操作系统练习册01(2)

操作系统习题解答与实验指导（第三版）

有缓冲管理、设备分配和设备处理以及虚拟设备等功能。

① 缓冲管理。缓冲管理的基本任务是管理各种类型的缓冲区。

② 设备分配。设备分配的基本任务是根据用户的I/O请求，为之分配所需的设备。 ③ 设备处理。设备处理程序又称为设备驱动程序。其基本任务通常是实现CPU和设备控制器之间的通信。

④ 设备独立性和虚拟设备。设备独立性的基本含义是指应用程序独立于物理设备，以使用户编制的程序与实际使用的物理设备无关。虚拟设备是指把每次仅允许一个进程使用的物理设备，改造为能同时供多个进程共享的设备。

（4）文件管理的功能

文件管理应具有对文件存储空间的管理、目录管理、文件的读/写管理以及文件的共享与保护等功能。

① 文件存储空间的管理。为每个文件分配必要的外存空间，提高外存的利用率，并能有助于提高文件系统的工作速度。

② 目录管理。为每个文件建立其目录项，并对众多的目录项加以有效的组织，以实现方便的按名存取。

③ 文件的读/写管理和存取控制。实现文件的读/写操作，并提供有效的存取控制功能，保护文件的安全性。

④ 文件的共享。满足在多用户环境下，不同用户之间存在的对文件共享的要求，可提高文件的利用率，避免存储空间的浪费。

（5）用户接口

① 命令接口。为便于用户直接或间接地控制自己的作业，操作系统向用户提供了命令接口。用户可通过该接口向作业发出命令以控制作业的运行。

② 程序接口。程序接口是为用户程序在执行中访问系统资源而设置的，是用户程序取得操作系统服务的唯一途径。

③ 图形接口。图形接口采用了图形化的操作界面，用非常容易识别的各种图标来将系统的各项功能、各种应用程序和文件直观、逼真地表示出来。用户可通过鼠标、菜单和对话框来完成对各种应用程序和文件的操作。

2．操作系统的特征

（1）并发

并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。在多道程序环境下，并发性是指宏观上在一段时间内有多道程序在同时运行。但在单处理机系统中，每一时刻仅能执行一道程序，故微观上这些程序是在交替执行的。

（2）共享

所谓共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。由于资源的属性不同，故多个进程对资源的共享方式也不同，可分为两种资源共享方式：互斥共享方式和同时访问方式。

（3）虚拟

在操作系统中所谓“虚拟”是指通过某种技术把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应6

第一篇 理论知识与习题解答

物。物理实体（前者）是实的，即实际存在的；而后者是虚的，是用户感觉上的东西。

（4）异步性

在多道程序环境下，允许多个进程并发执行，但由于资源等因素的限制，进程的执行通常并非“一气呵成”，而是以“走走停停”的方式运行。

1-1-4 操作系统结构设计

1．传统的操作系统结构

（1）模块化结构操作系统

模块化程序设计技术是20世纪60年代出现的一种结构化程序设计技术。系统包含若干模块；其中，每一块实现一组基本概念以及与其相关的基本属性。采用某块化结构的操作系统，将其功能精心划分为若干个具有一定独立性的模块，每个模块具有某个功能，如进程管理模块、存储器管理模块、I/O设备管理模块等，并要仔细地规定好模块间的接口，使各个模块之间能通过接口实现交互。之后，再将个某块细分成一定的子模块，子模块还可以继续细分。

模块化结构设计方法较之无结构的操作系统具有以下明显的优点： ①提高了OS设计的正确性、可理解性和可维护性。 ②增强了0S的可适应性。

③加速了OS的开发过程。

结构化设计方法的仍存在着下述问题：

①对模块的划分及对接口的规定要精确描述很困难。

②从功能观点来划分模块时，未能将共享资源和独占资源加以区别。 （2）层次结构操作系统

使用层次式结构设计操作系统时，将操作系统分成若干层；每一层实现一组基本概念以及与其相关的基本属性。层与层之间的相互关系要满足：所有各层的实现不依赖其以上各层所提供的概念及其属性，只依赖其直接下层所提供的概念及属性； 每一层均对其上各层隐藏其下各层的存在。

层次结构的主要优点有： ①易保证系统的正确性。 ②易扩充性和易维护性。

层次结构的主要缺点就是系统效率低。由于层次结构是分层单向依赖的，因此必须在相邻层之间都要建立层次间的通信机制，操作系统每执行一个功能，通常要自上而下地穿越多个层次，这无疑会增加系统的通信开销，从而导致系统效率的降低。

2．现代的操作系统结构

（1）微内核

微内核结构的操作系统具有以下的特点： ①足够小的内核。 ②基于客户/服务器模式。 ③应用机制和策略分离的技术。

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操作系统习题解答与实验指导（第三版）

④采用面向对象的技术。 （2）客户/服务器模式

一个微内核思想的略微变体是将进程划分为两类：服务器，每个服务器提供某种服务；客户端，使用这些服务。这个模式就是所谓的客户机-服务器模式。通常，在系统最底层是微内核，但并不是必须这样的。这个模式的本质是存在客户端进程和服务器进程。

客户服务器模式的优点在于它既允许数据的分布处理和存储，又便于集中管理，灵活性和可扩充性强，特容易修改。但它也存在着不可靠性和瓶颈问题。服务器是瓶颈，当其在重负荷下工作时，会因为忙不过来而延长对用户请求的响应时间。并且，在系统仅有一个服务器时，一旦服务器故障，将导致整个网络的瘫痪。当然，可以在网络中配置多个服务器进行改善，但因此增加了系统成本。

1-2 典型例题解析

1．操作系统是对________进行管理的软件。

A．软件 B．硬件 C．计算机资源 D．应用程序 【分析】操作系统是一个系统软件，不但管理计算机系统的硬件资源，还管理软件资源，是整个计算机系统硬、软件资源的总指挥部。

【答案】C

2．从用户的观点看，操作系统是________。

A．用户与计算机硬件之间的接口 C．合理地组织计算机工作流程的软件

B．控制和管理计算机资源的软件 D．计算机资源的管理者

【分析】研究操作系统有多种观点，有软件的观点、计算机系统资源管理的观点、进程的观点、虚机器的观点、服务提供者的观点以及用户的观点。从用户的观点看，操作系统是用户与计算机硬件系统之间接口。

【答案】A

3．如果分时操作系统的时间片一定，那么________，则响应时间越长。

A．用户数越少 B．用户数越多

C．内存越少

D．内存越多

【分析】在分时系统中采用了分时技术，即把处理机的时间划分成很短的时间片（如几

百毫秒），轮流地分配给各个终端作业使用。若在分配给它的时间片内，作业没有执行完，它必须将CPU交给下一个作业使用，并等下一轮得到CPU时再继续执行。系统的响应时间和用户的数量成反比，即用户数越多，响应时间越长。

【答案】B

4．并发和________是操作系统的两个最基本特征，两者之间互为存在条件。

【分析】操作系统共有四个主要特征：并发、共享、虚拟和异步性。其中并发和共享是操作系统最基本的特征。一方面，资源的共享以程序（进程）的并发执行为条件，若系统不允许程序并发执行，自然不存在资源共享问题；另一方面，若系统不能对资源共享实施有效管理，协调好诸进程对共享资源的访问，也必将影响程序的并发执行，甚至根本无法并8

第一篇 理论知识与习题解答

发执行。

【答案】共享

5．如果操作系统在用户提交作业后，不提供交互功能，它所追求的是计算机资源的高利用率、大吞吐量和作业流程的自动化，则属于________类型；如果操作系统具有很强的交互性，可同时供多个用户使用，但时间响应不太及时，则属于________类型；如果操作系统可靠性高，时间响应及时，但仅有简单的交互能力则属于________类型。

【分析】操作系统的基本类型有三种：批处理系统、分时系统和实时系统。其中，批处理系统是最早出现的操作系统类型，目的是为了提高计算机资源的利用率和系统的吞吐量；分时系统的产生和发展则是为了满足用户的需要，实现了人机交互，分时系统采用分时技术，使多个用户可以共享主机并与自己的作业进行很好的交互；实时系统是为了满足实时监控和实时信息处理两方面要求而产生的，所以具有很高的可靠性并能对各种情况做出及时的响应，实时系统也具有交互性，但仅限于访问系统中某些特定的专业服务程序。

【答案】批处理 分时 实时

6．操作系统为用户提供了三种类型的用户接口，它们是________接口、________接口和图形接口。

【分析】为了便于用户直接或间接地控制自己的作业，操作系统向用户提供了命令接口，用户可通过该接口向作业发出命令以控制作业的运行；程序接口是为用户程序在执行中访问系统资源而设置的，是用户程序取得操作系统服务的唯一途径；图形接口采用了图形化的操作界面，用非常容易识别的各种图标来将系统的各项功能、各种应用程序和文件直观、逼真地表示出来。用户可通过鼠标、菜单和对话框来完成各种应用程序和文件的操作。

【答案】命令 程序

7．试说明操作系统与硬件、其他系统软件以及用户之间的关系。

【分析与解答】

操作系统是覆盖在硬件上的第一层软件，它管理计算机的硬件和软件资源，并向用户提供良好的界面。操作系统与硬件紧密相关，它直接管理着硬件资源，为用户完成所有与硬件相关的操作，从而极大地方便了用户对硬件资源的使用，并提高了硬件资源的利用率。操作系统是一种特殊的系统软件，其他系统软件运行在操作系统的基础之上，可获得操作系统提供的大量服务，也就是说，操作系统是其他系统软件和硬件的接口。而一般用户使用计算机除了需要操作系统的支持外，还需要用到大量的其他系统软件和应用软件，以使其工作更加方便和高效。可见，硬件、操作系统、其他系统软件、应用程序和用户之间存在着如图1-1-1所示的层次关系。

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操作系统习题解答与实验指导（第三版）

各种用户 应用软件设计者 系统软件：操作系统、编译程序?? 应用软件：文字处理、科学计算、图像处理、管理信息系统?? 支撑软件设计者 支撑软件：网络、多媒体?? 操作系统设计者 硬件系统

图1-1-1 计算机系统的层次结构

8．详细说明研究操作系统有哪几种主要观点？

【分析与解答】

（1）软件的观点。从软件的观点来看，操作系统有其作为软件的外在特性和内在特性。所谓外在特性，是指操作系统是一种软件，它的外部表现形式，即它的操作命令定义集和它的界面完全确定了操作系统这个软件的使用方式。所谓内在特性，是指操作系统是一种软件，它具有一般软件的结构特点，然而这种软件不是一般的应用软件，它具有一般软件所不具备的特殊结构。

（2）计算机系统资源管理的观点。操作系统是计算机资源的管理者，管理着计算机的处理机、存储器、I/O设备和文件，所以操作系统也就有这四大功能：处理机管理、存储器管理、设备管理和文件管理。

（3）进程的观点。这种观点把操作系统看作由若干个可以同时独立运行的程序和一个对这些程序进行协调的核心组成，这些同时运行的程序称为进程。

（4）用户与计算机硬件系统之间接口的观点。操作系统作为用户和计算机硬件系统之间接口的含义是，操作系统处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过操作系统来使用计算机。或者说，用户在操作系统的帮助下能够方便、快捷、安全、可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。

（5）虚机器观点。从服务用户的机器扩充的观点来看，操作系统为用户使用计算机提供了许多服务功能和良好的工作环境。用户不再直接使用硬件机器（称为裸机），而是通过操作系统来控制和使用计算机，从而把计算机扩充为功能更强、使用更加方便的计算机系统（称为虚拟计算机）。

（6）服务提供者观点。在操作系统以外，从用户角度看操作系统，它应能为用户提供比裸机功能更强、服务质量更高、更方便灵活的虚拟机器。操作系统能为用户提供一组功能强大的、方便的、好用的广义指令（系统调用）。

9．操作系统具有哪些特征？它们之间有何关系？ 【分析与解答】

操作系统的特征有并发、共享、虚拟和异步性。它们的关系如下：

（1）并发和共享是操作系统最基本的特征。为了提高计算机资源的利用率，操作系统必然要采用多道程序设计技术，使多个程序共享系统的资源，并发地执行。 10

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