2024操作系统考研复习指导——第1章计算机系统概述

一、概念题

• 高级程序设计语言的编译器不是操作系统关心的问题。
• 广义指令就是系统调用命令。
• 多道程序系统的进程数越多CPU利用率不一定高，进程数量越多，进程之间的资源竞争越激烈，可能因为竞争资源而出现死锁现象，导致CPU利用率低。
• 早期的多道批处理操作系统会将所有进程的数据全部调入主存，再让多道程序并发执行，即使不支持虚拟存储管理，也能实现“多道程序并发”。
• 提高单机资源利用率的关键技术是多道程序设计技术。
• 多道程序系统要付出额外的代价组织和切换作业。
• 通用操作系统使用时间片轮转调度技术，用户运行程序不需要预先预定运行时间。
• 进程调度由调度算法决定CPU使用权，由操作系统实现，不需要硬件的支持。
• 计算机通过硬件中断机制完成由用户态到核心态的转换。
• 输入/输出指令涉及中断操作，而中断处理是由系统内核负责的，工作在核心态。
• CPU处在核心态时，它可以执行除“访管”指令的全部指令。
• 命令解释程序属于命令接口，可以在用户态执行。
• 进程切换属于系统调用执行过程中的事件，只能发生在核心态。
• 子程序调用只需保存程序断点，即该条指令的下一条指令的地址；中断处理不仅要保存断点（PC的内容），还要保存程序状态字寄存器（PSW）的内容。
• 外部中断处理过程，PC值由中断隐指令自动保存，而通用寄存器内容由操作系统保存。
• 中断是指来自CPU执行指令以外事件的发生，如设备发出的I/O结束中断，表示设备的输入输出已完成，希望处理机能够向设备发出下一个输入/输出请求，同时让完成输入/输出后的程序继续运行。这一类中断通常是与当前程序运行无关的事件，即它们与当前处理机运行的程序无关。异常也称内中断，指源自CPU执行指令内部的事件，如程序的非法操作码、地址越界、算数溢出、虚存系统的缺页及专门的陷入指令等引起的事件。
• 执行系统调用的过程如下：正在运行的进程先传递系统调用参数，然后由陷入指令负责将用户态转为内核态，并将返回地址压入堆栈以备后用，接下来CPU执行对应的内核态服务程序，最后返回用户态。
• 当CPU检测到中断信号后，由硬件自动保存被中断程序的断点（PC和PSW），并将CPU模式改为内核态。之后，硬件找到该中断信号对应的中断向量，中断向量指明中断服务程序入口地址（中断向量存放在中断向量表，该表由操作系统初始化）。接下来开始执行中断服务程序，保存中断屏蔽字、保存各通用寄存器的值，并提供与中断信号对应的中断服务，中断服务程序属于操作系统内核。
• 常见的特权指令：1、有关对I/O设备操作的指令；2、有关访问程序状态的指令；3、存取特殊寄存器的指令；4、其他指令。
• 常驻内存的是操作系统内核，其他部分仅在需要时调入
• 操作系统的引导程序位于磁盘活动分区的引导扇区。引导程序分为两种：一种是位于ROM中的自举程序（BIOS的组成部分），用于启动具体的设备；另一种时位于装有操作系统硬盘的活动分区的引导扇区中的引导程序（启动管理器），用于引导操作系统。
• BIOS将控制权交给排在首位的启动设备后，CPU将该设备主引导扇区的内容（主引导记录MBR）加载到内存中，然后由MBR检查分区表，查找活动分区，并将该分区的引导扇区的内容加载到内存加以执行。

二、问答题

说明库函数与系统调用的区别和联系？

库函数是语言或应用程序的一部分，可以运行在用户空间中。而系统调用是操作系统的一部分，是内核为用户提供的程序接口，运行在内核空间中，而且许多库函数会使用系统调用来实现功能。未使用系统调用的库函数，其执行效率通常要比系统调用的高。因为使用系统调用时，需要上下文的切换及状态的转换。

批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统各有什么特点？

• 批处理操作系统的用户脱机使用计算机，作业是成批处理的，系统内多道程序并发执行，交互能力差。
• 分时操作系统可让多个用户同时使用计算机，人机交互性较强，具有每个用户独立使用计算机的独占性，系统响应及时。
• 实时操作系统能对控制对象做出及时反应，可靠性高，响应及时，但资源利用率低。

处理器为什么要区分核心态和用户态两种操作方式？在什么情况下进行两种方式的切换？

区分执行态的主要目的是保护系统程序，用户态到核心态的转换发生在中断产生时，而核心态到用户态的转换则发生在中断返回用户程序时。