1、操作系统原理 1 操作系统习题集 参考教材： 汤小丹等编著 ，计算机操作系统（第三版）， 西安电子科技大学出版社 ， 2007 年版 ； 何炎祥等编著，计算机操作系统，清华大学出版社 ， 2005 年版 ； 邹恒明著，计算机的心智操作系统之哲学原理，机械工业出版社， 2009 年 4 月。 第一章 操作系统引论 1.1 选择题 1 下列哪一条是在操作系统设计中引入多道程序技术的好处？ A A. 使并发执行成为可能 B. 简化操作系统的实现 C. 减少对内存容量的需求 D. 便于实施存储保护 2 Windows XP 属于下列哪一类操作 系统？ B A. 单用户单任务 B. 单用户多任务 C.
2、多用户 D. 批处理 3 下列哪一条不是批处理系统的优点？ D A. 吞吐量大 B. 资源利用率高 C. 系统开销小 D. 响应及时 4 能及时处理由过程控制反馈的数据并作出响应的操作系统是（ C ） A、分时系统 B、网络系统 C、实时系统 D、批处理系统 5 UNIX 系统是一个 _C_操作系统。 A、单用户 B、单用户多任务 C、多用户多任务 D、多用户单任务 6 在分时系统中， 当用户数一定时，影响响应时间的主要因素是 B。 A、 时间片 B、 调度算法 C、 存储分配方式 D、 作业的大小 7 Windows NT 属于哪一类操作系统？ B A、 单用户单任务 B、 单用户多任务 C
3、、 单道批处理 D、 多用户 8 多道程序设计技术是指：多道程序可同时进入 A ，在 A 的位置 B ，为使多道进程并发执行必须为每个用户作业创建进程，批处理系统由 C 创建，而分时系统由 D 创建。 选择答案： （ 1）内存 （ 2）系统 （ 3）固定 （ 4）不定 （ 5）进程调度 （ 6）中级调度 （ 7） 作业调度 （ 8）输入进程 （ 9）系统调用 （ 10）命令解释进程 答案 A B C D 1 4 7 10 操作系统原理 2 1.2 填空题 1 在手工操作阶段，操作员在进行装卸卡 片或 磁带等手工操作时， CPU 处于空闲等待，我们称这种现象为 人机矛盾 。 2 多道批处理系统的
4、特征为 并发 、 共享 、 虚拟 和异步 。 3 批量处理系统的缺点为 周转时间长 ； 缺乏人工干预（ 人机 交互） 。 4 多道批处理 系统的出现，标志着操作系统的形成。 5 操作系统的基本类型有 批处理操作系统、分时系统和实 时系统 。 6 分时系统的特征为 多路性、 独立性、 及时性、 交互性 四个基本特征 。 7 以多道程序设计为基础的现代操作系统具有 并发性 、共享性 、 虚拟性 、 异步性 。 8 计算机系统按用户指定的步骤，为用户一次上机解题所完成的工作的总和称为 作业 。 9 从资源管理的观点出发，可把操作系统分为 存储管理 、 设备管理 、 文件管理 、 处理机 管理 和 作
5、业 管理 五大部分。 10 单道批处理系统是在解决 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 。 1.3 判断题 1 分时操作系统必 然建立在多道程序技术的基础之上。 错 2联机批处理解决了作业自动转接，减少了作业建立和手工操作时间。对 3 交互性是批处理系统的一个特征。 错 4 解决了作业自动转接，减少了作业建立和手工操作时间 。 对 5 过载保护是分时系统的一个特征。 错 6 多道程序的引入是为了提高 CPU 的利用率。 对 7 多道程序技术可将一台物理 CPU 虚拟为多台逻辑 CPU。 对 8 在分时系统中，时间片越小，一个作业的总运行时间越短。 错 1.
6、4 简答题 1 研究操作系统的主要观点有那些？ 答：（ 1）资源的观点：研究如何对计算机系统中的各种软 、硬件资源进行管理；怎样使计算机系统协调一致地、有效地为用户服务；如何既发挥计算机系统资源的使用效率、提高计算机系统的服务质量，又确保计算机系统的安全可靠。 （ 2） 用户观点：操作系统是一个黑盒子，配置了操作系统的计算机与 原来 真实的物理计算机迥然不同，因为它提供了用户使用计算机的更方便手段，构造了一台虚拟机，采用的操作命令决定了虚拟机的功能。 （ 3）进程观点：从进程角度分析操作系统，则所有进程的活动就构成了操作系统的当前行为，在每一个瞬间都有一棵进程家族树，它展示着操作系统行为主体的
7、一个快照。 （ 4）模块分层 观点：用模块分层观点讨论模块之间的关系或者说讨论如何形成操作系统的架构，如何安排连结这些程序模块才能构造一个结构简单清晰、逻辑正确、便于分析和实现的操作系统。 2 什 么 是操作系统？简述现代操作系统的特征。 操作系统原理 3 答：操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、合理有效地组织计算机系统的工作，为用户提供一个使用方便可扩展的工作环境，从而起到连接计算机和用户的接口作用。 现代操作系统具有如下特征： 1 并发（共行）性：指能处理多个同时性活动的能力。 I/O 操作和计算重叠，内存中同时 存放几道用户程序，这些都是并发的例子。 2 共享：指多个计算
8、任务对资源的共同享用。并发活动可能要求共享资源和信息；多个用户共享一个程序的同一个副本，而不是分别向每个用户提供一个副本可以避免重复开发，节省人力资源。 3 不确定性：指操作系统必须能处理任何一种事件序列，以使各个用户的算题任务正确地完成。 3操作系统和用户程序之间的关系是什么？ 答：操作系统通过虚拟及其界面给用户程序提供各种服务，用户程序在运行过程中不断使用操作系统提供的服务来完成自己的 任务。如用户程序在运行过程中需要读写磁盘，这时就要调用操作系统的服务来完成磁盘读写操作。 另一方面，用户程序不可能先于操作系统启动之前启动，因此每次启动一个用户程序，都相当于操作系统将控制转移给用户程序；而
9、在用户程序执行完毕后，又将控制还回给操作系统。从这个角度看，操作系统是主程序，用户程序是子程序，操作系统在其生命周期内不断地调用各种应用程序。 因此操作系统和各种应用程序可以看作是互相调用，从而形成一个非常复杂的动态关系。 4推动操作系统进化的原因有哪些？ 答：推动操作系统进化的根本原因是：硬件成本的 不断下降；计算机功能和复杂性的不断变化。成本降低意味着同样的价格可以买到更为先进的计算机；而复杂性的提高自然需要操作系统能力的提高。 另外，操作系统和攻击者之间的博弈也是影响操作系统发展的一个重要因素。 5试简述操作系统的发展历史。 答：操作系统大致经历了如下几个重要阶段： 第一阶段：状态机操作
10、系统（ 1940 年以前）。此时计算机尚处于萌芽状态，操作系统运行在英国人贝巴斯 想象的自动机上 。 驱动这一阶段操作系统的动力是个人英雄主义。 第二阶段：单一操作员、单一控制端操作系统（ 20 世纪 40 年代）。这种单一操作员 、单一控制端操作系统（ SOSC， single operator， single console）的操作系统是刚出现计算机时人们能想到的最直观的控制计算机的方式，以美国宾西法尼亚大学的 ENIAC 计算机为代表。操作系统提供一个标准命令供用户使用，满足用户基本的人机交互需求。（串行执行） 第三阶段：批处理操作系统（ 20 世纪 50 年代）。由于人操作缓慢，致使
11、SOSC 的运行效率低下，即人机矛盾 ，为了改变这种状况，出现了批处理操作系统，以 IBM 的 1401 和 7094 为代表。用户首先将自己的程序编在卡片或纸带上，交给计算机管理 员，管理员在收到一定数量的用户程序后，将卡片及纸带上的程序和数据通过 IBM 1401 机器读入，并写在磁带上。然后，计算机操作系统将这盘磁带加载到 IBM 7094 上，一个个地运行用户程序，运行的结果写到另一个磁盘上。所有程序运行完毕后，将存有结果的磁盘连接到 IBM 1401 上输出。因此批处理操作系统就是由批处理监视器和原来的操作系统库函数组成的。（串行执行） 第四阶段：多道批处理操作系统（ 20 世纪 6
12、0 年代）。批处理阶段不能很好地解决高速设备 （ CPU）等待低速设备 （ I/O） 的问题。 此阶段的主要目标是让 CPU 和 I/O 重叠运行，以 IBM 的 OS 360 为代表。同一时间可以运行多个程序（宏观上），但控制计算机的人还是一个，即用户将自己的程序交给计算机管理员，再由管理员负责加载运行。（并发执行） 第五阶段：分时 /实时 操作系统（ 20 世纪 70 年代）。 分时操作系统 是为了解决人机交互问题而出现的 ，以 MULTICS 和 UNIX 为代表 。用户重新回到了机器的前面，通过 RS232 与主机进行通信，管理自己的程序；主机给每个用户分配一定的时间片，轮流地为 各个
13、用户服务 。 实时操作系统是为了解决对计算机相应时间有严格要求的临界系统或应用而产生的，以 VxWorks 和EMC 的 DART 为代表。 第六阶段：现代操作系统（ 1980 年以后）。是工作站和个人计算机出现的结果，代表性的有 DOS，Windows， Unix 和 Linux 等。这时以信息安全、网络为主要特征。 6 现代几个典型操作系统所属的类型？ 答：操作系统是由于需要而产生的，它随着计算机技术本身及其计算机应用的日益发展而逐渐发展操作系统原理 4 和不断完善。它的功能由弱到强，现已成为计算机系统的核心组成。经历了手工操作、早期批处理阶段、执行系统阶段、多道程序系统阶段、分时系统、实
14、时系统、通用操作系统。进入 80 年代，硬件技术 飞速发展以及微处理机的出现和发展，操作系统有了进一步发展，如单用户操作系统、网络操作系统、分布式操作系统及智能化操作系统。 单用户、单任务的操作系统，以 DOS 操作系统为代表，继 CP/M 操作系统之后，还出现了 C-DOS、M-DOS、 TRS-DOS、 S-DOS 和 MS-DOS 等磁盘操作系统。还包括 Windows 3.1/3.2/95/98 等版本。 多用户多道作业和分时系统，其典型代表有 UNIX、 XENIX、 OS/2 以及 Windows NT 及其后来版本的操作系统。 1.5 综合题 1假设有一个支持多道程序设计的 计算
15、机系统，其中每个作业都有完全相同的属性。对一个作业，在一段计算周期 T 中，一半的时间用于 I/O，另一半时间用于处理器操作。每个作业总共运行 N 段计算周期。有几个定义如下： 周期（ Turnaround Time）完成一个作业实际用的时间； 吞吐量（ Throughput）在一时间段 T 中完成的平均作业数； 处理器使用率（ Processor Utilization）处理器处于激活态（非等待）时间的百分比。 计算当有 1， 2 或 4 个作业并 发 执行时的周期、吞吐量和处理器使用率，假设时间段 T 按一下任一种方式分布： （ 1） I/O 在前半段，处理器运行在后半段； （ 2）将 T
16、 分为 4 段， I/O 在第 1， 4 段，处理器运行于第 2， 3 段。 答： （ 1） I/O 在前半段，处理器运行于后半段 1 2 N 完成时刻 运行时间 利用率 A I/O CPU I/O CPU I/O CPU I/O CPU N N 50% 1 2 N A I/O CPU I/O CPU I/O I/O CPU I/O CPU N N/2 N B I/O CPU I/O CPU CPU I/O CPU I/O CPU N+1/2 N/2 N+1/2 1 2 3 2N 1 2N A I/O CPU I/O I/O CPU 2N N/2 2N B I/O CPU I/O CPU 2N
17、-1/2 N/2 C I/O CPU I/O CPU 2N N/2 2N+1/2 D I/O CPU CPU I/O CPU 2N+1/2 N/2 （ 2） I/O 在第 1、 4 段，处理器运行于第 2、 3 段 1 N A I/O CPU CPU I/O I/O CPU I/O I/O CPU CPU I/O N N 50% 1 N A I/O CPU CPU I/O I/O CPU CPU I/O I/O CPU CPU I/O N N/2 N B I/O CPU CPU I/O I/O CPU CPU I/O I/O CPU CPUI/O N+1/2 N/2 N+1/2 A 1 2 3
18、 B I/O CPU CPU I/O I/O CPU CPU 2N-3/4 N/2 2N C I/O CPU CPU I/O I/O CPU 2N-1/2 N/2 D I/O CPU CPU I/O I/O 2N N/2 2N+1/2 I/O CPU CPU I/O I/O 2N+1/2 N/2 操作系统原理 5 当同时运行 2 个作业时，系统吞吐量和 CPU 利用率显著增加，表明系统被充分利用。但当作业增加到 4 个时，吞吐量和 CPU 使用率变化不大，但平均周期却增加一倍，表明系统负荷 过重 ，作业处理时间明显增长。 2某计算机用 Cache、内存和磁盘来实现虚拟内存。如果某数据在 Cac
19、he 中，访问它需要 tA（ ns）；如果在内存但不在 Cache 中，则需要 tB（ ns）的时间将其装入 Cache 然后开始访问；如果不在内存中，需要 tC（ ns）将其读入内存， 然后用 tB（ ns）读入 Cache。如果 Cache 命中率为 nn1 ，内存命中率为 mm1 ， 则平均访问时间是多少？ 答：根据题目中的数据，平均访问时间为： )()11()11()(1)11(1 CBABAA tttmmnnttmmnntnn = )(11)(111CBABAA tttmnttmmntnn =CBA tmntnt 11 3 操作系统的未来发展趋势是怎样的？ 答：随着计算机的不断普及，
20、操作系统的功能会变得越来越复杂。在这种趋势下，操作系统的发展面临着两个不同的方向选择：一是微内核，二是大而全的全方位发展。微内核操作系统虽 然有不少人在研究，但在工业界获得认可的并不多。对工业界来说，操作系统是向着多功能、全方位方向发展的。另外，随着人们对信息安全重视程度的不断提高，如何构建可靠、可用和安全的操作系统将成为一个十分重要的课题。从 Unix 的 1400 行代码到 Windows XP 的 4000 万行代码，这种系统的爆炸性增长给系统的可靠、可用和安全性带来的安全隐患，在短时期内是很难解决的。 综上所述，操作系统的发展趋势很难预测。 4操作系统的主要特征是什么？ 答：操作系统的
21、主要特征是并发性、共享性、虚拟性和不确定性。 1 并发性：并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内，宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理机系统中，每一时刻却仅能有一道程序执行，故微观上这些程序只能是分时地交替执行。倘若在计算机系统中有多个处理机，则这些可以并发执行的程序便可被分配到多个处理机上，实现并行执行，即利用每个处理机来处理一个可并发执行的程序，这样，多个程序便可同时执行。两个或多个事件在同一时刻发生称为并行。在操作系统中存在着许多并发或并行的活动。 2 共享性 ：共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的程序共同使用。由于资源属性的不同
22、，对资源共享的方式也不同，目前主要有以下两种资源共享方式互斥共享方式和同时访问方式。并发和共享是操作系统的两个最基本的特征，它们又互为对方存在的条件。一方面，资源共享是以程序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，协调好多个程序对共享资源的访问，也必然影响到程序并发执行的程度，甚至根本无法并发执行。 3 虚拟性：是指将一个物理实体 映射为若干个逻辑实体。前者是客观存在的，后者是虚构的，是一种感觉性的存在，即主观上的一种想象。 4 不确定性：在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但只有程序在获得所需的资源后方能执行。在单
23、处理机环境下，由于系统中只有一个处理机，因而每次只允许一个程序执行，其余程序只能等待。内存中的每个程序在何时能获得处理机运行，何时又因提出某种资源请求而暂停，以及程序以怎样的速度向前推进，每道程序总共需多少时间才能完成，等等，都是不可预知的。因此，在操作系统中，存在着不确定性。 4简述 Windows 系列操作系统的发展历史。 答： Windows 系列操作系统是由微软公司从 1985 年起开发的一系列视窗操作系统产品，包括个操作系统原理 6 人（家用）、商用和嵌入式 3 条产品线（图 1.4 ）。个人操作系统包括 Windows Me、 Windows 95/98，及更早期的版本 Windo
24、ws 1.x、 2.x、 3.x 等，主要在 IBM 个人机系列上运行。商用操作系统是 Windows 2000 和其前身版本 Windows NT，主要在服务器、工作站等上运行，也可以在 IBM 个人系列机上运行。嵌入式操作系统有 Windows CE 和手机用操 作系统 stinger 等。 Windows XP 将使家用和商用两条产品线合二为一。截止至 20 世纪末，全世界运行各种 Windows 版本的计算机有两亿台左右。微软公司从 1983 年开始研制 Windows 操作系统。当时， IBM PC 进入市场已有两年，微软公司开发的磁盘操作系统 DOS 和编程语言 BASIC 随 I
25、BM PC 捆绑销售，取得了很大的成功。 Windows 操作系统最初的研制目标是在 DOS 的基础上提供一个多任务的图形用户界面。不过，第一个取得成功的图形用户界面系统并不是 Windows，而是 Windows 的模仿对象 苹果 公司于 1984年推出的 Mac OS （运行于苹果公司的 Macintosh 个人计算机上）， Macintosh 机及其上的操作系统当时已风靡美国多年，是IBM PC 和 DOS 操作系统在当时市场上的主要竞争对手。当年苹果公司曾对 PC 机和 Windows 操作系统不屑一顾，并大力抨击微软公司抄袭 Mac OS 的外观和灵感。但苹果机和 Mac OS 是封
26、闭式体系 （硬件接口不公开、系统源代码不公开等），而 IBM PC 和 MS-DOS 是开放式体系 （硬件接口公开、允许并支持第三方厂家做兼容机、公开操作系统源代码等）。这个关键的区别使 得 IBM PC 后来者居上，销量超过了苹果机，并使得在 IBM PC 上运行的 Windows 操作系统的普及率超过了 Mac OS，成为个人计算机市场占主导地位的操作系统。 5 简述 UNIX 系列操作系统的发展历史。 答：“ UNIX”这个名字是取“ Multics”的反义，其诞生背景与特点一如其名。 Multics 项目 （ MULTiplexed Information and Computing
27、Service） 由贝尔（电话）实验室 （ Bell （ Telephone） Laboratories，简称 BTL）、通用电气公 司 （ General Electric） 和麻省理工学院联合开发，旨在建立一个能够同时支持数千个用户的分时系统，该项目因目标过于庞大而失败，于 1969 年撤销。退出Multics 项目后， 1969 年中期，贝尔实验室的雇员 Thompson 开始在公司的一台闲置的只有 4KB 内存的 PDP-7 计算机上开发一个“太空漫游”游戏程序。由于 PDP-7 缺少程序开发环境，为了方便这个游戏程序的开发， Thompson 和公司的另一名雇员 Ritchie 一起
28、用 GE-645 汇编语言 （以前曾用于Multics 开发） 开发 PDP-7 上的操作环 境。最初是一个简单的文件系统，很快又添加了一个进程子系统、一个命令解释器和一些实用工具程序。他们将这个系统命名为 UNIX。此后，随着贝尔实验室的工作环境的需要，他们将 UNIX 移植到 PDP-11 上，并逐渐增加了新的功能。很快， UNIX 开始在贝尔实验室内部流行，许多人都投入到它的开发中来。 1971 年， UNIX 程序员手册第 1 版出版，这之后直到 1989 年，贝尔实验室又相继发行了 10 个版本的 UNIX 和相应的手册。 1973 年 Ritchie用 C 语言重写了 UNIX（
29、第 4 版），这使得 UNIX 的可移植性大大增强，这是 UNIX 迈向成功之路的关键一步。 1973 年 10 月， Thompson 和 Ritchie 在 ACM （ Association for Computing Machinery，计算机协会）的 SOSP （ Symposium Operating Systems Principles，操作系统原理讨论会）会议上发表了首篇 UNIX 论文，这是 UNIX 首次在贝尔实验室以外亮相。 UNIX 的第一次移植是由 Wollongong 大学于 1976 年将其移植到 Interdata 机上。其它几次较早的移植包括： 1978 年，
30、微软公司与 SCO 公司合作将 UNIX 移植到 Intel 8086 上，即 XENIX 系统 （最早的 UNIX 商业变种之一）； 1978 年， DEC 公司将 UNIX 移植到 VAX 上，即 UNIX/32V3 （ BSD 的前身）。 UNIX 的不断发展导致许多计算机公司开始发行自己机器上的 UNIX 增值商业版本。 UNIX 的第一个商业变种是 1977 年 Interactive Systems 公司的 IS/1（ PDP-11）。 20 世纪 80 年代著名的商业变种有 SUN 公司的 Sun OS、微软公司与 SCO 公司的 XENIX 等。 20 世纪 70 年代中期到
31、80 年代中期， UNIX 的迅速发展， 众多大学和公司的参与，使得 UNIX的变种迅速增多。这些变种主要围绕 3 条主线：由贝尔实验室发布的 UNIX 研究版（ First Edition UNIX到 Tenth Edition UNIX，或称 V1 到 V10，以后不再发行新版；由加利福尼亚州大学伯克利分校发布的 BSD（ Berkeley Software Distribution）和由贝尔实验室发布的 UNIX System 和 System V。 到 20 世纪 80 年代， UNIX 已在从微型机到巨型机等众多不同机型上运行。作为通用操作系统，当时 UNIX 的主要竞争对手是 各计
32、算机厂商的专有系统，如 IBM 的 OS 360/370 系列等。 20 世纪 80 年代后期， UNIX 已经出现了很多变种，变种增多导致了程序的不兼容性和不可移植 （同一应用程序在不同 UNIX 变种上不能直接运行）。因此，迫切需要对 UNIX 进行标准化。这就导致了两大阵营的出现。 1987 年，在统一市场的浪潮中， AT P(mutex) delete entry if Tab= then C D V(count); until false End writer : begin repeat E 答案 A B C D E F G H 3 4 6 9 7 8 11 10 答案 A B C D 4 3 7 2
