计算机软件技术基础 第三版 课后习题答案

6.1操作系统原理

1操作系统概论

2 操作系统的特性

3 操作系统的功能

4 操作系统的类型

5 进程管理

6.2 常见的操作系统

6.3 小节

操作系统是加到计算机硬件上的第一层软件，它是直接操作计算机的硬件的软件,从而使计算机硬件的功能首次能够发挥出来。一台纯粹由硬件构成的计算机(称之为“裸机”)在加载操作系统之后，就变成了一台与“裸机”大相径庭的“虚拟”的计算机。其他的所有软件，如编译软件、数据库系统、软件开发工具等系统软件以及浏览器、字处理软件、办公软件等应用软件都是以操作系统为基础，运行于“虚拟”机上的。只有首先运行操作系统之后，才能运行其他软件。

操作系统是用户与计算机硬件设备之间的接口，用户通过操作系统操纵计算机硬件设备完成自己的工作。计算机启动并加载操作系统之后，变成了一台“虚拟”(逻辑)的计算机。用户看到的“计算机”是一台逻辑计算机，用户看到的“设备”是访问硬件设备的软件程序，是一种逻辑设备。对逻辑设备的所有操作都被操作系统转换为对实际硬件设备的操作。。

6.1.2 操作系统的特性

1 并发性 ( Concurrence )

在多任务操作系统中，“并发”是指宏观上，在一段所谓“并发”，是指两个或两个以上的事件在同一时间间隔中发生。时间内，多个进程(简单地说，进程是程序的一次执行，将在后文中仔细讨论这个问题)在“同时”运行,多个计算机“事件”在“同时”

发生。如果计算机只有一个处理器(即CPU)，该计算机在任何时刻都只能运行一个进程。如果多个进程在极短的时间内交替执行，而使得用户察觉不到这种交替，

就形成了一种宏观上的“并发”。也就是在一个人类可以感觉的事件间隔内，这些进程的执行效果好像是它们被同时执行一样，但进程之间仍是交替运行的。

CPU分时的“并发”执行

2 共享性( Sharing)

资源的共享是指计算机系统中的硬件资源和软件资源不仅仅为某一程序或者某一用户所独享，多个拥有授权的程序或用户都可以使用。资源共享是为了提高计算机系统资源的利用率。从某种意义上讲，并发也可以看作是资源共享的一种形式。根据资源属性的不同，资源共享的方式有两种：

∙互斥访问。计算机系统中的许多资源(比如打印机)，虽然多个程序都能够使用，但是在一段时间内却只能允许一个程序使用。

∙同时访问。计算机系统中还有一类资源，允许多个进程在一段时间内同时访问。当然，这里所说的“同时”，仍然是宏观上的。这类资源中，最有代表性的当属磁盘了。

3 虚拟性(Virtual)

所谓“虚拟”，就是把物理实体映射为一个或者多个逻辑实体。物理实体是实际存在的，硬件上的概念，而逻辑实体则是“虚拟”的，软件上的概念，只是用户的一种看法和感觉。比如在多任务操作系统中，虽然只有一个处理器，但是多个进程在极短的时间间隔中交替运行 .

6.1.3 操作系统的功能

从资源管理的角度来看，操作系统通过对处理器、存储器、I/O设备和文件等计算机资源进行合理的分配、调度，提高资源的利用率，最大限度地发挥计算机的效能，提高计算机系统在单位时间内的信息处理能力(一般把单位时间的处理能力叫做吞吐量)。操作系统的主要功能有：

∙处理器管理。处理器管理的主要功能就是对处理器的分配、调度实施最有效的管理，最大限度地提高它的处理能力。在多任务环境中，处理器的分配、调度都是以进程为单位的，所以处理器的管理可以归结为进程管理。

∙存储器管理。内存管理为每个进程分配内存，当进程被撤消时回收分配出去的内存是内存管理的主要内容。每个进程只能在自己的内存空间中运行，否则会相互干扰甚至于破坏整个系统，所以内存保护也是内存管理的内容之一。

∙设备管理。计算机系统中的设备主要指键盘、鼠标、显示器、打印机、扫描仪、数码相机、磁盘、磁带、光盘驱动器等I/O设备。

∙文件管理。计算机中的所有信息，譬如程序、文档、数据等都是以文件的形式保存在硬盘、磁带、优盘、光盘等外部存储介质上，供授权用户使用。

∙作业管理。作业就是用户的一个完整的计算任务，即运行应用程序所需要的数据以及控制应用程序执行的指令的集合。用户把应用程序和所需的数据以作业的形式提交给操作系统，操作系统在执行完应用程序之后，把结果输出给用户。

6.1.4 操作系统的类型

所有的操作系统，其目标都是一致的。但是不同种类的操作系统由于其应用领域和侧重点的不同，导致了它们在功能、规模等方面的较大的差异。可以从不同的角度来划分操作系统。从系统功能的角度，一般把操作系统分为：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统等几大类。

批处理操作系统

从操作系统的发展历史来看，批处理系统是最先问世的，它是伴随着主要用于科学计算的第二代计算机系统的出现而研制出来的。它主要解决了用户操作速度太慢与计算机处理速度极快之间的矛盾，即所谓的“人机矛盾”，从而提高了计算机系统的吞吐量、提高了系统资源的利用率。顾名思义，“批处理系统”的特点就是：“不需人工干预，进行批量处理”。

分时操作系统(Time Sharing OS)

分时系统既是操作系统的一种类型，又是对配置了分时操作系统的计算机系统的一种叫法。分时系统是多道程序的变种，惟一不同之处在于分时系统中，每个用户都通过一个联机终端使用计算机系统。在分时系统中，一般在内存中驻留若干作业，由系统根据某种策略(如优先权等)进行调度，分配CPU资源，进行作业处理。操作系统将时间细分为一个个短的时间片，如果一个作业的时间片已经用完，但处理尚未完成，系统将取消该作业的CPU使用权，把CPU分配给另一个作业接着处理。这样轮流分配CPU，轮流对作业进行处理。。

实时操作系统(Real-Time OS)

实时系统是指这样一种操作系统，对于外部的输入信息，系统能够在极短的时间内做出响应，并完成对该输入请求的处理。实时操作系统与分时系统很类似，可以把实时系统看作是一种特殊的分时系统。它们都采用了时间片分时技术，都具有及时性、多路性、独立性和交互性等四个特征。不过，实时操作系统与分时系统之间还是有很大的区别的。实时系统一般是专用的，其交互能力比较差，它只允许用户访问数量有限的专用程序；而分时系统具有很强的通用性，它拥有很强的交互功能、允许用户运行或修改自己的应用程序。它们之间最大的区别还在于系统的响应时间。在分时系统中，响应时间可以长一点，以不超过用户的忍受范围为限；而在实时系统中，系统的响应时间就要短得多，一般是毫秒级的，甚至是微秒级。

网络操作系统(Network OS)

随着计算机网络技术的发展与应用，出现了网络操作系统。一台计算机通过一个网络适配器连接到网络上，网卡对计算机只是一个I/O设备。网络操作系统与单机操作系统并没有本质的区别。与单机上的操作系统不同的是，网络操作系统可对网络上的共享资源进行管理和使用。可以把网络操作系统看作是一种在单机操作系统的基础上发展起来的，能够管理网络通信和网络共享资源，协调各个主机上任务的运行，并向用户提供统一、高效、方便易用的网络接口的一种操作系统。Windows NT Server，NetWare和Unix是几个比较典型的网络操作系统。

分布式操作系统(Distributed System)

分布式操作系统更像是一种“单机化”的多计算机(或多处

理机)系统。虽然分布式系统由多个多计算机(处理机)组成，但是对用户来说，它只是一个“单机”处理系统，一切都是“透明”的，用户不知道他的应用程序实际上在哪个处理机上执行，也不知道他的文件保存在什么地方，这一切都由操作系统自行高效地完成。

在讨论进程管理之前，首先讲述几个基本概念：进程、线程。

“进程”这一术语是20世纪60年代初期在MULTICS系统和IBM公司的CTSS/360系统中首先引入的。其后，又有不少人从不同的角度对“进程”下过各式各样的定义。例如：“进程是程序的一次执行”、“进程是一次可并发的计算”、“进程是一个程序在其数据集上的一次执行”等。科学地讲：进程是一个可并发执行的程序在其数据集上的一次运行，是操作系统进行资源分配的单位和运行单位。进程表示资源的占用和所要做的工作，它是操作系统用于组织它必须完成的多项任务、实现并发执行的一种手段。具有:动态性并发性独立性异步性等特点.