====第一章总结及习题======(1)https://developer.aliyun.com/article/1415728
1.3.2 OS的基本特征和功能中的典型问题分析
【例7】操作系统具有哪几大特征?他们之间有何关系?
并发性、虚拟性、资源共享性、异步性，他们的关系如下：
（1）并发性和资源共享性是操作系统最基本的特征。为了提高计算机资源的利用率。OS必然要采用多道程序设计技术，使多个程序共享系统的资源，并发地执行。
（2）并发性和资源共享性互为存在的条件。一方面资源的共享是亿进程的并发执行为条件的，若系统不允许程序并发执行，自然不存在资源共享的问题；另一方面，若系统不能对资源共享实施有效管理，协调好诸多进程对共享资源的访问，也必将影响到程序的并发执行，甚至根本无法并发执行。
（3）虚拟性以并发性和资源共享性为前提。为了使并发进程呢个更方便、更有效的共享资源。操作系统常采用多种虚拟技术在逻辑上增加CPU和设备的数量以及存储器的容量，从而解决众多并发进程对有限的系统资源的争用问题。
（4）异步性是并发性和资源共享性的必然结果。操作系统允许多个并发进程共享资源、相互合作，使得每个进程的运行过程收到其他进程的制约，不在“一气呵成”，这必然导致异步性特征的产生。
1.3.3 分层式和微内核结构中的典型问题分析
【例8】试比较分层式结构与模块式结构的异同
分层式结构与模块式结构一样具有模块化的特征。分层式结构也要将复杂的操作系统按其功能分成若干个比较简单、相对独立的模块；为了使模块之间能够交互，他也必须规定模块之间的接口，因此，分层结构具有模块结构式的优点
分层式与模块式结构的主要区别在于,分层式结构中各模块之间是有序的.分层式结构将各功能模块按他们的功能流图的调用次序安排成若干层,各层之间的模块不能像模块式结构那样通过接口毫无规则的相互依赖、互相调用，而只能是单项依赖或者是但向调用，即每层中的模块只能使用较底层模块提供的服务和功能将。因此，分层式结构中，模块之间的组织结构和毅力来关系更加清晰，这不仅增加了系统的可读性和可适应性，同时还可以使每一层建立在可靠地基础上，从而提高系统的可靠性。
【例9】微内核结构具有那些优点？为什么？
（1）提高了系统的可拓展性。在微内核中，OS的大部分功能，都是由相对独立的服务器来实现的，用户可以根据需要，选配其中的部分或全部’服务器；还可以随着计算机硬件和OS技术的发展，相应地更新若干服务器或增加一些新的服务器。
（2）增强了OS的可靠性。由于所有的服务器都是运行在用户态，他们不能直接访问硬件，因此，当某个服务器出现错误时，通常只会影响到自己，而不会引起内核和其他服务器的损坏和崩溃。
（3）可移植性更好。在为内核OS中，所有与特定CPU 和I/O设备硬件相关的代码，均放在内核和内核下面的硬件隐藏层中，而操作系统其他绝大部分均与硬件平台无关，因而，把操作系统移植到另一硬件平台上的改动比较小。
（4）适用于分布式系统。对用户进程（即客户）而言，如果他通过系统消息传递与服务器通信，那么他只需要发送一个请求，然后等待服务器发来的响应，而根本无需知道这条消息是在本地机就地处理还是通过网络送给远地机上的服务器处理。
1.4习题（不再分选项）
1.4.1 选择题
在计算机系统中配置操作系统的主要目的是提高系统资源的利用率，操作系统的主要功能是管理计算机系统中的资源，其中包括存储器、处理机以及文件和设备。这里的处理机管理主要是对进程进行管理。
操作系统有多种类型：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；允许多个用户将若干个作业提交给计算机系统集中处理的操作系统称为批处理操作系统；在实时操作系统的控制下，计算机系统能及时处理由过程控制反馈的数据，并做出响应；在IBM-PC机上的操作称为微机操作系统.
操作系统是一种系统软件，它负责为用户和用户程序完成所有与硬件相关并与应用无关的工作，高级程序设计语言的编译不是操作系统关系的主要问题。
用户在程序设计过程中，可通过系统调用来获得的操作系统的服务。
在OS中采用多道程序设计技术，能够有效地提高CPU，内存好I/O设备的利用率为实现多道程序设计需要有更大的内存
推动批处理系统形成和发展的主要动力是提高系统资源的利用率，推动分时系统形成和发展的动力是方便用户，推动微机OS发展的主要动力室计算机硬件的不断更新换代
在设计分时操作系统时，首先要考虑的是交互性和响应时间；在批处理操作系统首先要考虑的是周转时间和系统吞吐量，在设计实时操作系统时，首先要考虑的是实时性和可靠性
在多道批处理系统中，为了充分利用各种资源，系统总是优先选择计算型和I/O型均衡的多个作业投入运行；为了提高吞吐量，系统总是想方设法缩短用户作业的周转时间
略(1)
分时系统的响应时间(及时性)主要是根据用户所能接受的等待时间确定的，而实时系统的响应时间则是由控制对象所能接受的时延确定的
在分时系统中，为使多个用户能够同时与系统交互，最关键的问题是能在一较短时间内,使所有用户程序都得到运行;当用户数目为100时,为保证响应时间不超过2秒,此时时间片最大应为20ms==
分时系统和实时系统都具有交互性,实时系统的交互性允许用户访问专用服务程序分时系统的交互性允许用户请求系统提高的多方面的服务
实时操作系统必须在规定时间内处理完来自外部的事件,资源利用率不是设计师是系统主要追求的目标
在下列系统中民航售票系统是实时信息系统,火箭飞行控制系统是实施控制系统
15.略
17.在单处理器系统中,可以并发但不可以并行工作的事进程与进程
18.略
采用微内核结构时，将OS分成用于实现OS最基本功能的内核和提供何种服务的服务器两个部分；通常，下列模块中必须包含在操作系统内核中行的模块式中断处理
与早期的OS相比，采用微内核结构的OS具有很多优点，但这些优点不包括提高了OS的运行效率
在8位微机上占据统治地位的操作系统是CP/M，16位微机事实上的操作系统标准是MS-DOS
在3.X版本以前的MS-DOS是单用户单任务操作系统,Windows95是单用户多任务操作系统，windowsX、window7及windows8是多用户多任务，他们都是有Microsoft开发的
UNIX操作系统最初是由BELL实验室推出的，它属于多用户多任务类操作系统
linux是一个多用户多任务类型的操作系统，其内核创始人是linux torcalds;所谓linux是一个"Free software",这意味着linux可以自由修改和发布
1.4.2 填空题
设计现代OS的主要目标是提高资源利用率和方便用户
单道批处理系统实在解决人机矛盾和CPU与I/O设备速度不匹配的矛盾中发展起来的
在单处理机环境下的多道程序设计具有多道、宏观上同时运行和微观上交替运行的特点
现代操作系统的两个最基本特征是并发和资源共享，除此之外，它还具有虚拟性和异步性的特征
从资源管理的角度来看，操作系统你那个具有四大功能：处理及管理、存储器管理、设备管理、文件管理；而为了方便用户，操作系统还必须提供有好的用户接口
处理传统操作系统中的进程管理、存储器管理、设备管理、文件管理等基本功能外，现代操作系统中还增加了系统安全、网路、和多媒体等功能
操作系统的基本类型主要有批处理系统、分时系统、实时系统
批处理系统的主要优点是资源利用率高和系统吞吐量大；主要缺点是无交互作用能力和作业平均周转时间长
实现分时系统的关键问题：人机交互，为此必须引入时间片的概念，并采用时间片轮转调度算法
分时系统的基本特征是：多路性、独立性、交互性、和及时性
若干时间在同一时间间隔内发生称为并发；若干事件在同一时刻发生称为并行
实时系统可分为实时信息处理系统、实施控制系统、多媒体系统和嵌入式系统等类型；民航售票系统属于实时信息处理系统，而导弹飞行控制属于实施控制系统
为了使实时系统高度可靠与安全，通常不强求资源利用率
当前比较流行的微内核操作系统结构，是建立在层次化结构的基础上的，而且还采用了客户机/服务器模式和面向对象程序设计技术。
々计算机操作系统（第四版——汤子瀛）
习题
- 设计现代OS的主要目标是什么？
（1）有效性
（2）方便性
（3）可扩充性
（4）开放性
- OS的作用可表现在哪几个方面？
（1）OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口
（2）OS作为计算机系统资源的管理者
（3）IS实现来对计算机资源的抽象
seismic说操作系统实现了对计算机资源的抽象？
OS首先在裸机上覆盖一层I/O设备管理软件，实现了对计算机硬件操作的第一层次抽象；
在第一层软件上再覆盖文件管理软件，实现了对硬件资源操作的第二层次抽象。
OS 通过在计算机硬件上安装多层系统软件，增强了系统功能，隐藏了对硬件操作的细节，由它们共同实现了对计算机资源的抽象。
试说明推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是什么？
主要动力来源于四个方面的社会需求与技术发展：
（1）不断提高计算机资源的利用率；
（2）方便用户；
（3）器件的不断更新换代；
（4）计算机体系结构的不断发展。
脱机I/O 是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机，在外围机的控制下，把纸带或卡片上的数据或程序输入到磁带上。该方式下的输入输出由外围 机控制完成，是在脱离主机的情况下进行的。
联机I/O方式是指程序和数据的输入输出都是在主机的直接控制下进行的。
试说明推动分时系统形成和发展的主要动力是什么？
推动分时系统形成和发展的主要动力是更好地满足用户的需要。主要表现在：
CPU 的分时使用缩短了作业的平均周转时间；
人机交互能力使用户能直接控制自己的作业；
主机的共享使多用户能同时使用同一台计算机，独立地处理自己的作业。
实现分时系统的关键问题是什么？应该如何解决？
关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及时接收并及时处理该命令，在用户能接受的时延内将结果返回给用户。
解决方法：针对及时接收问题，可以在系统中设一多路卡，使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据；为每个终端配臵缓冲区，暂存用户键入的命令或数据。针对及时处理问题，应使所有的用户作业都直接进入内存，并且为每个作业分配一个时间片，允许作业只在自己的时间片内运行，这样在不长的时间内，能使每个作业都运行一次。
为什么要引入实时操作系统？
实时操作系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。
引入实时OS 是为了满足应用的需求，更好地满足实时控制领域和实时信息处理领域的需要。
什么是硬实时任务和软实时任务？试举例说明
硬实时任务是指系统必须满足任务对截止时间的要求，否则可能出现难以预测的结果。举例来说，运载火箭的控制等。
软实时任务是指它的截止时间并不严格，偶尔错过了任务的截止时间，对系统产生的影响不大。举例：网页内容的更新、火车售票系统。
试从交互性、及时性以及可靠性方面讲分时系统与实时系统进行比较
（1）及时性：实时信息处理系统对实时性的要求与分时系统类似，都是以人所能接受的等待时间来确定；而实时控制系统的及时性，是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的，一般为秒级到毫秒级，甚至有的要低于100微妙。
（2）交互性：实时信息处理系统具有交互性，但人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。不像分时系统那样能向终端用户提供数据和资源共享等服务。
（3）可靠性：分时系统也要求系统可靠，但相比之下，实时系统则要求系统具有高度的可靠性。因为任何差错都可能带来巨大的经济损失，甚至是灾难性后果，所以在实时系统中，往往都采取了多级容错措施保障系统的安全性及数据的安全性。
OS有哪极大特征？其最基本的特征是什么？
并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征；最基本的特征是并发性。
在多道程序技术的OS环境下的资源共享与一般情况下的资源共享有何不同？对独占资源应采取何种共享方式？
资源共享率高。多道批处理能使多道程序交替运行，以保持CPU处于忙碌状态，在内存中装入多道程序可以提高内存的利用率，此外还可以提高I/O设备的利用率
独占资源应采取：互斥共享方式
什么是时分复用技术？举例说明它能提高资源利用率的根本原因是什么？
时分复用技术:将资源在不同的时间片内分配给各进程以使该资源被重复利用,从而提高资源的利用率。
如采用时分复用技术的虚拟处理机,能够在不同的时间片内处理多个用户的请求, 从而使得用户感觉自己独占主机,而处理机在这期间也被充分的利用
什么原因使操作系统具有异步性特征？
操作系统的异步性体现在三个方面：
一是进程的异步性，进程以人们不可预知的速度向前推进，
二是程序的不可再现性，即程序执行的结果有时是不确定的，
三是程序执行时间的不可预知性，即每个程序何时执行，执行顺序以及完成时间是不确定的。
处理机管理有哪些主要功能？其主要任务是什么？
处理机管理的主要功能是：进程管理、进程同步、进程通信和处理机调度
（1）进程管理：为作业创建进程，撤销已结束进程，控制进程在运行过程中的状态转换
（2）进程同步：为多个进程（含线程）的运行进行协调
（3）进程通信：用来实现在相互合作的进程之间的信息交换
（4）处理机调度：
①作业调度：从后备队里按照一定的算法，选出若干个作业，为他们分配运行所需的资源，首选是分配内存
②进程调度：从进程的就绪队列中，按照一定算法选出一个进程把处理机分配给它，并设置运行现场，使进程投入执行。
内存管理有哪些主要功能？其主要任务是什么？
内存管理的主要功能有：内存分配、内存保护、地址映射和内存扩充。
内存分配：为每道程序分配内存。
内存保护：确保每道用户程序都只在自己的内存空间运行，彼此互不干扰。
地址映射：将地址空间的逻辑地址转换为内存空间与对应的物理地址。
内存扩充：用于实现请求调用功能、置换功能等。
设备管理有哪些主要功能？其主要任务是什么？
主要功能有: 缓冲管理、设备分配和设备处理以及虚拟设备等。
主要任务: 完成用户提出的I/O 请求，为用户分配I/O 设备；提高CPU 和I/O 设 备的利用率；提高I/O速度；以及方便用户使用I/O设备.
文件管理有哪些主要功能？其主要任务是什么？
文件管理主要功能：文件存储空间的管理、目录管理、文件的读/写管理和保护。
文件管理的主要任务：管理用户文件和系统文件，方便用户使用，保证文件安全性。
试说明推动传统OS演变为现代OS的主要因素是什么？
系统安全、网络的功能和服务、支持多媒体
什么是微内核OS
足够小的内核；基于客户/服务器模式；应用机制与策略分离原理；采用面向对象技术
微内核操作系统具有哪些优点？它为何能有这些优点？
1）提高了系统的可扩展性
2）增强了系统的可靠性
3）可移植性
4）提供了对分布式系统的支持
5）融入了面向对象技术
现代操作系统较之传统操作系统又增加了哪些功能和特征？
(1)进程(线程)管理。
(2)低级存储器管理。
(3)中断和陷入处理。
在微内核OS中，为什么要采用 客户/服务器模式？
C/S 模式具有独特的优点：
⑴数据的分布处理和存储。
⑵便于集中管理。
⑶灵活性和 可扩充性。
⑷易于改编应用软件。
在基于微内核结构的OS中，应用了哪些新技术？
在基于微内核结构的OS 中，采用面向对象的程序设汁技术。
所谓微内核技术？在微内核中通常提供了哪些功能？
把操作系统中更多的成分和功能放到更高的层次（即用户模式）中去运行，而留下一个尽量小的内核，用它来完成操作系统最基本的核心功能，称这种技术为微内核技术。在微内核中通常提供了进程（线程）管理、第几存储器管理、终端盒陷入处理等功能。
