计算机操作系统习题集（汤子瀛）

### 计算机操作系统知识点详解 #### 一、操作系统的目标 设计现代操作系统的四大主要目标包括： 1. **方便性**：确保用户能够方便地访问系统资源和使用系统提供的服务。 2. **有效性**：提高资源使用的效率，使得系统运行更加高效。 3. **可扩充性**：操作系统能够随着新技术的发展而扩展新的功能和服务。 4. **开放性**：支持不同系统之间的互操作性和兼容性。 #### 二、操作系统的角色与作用 操作系统的三大作用体现在： 1. **作为用户与计算机硬件之间的接口**：简化用户与硬件之间的交互过程，提供友好的用户界面。 2. **作为计算机系统资源的管理者**：有效地管理各种硬件资源，如处理器、内存、输入输出设备等。 3. **作为扩充机器**：通过软件手段增强硬件的功能，为用户提供更多的服务。 #### 三、多道批处理系统的发展动力 多道批处理系统的形成和发展主要动力在于： - **提高资源利用率**：通过允许多个作业同时加载到内存并交替执行，有效利用了硬件资源。 - **增加系统吞吐量**：多个作业并发执行可以显著提高系统的处理能力和效率。 #### 四、输入输出操作模式 1. **脱机输入输出方式**：通过外围设备预先将数据写入磁带或其他存储介质，待需要时再快速读取到内存中。这种方式解决了CPU与输入输出设备速度不匹配的问题，提高了系统的整体效率。 2. **联机输入输出方式**：直接在主机控制下进行输入输出操作，这种方式更加灵活，但可能会导致CPU等待时间增加。 #### 五、分时系统的发展动力 分时系统的发展主要是为了满足用户的以下需求： - **人机交互**：让用户能够在系统上进行实时的互动操作。 - **资源共享**：允许多个用户共享同一台主机的资源。 - **易于上机**：简化用户操作流程，降低上机难度。 #### 六、实时任务与系统的分类 1. **实时任务分类**： - **周期性实时任务**：定期重复执行的任务。 - **非周期性实时任务**：随机发生、不可预测的任务。 - **硬实时任务**：必须在规定时间内完成的任务，否则会导致严重后果。 - **软实时任务**：虽然最好能在规定时间内完成，但延迟完成不会导致灾难性后果。 2. **实时系统分类**： - **实时控制系统**：用于实时监控和控制外部环境变化的系统。 - **实时信息处理系统**：对实时输入的信息进行处理后立即输出结果的系统。 #### 七、实现多道程序面临的问题 实现多道程序设计需要解决以下几个关键问题： 1. **处理机管理**：合理调度和分配处理器时间片。 2. **内存管理**：高效地分配和回收内存资源。 3. **输入输出设备管理**：优化I/O操作，减少等待时间。 4. **文件管理**：组织和管理文件系统，提供文件访问服务。 5. **作业管理**：管理和调度用户提交的作业。 #### 八、单道与多道批处理系统的比较 1. **单道批处理系统**： - 特点：自动性、顺序性、单道性。 - 优势：简化了系统的复杂度。 - 缺点：资源利用率较低。 2. **多道批处理系统**： - 特点：调度性、无序性、多道性。 - 优势：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。 #### 九、实现分时系统的关键问题 1. **及时接收**：通过设置多路卡等技术实现用户输入的即时接收。 2. **及时处理**：确保所有用户作业都能在较短时间内得到运行机会，采用内存管理策略让作业直接进入内存。 #### 十、实时操作系统的引入 实时操作系统的引入主要是为了更好地满足实时控制领域和实时信息处理领域的需求，确保任务能够及时响应和处理。 #### 十一、操作系统的主要特征 操作系统具有以下四个主要特征： 1. **并发**：允许多个程序同时执行。 2. **共享**：共享资源和信息以节省存储空间、提高资源利用率。 3. **虚拟**：通过模拟技术实现对资源的虚拟化。 4. **异步性**：多个程序的执行是独立且不可预知的。 其中最基本的特征是并发和共享。 #### 十二、内存管理的主要功能及其任务 内存管理的主要功能包括： 1. **内存分配**：为程序分配合适的内存空间。 2. **内存保护**：确保每个程序只能访问自己被分配的内存区域。 3. **地址映射**：将程序的逻辑地址转换为实际的物理地址。 4. **内存扩充**：通过虚拟存储技术扩展可用内存空间。 其主要任务是提高内存使用效率，确保程序安全运行。 #### 十三、处理机管理的功能及其任务 处理机管理的功能包括： 1. **进程控制**：创建、撤销进程，控制进程状态的变化。 2. **进程同步**：协调多个进程之间的关系，防止资源冲突。 3. **进程通信**：实现进程间的信息交换。 4. **调度**：根据不同的算法选择要执行的进程。 其主要任务是合理分配处理器资源，提高系统的整体性能。 #### 十四、设备管理的主要功能及其任务 设备管理的主要功能包括： 1. **缓冲管理**：缓存数据以减少设备间的等待时间。 2. **设备分配**：根据请求分配合适的设备资源。 3. **设备处理**：处理设备的中断请求，协调设备工作。 4. **虚拟设备**：通过共享设备模拟独占设备的行为。 其主要任务是提高设备的利用率，优化I/O操作。