### 西电汤子赢教材答案解析
#### 第一章 OS引论
##### 1. 设计现代OS的主要目标
现代操作系统(OS)的设计目标主要包括四个方面：
- **方便性(Usability)**：使得用户能够轻松地使用计算机系统，降低学习成本。
- **有效性(Efficiency)**：确保计算机资源得到高效利用，提升整体性能。
- **可扩充性(Expandability)**：操作系统应支持新增硬件设备和软件功能，便于扩展和升级。
- **开放性(Openness)**：操作系统需遵循标准协议和技术规范，支持不同系统间的互操作性。
##### 2. OS的作用
操作系统在计算机系统中扮演着至关重要的角色，具体表现如下：
- **作为用户与计算机硬件之间的接口**：提供图形界面或命令行界面，简化用户与硬件交互的过程。
- **作为计算机系统资源的管理者**：负责管理CPU、内存、存储设备、输入输出设备等硬件资源，合理分配给各应用程序使用。
- **作为扩充机器**：通过软件方式扩展计算机的功能，如提供虚拟内存机制、文件系统管理等。
##### 3. 推动多道批处理系统形成和发展的主要动力
随着计算机技术的发展，早期的批处理系统逐渐演进为多道批处理系统，其主要推动力包括：
- **提高计算机资源利用率**：允许多个作业同时加载到主存中并运行，充分利用硬件资源，提高CPU和I/O设备的利用率。
- **增加系统吞吐量**：通过并发处理多个作业，显著提升单位时间内系统可以处理的作业数量。
##### 4. 脱机I/O与联机I/O
- **脱机输入输出方式**：为了解决CPU和I/O设备间速度不匹配的问题，通过外围机预先将数据从低速设备转移到高速磁带上，再由CPU读取。这种方式减少了CPU等待时间，提高了效率。
- **联机输入输出方式**：直接由主机控制I/O设备的操作，适用于实时交互场景。
##### 5. 推动分时系统形成和发展的主要动力
分时系统的发展主要是为了满足用户的交互需求，包括：
- **人机交互**：让用户能够在终端上与计算机进行实时交流。
- **共享主机资源**：多个用户可以通过各自的终端共享一台主机资源。
- **便捷的上机体验**：降低用户上机难度，提升用户体验。
##### 6. 实时任务与实时系统的类型
- **实时任务类型**：根据执行周期性分为周期性和非周期性任务；根据截止时间要求分为硬实时和软实时任务。
- **实时系统类型**：分为实时控制系统（用于工业控制等）和实时信息处理系统（如金融交易系统）。
##### 7. 实现多道程序应解决的问题
实现多道程序系统需要解决以下问题：
- **处理机管理**：如何合理分配CPU资源给多个进程。
- **内存管理**：如何有效管理内存资源，支持多进程运行。
- **I/O设备管理**：如何协调多个进程对I/O设备的访问。
- **文件管理**：如何管理和保护文件资源。
- **作业管理**：如何组织和控制作业的提交、调度和执行。
##### 8. 单道与多道批处理系统的特点及优缺点
- **单道批处理系统**：
- 特点：自动性、顺序性、单道性。
- 优点：简单易实现。
- 缺点：资源利用率较低，系统吞吐量受限。
- **多道批处理系统**：
- 特点：调度性、无序性、多道性。
- 优点：资源利用率高，系统吞吐量大。
- 缺点：平均周转时间较长，缺乏交互能力。
##### 9. 分时系统的关键问题及解决方案
- **关键问题**：及时接收用户输入并作出响应。
- **解决方案**：
- 设置多路卡以同时接收多个用户的输入。
- 采用轮转法等策略确保所有用户都能在短时间内获得CPU时间片。
##### 10. 引入实时操作系统的原因
实时操作系统被引入主要是为了：
- 更好地满足实时控制领域的需求，如工业自动化、航空航天等。
- 支持实时信息处理需求，例如金融交易系统、医疗监控系统等。
##### 11. 操作系统的特征及其最基本特征
- **特征**：并发、共享、虚拟、异步性。
- **最基本特征**：并发性和共享性，这两者是操作系统的核心特性。
##### 12. 内存管理的主要功能及其任务
- **主要功能**：内存分配、内存保护、地址映射、内存扩充。
- **主要任务**：
- 内存分配：为进程分配内存空间，提高内存利用率。
- 内存保护：防止进程间非法访问对方内存。
- 地址映射：将逻辑地址转换为物理地址。
- 内存扩充：通过虚拟存储技术，扩大可用内存容量。
##### 13. 处理机管理的主要功能及其任务
- **主要功能**：进程控制、进程同步、进程通信、调度。
- **主要任务**：
- 进程控制：创建、撤销进程，改变进程状态。
- 进程同步：协调进程间的运行顺序。
- 进程通信：实现进程间的信息交换。
- 调度：包括作业调度和进程调度，合理分配CPU资源。
##### 14. 设备管理的主要功能及其任务
- **主要功能**：缓冲管理、设备分配、设备处理、虚拟设备。
- **主要任务**：
- 完成I/O请求，合理分配I/O设备。
- 提高CPU和I/O设备的利用率。
- 通过虚拟设备技术，提高系统整体性能。
