操作系統教程第5版課后答案費祥林、駱斌編著操作系統概論習題一思考題簡述現代計算機系統的組成及層次結構。答：現代計算機系統由硬件和軟件兩個部分組成。是硬件和軟件相互交織形成的集合體，構成一個解決計算問題的工具。硬件層提供基本可計算的資源，包括處理器、寄存器、內存、外存及I/O設備。軟件層由包括系統軟件、支撐軟件和應用軟件。其中系統軟件是最靠近硬件的。2、計算機系統的資源可分成哪幾類？試舉例說明。答：包括兩大類，硬件資源和信息資源。硬件資源分為處理器、I/O設備、存儲器等；信息資源分為程序和數據等。3.什么是操作系統？操作系統在計算機系統中的主要作用是什么？答：操作系統是一組控制和管理計算機硬件和軟件資源，合理地對各類作業進行調度，以及方便用戶使用的程序的集合。操作系統在計算機系統中主要起4個方面的作用。服務用戶觀點——操作系統提供用戶接口和公共服務程序進程交互觀點——操作系統是進程執行的控制者和協調者系統實現觀點——操作系統作為擴展機或虛擬機資源管理觀點——操作系統作為資源的管理者和控制者4.操作系統如何實現計算與操作過程的自動化？答：大致可以把操作系統分為以下幾類：批處理操作系統、分時操作系統、實時操作系統、網絡操作系統和分布式操作系統。其中批處理操作系統能按照用戶預先規定好的步驟控制作業的執行，實現計算機操作的自動化。又可分為批處理單道系統和批處理多道系統。單道系統每次只有一個作業裝入計算機系統的主存儲器運行，多個作業可自動、順序地被裝入運行。批處理多道系統則允許多個作業同時裝入主存儲器，中央處理器輪流地執行各個作業，各個作業可以同時使用各自所需的外圍設備，這樣可以充分利用計算機系統的資源，縮短作業時間，提高系統的吞吐率5．操作系統要為用戶提供哪些基本的和共性的服務？答：（1）創建程序和執行程序；（2）數據I/O和信息存取；（3）通信服務；（4）差錯檢測和處理。為了保證高效率、高質量的工作，使得多個應用程序能夠有效的共享系統資源，提高系統效率，操作系統還具備一些其他的功能：資源分配，統計，保護等。6.試述操作系統所提供的各種用戶接口。答：操作系統通過程序接口和操作接口將其服務和功能提供給用戶。程序接口由一組系統調用組成，在應用程序中使用“系統調用”可獲得操作系統的低層服務，訪問或使用系統管理的各種軟硬件資源，是操作系統對外提供服務和功能的手段；操作接口由一組命令和（或）作業控制語言組成，是操作系統為用戶提供的組織和控制作業執行的手段。7.什么是系統調用？可分為哪些類型？答：操作系統為了達到為應用程序的運行提供良好的環境，系統內核提供了一系列具備預定功能的內核函數，這一組特殊接口被稱為系統調用。操作系統所提供的系統調用按功能可分為六類：1)進程管理；2）文件操作；3）設備管理；4）主存管理；5)進程通信；6)信息維護。8.什么是實用程序，可分為哪些類型？答：實用程序又稱支撐程序，是為應用程序的開發、調試、執行和維護解決共性問題或執行公共操作提供的一組程序。按功能可分為：1）文件管理；2）語言支持；3)狀態修改；4）支持程序執行；5）通信等。9.試述系統調用的實現原理。操作系統實現系統調用功能的機制稱為陷阱或異常處理機制。其實現原理是：首先編寫系統調用函數并且設計系統調用入口地址表，每個入口地址都指向一個系統調用的內核函數，有些還包含系統調用自帶參數的個數。然后開辟現場保護區，用以保存發生系統調用時的處理器現場。10.試述系統調用與函數過程調用之間的主要區別。答：在程序執行系統調用或過程調用中兩者的主要區別是：1）調用的形式和實現的方式不同；2）被調用的代碼的位置不同；3）提供方式不同。11.試述API(Applicationprograminterface)、庫函數與系統調用之間的關系.答：API是由同名的封裝把系統調用封裝成應用程序能夠直接使用的應用接口。所以，一個庫函數就是一種API，一個API的實現可能會用到一個系統調用或多個系統調用，也可能若干API封裝相同的系統調用，即使完全不使用系統調用，也不存在任何問題。12.試解釋脫機I/O和假脫機I/O。答：1）脫機輸入輸出方式（Off-LineI/O）是為了解決人機矛盾CPU和I/O設備之間速度不匹配而提出的。它減少了CPU的空閑等待時間，提高了I/O速度。具體內容是將用戶程序和數據在一臺外圍機的控制下，預先從低速輸入設備到磁帶上，當CPU需要這些程序和數據時，在直接從磁帶機高速輸入到內存，從而大大加快了程序的輸入過程，減少了CPU等待輸入的時間，這就是脫機輸入技術；當程序運行完畢或告一段落，CPU需要時，無需直接把計算結果送至低速輸出設備，而是高速把結果輸出到磁帶上，然后在外圍機的控制下，把磁帶上的計算結果由相應的輸出設備輸出，這就是脫機輸出技術。2）若這種輸入輸出操作在主機控制下進行，則稱之為聯機輸入輸出方式。13.為什么對作業進行批處理可以提高系統效率？答：多道程序系統可以利用CPU的等待時間來運行其它程序。14.舉例說明計算機體系結構的不斷改進是操作系統發展的主要動力之一。答：計算機體系的基本結構遵循馮諾依曼體系結構，主要由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備五部分組成。隨著CPU不斷升級，存儲器的容量不斷增大，計算機體系結構不斷的改進，從而，要求計算機的操作系統不斷的更新，由原來的DOS到后來的Windows98,Windows2000,WindowsXP,UNIX,LINIX和Windows2003等。15.什么是多道程序設計？多道程序設計技術有什么特點？答;多道程序設計是指允許多個作業同時進入計算機系統的主存并啟動交替計算的方法。其特點是：1）CPU、主存和設備的利用率高;2）系統的吞吐率提高,體問題局部化，層次清晰；2）增加、修改或替換層次不影響其他層次，有利于系統的維護和擴充。缺點：建立模塊通信的開銷大，系統效率較低。32.什么是虛擬機操作系統？試說明其優缺點。答;將一個物理實體改變成若干個邏輯上的對應物，虛擬機復制物理實體硬件給每臺虛擬機復制與實體計算機相同的硬件設備。每臺虛擬機功能等同于裸機，同樣能運行各種操作系統。優點：獨立于主機運行，對主機毫無影響。缺點：不能進行大量信息處理。33.從執行方式來看，試述操作系統的各種運行模型。答：1）操作系統服務例程嵌入應用進程中運行；2）操作系統服務例程作為獨立進程運行。34.簡述操作系統資源管理的主要技術：資源復用、資源虛擬和資源抽象。答：資源復用：操作系統讓眾多進程共享物理資源，通過適當的創建虛擬資源和虛擬機，以解決資源不足的問題。主要分為空分復用和時分復用。資源虛擬：虛擬是對資源進行轉化、模擬或整合，把一個物理資源轉換對應多個邏輯上的對應物。能為應用程序提供易于使用的虛擬資源并創建更好的運行環境。資源抽象：通過創建軟件來屏蔽硬件資源的物理特性和實現細節，簡化對硬件資源的操作、控制和使用。在硬件的基礎上，按照特定的方式將底層指令序列和數據結構打包成函數，以便可以作為單一的高級操作被調用。35.何謂POSIX?試述POSIX3.1的內容。答：POSIX是IEEE擬定的一個Unix系統的標準，它定義相互兼容的Unix系統所必須支持的最少系統調用接口和工具。36.服務用戶觀點，操作系統作為用戶接口和公共服務程序；進程交互觀點，操作系統作為進程的執行者和協調者；系統實現觀點，操作系統作為擴展機或虛擬機；資源管理觀點，操作系統作為資源的管理者和控制者。二、應用題1．有一臺計算機具有1MB內存，操作系統占用200KB，各個用戶進程分別占用200KB。如果用戶進程等待I/O操作的時間為80%，若增加1MB內存空間，則CPU的利用率能夠提高多少？解：設每個進程的等待時間為P,則n個進程的等待時間就為PN，則CPU利用率為1-pn.如題操作系統占用200kb,則有4個進程，cpu利用率為1-(80%)4=59%，若再增加1MB內存，則此時內存可容納9個進程，cpu利用率就為1-（80%）9=87%.（87%）/(59%)=147%147%-100%=47%,增加1MBcpu利用率能夠提高47%。2.在某個計算機系統中有一臺輸入機和一臺打印機，現有兩道程序投入運行，且程序A先開始運行，程序B后開始運行。程序A的運行軌跡為:計算50ms、打印100Ms，再計算50Ms，打印100Ms，結束。程序B的運行軌跡為：計算50Ms、輸入80ms,再計算100Ms，結束。試說明：（1）兩道程序運行時，cpu是否空閑等待？若是，在哪段時間內等待。（2）程序A、B是否有等待cpu的情況？若有，指出發生的時刻。解：A、B程序并發執行圖：cpu空閑時發生在100ms到150ms之間。B程序有等待cpu的情況，在180-220ms時。3.設有三道程序，按照A、B、C的優先次序運行，其內部計算和I/O操作時間如下圖所示。ABCC11=30msCABCC11=30msC12=60msC31=20msI12=4