计算机操作系统辅导第一章

计算机操作系统第一章操作系统概论1主讲：王斯锋汤小丹汤子瀛2计算机专业考研统考科目仍然包括四门计算机专业课：数据结构、计算机组成原理、操作系统和计算机网络，这四门课程合在一起称为计算机科学专业基础综合，共150分。

345计算机学科专业基础综合考试考查目标:计算机学科专业基础综合考试涵盖数据结构、计算机组成原理、操作系统和计算机网络等学科专业基础课程。要求考生比较系统地掌握上述专业基础课程的基本概念、基本原理和基本方法，能够综合运用所学的基本原理和基本方法分析、判断和解决有关理论问题和实际问题。6Ⅱ考试形式和试卷结构

一、试卷满分及考试时间本试卷满分为150分，考试时间为180分钟二、答题方式答题方式为闭卷、笔试

三、试卷内容结构数据结构

45分计算机组成原理

45分操作系统

35分计算机网络

25分四、

试卷题型结构单项选择题

80分（40小题，每小题2分）综合应用题

70分7操作系统【考查目标】1.

掌握操作系统的基本概念、基本原理和基本功能，理解操作系统的整体运行过程。2.掌握操作系统进程、内存、文件和I/O管理的策略、算法、机制以及相互关系。3.能够运用所学的操作系统原理、方法与技术分析问题和解决问题，并能利用C语言描述相关算法。

8推荐辅导教材1、《计算机操作系统》（第三版），汤小丹等编著，西安电子科技大学出版社。2、《计算机操作系统》学习指导与题解，汤子瀛主审，西安电子科技大学出版社。3、《操作系统》习题与解析，曾平，李春葆编著，清华大学出版社。4、《操作系统》考研辅导教程，郝文化主编，电子科技大学出版社。5、《操作系统学习指导和考试指导》（第二版），李善平编，浙江大学出版社。910操作系统之重点同步算法CPU调度算法银行家算法请求分页存储管理方式中的地址重定位过程页面置换算法SPOOLing技术磁盘驱动调度算法文件的三种物理结构的原理及其特点成组链接法11难点P,V题有些书也称为算法题，这类题目比较难出题，一般很多年才会出来一些较为新颖的题目，有些创新根本就是换汤不换药。考查大家的理解能力。而且一般难度比较大。可以说是操作系统题目的压轴题或者说是重头戏。这部分要花较多时间来复习，P,V操作题目才可以应对自如。12算法题该题型主要考查基本算法，整体难度不大。主要涉及内存管理、作业调度、进程调度、死锁(银行家算法)、磁盘调度、成组链接等算法集中的知识点。这部分分数也较多，希望大家自己多加练习。各高校知识考查主要集中在一下三部分：内存分配、作业（或进程）调度、银行家算法。应对策略：(1)要熟练基本算法。如内存分配算法、银行家算法、几个常见的调度算法等等，这个部分需要一定量的练习题。(2)总结规律。因为是算法题目，所以规律性很强，做题的方法、做题的形式等，这个需要自己去认真总结。13常考概念归纳临界区重定位：静态重定位、动态重定位操作系统的基本特征系统调用死锁的必要条件死锁原因信号量：信号量的物理意义P,V操作进程进基本特征进程控制块组成(PCB)进程上下文进程状态14进程与程序的区别联系为什么引入线程文件文件控制块组成(FCB)文件系统作业JCBSpooling技术虚拟存储技术通道目录中断原语15第一章操作系统引论操作系统概述这一章常出题的点主要是这些：操作系统的作用、定义，引入单道批处理系统、多道批处理、分时系统、实时系统的原因，这些不同阶段的操作系统各自的特点是什么，相互之间的差别在什么地方，各自追求的目标是什么；操作系统的基本特征和功能；操作系统的运行环境。16考查内容操作系统的作用、概念、特征、功能和提供的服务操作系统的发展与分类：三大操作系统的定义、特征及区别操作系统的体系结构和运行环境17第一章目录1.1操作系统的目标和作用1.2操作系统的发展过程1.3操作系统的基本特性1.4操作系统的主要功能1.5操作系统设计典型问题分析及实战练习18常见考试知识点分析1.1操作系统的目标和作用1、目标有四个：有效性，方便性，可扩充性和开放性。操作系统是为了提高计算机的利用率和方便用户使用计算机而配备的一种系统软件。这与计算机的规模有关，大型机注重有效性，微机注重方便性。又与操作系统的应用环境有关，查询系统注重响应性，实时系统注重实时性和高可靠性。有效性：提高系统资源利用率和提高系统的吞吐量19例1：简述为计算机设计操作系统要达到的目的以及在设计时所需考虑的目标解：操作系统是一种系统程序，其目的是为其他程序的执行提供一个良好的环境。它有两个主要设计目标：一是使计算机系统使用方便，二是使计算机系统能高效地工作20例2：简述操作系统如何为用户提供良好的运行环境。解：首先，操作系统要使得计算机系统使用方便：操作系统为用户提供方便的使用接口，用户按需要输入命令或从提供的“菜单”中选择命令，操作系统按命令去控制程序的执行，用户也可以请求操作系统的功能模块为其服务，而不必了解硬件的特性。其次，操作系统要使得计算机系统能高效地工作：操作系统扩充硬件的功能，使硬件的功能发挥得更好，操作系统使用户合理共享资源，防止各用户间的相互干扰，操作系统以文件形式管理软件资源，保证信息的安全和快速存取212、作用有四点：接口(从用户的观点):软件接口，命令方式、系统调用和图形、窗口方式（GUI）资源管理：处理器、存储器、I/O设备以及信息（数据和程序）扩展机器(从虚拟机的观点，是计算机资源的抽象);计算机工作流程的组织者(从任务组织的观点)定义：操作系统是指控制和管理计算机的软、硬件资源，合理地组织计算机的工作流程，为程序的运行提供一个良好环境，方便用户使用的程序集合。作业1：叙述操作系统的定义22操作系统与用户之间的接口：命令接口：操作员级，字符界面，DOS、UNIX、OS/2、Minux等。程序接口：程序员级，（系统调用接口、应用程序接口API（Win32,POSIXAPI,JavaAPI））GUI(GraphicsUserInterface)：图形界面，是系统调用的一种形式。

Windows、Linux、Macintosh23特权指令、管态/目态特权指令:为保护输入/输出的完整性，把启动I/O、设置时钟、设置控制寄存器等一类可能影响系统安全的指令定义为特权指令。特权指令只允许操作系统使用，用户程序不能使用特权指令。管态和目态：CPU的两种工作模式24用户程序…..trap指令………..查入口表传递参数启动系统调用程序后续处理trap处理子程序根据用户要求完成处理系统调用程序UNIX系统调用过程示意图25操作系统中，用户界面UI也称为用户接口，其含义有两种：一种是指用户与操作系统交互的途径和通道，另一种是指这种交互环境的控制操作系统，即操作环境。一般将第一种含义称为用户接口，第二种含义称为用户交互界面。有是两者混为一谈。操作系统界面有两类：命令行界面CLI或命令中断（Unix和Linux）和GUI界面(Windows、Linux和MacOS)。26例１：下列选项中，（）不是操作系统必须要解决的问题Ａ提供保护和安全机制Ｂ管理目录和文件Ｃ提供应用程序接口Ｄ提供Ｃ++语言编译器例2：用户在程序中试图读取存放在硬盘中某文件的第10逻辑块，使用操作系统提供的接口是（）A进程B

系统调用C库函数D图形用户接口27例3：下列选择中，（）不是操作系统关心的主要问题。（浙江大学2003年研究生试题）A管理计算机裸机B设计、提供用户程序与计算机硬件系统的界面C管理计算机系统资源D高级程序设计语言的编译器28例4：系统功能调用是（）（浙江大学2003年研究生试题）A用户编写的一个子程序B高级语言中的库程序C操作系统中的一条命令D

操作系统向用户程序提供的接口293、操作系统发展的动力有四点：

(1)不断提高计算机资源的利用率：批处理OS、SPOOLing、虚拟存储器技术等。

(2)方便用户：分时OS（多用户系统）、图形用户界面。

(3)器件的不断更新换代：8位、16位、32代、64位；磁盘的不断发展。

(4)计算机体系结构的不断发展：单处理机系统、多处理系统、网络系统。30

操作系统的发展始终围绕着两个主要目的：第一，操作系统试图调度计算活动以确保计算机系统的高性能。第二，操作系统提供一个便于开发和运行程序的环境。311.2操作系统的发展过程1、无操作系统的计算机系统：两个矛盾：人机矛盾和CPU-I/O设备速度不匹配的矛盾，通道技术、缓冲技术和脱机输入/输出方式。IBM1401、IBM70942、单道批处理系统：50年代中期，自动性、顺序性和单道性第一张卡片：$JOB：标识所需的最大运行暗、计费账号及程序员的名字，接着是$FORTRAN卡片，通知操作系统从磁带上装入FORTRAN编译器，之后才是源程序，然后是$LOAD卡片，通知操作系统装入编译好的目标程序，接着是$RUN卡片，告诉操作系统运行该程序并使用随后的数据。最后，$END卡片标志作业结束。代表：FMS、IBSYS（IBM7094）32多道程序设计思想是在主存中同时存放多个用户的作业，使之同时处于运行状态而共享系统资源。作业2：多道程序设计思想的含义是什么？目标是充分使用系统所有资源并尽可能地使它们并行工作，把硬件的代价交叉分布在大量并行用户之间，使计算机系统的代价极小化。优点：提高CPU的利用率；提高内存和I/O设备利用率；增加系统吞吐量。P8实现多道程序设计必须解决3个问题：存储保护、程序浮动、处理机及其他系统资源的管理和调度。333、多道批处理系统：60年代中期，多道性、无序性和调度性。追求的目标：不断提高资源的利用率，提高单位时间内的系统吞吐量。这是推动批处理操作系统发展的主要动力优点：资源利用率高、系统吞吐量大。缺点：平均周转时间长，无交互能力。特点：作业先到磁盘上，等待进入内存，一批作业形成后备作业队列。有专门的作业调度程序，不断检测内存使用情况，一旦发现内存充足，会立即选择若干个作业进入内存去运行，一般系统总是优先选择I/O型和计算型作业均衡个作业投入运行。解决的问题：处理机管理、内存管理、I/O设备管理、文件管理和作业管理问题。344、分时系统（TSS）：60年代中期，为了更好地满足用户的需要，关键是用户能与作业交互。人机交互、共享主机和便于用户上机。CTSS（7094）、MULTICS（MIT、BELL、GE，PL/I语言学，最后由MIT实现）、1961年DEC的PDP-1、KenThompson（BELL）、UNIX（AT&T的SystemV和BSD，IEEE制定了POSIX）、MINIX、LINUX（Linus

Torvalds）。追求的目标：交互性和响应时间推动分时操作系统发展的主要动力是：为了更好地满足用户的需要。具体实现：及时接收（多路卡连接终端）和及时处理特点：同时性、及时性、及时性和交互性。作业直接进入内存，不用经历作业调度。与批处理的区别：多路性（同时性，宏观上同时，微观上轮流）、独立性（独占）、及时性（1~3秒）和交互性。355、实时系统（RTS）：计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并且要在严格（规定）的时限内处理完接收的事件。实时控制：火炮的自动控制系统、飞机的自动驾驶系统、导弹的制导系统、嵌入式系统。实时信息处理：飞机或火车的订票系统、情报检索系统、图书资料查询系统。实时任务：硬实时任务和软件实时任务追求的目标：及时响应、快速处理和安全、可靠。即实时性和可靠性与分时的区别：多路性、独立性、及时性（微秒）、交互性和可靠性。作业3：从交互性、及时性以及可靠性三个方面，比较分时系统与实时系统。36例5：实时操作系统必须在（）内响应来自外部的事件。（西安电子科技大学2000年研究生试题）A响应时间B周围时间C规定时间D调度时间例6：多道程序设计是指（）（西安电子科技大学2002年研究生试题）A在实时系统中并发运行多个程序B在分布系统中同一时刻运行多个程序C在一台处理机上同一时刻运行多个程序D

在一台处理机上并发运行多个程序37例7、批处理系统的主要缺点是（）（清华大学1996年研究生试题）ACPU利用率低B不能并发执行C缺少交互性D以上都不是例8、分时系统中为了使多个不同用户能够同时与系统交互，最关键的问题（）A计算机具有足够快的运算速度B能快速进行内外存之间的信息交换C

系统能够及时接收多个用户的输入D短时间内所有用户都能运行38例9、实时操作系统对可靠性和安全性的要求极高，它（）A十分注意系统资源的利用率B不强调响应速度C不强求系统资源的利用率D不必向用户反馈信息39例10、多道程序设计的特点是多道、宏观上并行、微观上串行。（西安电子科技大学2001年研究生试题）例11、为了实现CPU与外部设备的并行工作，系统引入了中断硬件机制。（北京大学1997年研究生试题）例12、操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它管理和控制计算机系统中的软件和硬件资源。（清华大学1999年研究生试题）40例13、操作系统向用户提供了两类接口，一类是命令级接口，另一类是程序级接口。（西安电子科技大学2001年研究生试题）例14、多道程序的设计是利用了CPU和外设的并行工作能力来提高系统效率的。（陕西省1995年自考题）例15、对操作系统的总体设计目标来说，批处理操作系统应注重提高计算机的效率，尽量增加系统的平均吞吐量，分时操作系统应保证用户所能忍受的响应时间，而实时操作系统则应在保证及时响应和处理有关事件的前提下，再考虑系统资源的利用率。41例16、实时操作系统与分时操作系统的主要区别是及时性和高可靠性判断题目：1、采用多道程序设计的系统中，系统的程序道数越多，系统的效率越高。（西安电子科技大学2001年研究生试题）（×）2、操作系统的设计必须要保证进程具有可再现性。（电子科技大学1996年研究生试题）（√）3、多道程序设计是利用了CPU和通道并行工作来提高系统利用率的。（陕西省1998年自考题）（√）424、多道程序设计可以缩短系统中作业的执行时间。（陕西省1998年自考题）（×）5、时间片轮转法一般用于分时系统。（西安理工大学2001年研究生试题）（√）43问题：批处理系统和分时系统形成和发展的主要动力是什么？解：批处理：不断提高系统资源利用率和提高系统吞吐量（脱机输入/输出技术、多道程序设计技术）。分时：为了更好地满足用户的需要（分时使用CPU，人机交互，主机共享）44各类操作系统的定义批处理操作系统，按照预先写出的作业说明书控制作业的执行，作业执行无需人为干预。批处理操作系统实现了计算机操作的自动化。批处理操作系统大大提高了计算机系统的工作效率，具有以下特点：系统资源利用率高，系统吞吐量高；但批处理系统的用户不能直接干预作业的执行，即不具有人机交互能力。45分时操作系统，允许多个用户在与计算机相连的终端上同时与计算机系统进行一系列的交互，并使得每个用户感到好像自己独占一台支持自己请求服务的计算机系统。分时操作系统支持多道程序同时执行，实现了人机交互。46实时系统：计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并且要在严格的时限内处理完接收的事件。分实时控制系统和实时信息处理系统。47网络操作系统是为计算机网络配置的操作系统，网络操作系统把计算机网络中的各台计算机有机地联合起来，实现各台计算机之间的通信及网络中各种资源的共享。特点是：自治性、互连性、统一性，具有资源共享和信息交换功能等。48分布式计算机系统是由多台计算机组成并满足下列条件的系统：系统中任意两台计算机通过通信方式交换信息；系统中的每一台计算机都具有相同的地位，即没有主机也没有从机；每台计算机上的资源为用户共享；系统中的任意若干台计算机都可以构成一个子系统，并且还能重构；任何工作都可以分布在几台计算机上，由它们并行工作协同完成。496微机操作系统的发展8位CP/M、16位、32位、64位单用户单任务操作系统：CP/M（1974年GaryKildall，DigitalResearch）、MS-DOS（Gates、TimPaterson、XENIX）单用户多任务操作系统：Macintosh（DougEngelbart道格·恩格尔巴特、GUI(GraphicsUserInterface)、SteveJobs）、Windows、WindowsNT、Windows2000、WindowsME多用户多任务操作系统：UNIX（BELL）、XENIX（MS）、AIX（IBM）、Solaris（SUN）、Linux507、嵌入式操作系统嵌入式操作系统是指运行在嵌入式计算机系统中对各种部件、装置等资源进行统一协调、处理和控制的系统软件。主要特点是：微型化和实时性。在保证应用功能的前提下都采用微型化、低功耗的结构。应用于过程控制、数据采集、传输通信等场合.嵌入式系统一般没有核心态。PalmOS和WindowsCE智能卡操作系统511.3操作系统的特征和服务1、操作系统的特征（1）并发性：最重要并发和并行，多道程序设计技术，进程，中断，通道等概念。多道程序设计的实现基础是计算机系统具有处理器和外围设备并行工作的能力。这种能力是在中断和通道技术出现后才有的。实现了CPU和I/O设备的并行工作。（2）共享性：系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。互斥共享和同时访问。进程Process和线程Threads52（3）虚拟技术：通过某种技术把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。时分复用和空分复用（4）异步性：即不确定性并发和共享互为存在的条件。虚拟以并发和共享为前提，异步性是并发和共享的必然结果532、操作系统的服务（略）

OS为程序和用户了一系列的操作系统服务，而且这些服务可使程序员更容易地完成他的工作。（1）操作系统的公共服务类型：程序执行、I/O操作、文件系统操作、通信和差错检测。（2）系统调用的类型。系统调用的类型是根据操作系统所提供服务的功能来决定的。分：进程管理、设备管理、文件操作、信息维护以及通信。54系统调用类型进程控制：结束，放弃，装入，执行，创建进程，终止进程，取得进程属性，设置进程属性，等待时间，等待事件，唤醒事件，分配和释放内存。文件管理：创建文件，删除文件，打开，关闭，读、写、重定位，取得文件属性，设置文件属性。设备管理：请求设备，释放设备，读、写、重定位，取得设备属性，设置设备属性，逻辑连接或断开设备。55信息维护：读取时间或日期，设置时间或日期，读取系统数据，设置系统数据，读取进程、文件、设备属性，设置进程、文件、设备属性。通信：创建、删除通信连接，发送、接受消息，传递状态信息，连接或断开远程设备。56操作系统介于计算机硬件系统和其他所有软件系统之间，为所有软件系统使用计算机硬件提供各项服务。操作系统实现的是与硬件有关，而与应用无关的工作。弥补了硬件最原始的使用方式与现在用户所使用的灵活方便的接口方式之间的间隙。应用软件实现的是与应用有关，而与硬件无关的工作。操作系统追求的基本目标是用户使用计算机的方便性，以及计算机硬件的高效率运行。57系统调用是操作系统向程序员提供服务的唯一途径。在最底层，系统调用允许运行程序直接向操作系统发出请求。在高层，命令解释程序接受用户发出的请求。命令可以来自文件或直接来自键盘输入，进而，命令解释程序通过系统调用满足用户的操作要求。58系统调用的实现过程：系统调用是操作系统提供给软件开发人员的唯一接口，开发人员可以利用它使用系统功能。OS核心中都有一组实现系统功能的过程（子程序），系统调用是对上述过程的调用。为实现系统调用，系统设计人员为实现各种系统调用功能的子程序编造入口地址表，每个入口地址都与相应的系统子程序名对应起来，然后，由陷阱处理程序把陷阱指令中所包含的功能号与该入口地址表中的有关项对应起来，从而由系统调用功能号驱动有关系统子程序执行。系统调用的实现需要通过中断59中断及中断响应中断是指在程序执行过程中，遇到急需要处理的事件时，暂时中止现行程序在CPU上的运行，转而执行相应的事件处理程序，处理完后再返回断点或调度其他程序。中断是指CPU对系统中发生的异步事件的响应或处理，与正运行的进程无关，如：I/O中断事件、时钟中断事件、电源故障中断事件等。异步事件是指无一定时序关系而随机发生的事件，与正运行的进程有关，如：执行到trap或执行的指令操作码无效、地址错、地址越界、浮点运算溢出等。中断的作用：充分发挥处理机的使用效率；提高系统的实时处理的能力。中断的处理过程：发现中断源，提出中断请求；保护现场；启动并运行处理中断事件的体育场。60引起中断产生的事件称为中断源。中断源向CPU发出的请求中断处理的信号称为中断请求。而CPU收到中断请求后转向相应事件处理程序的过程称为中断响应。发生中断时，刚执行完的那条指令所在的单元号称为断点，断点的逻辑后继指令的单元号称为恢复点。而现场是指中断的那一时刻能确保程序继续运行的有关信息。中断向量用来存放中断处理程序的入口地址的地址，中断向量中每个中断信号占用连续的两个单元，一个单元用来存放中断处理程序的入口地址，另一个单元用来保存在处理中断时CPU应具有的状态。中断屏蔽是指系统用软件方式有选择地封锁部分中断而允许其余部分中断仍能得到响应。61中断优先级是按中断事件的重要性和紧迫程序来确定的，是由硬件设计时固定下来的。依次：硬件故障中断、自愿中断、程序性中断、外部中断和输入/输出中断。中断屏蔽：中断处理程序只能屏蔽比自己优先级低的事件，并且不能屏蔽自愿中断。62中断类型1、强迫性中断事件：不是正在运行的进程所期待的，是由于外部的请求或某些意外事故而迫使正在运行的进程被打断。硬件故障中断：电源电压超出范围程序性中断事件：非法操作码、地址越界、0除、定点溢出等外部中断事件输入/输出事件2、自愿性中断事件：正在运行的进程所期望的中断事件，是正在运行的进程执行一条访管指令引起的中断。又称为访管中断。如：请求分配内存、请求启动设备等。63自愿性中断是正在运行的程序有意识的安排，是由于程序员在编制程序时，要求操作系统提供服务而有意使用访管指令或系统调用，从而导致程序中断，称为访管中断。访管中断是由访管指令调用引起的。访管指令由参数区、参数和操作数组成。当CPU执行到访管指令时，将操作数存入到主存中约定的单元，然后产生访管中断，引出操作系统来处理访管中的具体要求。中断向量是指中断处理程序（或叫中断服务例行程序）的入口地址的地址。64硬中断分为外中断和内中断。外中断，又称中断，是指来自于处理器之外的中断信号，包括时钟中断、键盘中断、设备中断等。内中断又称为异常，是指来自CPU内部的中断信号。异常分为三种：访管中断，由系统调用引起硬件故障中断，电源失效，奇偶校验错误，总线超时等程序性中断，非法操作，地址越界，页面故障，除数0,浮点溢出等。所有这些异常均由异常处理程序处理，且不能被屏蔽。65中断和异常的区别：中断是由于当前程序无关的中断信号触发的，CPU对中断的响应是被动的，且与CPU模式无关，即可发生在用户态，也可发生在核心态，一般发生在两条机器指令之间才响应中断。异常是由CPU控制单元产生的，源于现行程序执行指令过程中检测到例外，大部分异常发生在用户态，异常处理程序在当前程序的上下文执行。在两条指令中间，CPU会检查中断寄存器是否有中断事件发生，若无中断信号或中断信号被屏蔽，则继续执行后续指令，否则将暂停当前程序，转向内核的中断处理程序。66中断和异常的响应需要做四件事：发现中断源保护现场转向中断/异常处理程序恢复现场67中断处理过程（1）唤醒被阻塞的驱动程序进程。（2）保护被中断进程的CPU环境。程序是指令在N位置时被中断的，程序计数器中的内容为N+1，所有寄存器的内容都被保留在中断保留区（栈）中。（3）分析中断原因、转入相应的设备中断处理程序。（4）进行中断处理。不同的设备有不同的中断处理程序。（5）恢复被中断进程的现场。处理机再执行本程序时，从N+1开始。恢复的内容：包括第N+1条指令的地址、处理机状态字PSW、通用寄存器和段寄存器的内容注：此处与缺页中断和缺段中断相区别68例:中断与程序并发之间的关系是什么？解：中断是程序并发的前提条件。如果没有中断，操作系统不能获得系统控制权，无法按调度算法择处理机进行重新分配，一个程序将一直运行到结束而不会被打断。69中断处理过程和子程序调用之间的区别（1）调用方式不同。软件中断由INT指令调用，子程序用CALL指令调用，CPU中断和硬件中断无需指令调用，而是由CPU识别或由硬件提出申请，系统自动响应。（2）系统保护的值不同。中断调用时，系统会把标志寄存器（程序状态字PSW）、CS（代码段寄存器）和IP（指令指针寄存器）三个字的内容依次入栈保存；子程序调用时，系统只入栈保存IP或者CS和IP，即不用保存标志器（PSW）70（3）返回方式不同。中断返回指令是IRET，从堆栈中弹出三个字的数据。子程序返回的指令是RET，根据子程序的NEAR或者FAR类型分别弹出一个或两个字的内容。（4）共享方式不同（5）在内存中存在的时间不同。中断服务程序长期驻留在内存中，子程序随着可执行文件的结束而结束。711.4操作系统的主要功能1、处理机管理功能：进程控制、进程同步、进程通信、调度。2、存储器管理功能：内存分配、内存保护、地址映射、内存扩充。3、设备管理功能：缓冲管理、设备分配、设备处理。4、文件管理功能：文件存储空间的管理、目录管理、文件的读/写管理和保护。5、操作系统与用户之间的接口：用户接口、程序接口6、作业管理：负责作业的调度和作业控制72运行环境1.5特权指令计算机中不允许用户直接使用的指令称为特权指令，如：I/O指令、置中断指令、把PSW送入程序状态寄存器等指令。1.6目态和管态为了避免用户使用特权指令，防止用户程序破坏操作系统内核代码和数据，大多数计算机硬件机构将CPU执行状态分了两种操作模式：目态和管态。73管态，又称系统状态、核心状态，具有较高的特权，能执行一切指令，访问所有寄存器和存储区。操作系统内核运行在系统状态。目态，又称用户状态，具有较低特权的执行状态，只能执行规定的指令、访问规定的寄存器和存储区。用户程序运行在用户状态。74用户程序一般是启动后运行在目态，处于目态的程序是不能使用特权指令的。操作系统中必须使用特权指令的那部分程序运行在管态。目态转换为管态的唯一途径是中断。管态到目态通过修改程序状态字来实现。75例：下列哪些指令必须是特权指令？A改变存储器管理的寄存器B写程序指令C读取日期时钟D设置日期时钟E改变处理器的优先级解：ABDE76例：处理机为什么要区分核心态和用户态两种操作系统方式？什么情况下进行两种方式的转换？解：在CPU中运行的操作系统程序和用户程序对应的机器指令集是不同的。操作系统程序使用所有指令，用户程序只能使用部分指令。从资源管理和程序控制执行的角度出发，将指令系统分为两大部分：特权指令和非特权指令。在程序执行时候，根据执行程序对资源和机器指令的使用权限，把机器设置为两个状态：核心态和用户态。77当系统处于核心态时，可以使用所有指令、资源，并具备改变CPU状态的能力，而当CPU在用户态时，只能使用非特权指令。如果CPU执行用户程序时，出现了中断，系统将自行转到中断处理程序，CPU由用户态转到核心态，中断处理结束后，返回继续执行用户程序，此时，CPU又由核心态转到用户态中。781.7操作系统结构设计设计目标：系统设计的第一个问题是定义系统的目标和规格。设计需求：用户目标和系统目标用户目标：系统应该方便和容易使用、容易学习、可靠、安全和快速。系统目标：操作系统应该容易设计、实现和维护，也应该灵活、可靠、高效且没有错误。操作系统的规格和设计是属于高度创造性工作。设计原则：使得计算机系统使用方便和使得计算机系统能高效地工作。结构设计追求的目标：正确性、高效性、可维护性和可移植性。79机制与策略的区分机制决定如何做，策略决定做什么。实现：传统的操作系统是用汇编语言编写的，现在操作系统是用C或C++编写的。MS-DOS是用Intel8088汇编语言编写的，只能用于地Intel类型的CPU。第一个不是用汇编语言编写的系统是用于Burroughs计算机的主控程序MCP，它是用ALGOL语言编写的。MIT开发的MULTICS用PL/1语言编写的。Linux和WindowsXP是用C语言编写的。内存管理器和CPU调度程序是最为关键的子程序。801、传统的操作系统结构：无结构操作系统2、无序的模块化结构OS：每个模块设一个子程序，相互调用，成网状，模块直接与硬件有关，难以维护，每一次扩充需要先打破多个关系，移植性差。这是早期系统常用的体系结构。3、分层式结构OS(最成熟)：操作系统按功能分为多个模块，按相互作用关系划归不同的层次，各层之间单向依赖，不构成循环，简化关系、修改扩充容易、一致性、可靠性和可适应性提高。所有功能模块都在核心态工作，如：UNIX和Linux操作系统。优点：在于构造和调试的简单化。每层只能利用较低层的功能和服务。简化了系统的设计和实现。问题：层的详细定义困难，效率差。81例：在操作系统结构设计中，层次结构的操作系统最显著的不足是（）A不能访问更低的层次Ｂ太复杂且效率低Ｃ设计困难Ｄ模块太少824、客户/服务器模式5、面向对象的程序设计6、微内核OS结构：操作系统由两部分组成（两层），内核是最基本和必须的部分，用户态下是以客户/服务器方式活动的（服务）进程层。各服务进程（简称服务器）相对独立，且依赖于内核，其功能和内容可增可减。优点：便于扩充操作系统（新服务在用户空间增加，不需要修改内核），缺点：系统功能总开销的增加而导致系统性能的下降。内核功能：进程通信、虚拟存储、线程管理、中断处理及与硬件相关部分。服务器：文件系统、操作界面、内在服务和网络服务等。83例1：比较分层式结构与模块式结构的异同例2：微内核结构具有哪些优点？解：提高了系统的灵活性和可扩充性、提高了OS的可靠性。适用于分布式系统。例3：从宏观结构上看，操作系统有哪几种结构设计方法？你认为哪几种方法较好？为什么？（武汉大学1999年研究生试题）解：单处理系统下，主要分为：整体式结构模式和层次式结构设计模式。多处理机系统中，主要模式有：客户/服务器结构（微内核）模式、对象模式、对称多处理模式。84例4、什么是分布式操作系统？它与网络操作系统有何不同？试说明分布式操作系统或网络操作系统在传统的操作系统管理模式上需要哪些改进？（西北大学2000年研究生试题）解：分布式操作系统是以实现并行任务分配，并行进行通信，分布控制机构，以及实现分散资源管理等功能为目的的系统程序。网络操作系统是以资源共享和信息交换为目的的操作系统。它们都是多机系统的支撑软件，都基于I/O或网络互联，但，网络操作系统是在本机局部操作系统之上建立的，形成了两个层次；而分布式操作系统则是以计算机网络为基础所构成的一个独立的整体，它对用户来说是透明的。除了传统功能，还应提供以下功能：实现网络中各节点机之间的通信实现中硬、软件资源的共享提供多种网络服务软件提供网络用户的应用程序接口85例5：试对分时操作系统和实时操作系统进行比较解：1、实时操作系统与分时操作系统一样都能为多个用户服务。系统按分时原则为多个终端用户服务；而对实时控制系统，则表现为经常对多路信息进行采集以及对多个对象或多个执行机构进行控制2、实时操作系统与分时操作系统一样，每个用户各占一个终端，彼此独立操作，互不干扰。用户感觉就像他一人独占计算机，而在实时控制系统中信息的采集和对象的控制也都是彼此互不干扰的。86例6：试按层次结构的原则从内到外将操作系统各部分重新排列。（中科院计算所1997年研究生试题）解：按层次结构的原则从内到外依次为：裸机，CPU调度，进程同步操作，内存管理，作业管理，设备管理，文件管理，命令管理和用户。873、实时操作系统对响应时间的要求与分时操作系统类似，都是以人所能接受的等待时间来确定的；而实时控制系统的响应时间则是以控制对象所能接受的延时来确定的。4、分时操作系统是一种通用系统，主要用于运行终端用户程序，因此它具有较强的交互能力。而实时操作系统虽然也有交互能力，但其交互能力不及前者。5、分时操作系统要求系统可靠，相比之下，实时操作系统则要求系统高度可靠。88考核要点：操作系统的定义，操作系统的特点，操作系统的功能及分类，多道程序设计。基础要点：(1)现代操作系统的两个最基本的特征是并发和共享。(2)操作系统是一种系统软件。(3)批处理操作系统的主要缺点是缺少交互性。(4)操作系统的三种基本类型是批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统。89(5)允许多个用户以交互方式使用计算机的操作系统称为分时系统，允许多个用户将多个作业提交给计算机集中处理的操作系统称为批处理操作系统，计算机系统能及时处理过程、控制数据并做出响应的操作系统称为实时操作系统。(6)批处理操作系统提高了计算机系统的工作效率，但用户不能直接干预作业的执行。(7)操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它管理和控制计算机系统中的资源。(8)从用户的观点出发，操作系统是用户和计算机之间的接口。90(9)实时系统应具有两个基本特征：及时性和高可靠性。(10)操作系统中采用多道程序设计技术后，提高了CPU和外部设备的利用率。(11)多道运行的特征之一是宏观上并行，它的含义是同时进入系统的几道程序都处于运行过程中，即它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕。(12)操作系统的特征是并发性、共享性、虚拟性和不确定性91(13)操作系统的五大功能是：处理机管理、存储器管理、信息管理、设备管理和作业管理。(14)实时操作系统必须在规定时间内处理完来自外部的事件。(15)多道程序设计技术是指将一个以上的作业放入主存，并且同时处于运行状态，这些作业共享处理机和外围设备等资源。92典型问题分析1、批处理系统和分时系统形成和发展的主要动力是什么？批处理：不断提高系统资源利用率和提高系统吞吐量（脱机输入/输出技术、多道程序设计技术）。分时：为了更好地满足用户的需要（分时使用CPU，人机交互，主机共享）2、实现分时系统的关键问题是什么？人机交互。3、试从交互性、及时性和可靠性三个方面，比较分时系统与实时系统。4、操作系统具有哪些特征，它们之间有何关系？并发和共享互为存在的条件。虚拟以并发和共享为前提，异步性是并发和共享的必然结果5、比较分层式结构与模块式结构的异同6、微内核结构具有哪些优点？提高了系统的灵活性和可扩充性、提高了OS的可靠性。适用于分布式系统。93实战练习1、在计算机系统中配置操作系统的主要目的是(A)。操作系统的主要功能是管理计算机系统中的(B)，其中包括(C)、(D)，以及文件和设备。这里的(C)管理主要是对进程进行管理。A(1)增强计算机系统的功能；(2)提高系统资源的利用率；(3)提高系统的运行速度；(4)合理组织系统的工作流程，以提高系统吞吐量。B(1)程序和数据；(2)进程；(3)资源；(4)作业；(5)软件；(6)硬件C，D:(1)存储器；(2)虚拟存储器；(3)运算器；(4)处理机；(5)控制器。942、操作系统是一种(A)，它负责为用户和用户程序完成所有(B)的工作，(C)不是操作系统关心的问题。A(1)应用软件；(2)系统软件；(3)通用软件；(4)软件包B(1)与硬件无关并与应用相关；(2)与硬件相关而与应用无关；(3)与硬件无关而与应用相关；(4)与硬件相关并与应用相关。C(1)管理计算机裸机；(2)设计、提供用户程序与计算机硬件系统的接口；(3)管理计算机中的信息资源；(4)高级程序设计语言的编译。953、从下面关于并发性的论述中选出一条正确的论述。(1)并发性是指若干事件在同一时刻发生。(2)并发性是指若干事件在不同时刻发生。(3)并发性是指若干个事件在同一时间间隔内发生。(4)并发性是指若干个事件在不同时间间隔内发生。964、订购机票系统处理来自各个终端的服务请求，处理后通过终端回答用户，所以它是一个()。A分时系统B多道批处理系统C计算机网络D

实时信息处理系统5、批处理操作系统的目的是()。A提高系统与用户的交互性能B

提高系统资源利用率C降低用户作业的周转时间D减少用户作业的等待时间976、()不是设计实时操作系统主要的追求目标A安全可靠B

资源利用率C及时响应D快速处理。7、()是操作系统最重要的两个目标A可扩充性和开放性B方便性和开放性C可扩充性和有效性D方便性和有效性988、()是操作系统必须提供的功能AGUIB为进程提供系统调用命令C

处理中断D编译源程序9、中断向量地址是()A子程序入口地址B中断服务例行程序入口地址C中断服务例行程序入口地址的地址D例行程序入口地址9910、以下关于计算机系统的描述错误的是()A计算机系统是按用户的要求接受和存储信息，自动进行数据处理并输出结构信息的系统B用户使用计算机系统，实际上是在使用计算机系统的资源C计算机系统由硬件子系统和软件子系统组成D计算机系统资源包括CPU、存储器以及各种输入/输出设备10011、操作系统是一种系统软件，它()A方便用户使用计算机B既能管理软件，又能管理硬件C控制程序的执行D只能管理12、以下有关操作系统设计目标描述错误的是()A操作系统的目标之一是使得计算机系统能高效地工作B操作系统是一种系统程序，其目的是提供一个供其他程序执行的良好环境C操作系统的目标是虚拟机D操作系统的目标之一是使得计算机系统使用方便10113、下列系统中，()是实时系统A火炮的自动控制系统B管理信息系统C办公自动化系统D计算机集成制造系统14、下列关于批处理操作系统的叙述中错误的是()A“通道”和“中断”技术的出现，使得输入/输出设备与CPU可并行工作B批处理系统可分为单道批处理系统和多道批处理系统C批处理系统具有用户与计算机的直接交互能力，提高了系统资源的利用率D单道批处理系统是一种单用户操作系统10215、如果n是某一物理所对应的虚拟的逻辑设备数，则虚拟设备的速度必然是物理设备速度的()A1/nBn2C2nDn(n-1)16、下面关于计算机系统和操作系统的叙述中错误的是()A操作系统是一种系统软件B计算机硬件是操作系统赖以工作的实体，操作系统的运行离不开计算机硬件的支持C计算机系统是一个资源集合体，包括软件资源和硬件资源D

操作系统是独立于计算机系统的，它不属于计算机系统10317、在一段时间内只允许一个进程访问一资源称为()A共享资源B

临界资源C互斥资源D管理资源18、实时操作系统对可靠性和安全性要求极高，它()A不必向用户反馈信息B十分注重系统资源的利用率C

不强求系统资源的利用率D不强调响应速度10419、SPOOLing技术用于()A

设备管理B作业管理C存储管理D处理机管理20、计算机网络可以定义为一些互连的自主计算机系统的集合，所谓自主计算机是指()A一台远程计算机B

计算机具有独立处理能力C配置完整的计算机D带有打印机的计算机10521、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，该接口又可进一步分为()A联机用户接口和脱机用户接口B程序接口和图形接口C联机用户接口和程序接口D脱机用户接口和图形接口22、进程同步有两种协调方式，它们是()A进程互斥方式和进程共享方式B进程异步方式和进程同步方式C进程互斥方式和进程独立方式D

进程互斥方式和进程同步方式10623、若把操作系统看作计算机系统资源的管理者，下列的（）不属于操作系统所管理的资源。A程序B内存C

CPU

D中断24、在下列操作系统的各个功能组成部分中，（）不需要硬件的支持。A进程调度B时钟管理C地址映射D中断系统10725、下列关于操作系统的叙述中正确的是（）A批处理作业必须具有作业控制信息B分时系统不一定都具有人机交互功能。C从响应时间的角度来看，实时系统与分时系统差不多。D由于采用了分时技术，用户可以独占计算机的资源。108基础知识点1、多道运行的特征之一是宏观上并行，它的含义是：同时进入系统的几道程序都是处在运行过程中，即它们先后开始了各自的运行，但均没有运行完。2、Windows95/98是单用户多任务类型的操作系统，WindowsNT是多用户任务类型的操作系统，DOS是单用户单任务类型的操作系统。3、多道程序设计的特点多道、宏观上并行和微观上并行。1094、操作系统是对计算机进行控制和管理程序，是合理组织计算机系统的工作流程和用户的接口。5、批处理系统主要解决吞吐量问题，分时系统主要解决交互性问题。6、所谓操作系统虚拟机的概念，是指操作系统为用户使用计算机提供了许多服务，从而把一台难于使用的裸机改造成了功能更强大、使用更方便的计算机系统，这种计算机系统称为虚拟机1107、计算机处于目态时，不能执行特权指令8、虽然不同操作系统具有各自的特点，但它们都具有以下4个基本特征：并发、共享、虚拟和异步。9、一般来说，操作系统的主要功能有处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和作业管理。10、用户接口通常分为命令接口和程序接口。111操作系统中，用户界面也称为用户接口，其含义有两种：一种是指用户与操作系统交互的途径和通道，另一种是指这种交互环境的控制操作系统，即操作环境。一般将第一种含义称为用户接口，第二种含义称为用户交互界面。11211、现代网络操作系统，系统向程序员提供了基于SOCKET的TCP/IP接口，在操作系统的核心实现了TCP/IP协议的几个基本层次：网络层（IP/ICMP）；传输层（TCP、UDP）；Socket接口属于操作系统提供用户接口的网络编程接口。12、操作系统的主要参数有有效性、方便性。13、中断响应应将保留处理机状态字和指令计数器的内容，这项工作是由计算机的硬件完成的。11314、实时信息处理是实时应用的一种，例如飞机订票系统、情报检索系统和图书资料查询系统是实时处理的例子。11415、处理机为什么要区分核心态和用户态两种操作方式，什么情况下进行两种方式的转换？从目态转换为管态的惟一途径是中断。从管态到目态通过修改程序状态字来实现，它将伴随由操作系统程序到用户程序的转换。16、批处理系统的主要特征用户脱机作业。成批处理作业。多道程序运行。作业周转时间长。11517、为什么说直到出现中断和通道技术后，多道程序概念才变得真正可用？多道程序设计是指允许多个程序同时进入一个计算机系统的主存储器并进行计算的方法。这些程序共享处理机时间和外部设备及其他资源。当一道程序因某种原因而暂停执行时，CPU立即去执行另一道程序。多道程序设计技术的实现基础是计算机系统具有处理器和外围设备并行工作的能力。通道技术和中断技术相结合就可实现CPU与I/O设备并行工作。11618、操作系统的主要性能参数有吞吐率和利用率等。19、实时操作系统与分时操作系统的主要区别是及时性和高可靠性。20、在分时和批处理系统相结合的操作系统中引入了“前台”和“后台”作业的概念，其目的是为了提高CPU的利用率。21、采用多道程序设计技术能充分发挥CPU与外设的并行工作的能力。117综合应用题1、A、B两个程序，程序A按顺序使用CPU10s，使用设备甲5s，使用CPU5s，使用设备乙5s，最后使用CPU10s。程序B按顺序使用设备甲10s，使用CPU10s，使用设备乙5s，使用CPU5s，使用设备乙10s。试问：（1）在顺序环境下执行程序A和程序B，CPU的利用率是多少？（2）在多道程序环境下，CPU的利用率是多少？2、比较说明几种基本操作系统类型的实现方式和特点？118批处理操作系统。批处理操作系统按照预先写好的作业说明书控制作业的执行，作业执行无需人为干预，批处理操作系统实现了计算机操作的自动化。批处理操作系统大大提高了计算机系统的工作效率，具有以下特点：系统资源利用率高，系统吞吐量高，但批处理系统的用户不能直接干预作业的执行，即不具有人机交互的能力。119分时操作系统。分时操作系统允许多个用户在与计算机相连的终端上同时与计算机系统进行一系列的交互，并使得每个用户感到好像自己独占一台支持自己请求服务的计算机系统。分时操作系统支持多道程序同时执行，实现了人机交互，具有如下特点：同时性、独立性、及时性、交互性。120实时操作系统。实时操作系统是有人为干预的监督和控制系统。实时操作系统具有以下特征：及时响应、快速处理、实时系统的时间要求是强制性严格规定的，仅在限定