操作系统设计与实现(上册)课后答

第一章引言

1.操作系统的两个主要功能是什么？

答：底层硬件的扩展机和硬件资源管理器

2.内核态和用户态的区别是什么？对于一个操作系统来说，这种区别为什么很重要？

答：核心态下进程可以执行特权指令，而用户态下不行。内核态下运行的程序，收到硬件保护，用户不能随便去篡改它的内容，一般是操作系统的组成部分。用户态程序，因为不是操作系统的组成部分，是操作系统上独立的程序，可以很容易被其它程序代替。因为这种区别可以很好的保护操作系统，防止用户修改，所以对操作系统很重要。

3.什么是多道程序？

答：多道程序设计技术是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，使它们在管理程序控制下，相互穿插运行。它将内存划分为几个分区，每个分区存放不同的作业。当一个作业正在等待I/O操作完成时，另一个作业就可以去使用CPU。按照这个思路，如果在内存中存放足够多的作业，那么CPU的利用率就可以接近100%。

多道程序运行的特征是：1多道：即计算机内存中同时存放几道相互独立的程序。2宏观上并行：同时进入系统的几道程序都处于运行过程中，即它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕。3微观上串行：从微观上看，内存中的多道程序轮流地或分时地占有处理机。

4.什么是假脱机？你认为将来的高档个人计算机会将假脱机作为标准特性吗？

答：当一张卡片被拿到机房后，能够很快把其中的作业读入磁盘。这样，当一个作业运行结束后，操作系统就能将一个新作业从磁盘中读出，并装入刚刚空出来的内存分区去运行。这种技术称为假脱机技术。将来的高档个人计算机中也需要这种特性，因为计算机的CPU和内存，内存和硬盘，硬盘和数据录入之间数据读取速度都差几个数量级，如用户录入数据时，可以通过扫描，将数据很快读入磁盘。或者通过人工录入数据，这种方法是效率是很低的。这样会严重浪费计算机的内存和CPU资源，如果利用假脱机技术，能够弥补这方面的缺陷。

5.在早期的计算机中，每一个字节数据的读写都是由CPU直接进行处理的（那时候没有DMA，即直接存储器访问）。这种组织结构对多道程序技术有什么影响？

答：多道程序计数目的在于当一个作业在等待I/O操作时，另一个作业能够使用CPU。如果每个字节数据的读写都由CPU直接进行处理，那么在作业进行I/O操作时，CPU不是空闲的，无法被另一个作业使用。因此达不到多道程序并行运行的效果。

6.为什么分时系统未被第二代计算机广泛采用？

答：第一代：真空管和插接板；第二代：晶体管和批处理系统；第三代：集成电路和多道程序；第四代：个人计算机

因为第二代计算机的设计没有采用所需要的硬件保护机制，不能很好的保护内存中的各个作业，使它们不会相互妨碍攻击。

7.下列哪种指令只能在内核态下执行？

（1）屏蔽所有中断

（2）读时钟日期

（3）设置时钟日期

（4）改变内存映像图

答：（4）因为内存映像图用户态程序是无法发出请求改变的，所以只会有内核态程序自动进行调整。8. 请指出个人计算机操作系统与大型主机操作系统的不同之处

答：个人计算机是面对那些对计算机一无所知且不想学习的用户。因此它必须要有友好的用户接口，用户接口在操作系统中占有很重要的地位，他们主要是图形的用户接口。而大型主机操作系统所面对的用户是专业的计算机人员，对用户接口要求不是很高，主要是通过命令行的方式进行交互。

9.给出一个理由，说明为什么源代码不公开的商业操作系统（如Windows）要比一个开放源代码的操作系统（如Linux）具有更好的品质。然后再给出一个理由，说明为什么开放源代码的操作系统（如Linux）要比一个源代码不公开的商业操作系统（如Windows）具有更好的品质。

答：不开源的操作系统，有利于保护公司的知识产权，公司能够投入大量的资金和技术进行研发和维护，并且同时有利于标准化。开源的操作系统，能够吸收全世界优秀的程序员为它进行修改和维护，它是免费的。因为开源，所以操作系统的漏洞很容易被发现，并能得到及时的修正，因此发展更快。

10. 一个MINIX文件的所有者UID=12，GID=1，该文件的权限模式码为rwxr-x---。另一个用户的UID=6，GID=1，如果他试图去执行该文件，结果会如何？

答：可以正常执行，权限码分为三部分，第一部分是UID的权限，第二部分是GID的权限，第三部分是所有用户都有的权限，所以可以正常执行。

11.既然超级用户的存在将导致许多安全问题，为什么还要使用这个概念？

答：超级用户是系统中的一个特殊的用户，超级用户拥有系统的最高权限，许多保护规则对它无效。可以管理系统所有的权限，管理系统非常方便。

12.UNIX的所有版本都支持文件的两种命名方式，即绝对路径名（相对于根目录）和相对路径名（相对于当前工作目录）。能否去掉其中的一种，只使用一种统一的命名方式？如果要这样做，你建议保留哪一种。

答：可以去掉其中的一种，但是使用起来就没有两种方式混合用那么方便。如果要去掉一种，建议去掉第二种，因为第一种可以进行全局定位，不需要知道当前目录是哪里。

13.在分时系统中为什么需要进程表？假设在一个PC机系统中，只有一个进程存在，该进程占有整个的系统资源，直至它运行结束。在这种情形下，是否还需要进程表？

答：在分时系统中，每隔一定的周期，操作系统就会暂停当前进程的执行，转而启动另一个进程。进程被暂时挂起，那么后来当它需要重新运行的时候，就要求此刻的状态与先前暂停时的状态完全相同。这就意味着当我们挂起一个进程时，必须把它所有信息都要保存在某个地方。因此，就需要进程表来存放进程的所有信息。如果系统只有一个进程，占有整个系统资源，那么就不需要进程表。

14.块设备文件和字符设备文件的本质区别是什么？

答：块设备文件描述的是以随机访问的数据块为单元的设备，如磁盘。在打开一个块设备文件后，可以直接去访问它的某一个数据块，如第4个数据块，而不用考虑其文件系统的内部结构。类似地，字符设备文件指那些以字符流方式进行操作的设备，如打印机、调制解调器等。他们的本质区别是操作的对象不一样和访问数据的方式不一样，归根到底是设备特性引起的。