。显然，这些寄存器应是系统程序和用户程序都能访问的。不过，由于寄存器长度也是较短的，从而无法传递较多的参数。因此，较多的系统中，大多在内存中开辟专用堆栈区来传递参数。
3、什么是分级的存储体系结构？它主要解决了什么问题？
答：层次化的存储体系结构如下所示：
寄存器
高速缓存
主存储器
硬磁盘存储器
磁带机 | 光盘存储器
5.操作系统的基本特征是什么？说明他们之间的关系。
答：1.并发性
2.共享性
3.随机性
11.现有一下应用计算机的场合，请为其选择适当的操作系统。1）航天航空，核变研究；
2）国家统计局数据处理中心；3）学校学生上机学习编程4）高炉炉温控制；5）民航定
票系统，6）发送电子邮件（在两个地区之间）
等待状态的进程，应为所等待的事件发生了，变迁到就绪态
CPU 为空的时候，就绪态的进程就变迁到运行状态
运行的进程因为调度程序，变迁到就绪状态
2）系统中常常由于某一进程的状态变迁引起另一进程也产生状态变迁，试判断在下述情
况下，如果有的话，将发生什么因果变迁？
3 ->1 2. ->1 4->1 3->4
作业调度按一定的算法从磁盘上的“输入井”中选择资源能得到满足的作业装入内存，使作业有机会去占用处理器执行。但是，一个作业能否占用处理器？什么时间能够占用处理器？必须由进程调度来决定。所以，作业调度选中了一个作业且把它装入内存时，就应为该作业创建一个进程，若有多个作业被装入内存，则内存中同时存在多个进程，这些进程的初始状态为就绪状态，然后，由进程调度来选择当前可占用处理器的进程，进程运行中由于某种原因状态发生变化，当它让出处理器时，进程调度就再选另一个作业的进程运行。由此可见，作业调度与进程调度相互配合才能实现多道作业的并行执行。
当沿着层次下降时，每比特的价格将下降，容量将增大，速度将变慢而处理器的访问频率将下降。较小、较贵而快速的存储设备有较大、教便宜而慢速的存储设备作后盾，它们通过访问频率的控制来提高存储系统的效能。
这种结构主要解决了存储设备容量、速度和成本之间的矛盾，提高存储系统效能。
14、时钟对操作系统有什么重要作用？
另外，在系统发生访管中断或陷入中断时，不让用户程序直接访问系统程序，反映在处理机硬件状态的处理机状态字PSW中的相应位要从用户执行模式转换为系统执行模式。这一转换在发生访管中断时由硬件自动实现。
1..一个单CPU 的操作系统共有n 个进程，不考虑进程状态过渡时的情况，也不考虑空转进
程（1）给出运行进程的个数；（2）给出就绪进程的个数；（3）给出等待进程的个数。
由于操作系统的特殊性，应用程序不能采用一般的过程调用方式来调用这些功能过程，而是利用一种系统调用命令去调用所需的操作系统功能过程。由于在运行系统调用时，由于调用和被调用过程工作在不同的系统状态，因而不允许由调用过程直接转向被调用过程，而要通常都是通过软中断机制切换系统状态。并且在执行完响应的系统调用处理程序后不是返回调用过程继续执行，而是将引起新的调度。
（6）记录用户和系统所需要的绝对时间
第3章作业
4、假设有三个作业，它们的进入时间及估计运行时间如下：
作业号 进入时刻 估计运行时间
1 10：00 60分钟
2 10：10 60分钟
如果有处于就绪态的进程（3->1）
如果有处于就绪态的进程(2->1)
CPU 为空(4->1)
等待事件发生(3->4)
3)在什么情况下，下述变迁中哪些将不立即引起其他变迁？
1 2 3 4
当1 发生，并不引起其他变迁
当2 发生,如果有进程处于就绪态，引起1 发生
当3 发生, 如果有进程处于就绪态，引起1 发生
带权平均周转时间：
（2）最短作业优先算法的调度顺序：1->3->2
作业平均周转时间：
带权平均周转时间：
9、作业调度的主要功能是什么？常用的作业调度算法有哪几种？作业调度与进程调度有什么区别？各在什么情况下调用它们？如何评价一个作业调度算法的性能？确定调度算法的原则是什么？
当4 发生，如果CPU 为空，那么引起1 发生
多道程序同时在系统中存在并且运行，这时的工作环境与单道程序的运行条件相比，大不相同。首先，每个用户程序都需要一定的资源，如内存、设备、CPU时间等，因此系统中的软、硬件资源不再是单个程序独占，而是由几道程序所共享。这样，共享资源的状态就由多道程序的活动共同决定。
此外，系统中各部分的工作方式不再是单纯串行的，而是并发执行的。所谓并发执行，如果是单CPU，则这些并发程序按给定的时间片交替地在处理机上执行，其执行的时间是重叠的；如果是多CPU，则这些并发程序在各自处理机上运行。
答：1)航天航空，核变研究：嵌入式操作系统
2）分布式操作系统
3）个人计算机操作系统
4）实时操作系统
5）批处理操作系统
6）网络操作系统。
第2章作业
2、为了支持操作系统，现代处理器一般都提供哪两种工作状态，以隔离操作系统和普通程序？两种状态各有什么特点？
答：现代处理器的工作状态分为管态和目态；
答：作业调度程序本身通常作为一个进程在系统中执行；它在系统初始化时被创建。它的主要功能是审查系统能否满足用户作业的资源要求以及按照一定的算法选取作业。
常见的批处理作业调度算法：先来先服务算法（FCFS：First Come First Serve）；短作业优先算法（SJF：Shortest Job First）；最高响应比优先算法（HRN：Highest Response Ratio Next）；基于优先数调度算法（HPF：Highest Priority First）；均衡调度算法。