汤小丹《计算机操作系统(第4版)》学习指导与题解

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内容简介 本书是汤小丹、梁红兵等编著,西安电子科技大学出版社出版的《计算机操作系统(第四版)》 书的配套学习辅导书。全书与教材一致,分为十二章,每一章都先扼要地阐述了本章的基本 内容,然后给出重点和难点的学习提示,接着进行典型问题的分析与解答,最后以选择题、填 空题的形式给出了大量的练习题。 本书还包括两个附录。附录A是精心设计的七个操作系统实验,附录B给出了各章选择题 和填空题的参考答案。 本书既可作为计算机及相关专业本、专科生学习操作系统的辅导教材,也可作为报考相关 专业硕士研究生的操作系统课程复习用书,还可作为读者自学操作系统的参考书。 图书在版编目(C|P)数据 《计算机操作系统(第四版)》学习指导与题解/梁红兵,汤小丹编著.-3版. 一西安:西安电子科技大学出版社,2015.2 高等学校计算机类“十二五”规划教材 ISBN978756063602-3 I.①计…Ⅱ.①梁…②汤…Ⅲ.①操作系统一高等学校一教学参考资料Ⅳ.①TN316 中国版本图书馆C|P数据核字(2015)第017717号 策划李惠萍 责任编辑李惠萍秦媛媛 出版发行西安电子科技大学出版社(西安市太白南路2号) 电话(029)8824288588201467邮。编-710071 网址www.xduphcon 电子邮箱xdupfxb01@163.com 经销新华书店 印刷单位陕西华沐印刷科技有限责任公司 版次2015年2月第3版2015年2月第15次印刷 开本787毫米×1092毫米1/16印张15.5 字数365千字 印数97001~102000册 定价28.00元 ISBN978-7-5606-3602-3/TP XDUP3894003-15 ***如有印装问题可调换*** 前言 本书是配合由汤小丹等编著,西安电子科技大学出版社出版的《计算机操 作系统(第四版)》而编写的辅导教材,全书共分十二章(与教材对应)和两个附录 书中的每一章内容分别与《计算机操作系统(第四版)》的各章对应。其中, 第一章简单地介绍了操作系统的作用、发展过程、特征和功能,第二章介绍了 进程和线程的基本概念、进程控制、进程同步和进程通信,第三章介绍了处理 机调度和死锁,第四章和笫五章介绍了存储器和虛拟存储器的基本概念及管理 方式,第六、七、八、九章分别介绍了设备管理、文件管理、磁盘存储器的管 理和操作系统接口,第十章和第十一章介绍了多处理机操作系统和多媒体操作 系统,第十二章讲述了计算机系统的安全性 本书每章都对配套教材中对应章节的基本概念、基本原理和基本方法作了 系统扼要的阐述。为了帮助读者理解和掌握操作系统的基本内容,每章专门安 排一节列出了该章的重点与难点内容,并给出了相应的学习提示。在“典型问 题分析和解答”一节中,给出了一些典型问题,并对它们做了详细和透彻的分 析与解答。另外,各章还为读者提供了大量的选择题和填空题,并在附录B中 给出了它们的参考答案,方便读者练习与自测。 在操作系统的教学中,实践环节同样是不容忽视的。为此,我们还在附录A 中设计了七个有关操作系统的实验,它们可在 Linux或UNIX环境下进行 本书既可与教材配套使用,也可单独学习使用。无论是课程学习,还是考 研复习,相信本书都会给读者以很大的帮助 衷心感谢汤子赢、哲凤屏教授,他们多次审阅了书稿,并提出了许多宝贵 建议。在本书的编写过程中,还得到了西安电子科技大学出版社,尤其是李惠 萍同志的帮助和大力支持。在此谨向他们表示衷心的感谢 限于编者水平,书中难免存在一些不妥之处,恳请读者批评指正。 编者 2014年11月 目录 <<<<< 第一章操作系统引论 2.3.5消息传递通信机制中的 1.1基本内容 典型问题分析 54 1.1.1操作系统的目标和作用… 23.6线程中的典型问题分析 55 1.1.2操作系统的发展过程… 22.4习题…… 56 1.1.3操作系统的基本特征和功能 2.4.1选择题 56 1.14操作系统的结构设计…17 2.4.2填空题…… .60 1.2重点、难点学习提示… 8第三章处理机调度与死锁…62 13典型问题分析和解答 “来“ 3.1基本内容 …62 13.1Os的引入和发展过程中的 3.1.1处理机调度的基本概念……62 典型问题分析… 3.1.2调度算法…63 13.2OS的基本特征和功能中的 3.13实时调度 64 典型问题分析… 123.1.4死锁的基本概念… 13.3分层式和微内核结构中的 3.1.5处理死锁的基本方法 典型问题分析……………123.2重点、难点学习提示…69 14习题… .13 3.3典型问题分析和解答 71 1.4.1选择题 .13 3.3.1进程调度及调度算法中的 4.2填空题 .16 典型问题分析… 71 第二章进程的描述与控制…… 17 33.2实时调度中的典型问题分析……75 2.1基本内容 17 33.3死锁中的典型问题分析 77 2.1.1进程的基本概念……17 34习题 2.1.2进程控制 20 34.1选择题. 2.1.3进程同步 21 3.42填空题. ………82 2.1.4经典进程的同步问题 第四章存储器管理 2.1.5管程机制.…27 4.1基本内容 84 2.1.6进程通信……9 4.1.1存储器管理的基本概念 2.1.7线程… 4.1.2连续分配方式 86 22重点、难点学习提示…33 4.1.3基本分页存储管理方式 2.3典型问题分析和解答 36 44分段式存储管理方式 23.1进程基本概念中的典型问题分析36 41.5信息的共享 23.2进程同步基本概念中的 4.2重点、难点学习提示 .95 典型问题分析 4.3典型问题分析和解答…96 23.3信号量机制及应用中的 43.1存储器基本概念中的典型问题分析….96 典型问题分析 4.3.2连续分配方式中的典型问题分析97 234经典进程同步问题中的 43.3基本分页系统中的典型问题分析…101 典型问题分析 434基本分段系统中的典型问题分析…103 7.1.1文件和文件系统 4.4习题.……104 7.1.2文件的逻辑结构 .147 4.4.1选择题. 104 7.1.3文件目录…148 4.4.2填空题……… 106 7.14文件共享 150 第五章虚拟存储器 7.1.5文件保护…151 5.1基本内容… 1087.2重点、难点学习提示…152 5.1.1虚拟存储器的基本概念…1087.3典型问题分析和解答 153 5.1.2请求分页存储管理方式… 109 7.3.1文件系统基本概念中的 5.1.3置换算法 111 典型问题分析… .153 5.1.4请求分段存储管理方式 112 73.2目录管理中的典型问题分析……154 52重点、难点学习提示……113 7.3.3文件的共享和保护中的 53典型问题分析和解答 典型问题分析 155 53.1虚拟存储器基本概念中的 734文件操作中的典型问题分析…156 典型问题分析 .114 74习题…157 53.2请求分页段系统中的 7.4.1选择题 157 典型问题分析 115 742填空题… .160 54习题 ….121第八章磁盘存储器的管理…161 54.1选择题 .1218.1基本内容 4. .161 542填空题… 124 8.1.1外存的组织方式…161 第六章输入输出系统 126 8.12文件存储空间的管理 164 6.1基本内容 .126 8.1.3提高磁盘O速度的途径…166 6.1.11O系统的基本功能和层次结构…126 8.1.4提高磁盘可靠性的技术 167 6.1.2O硬件 127 8.1.5数据一致性控制… 168 61.3中断处理程序和设备驱动程序2882重点、难点学习提示 169 6.14与设备无关的IO软件 1308.3典型问题分析和解答 170 61.5用户层的1O软件 132 83.1外存的组织方式中的 6.1.6磁盘调度…… 133 典型问题分析… 170 62重点、难点学习提示…134 8.3.2文件存储空间管理中的 63典型问题分析和解答…136 典型问题分析…174 63.1I/O控制方式中的典型问题分析…13684练习题… 176 63.2缓冲管理中的典型问题分析…137 84.1选择题 176 63.3IO软件中的典型问题分析…138 842填空题 178 6.3.4虚拟设备中的典型问题分析……………139第九章操作系统接口 179 63.5磁盘存储器管理中的 91基本内容 典型问题分析 .140 9.1.1用户接口……179 64习题 142 9.1.2联机命令接口的实现…180 64.1选择题 142 91.3系统调用. 181 64.2填空题 1459.2重点、难点学习提示…183 第七章文件管理 1469.3典型问题分析和解答 184 7.1基本内容 146 93.1系统调用中的典型问题分析……184 932其他典型问题分析…185 11.1.3多媒体存储器的分配方式…01 94习题.… .186 111.4多媒体磁盘调度……204 94.1选择题 11.2重点、难点学习提示 .205 94.2填空题……188113典型问题分析和解答 206 第十章多处理机操作系统… 18911.4习题 1207 10.1基本内容 11.4.1选择题… 207 10.1.1多处理机系统概述 18 11.42填空题. 208 10.1.2多处理机进程同步……190第十二章保护与安全 444, 209 10.1.3多处理机调度… 19112.1基本内容 209 10.1.4网络操作系统. 12.1.1系统安全的基本概念 209 10.1.5分布式文件系统…193 12.1.2数据加密技术… 210 10.2重点、难点学习提示…194 12.1.3用户验证… 211 10.3典型问题分析和解答…195 12.1.4安全攻击…11 10.3.1多处理机概述中的典型问题分析.195 12.14可信系统 213 10.32多处理机进程同步中的 12.2重点、难点学习提示……214 典型问题分析….19512.3典型问题分析和解答, 10.33多处理机调度中的 12.3.1数据加密技术的典型问题分析…215 典型问题分析……196 1232用户验证的典型问题分析…216 104习题…196 12.33安全攻击的典型问题分析…217 10.41选择题 196 124习题.…217 10.42填空题 198 12.4.1选择题 .217 第十一章多媒体操作系统 12.4.2填空题. .219 11.1基本内容 .199附录A操作系统实验.….20 11.1.1多媒体系统简介 …199附录B习题答案 26 112多媒体的接纳控制和实时调度…200参考文献 240 第一章控制系统引论 >1 第一章控制系统引论 本章主要讲述操作系统的基本概念,具体包括操作系统的目标和作用、操作系统氵 §的发展过程、操作系统的基本特征和功能、操作系统的结构设计等内容。 1.1基声内容 1.1.1操作系统的目标和作用 操作系统 Operating System,os)是一组控制和管理计算机硬件和软件资源,合理地对 各类作业进行调度,以及方便用户使用计算机的程序的集合。它是配置在计算机上的第 层软件,是对硬件功能的首次扩充操作系统在计算机系统中占据特别重要的地位,它是 计算机中最重要的系统软件,是其他系统软件和应用软件运行的基础。 1.操作系统的目标 1)方便性。操作系统使计算机系统更易于使用 (2)有效性。操作系统使资源的利用率更高,系统的吞吐量更大。 3)可扩充性。操作系统必须能方便地增加新的功能和模块,并能修改老的功能和模 块,以适应计算机硬件、体系结构以及应用发展的要求。 (4)开放性。操作系统的开发应该遵循世界标准规范,特别是遵循开放系统互连OSI 国际标准,从而使其与其他系统之间能彼此兼容、方便地实现互连。 2.操作系统的作用 1)操作系统是用户与计算机硬件系统之间的接口。用户并不直接与计算机硬件打交 道,而是通过操作系统提供的命令、系统功能调用以及图形化接口来使用计算机 (2)操作系统是计算机资源的管理者。处理机的分配和控制,内存的分配和回收,IO 设备的分配和操纵,文件的存取、共享和保护工作都是由操作系统完成的。 (3)操作系统实现了对计算机资源的抽象。操作系统是铺设在裸机(即没有配置任何软 件的计算杋系统)上的多层软件,它不仅增强了系统的功能,而且还隐藏了对硬件操作的细 节,从而实现了对计算机资源的抽象。 另外,操作系统还是计算机工作流程的组织者。它负责在众多作业之间切换处理机, 并协调它们的推进速度,从而进一步提高系统的性能。 >2 《计算机操作系统(第四版)》学习指导与題解 1.12操作系统的发展过程 1.无操作系统的计算机系统 1)人工操作方式 在计算机发展的早期,由于还未出现操作系统,人们采用人工操作方式使用计算机: 由程序员将已穿孔的纸带(或卡片)装入纸带(或卡片)输入机,再启动它们将纸带(或卡片)上 的程序和数据输入计算机,然后启动计算机运行;当程序运行完毕并由用户取走计算结果 后,才允许下一个用户使用计算机。 这种方式具有用户独占全机资源和CPU等待人工操作的特点。由于人工操作的低速 性和CPU运算的高速性,造成了计算机资源利用率的严重降低,此即人机矛盾。随着计 算机的迅速发展、机器性能的不断提高,人机矛盾日益加剧。另外,高速的CPU和低速 的1O设备之间速度不匹配的矛盾也日趋严重。为了缓和这两对矛盾,引入了脱机输入/ 输出方式和批处理技术 2)脱机输入输出方式 脱机输入方式是指在一台外围机(即一台专门用来管理输入输出的、功能较简单的计 算机)的控制下,预先将程序和数据从低速输入设备输入到磁带,当CPU需要这些程序和 数据时,再从磁带高速地读入内存。类似地,脱机输出方式是指当CPU需要输出时,先 高速地将数据写入磁带,然后在一台外围机的控制下,通过低速输出设备进行输出。相反, 在主机的直接控制下进行的输入输出方式被称为联机输入/输出方式。 在脱机输入/输出方式下,是由外围机而不是主机的CPU等待人工操作,从而有效地 减少了主机CPU的空闲时间,缓和了人机矛盾;另外,CPU直接通过高速的磁带进行输 入/输出,这又极大地提高了IO的速度,进一步减少了CPU的空闲时间,从而较好地缓 和了CPU与IO设备之间速度不匹配的矛盾。 2.单道批处理系统 批处理技术是指在系统中配置一个监督程序,并在该监督程序的控制下,能够对一批 作业自动进行处理的技术。 早期采用批处理技术的系统,由于在内存中只能存放一道作业,故称为单道批处理系 统,而其中的监督程序就是操作系统的雏形。 单道批处理系统的处理过程如下:它将一批作业以脱机方式输入到磁带上,然后由配 置在系统中的监督程序将磁带上的第一个作业装入内存,并把运行的控制权交给作业;当 该作业处理完成或出现异常时,又把控制权交还给监督程序,再由监督程序调入磁带上的 第二个作业……直至磁带上所有的作业全部完成。 通过脱机输入和作业的自动过渡,单道批处理系统的确提高了机器资源的利用率,增 加了系统的吞吐量,但系统中的资源仍没能得到充分的利用。在单道批处理系统中,内存 中仅有一道程序,这不仅会造成内存的浪费,而且每逢该程序在运行中发出IO请求后, CPU便处于等待状态,必须在其IO完成后才能继续运行,因此,也造成了CPU利用率 的显著降低,且IO设备也无法得到充分利用。 第一章控制系统引论 >3 3.多道批处理系统 1)多道程序设计技术 为了进一步提高资源的利用率,引入了多道程序设计技术。所谓多道程序设计技术, 是指在内存中同时存放若干个作业,并使它们共享系统资源且同时运行的技术。在单处理 机环境下,这些作业仅在宏观上同时运行,而在微观上它们是交替执行的。 由于在内存中可同时存放多个作业,当正在执行的作业因IO等原因而暂停执行时, CPU可马上调度另一道作业执行,从而使系统中众多的O设备可与CPU并行地工作 多道程序设计技术可显著地提高内存、CPU与IO设备的利用率,增加系统的吞吐量 2)多道批处理系统 釆用多道程序设计技术的批处理系统被称作多道批处理系统。为了使系统中的多道程 序能协调地运行,多道批处理系统中必须配置一组软件,来解决多道程序对系统资源的共 享和争用问题。这组软件还应对系统中各个作业进行合理的组织和调度,并为用户提供使 用计算机的友好接口。这就形成了现代意义上的操作系统。 多道程序设计技术和批处理技术的采用,使多道批处理系统具有资源利用率高和系统 吞吐量大的优点。但是,多道批处理系统将用户和计算机操作员分开,而且用户作业要排 队、依次进行处理,故又具有用户无法直接与自己的作业进行交互和作业的平均周转时间 (指作业从进入系统开始,直至作业完成并退出系统为止所经历的时间)较长的缺点 4.分时系统 为了解决批处理系统无法进行人机交互的问题,并使多个用户(包括远程用户)能同时 使用昂贵的主机资源,又引入了分时系统。 分时系统是指,在一台主机上连接有多个配有显示器和键盘的终端,同时允许多个用 户通过自己的终端以交互方式使用计算机,共享主机中的资源。 分时系统的关键问题是使用户能与自己的作业进行交互,或者说,它追求的主要目标 是系统能及时响应用户的终端命令。为此,作业提交时应直接进入内存,并且系统中必须 采用按时间片轮转运行的分时技术,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。若在分配给终端作业的时间片内,作业仍未执行完,系 统也必须将CPU交给下一个作业使用,并等下一轮得到CPU时再继续执行。这样,在 段时间内,所有的作业都能执行一个时间片,系统便能及时地响应每个用户的请求,从而 使每个用户都能及时地与自己的作业交互。 分时系统具有以下特征 (1)多路性。一台主机上连有多个终端,因此允许多个用户同时共享一台主机,从而 显著地提高系统资源的利用率 (2)独立性。各个用户像独占主机一般,独立地工作,互不干扰。 (3)及时性。系统能按人们所能接受的等待时间(通常为1~3秒)及时响应用户的 请求 (4)交互性。用户能与系统进行广泛的人机对话,以请求系统为他提供诸如文件编辑、 数据处理、对数据库的访问以及数据打印等多方面的服务。

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