《操作系统》第一次作业参考答案

习题与参考答案

❑ 1.1总结目前计算环境的特点

答：1、多样化：计算设备种类、速度、容量差异极大，价格日益便宜，人均拥有计算设备数量越来越多。

2、分布式计算：大部分计算和服务都依赖通过网络连接的大量计算设备分布式完成。

3、摩尔定律接近极限，多核化成为未来发展方向。

4、移动计算设备超过台式机，成为主流。

5、触控成为人机交互的重要方式。

❑ 1.2 举例说明操作系统的设计目标？

答：1有效性（1）提高系统资源利用率（2）提高系统吞吐量，例如：有效管理和分配资源，合理组织计算机工作流程

2方便性，使计算机系统更方便用户的使用，例如：图形化接口、文件方式提供用户数据管理等

3可扩充性，计算机硬件和体系结构的迅猛发展及其所对应的更高的功能和性能要求，例如：微内核结构和客户服务器模式，以便于方便地增加新的功能和模块，并能修改老的功能和模块

4开放性，不同厂家与不同类型的计算机及其设备的网络化集成和协同工作，实现应用程序可移植性和互操作性

❑ 1.3 作为资源的管理者，操作系统与政府具有类似的作用，请进行具体的类比。答：政府是国家资源的管理者和协调者、社会秩序的维护者以及公共服务的提供者。与政府的职能类似，操作系统也具有资源管理者、仲裁以及公共服务的作用

政府是社会资源的管理者，负责对社会资源的分配、处理以及协调等工作，类似的，操作系统是计算机系统的资源管理者，它负责处管理分配计算机资源，比如说负责分配和控制处理机；负责内存的分配与回收内存；协调不同程序对外设的访问等等。

政府中负责秩序机构包括公检法的机构，同样操作系统也需要防止用户对操作系统本身或者其他用户数据的破坏，保护共享文件资源等。

政府提供道路、水电等公共服务，类似的，操作系统为用户和应用程序提供文件管理、I/O操作等公共服务。

❑ 1.4 硬件系统发展变化极快，种类复杂，操作系统是采用什么方法来应对这两个问题的？

答：现代OS采用虚拟化的技术来实现对硬件变化隔离，即OS通过分层的体系结构，实现对物理机的虚拟化，形成一个逻辑上具有相同计算能力等更方便的虚拟计算机。通过将与硬件密切相关的部分放入OS的底层，而OS的高层为用户提供统一、稳定的

接口，不依赖硬件，使得OS具有良好的系统扩展性和适应性，当硬件改变或者增加时，可以更换或者增加相应的底层模块（例如硬件驱动程序）来应对不断发展的计算机硬件系统。

❑ 1.5 与联机I/O相比，脱机I/O有何优势？为什么？

答：（1）减少了CPU的空闲时间。装带、卸带以及将数据从低速I/O设备送到高速磁带上，都是在脱机情况下进行的，并不占用主机时间，从而有效地减少了CPU的空闲时间，缓和了人机矛盾。

（2）提高了I/O速度。当CPU在运行中需要数据时，是直接从高速的磁带或磁盘上将数据调入内存的，不再是从低速I/O设备上输入，极大地提高了I/O速度，从而缓和了CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾，进一步减少了CPU的空闲时间，提高了CPU 利用率。

❑ 1.6 假设每个程序人工操作时间需要10min,每个程序执行时间为50min，采用单道批处理（每批10个程序）可以比无OS时的吞吐量（单位时间完成的任务量）提高多少？

答：无OS人工操作处理一批（10个程序）程序耗时：10*（10+50）=600min 单道批处理耗时：人工输入耗时10*10=100min；计算10*50=500min，当有多批作业时上述两操作可以并行，因此实际耗时500min

吞吐量提高(1/500-1/600 ) / 1/600=20%

❑ 1.7 共有5个程序，每个程序都是如下方式执行：先输入数据用时2min，再计算用时2min，最后输出用时2min。请问如果用单道批处理和多道批处理，两者的周转时间（从作业提交系统到最后完成的时间）各为多少？

答：单道批处理周转时间为：5*（2+2+2）=30min

多道批处理周转时间为：2（第一个程序输入的时间）+5*2（程序计算时间同时下一个程序输入时间和上一个程序输出时间）+2（最后一个程序输出时间）=14min

❑ 1.8 分时OS一定是多道吗？这两类操作系统，哪个的吞吐量更大？

答：一般来说，分时一定要求多个用户作业直接进入内存，因此是多道的，但不是多道批处理OS。

分时OS能将一台计算机虚拟成多个计算机提供给多个用户使用，实现了对用户的及时响应以及交互性。

多道批处理OS在内存中驻留多道程序，作业切换的时机包括I/O操作或者作业完成；而分时OS在上述切换时机之外，还包括时间片用完被迫切换，因此多道批处理切换次数较少，因为切换而浪费的CPU时间较少，多道批处理OS吞吐量更大。

1.9 实时OS有何特征。如果要设计一个新的实时OS,你愿意选择基于多道批处理

OS还是分时OS来设计？为了达到实时OS的要求，你认为需要做哪些改进？答：实时OS的特征是能及时或即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，并控制所有实时任务协调一致地运行。可选择基于分时OS来设计，因为分时操作系统可以在时间中断时获得系统控制权，及时协调程序执行的次序，保证进程对时间要求。为了确保进程的开始截止时间或完成截止时间等要求，需要对调度算法进行改进，优先执行截止时间早的进程；通过对系统结构进行改进，进一步提高系统的可靠性。