操作系统--第一章--计算机系统概述
1.1_1_操作系统的概念（定义）功能和目标
概念：什么是操作系统？
功能和目标：操作系统要做什么？
概念（定义）
操作系统（Operating System， OS）是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，
并合理地组织调度计算机的工作和资源的分配；以提供给用户和其他软件方便的接口和环境；
它是计算机系统中最基本的系统软件。
- 操作系统是系统资源的管理者
- 向上提供方便易用的服务
- 是最接近硬件的一层软件
功能和目标
功能
资源的管理者
- 处理机管理
- 存储器管理
- 文件管理
- 设备管理
向上层提供方便易用的服务
-
图形化用户接口（Graphical User Interface） GUI：
用户可以使用形象的图形界面进行操作，而不再需要记忆复杂的命令、参数。
例子：在 Windows 操作系统中，删除一个文件只需要把文件“拖拽”到回收站即可。
-
联机命令接口实例（Windows系统） 联机命令接口=交互式命令接口
特点：用户说一句，系统跟着做一句。
-
脱机命令接口实例（Windows系统） 脱机命令接口=批处理命令接口
特点：用户说一堆，系统跟着做一堆。
-
程序接口：可以在程序中进行系统调用来使用程序接口。普通用户不能直接使用程序接口，
只能通过程序代码间接使用。
系统调用类似于函数调用，是应用程序请求操作系统服务的唯一方式。
目标
在计算机系统上配置OS，其主要目标是实现：
（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。
（4）开放性。
操作系统作为最接近硬件的层次
-
需要实现对硬件机器的拓展
-
没有任何软件支持的计算机成为裸机。在裸机上安装的操作系统，可以提供资源管理功能和方便用户的服务功
能，将裸机改造成功能更强、使用更方便的机器通常把覆盖了软件的机器成为扩充机器，又称之为虚拟机。
操作系统实现了对计算机资源的抽象
操作系统还是计算机工作流程的组织者.他负责在众多作业之间切换处理机,并协调他们的推进速度,从而进一步提高系统的性能。
1.1_2_操作系统的特征
-
并发
-
共享
并发和共享是操作系统最基本的特征，二者互为存在条件。
-
虚拟
-
异步
并发
指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。这些事情宏观上是同时发生的，但微观上是交替发生的。
混淆——并行：指两个或多个事件在同一时刻发生。
操作系统的并发性指计算机系统中同时运行着多个程序，这些程序宏观上看是同时运行着的，而微观上看是交替运行的。
操作系统就是伴随着“多道程序技术”而出现的。因此，操作系统和程序并发是一起诞生的。
注意（重要考点）：
单核CPU同一时刻只能执行一个程序，各个程序只能并发执行。
多核CPU同一时刻可以执行多个程序，多个程序可以并行执行。
共享
即资源共享，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。
两种共享方式
-
互斥共享
系统中的某些资源，虽然可以提供给多个进程使用，但一个时间段内只允许一个进程访问该资源。
-
同时共享方式
系统中的某些资源，允许一个时间段内由多个进程“同时”对他们进行访问。
所谓“同时”往往是宏观上的，而在微观上，这些进程可能是交替地对该资源进行访问的（即分时共享）
生活实例：
互斥共享方式：使用QQ和微信视频。同一时间段内摄像头只能分配给其中一个进程。
同时共享方式：使用QQ发送文件A，同时使用微信发送文件B。宏观上看，两边都在同时读取并发送文件，说明两个进程都在访问硬盘资源，从中读取数据。微观上看，两个进程是交替着访问硬盘的。
并发和共享的关系
-
并发性指计算机系统中同时存在着多个运行着的程序。
如果失去并发性，则系统中只有一个程序正在运行，则共享性失去存在的意义。
-
共享性是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。
如果失去共享性，则QQ和微信不能同时访问硬盘资源，就无法实现同时发送文件，也就无法并发。
并发和共享是操作系统最基本的特征，二者互为存在条件。
虚拟
是指把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。物理实体（前者）是实际存在的，而逻辑上
对应物（后者）是用户感受到的。
-
“时分复用技术”
微观上处理机在各个微小的时间段内交替着为各个进程服务。
-
“空分复用技术”
利用存储器的空闲空间分区域存放和运行其他躲多道程序。
显然，如果失去了并发性，则一个时间段内系统中只需运行一道程序，那么就失去了实现虚拟性的意义了。
因此，没有并发性，就谈不上虚拟性。
异步
是指，在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进程的执行不是一贯到底的，
而是走走停停，以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性。
由于并发运行的程序会争抢着使用系统资源，而系统中的资源有限，因此进程的执行不是一贯到底的，
而是走走停停的，以不可预知的速度向前推进如果失去了并发性，即系统只能串行地运行各个程序，那
么每个程序的执行会一贯到底。只有系统拥有并发性，才有可能导致异步性。
1.1_3_操作系统的发展与分类
OS的发展与分类
手工操作阶段
批处理阶段
单道批处理系统
-
引入脱机输入/输出技术（用外围机+磁带完成），并由监督程序负责控制作业的输入、输出。
-
主要优点：缓解了一定 程度的人机速度矛盾， 资源利用率有所提升。
-
主要缺点：内存中仅能有一道程序运行，只有该程序运行结束之后才 能调入下一道程序。CPU有大量的时间
是在空闲等待I/O完成。资源利用率低，资源得不到充分利用。
多道批处理系统（操作系统开始出现）
-
主要优点：多道程序并发执行，共享计算机资源。资源利用率高、系统吞吐量增大。
-
主要缺点：平均运转周期长，没有人机交互功能（用户提交自己的作业之后就只能等待 计算机处理完成，中间
不能控制自己的作业执行。）
eg：无法调试程序/无法在程序运行过 程中输入一些参数
分时操作系统
-
分时操作系统是指在一台主机上连接多个配有显示器和键盘的终端所形成的系统，该系统允许多个用户同时
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。
-
计算机以时间片为单位轮流为各个用户/作业服务，各个用户可通过终端与计算机进行交互。
-
主要优点：用户请求可以被即时响应，解决了人机交互问题。允许多个用户同时使用一台计算机，并且用
户对计算机的操作相互独立，感受不到别人的存在。
主要缺点：不能优先处理一些紧急任务。操作系统对各个用户/作业都是完全公平的，循环地为每个用户/
作业服务一个时间片，不区分任务的紧急性。
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，在规定时间内完成对事件的处理，并控制所有事时任务协调一致地运行。
-
主要优点：能够优先响应一些紧急任务，某些紧急任务不需时间片排队。
-
在实时操作系统的控制下，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事件。实
时操作系统的主要特点是及时性和可靠性。
-
硬实时系统
必须在绝对严格的规定时间内完成处理。
-
软实时系统
能接受偶尔违反时间规定。
网络操作系统
是伴随着计算机网络的发展而诞生的，能把网络中各个计算机有机地结合起来，实现数据传 送等功能，实现网络中种
资源的共享（如文件共享）和各台计算机之间的通信。（如：Windows NT 就是 一种典型的网络操作系统，网站服务
器就可以使用）
分布式操作系统
主要特点是分布性和并行性。系统中的各台计算机地位相同，任何工作都可以分布在这些 计算机上，由它们并行、协同完成这个任务。
个人计算机操作系统
如 Windows XP、MacOS，方便个人使用。
1.1_4_操作系统的运行机制
两种指令
-
特权指令
操作系统内核作为 “管理者”，有时会让CPU执行一些“特权指令”，如：内存清零指令。
这些指令影响重大，只允许“管理者”——即操作系统内核来使用，不允许用户程序使用。
-
非特权指令
应用程序只能使用“非特权指令”，如：加法指令、减法指令等
两种处理器状态
- 内核态(核心态)
- 用户态
两种程序
-
内核程序
由很多内核程序组成了“操作系统内核”，或简称“内核（Kernel）”
内核是操作系统最重要最核心的部分，也是最接近硬件的部分
-
应用程序
我们普通程序员写的程序就是“应用程序”
内核态 v.s. 用户态
CPU 有两种状态，“内核态”和“用户态”
处于内核态（管态）时，说明此时正在运行的是内核程序，此时可以执行特权指令。
处于用户态（目态）时，说明此时正在运行的是应用程序，此时只能执行非特权指令。
（在CPU设计和生产的时候就划分了特权指令和非特权指令，因此CPU执行一条指令前就能判断出其类型。）
内核态、用户态 的切换
-
内核态→用户态：执行一条特权指令——修改PSW（程序状态字寄存器）的标志位为“用户态”，这个动作意味着操作系统将主动让出CPU使用权。
-
用户态→内核态：由“中断”引发，硬件自动完成变态过程，触发中断信号意味着操作系统将强行夺回CPU的使用权。（除了非法使用特权指令之外，还有很多事件会触发中断信号。一个共性是，但凡需要操作系统介入的地方，都会触发中断信号）
1.1_5_中断和异常
中断的作用
- CPU 上会运行两种程序，一种是操作系统内核程序，一种是应用程序。
- 在合适的情况下，操作系统内核会把CPU的使用权主动让给应用程序（第二章进程管理相关内容）。
- “中断”是让操作系统内核夺回CPU使用权的唯一途径。
- 如果没有“中断”机制，那么一旦应用程序上CPU运行，CPU就会一直运行这个应用程序。
中断的类型
-
内中断（也称异常、例外）
与当前执行的指令有关，中断信号来源于CPU内部。
-
陷阱、陷入（trap）
由陷入指令引发，是应用程序故意引发的。
-
故障（fault）
由错误条件引起的，可能被内核程序修复。内核程序修复故障后会把 CPU使用权还给应用程序，让它继续执行
下去。如：缺页故障。
-
终止（abort）
由致命错误引起，内核程序无法修复该错误，因此一般不再将CPU使用权还给引发终止的应用程序，而是直接终止
该应用程序。如：整数除0、非法使用特权指令。
-
-
外终断（也称’'中断“）
与当前执行的指令无关，中断信号来源于CPU外部。
中断的基本原理
不同的中断信号，需要用不同的中断处理程序来处理。当CPU检测到中断信号后，会根据中断信号的类型去查询“中断向量表”，
以此来找到相应的中断处理程序在内存中的存放位置。
1.1_6_系统调用
什么是系统调用，有何作用？
-
知识点回顾：
操作系统作为用户和计算机硬件之间的接口，需要向上提供一些简单易用的服务。主要包括命令接
口和程序接口。其中，程序接口由一组系统调用组成。
-
“系统调用”是操作系统提供给应用程序（程序员/编程人员）使用的接口，可以理解为一种可供应用程序调用的特殊函数，应用程序可以通过系统调用来请求获得操作系统内核的服务。
系统调用与库函数的区别
- 不涉及系统调用的库函数：如的“取绝对值”的函数 。
- 涉及系统调用的库函数：如“创建一个新文件”的函数
什么功能要用到系统调用？
应用程序通过系统调用请求操作系统的服务。而系统中的各种共享资源都由操作系统内核统一掌管，因此凡是
与共享资源有关的操作（如存储分配、I/O操作、文件管理等），都必须通过系统调用的方式向操作系统内核提
出服务请求，由操作系统内核代为完成。这样可以保证系统的稳定性和安全性，防止用户进行非法操作。
1.1_7_操作系统的体系结构
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版权声明：以下内容摘自为CSDN博主「dearQiHao」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
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1.2 重点,难点学习提示
- OS的引入和发展
(1)早期无OS的计算机系统中,存在着人机矛盾和CPU I/O设备速度不匹配的矛盾,他们对计算机资源的利用率有何严重的影响?
(2)单道批处理系统中引用了那些技术?他是如何解决上述两队矛盾的?
(3)单道批处理系统还存在那些不足之处?而多道批处理系统又是通过那些技术措施来解决这些不足的?
(4)多道批处理系统还有那些地方不能满足用户的需求?或者说,是在什么样的需求推动力的作用下,由批处理系统发展为分时系统的?
实现分时系统的关键技术是什么?
(5)上述几种系统还有那些地方不能满足用户的需求,或者说,是在什么样的需求推动力的作用下,由分时系统又发展为实时系统的?
在学习时,还应逐一分析和比较分时系统与实时系统的特征。
- OS的基本特征和功能
(1)OS的特征：并发性、资源共享性、虚拟性和异步性。
(2)OS四大特征之间的关系：最重要的是并发，其他三个特征都是以并发为前提的。
(3)OS的功能：处理及管理、存储器管理、设备管理、文件管理和提供用户接口这五大功能。
(4)OS五大功能的必要性：思考，如果确实了其中的某些功能将会对系统的运行产生什么样的影响？
- 分层式结构和微内核结构
(1)什么是分层式结构
(2)分层的原则
(3)什么是客户/服务器技术
(4)什么是面向对象技术
(5)什么是微内核结构
1.3 典型问题分析和解答
1.3.1 OS的引入和发展过程中的典型问题分析
【例1】试说明操作系统与硬件、其他系统软件以及用户之间的关系
操作系统是覆盖在硬件上的第一层软件,他管理计算机的硬件和软件资源，并向用户提供良好的界面。
操作系统与硬件紧密相关，他直接管理着硬件资源，为用户完成所有硬件相关操作。从而极大地方便了用户对硬件资源的使用并提高了硬件资源的利用率。操作系统是一种特殊的系统软件，其他系统软件运行在操作系统的基础之上，可获得操作系统提供的大量服务，也就是说：操作系统是其他系统软件与硬件之间的接口。而一般用户使用计算机除了需要操作系统支持外，还需要用到大量的其他系统软件应用软件，使其工作更方便和高效。关系如下图示：
【例2】什么是多道程序技术？在OS中进入该技术,带来了哪些好处?
多道程序技术是指：在内存中同时存放若干个作业，并使他们共享系统的资源且同时运行的技术。
引入多道程序技术带来了以下好处：
（1）提高CPU的利用率
（2）可提高内存和I/O设备的利用率
（3）增加系统吞吐量
【例3】推动批处理系统和分时系统形成和发展的主要动力是什么?
(1)推动批处理系统形成和发展的主要动力是：“不断提高系统资源利用率”和“提高系统吞吐量”。
(2)推动分时系统形成和发展的主要动力是：“为了更好地满足用户的需要”。如：人机交互能力的提供使用户能方便地直接控制自己的作业。
【例4】
【例5】实现分时系统的关键问题是什么?应如何解决?
关键问题
使用户能与自己的作业进行交互，即用户在自己的终端上键入一条命令以请求系统服务后，系统能及时地接收并处理该命令，并在用户能够接受的时间内将结果返回给用户。
如何解决：
针对及时接收问题，可以在系统中设置多路卡，使主机能同时接收用户从各个终
端上输入的数据；为每个终端配置缓冲区，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。
为此，一方面，用户作业提交后应立即进入内存；另一方面，系统应设置一个被称为时间片的很短的时间，并规定每个程序每次最长只能连续运行一个时间片，如果时间片用完了，则不管他是否运行完毕，都必须将CPU让给下一个作业。通过作业分时共享CPU,可使所有的作业得到及时的处理,使用户的请求得到及时的响应。
【例6】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
(1)交互性：交互性问题是分时系统的关键问题。在分时系统中，用户可以通过终端与系统进行广泛的人机交互，如文件编辑、数据处理和资源共享。实时系统也有交互性，但在实时系统中的交互性仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。
(2)及时性：分时系统的及时性是指用户能在很短的时间内获得系统的响应，此时间间隔是以人们能接受的的等待时间决定的，一般为2~3秒。对实时系统来说，及时性是它的关键问题之一，实时信息系统的及时性要求与分时系统相似，而实时控制系统的及时性要求则是：由被控制对象所要求的开始截止时间和完成截止时间所决定的，一般为秒级、百毫秒级、直到毫秒级，甚至更低。
(3)可靠性：可靠性是实时系统的另一个关键问题，实时系统中的任何差错都可能带来巨大的经济损失，甚至带来无法预料的灾难性后果，所以实时系统往往采取多级容错措施来保证系统的高度可靠。分时系统虽然也要求可靠，但比实时系统的要求要低。
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以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。为了使并发进程能更方便、更有效地共享资源，操作系统常采用多种虚拟技术来逻辑上增加 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受到其他进程的制约，不再“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单向调用，即每层中的模块只能使用较底层模块提供的服务和功能。因此，分层式结构中，模块之间的组织结构和依赖关系更加清晰，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，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。
-
-
略
-
在单处理器系统中,可以并发但不可以并行工作。
-
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。
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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。
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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。
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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。
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。
- 何谓脱机I/O和联机I/O？
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，
三是程序执行事件的不可预知性，即每个程序何时执行，执行顺序以及完成事件是不确定的。
- 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计技术。
- 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。
计算机操作系统第一章自测题-引论
计算机操作系统第一章自测题-引论