操作系统第三版课后习题答案-汤小丹

### 操作系统第三版课后习题答案解析 #### 1. 设计现代操作系统的四大主要目标 现代操作系统的四大设计目标包括**有效性**、**方便性**、**可扩充性**以及**开放性**。 - **有效性**：指的是操作系统能够高效地利用计算机资源，比如处理器、内存和存储设备等，确保资源的合理分配与使用，从而提高整个系统的性能。 - **方便性**：指系统应该提供友好的用户界面，使用户能够轻松地与系统交互，执行所需的任务。这包括命令行界面、图形用户界面等。 - **可扩充性**：意味着操作系统应该支持新的硬件设备和技术的发展，使得新硬件的添加和新技术的应用变得更加容易。 - **开放性**：是指操作系统应该遵循开放的标准和协议，以便与其他系统进行互操作，支持多种不同的应用环境。 #### 2. 操作系统的作用 操作系统的三个主要作用分别是： - **作为用户与计算机硬件系统之间的接口**：操作系统提供了用户可以理解的指令集和图形界面，让用户能够方便地使用计算机硬件资源。 - **作为计算机系统资源的管理者**：操作系统负责管理和调度计算机中的各种资源，如处理器时间、内存空间、磁盘空间等，确保这些资源被有效地利用。 - **实现了对计算机资源的抽象**：操作系统通过多层软件构建了一个更加高级的环境，隐藏了硬件的具体细节，使得用户可以更简单地使用计算机。 #### 3. 操作系统如何实现计算机资源的抽象 操作系统通过在物理硬件之上安装多层系统软件来增强系统功能，并隐藏硬件操作的复杂性，从而实现了对计算机资源的抽象。具体而言： - **I/O设备管理软件**：在硬件之上提供了一层抽象，使得用户可以通过统一的接口来操作不同的I/O设备，无需关心具体的硬件细节。 - **文件管理系统**：在I/O设备管理的基础上进一步提供了文件的概念，用户可以通过文件名来访问数据，而无需直接操作磁盘等物理设备。 - **多层软件**：通过这些层次的软件，操作系统能够提供更为丰富的功能和服务，同时隐藏底层硬件的操作细节，提高了系统的可用性和易用性。 #### 4. 多道批处理系统形成和发展的主要动力 多道批处理系统形成和发展主要受到以下四个方面的推动： - **提高计算机资源的利用率**：通过允许多个作业同时在内存中运行，充分利用了处理器的空闲时间和其他硬件资源。 - **方便用户**：虽然用户不能直接与系统交互，但是多道批处理系统可以自动批量处理作业，减少了用户的等待时间。 - **器件的不断更新换代**：随着硬件技术的进步，例如内存容量的增加和存储设备速度的提升，为多道批处理系统提供了物质基础。 - **计算机体系结构的不断发展**：操作系统的设计理念和技术随着计算机体系结构的变化而演变，促进了多道批处理系统的发展。 #### 5. 脱机I/O和联机I/O的区别 - **脱机I/O**：在这种模式下，用户的数据或程序先通过纸带输入机或卡片机等设备预加载到磁带上，之后再由计算机读取。这种方式的优点是可以预先准备好数据，减少计算机的等待时间，缺点是需要额外的硬件支持。 - **联机I/O**：程序和数据的输入输出都是在计算机主机的直接控制下进行的，即用户可以直接与计算机交互。这种方式更加灵活，但可能会增加主机的工作负担。 #### 6. 推动分时系统形成和发展的主要动力 分时系统的主要动力在于更好地满足用户的需求，具体体现在以下几个方面： - **CPU的分时使用**：通过时间切片的方式让多个用户同时使用CPU，大大减少了作业的平均周转时间。 - **人机交互能力**：用户可以直接通过终端与计算机交互，控制自己的作业运行。 - **主机的共享**：多个用户可以同时访问同一台计算机，共享其计算资源。 #### 7. 实现分时系统的关键问题及其解决方案 - **及时接收**：为了及时接收用户的输入，系统通常会配置多路卡和缓冲区，以保证用户输入的数据能够快速被系统接收。 - **及时处理**：所有的用户作业都直接进入内存，并分配给每个作业一个时间片，确保每个作业都能在规定时间内运行一次。 #### 8. 引入实时操作系统的必要性 实时操作系统的主要特点是能够及时响应外部事件并在规定的时间内完成处理，这对于实时控制领域和实时信息处理领域至关重要。引入实时操作系统是为了满足这些领域对于精确时间控制的需求。 #### 9. 硬实时任务与软实时任务的区别 - **硬实时任务**：这类任务对时间的要求非常严格，一旦错过截止时间，可能会导致不可预见的严重后果，如运载火箭的控制任务。 - **软实时任务**：这类任务的截止时间相对较宽松，偶尔错过截止时间对整体系统的影响较小，例如网页内容的更新或火车售票系统。 #### 10. 8位微机和16位微机中的主流操作系统 在8位和16位微机中占据主导地位的是单用户单任务操作系统，其中最具代表性的有两个：CP/M和MS-DOS。这些操作系统在个人电脑的发展初期起到了重要的作用。 #### 11. Windows操作系统的主要版本及其改进 - **Microsoft Windows 1.0**：这是微软第一次尝试在个人电脑上开发图形界面。 - **Windows 95**：引入了32位系统，提供了更强大的桌面图形用户界面，显著提升了用户体验。 - **Windows 98**：进一步优化了硬件支持和内存管理，增强了系统的稳定性和实用性。 - **Windows XP**：基于Windows 2000的产品，改进了用户图形界面，增加了防火墙等功能。 - **Windows Vista**：引入了全新的图形用户界面和多种新功能，如增强的搜索功能、媒体创作工具等。 #### 12. 分时系统与实时系统在交互性、及时性及可靠性方面的比较 - **及时性**：实时信息处理系统与分时系统相似，都需要考虑人机交互的延迟；而实时控制系统则更加关注任务的开始截止时间和完成截止时间，要求更高，通常在秒级到毫秒级之间。 - **交互性**：分时系统提供了更广泛的交互性，用户可以访问系统中的各种服务；实时信息处理系统则通常限制在特定的服务程序。 - **可靠性**：相比分时系统，实时系统要求更高的可靠性，任何错误都可能导致严重的后果，因此实时系统在设计时会采取更多的安全保障措施。 以上内容是对操作系统第三版课后习题答案的一个详细解析，涵盖了从操作系统的基本概念到不同类型的系统特点等多个方面。