操作系统习题答案(中国铁道出版社,刘振鹏,李亚平,王煜,张明)

1什么是操作系统？操作系统追求的主要目标是什么？
答：操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是能有效地组织和管理计算机系统中的硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程，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、有效地使用计算机，并使整个计算机系统能高效地运行的一组程序模块的集合。

操作系统追求的主要目标包括四个方面，分别是：方便性、有效性、可扩充性、开放性。

2操作系统分成哪几类？
答：单道批处理系统、多道批处理系统、分时系统、实时系统、微机操作系统、多处理机操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。

⒔实时系统与分时系统的主要差别有哪些？
答：①多路性。

实时信息处理系统与分时系统一样具有多路性，系统按分时原则为多个终端用户服务；而对实时控制系统，其多路性主要表现在经常对多路的现场信息进行采集以及对多个对象或多个执行机构进行控制。

②独立性。

实时信息处理系统与分时系统一样具有独立性，每个终端用户在向实时系统提出服务请求时，彼此独立地操作，互不干扰；而在实时控制系统中信息的采集和对对象的控制，也都是彼此互不干扰。

③及时性。

实时信息系统对实时性的要求与分时系统类似，都是以人们所能接受的等待时间来确定；而实时控制系统的及时性，则是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的，一般为秒级、百毫秒级直至毫秒级，甚至有的要低于100微秒。

④交互性。

实时信息处理系统虽也具有交互性，但这里人与系统的交互，仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。

它不像分时系统那样能向终端用户提供数据处理服务、资源共享等服务。

⑤可靠性。

分时系统虽然也要求系统可靠，相比之下，实时系统则要求系统高度可靠。

因为任何差错都可能带来巨大的经济损失、甚至无法预料的灾难性后果。

因此，在实时系统中，往往都采取了多级容错措施，来保证系统的安全及数据的安全。

⒕简述操作系统的特性。

答：并发、共享、虚拟、异步性。

⒗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：管态和目态。

管态一般指操作系统管理程序运行的状态，具有较高的特权级别，能运行一切指令；目态一般指用户程序运行时的状态，具有较低的特权级别，只能运行非特权指令。

⒚请简述程序的局部性原理。

这个原理在分级的存储体系结构中是怎样起作用的？
答：原理：程序执行时，处理器为了取得指令和数据而访问存储器。

现代的程序设计技术很注重程序代码的复用，这样，程序中会有很多的循环和子程序调用，一旦进入这样的程序段，就会重复存取相同的指令集合。

类似地，对数据存取也有这样的局部性。

在经过一段时间以后，使用到的代码和数据的集合会改变，但在较短的时间内它们能比较稳定地保持在一个存储器的局部区域中，处理器也主要和存储器的这个局部打交道。

作用：基于这一原理，就有充分的理由设计出多级存储的体系结构，并使得存取级别较低的存储器的比率小于存取级别较高的存储器的比率。

⒛缓冲技术在计算机系统中起着什么样的作用？它是如何工作的？
答：是为了解决部件之间速度不匹配的问题。

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21.请简述中断和操作系统的关系。

操作系统是如何利用中断机制的？
答：**************************************************
第二章
⒉阐述程序、作业、作业步的联系和区别。

答：区别：程序是指令的集合；进程是程序在一个数据集上的一次执行；用户要求计算机系统处理的一个计算问题成为一个“作业”。

任何一个作业都要经过若干加工步骤才能得到结果，作业的每一个加工步骤称为一个作业步。

联系：用户要求计算机处理的问题，要用某种程序设计语言对要处理的问题编制程序后交给计算机系统，作业的每一个加工步骤称为一个作业步，针对每个作业步，计算机系统要创建一个或多个进程才能执行。

⒊什么叫作业调度？作业调度选择作业的必要条件是什么？
答：操作系统根据允许并行工作的道数和一定的算法从等待的作业（后备作业）中选取若干作业装入主存储器，使它们可以去获得处理器运行，这项工作称为作业调度。

作业调度的必要条件是，即只有在系统当前尚未分配的资源可以满足在系统中等待执行的作业的资源要求。

⒋操作系统提供哪些便于用户控制交互式作业的使用接口？
答：交互式作业的控制方式是联机控制方式，联机作业控制现在一般有操作控制命令、菜单方式和视窗方式三种控制方式。

⒎在上题中，若允许移动已在主存储器中的作业，则作业被选中的次序又是怎样的呢？并计算出它们的平均周转时间。

答：在上题中，若允许移动已在主存储器中的作业，作业被选中的次序仍然一样。

选中作业的次序：选中作业执行的次序均为1，2，4，5，3。

平均周转时间：（25+35+70+50+40）/5=44分钟
⒑什么是系统调用？系统调用与一般过程调用的区别是什么？
答：当用户使用程序设计语言编程时，有时会使用到读写文件等需要使用特权指令的功能操作，而用户程序不能使用特权指指令。

为了解决这个矛盾，操作系统编制了许多不同功能的子程序，这些子程序通常包含特权指令，用户程序可以调用这些子程序从而得到特权指令提供的功能，并且没有使用特权指令。

由操作系统提供的这些子程序称为“系统功能调用”程序，或简称“系统调用”。

统调用在本质上是应用程序请求操作系统核心完成某一特定功能的一种过程调用，是一种特殊的过程调用，它与一般的过程调用有以下几方面的区别：
⑴通道软中断进入
一般的过程调用可直接由调用过程转向被调用过程；而执行系统调用时，由于调用和被调用过程是处于不同的系统状态，因而不允许由调用过程直接转向被调用过程，而通常都是通过软中断机制转向相应的命令处理程序。

⑵运行在不同的处理器状态
一般的过程调用，其调用程序和被调用程序都运行在相同的处理器状态，而系统调用与一般调用的最大区别就在于：调用程序运行在目态，而被调用程序则运行在管态。

⑶处理器状态的转换
一般的过程调用不涉及系统状态的转换，可直接由调用过程转向被调用过程。

但在运行系统调用时，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，通常都是通过软中断机制先由目态转换为管态，在操作系统核心分析之后，转向相应的系统调用处理于程序。

⑷返回问题
一般的过程调用在被调用过程执行完后，将返回到调用过程继续执行。

但是，在采用抢占式调度方式的系统中，系统调用中被调用过程执行完后，系统将对所有要求运行的进程进行优先级分析。

如果调用进程仍然具有最高优先级，则返回到调用进程继续执行，否则，将引起
重新调度，以便让优先级最高的进程优先执行。

此时，系统将把调用进程放入就绪队列。

⑸嵌套调用
像一般过程一样，系统调用也允许嵌套调用，即在一个被调用过程的执行期间，还可以再利用系统调用命令去调用另一个系统调用。

一般情况下，每个系统对嵌套调用的深度都有一定的限制，例如最大深度为6。

第三章
⒈何谓进程，它与程序有哪些异同点？
答：进程是具有独立功能的可并发执行的程序在一个数据集合上的运行过程，是系统进行资源分配和调度的独立单位。

或者说，进程是进程实体的运行过程。

①进程是程序的一次执行，它是一个动态的概念，程序是完成某个特定功能的指令的有序序列，它是—个静态的概念。

但进程是把程序作为它的运行实体，没有程序，也就没有进程。

进程和程序的区别还在于：一个进程可以执行一个或几个程序。

反之，同一程序也可能由多个进程同时执行。

②进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位；程序则不是。

③程序可以作为一种软件资源长期保存，而进程是程序的一次执行过程，它是临时的，有生命期的。

表现在它由创建而产生，完成任务后被撤消。

④进程是具有结构的。

为了描述进程的运行变化过程，应为每个进程建立一个结构——进程控制块。

从结构上看，进程是由程序、数据和进程控制块三部分组成。

⒉进程控制块的作用是什么？它主要包括哪几部分内容？
答：进程控制块的作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序（含数据）成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其它进程并发执行的进程。

也就是说，操作系统是根据进程控制块PCB来对并发执行的进程进行控制和管理的。

PCB是进程存在的惟一标志。

在进程控制块中，主要包括下述四个方面用于描述和控制进程运行的信息：
⑴进程表示符信息⑵处理机状态信息⑶进程调度信息⑷进程控制信息
⒊进程有哪几种基本状态？答：一个进程必须具有以下三种基本状态：
⑴就绪状态⑵执行状态⑶阻塞状态
⒍有5个批处理作业A到E几乎同时到达一－计算中心。

它们的估计运行时间分别为10、
6、2、4和8分钟。

其优先数（由外部设定）分别为3、5、2、1和4，其中5设为最高优先级。

对于下列每种调度算法，计算其平均进程周转时间，可忽略进程切换的开销。

⑴时间片轮转法；
⑵优先级调度；
⑶先来先服务（按照次序l0、6、2、4、8运行）；
⑷最短作业优先。

对⑴，假设系统具有多道处理能力，每个作业均获得公平的CPU时间，对⑵到⑷假设任—时刻只有一个作业运行，直到结束。

所有的作业都是CPU密集型作业。

答：时间片轮转法的平均周转时间是21（当时间片长短=6分钟时）
优先级调度的平均周转时间是20
先来先服务的平均周转时间是19
最短作业优先的平均周转时间是14
⒎并发执行的进程在系统中通常表现为几种关系？各是在什么情况下发生的？
答：在这些进程之间可能存在以下两种关系：
①资源共享关系②相互合作关系
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第四章
⒈计算机系统中存储器一般分为哪两级？各有什么特点？
答：计算机系统中存储器一般分为主存储器和辅助存储器两级。

主存储器简称主存，又称为内存，它由自然数顺序编址的单元(通常为字或字节)所组成，是处理机直接存取指令和数据的存储器，它速度快，但容量有限。

辅助存储器简称辅存，又称为外存，它由顺序编址的“块”所组成，每块包含若干个单元，寻址与交换以块为单位进行，处理机不能直接访问它，它须经过专门的启动入出过程与内存交换信息，它存取速度较慢，但容量远大于内存，实际上，现代计算机系统中用户的数据(或信息)都是保存在外存中。

⒊存储管理的任务是什么？
答：存储管理是计算机操作系统软件的一部分，它负责完成对主存储器的地址转换，对主存储器进行分配与去配，解决多用户对主存储器的共享和保护，通过软件手段，实现对主存储器容量的扩充。

⒋地址转换可分为哪三种方式？比较这三种方式的优缺点。

答：由逻辑地址转化为物理地址的地址转换过程，按照转换的时间不同，可以分为3种方式：①绝对装入方式②静态重定位方式③动态重定位方式
⒎什么叫紧凑？为什么要进行紧凑？
答：为了解决碎片问题，可采用的一种方法是，将内存中的所有作业进行移动，使它们相邻接。

这样，原来分散的多个小分区便拼接成一个大分区，从而就可以把作业装入运行，这种通过移动，把多个分散的小分区拼接成大分区的方法被称为紧凑。

进行接凑的目的是为了提高内存的利用率。

⒏简述什么是覆盖？什么是交换？覆盖和交换的区别是什么？
答：覆盖，是指同一主存区可以被不同的程序段重复使用。

通常一个作业由若干个功能上相互独立的程序段组成，作业在一次运行时，也只用到其中的几段，利用这样一个事实，我们就可以让那些不会同时执行的程序段共用同一个主存区。

因此，我们把可以相互覆盖的程序段叫做覆盖。

交换，就是系统根据需要把主存中暂时不运行的某个(或某些)作业部分或全部移到外存，而把外存中的某个(或某些)作业移到相应的主存区，并使其投入运行。

覆盖技术的关键是提供正确的覆盖结构。

通常，一个作业的覆盖结构要求编程人员事先给出，对于一个规模较大或比较复杂的程序来说是难以分析和建立它的覆盖结构的。

因此，通常覆盖技术主要用于系统程序的主存管理上。

覆盖技术的主要特点是打破了必须将一个作业的全部信息装入主存后才能运行的限制。

在一定程度上解决了小主存运行大作业的矛盾。

交换技术的关键是设法减少每次交换的信息量。

为此，常将作业的副本保留在外存，每次换出时，仅换出那些修改过的信息即可。

同覆盖技术一样，交换技术也是利用外存来逻辑地扩充主存。

它的主要特点是打破了一个程序一旦进入主存便一直运行到结束的限制。

⒑缺页中断和一般中断有哪些不同？
答：①在指令执行期间产生和处理中断信号
①一条指令在执行期间，可能产生多次缺页中断
⒒简述快表的作用。

答：提高了存取速度，使得指令执行速度大大加快
⒓简述段和页的区别。

答：分页和分段有许多相似之处，但是在概念上两者完全不通，主要表现在：
①页是信息的物理单位，分页是为了系统管理内存的方便而进行的，故对用户而言，分页是不可见的，是透明的；段是信息的逻辑单位，分段是作业逻辑上的要求，对用户而言，分段是可见的。

②页的大小是固定的，由系统决定；段的大小是不固定的，由用户作业本身决定。

③从用户角度看，分页的地址空间是一维的，而段的地址空间是二维的。

⒕局部性原理可以体现在哪两个方面？
答：时间局部性和空间局部性
⒖在分页虚拟存储管理方式中，常采用哪几种页面置换策略？
答：最佳置换算法、先进先出算法、最近最久未使用（LRU）算法、简单Clock置换算法、改进型Clock置换算法、
⒗某虚拟存储区的用户空间共32个页面，每页1KB，主存16KB。

假定某时刻系统为用户的第0、1、2、3页分别分配的物理块号为5、10、4、7，将逻辑地址0A5CH和093CH变换为物理地址。

答：125CH、113CH
⒘在一个分页虚拟存储管理方式中，采用LRU页面置换算法时，假如一个作业的页面走向为1、3、2、1、1、3、5、1、3、2、1、5，当分配给该作业的物理块数M分别是3和4时，试计算在访问过程中所发生的缺页次数和缺页率，并比较所得结果。

答：M是3时，缺页次数是6，缺页率是50％
M是4时，缺页次数是3，缺页率是25％
⒈什么叫文件？
答：文件是在逻辑上具有完整意义的信息集合，它有一个名字作标识。

⒊什么是文件的逻辑结构？常用的逻辑结构有哪几种？有何特点？
答：用户按自己对信息的使用要求组织文件，由于这种文件是独立于物理环境而构造的，所以，把用户概念中的文件称为文件的逻辑结构，或称逻辑文件。

这是从用户观点出发，所观察到的文件组织形式，是用户可以直接处理的数据及其结构。

文件的逻辑结构一般可分为两大类：—是有结构文件，它是由一个以上的记录构成的文件，故又称为记录式文件；二是无结构文件，它是指由字符流构成的文件，故又称为流式文件。

特点：
无结构的流式文件是相关的有序字符的集合。

流式文件指文件内的数据不再组成记录，只是依次的一串信息集合，字符是构成文件的基本单位。

这种文件常常按长度来读取所需信息，也可以用插入的特殊字符作为分界。

查找文件中的基本信息单位例如某个单词，是比较困难的。

但反过来，字符流的无结构文件管理简单，用户可以方便地对其进行操作。

记录式文件是—种有结构的文件。

这种文件在逻辑上总是被看成一组连续有序的记录的集合。

每个记录由彼此相关的域构成。

记录可以按顺序编号为记录1、记录2、……、记录n。

记录式文件通常以记录机为单位进行操作。

个柱面。