操作系统习题及参考答案.docx

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操作系统习题及参考答案

操作系统习题集

参考教材：

汤小丹等编着，计算机操作系统（第三版），西安电子科技大学出版社，2007年版；

何炎祥等编着，计算机操作系统，清华大学出版社，2005年版；

邹恒明着，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

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．WindowsXP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.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．WindowsNT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、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

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。

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

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。

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：

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。

共享：

指多个计算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。

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，singleoperator，singleconsole）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IBM1401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IBM7094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IBM1401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60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OS360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Windows95/98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WindowsNT及其后来版本的操作系统。

综合题

1．假设有一个支持多道程序设计的计算机系统，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（TurnaroundTime）＝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（ProcessorUtilization）＝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-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

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

当同时运行2个作业时，系统吞吐量和CPU利用率显着增加，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Cache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

，内存命中率为

，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：

=

=

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，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WindowsXP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：

操作系统的主要特征是并发性、共享性、虚拟性和不确定性。

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。

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，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。

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。

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，包括个人（家用）、商用和嵌入式3条产品线（图）。

个人操作系统包括WindowsMe、Windows95/98，及更早期的版本Windows、、等，主要在IBM个人机系列上运行。

商用操作系统是Windows2000和其前身版本WindowsNT，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WindowsCE和手机用操作系统stinger等。

WindowsXP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，IBMPC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IBMPC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MacOS（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IBMPC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MacOS的外观和灵感。

但苹果机和MacOS是封闭式体系（硬件接口不公开、系统源代码不公开等），而IBMPC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IBMPC后来者居上，销量超过了苹果机，并使得在IBMPC上运行的Windows操作系统的普及率超过了MacOS，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（MULTiplexedInformationandComputingService）由贝尔（电话）实验室（Bell（Telephone）Laboratories，简称BTL）、通用电气公司（GeneralElectric）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（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（AssociationforComputingMachinery，计算机协会）的SOSP（SymposiumOperatingSystemsPrinciples，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，微软公司与SCO公司合作将UNIX移植到Intel8086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InteractiveSystems公司的IS/1（PDP-11）。

20世纪80年代着名的商业变种有SUN公司的SunOS、微软公司与SCO公司的XENIX等。

20世纪70年代中期到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（FirstEditionUNIX到TenthEditionUNIX，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（BerkeleySoftwareDistribution）和由贝尔实验室发布的UNIXSystemⅢ和SystemV。

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算机厂商的专有系统，如IBM的OS360/370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&T宣布与SUN公司合作，将SystemV和SunOS统一为一个系统。

其余厂商十分关注这项开发，认为他们的市场处于威胁之下，于是联合开发新的开放系统。

他们的新机构OpenSoftwareFoundation（开放软件基金会，简称OSF）于1988年成立。

作为回应，AT&T和SUN公司联盟亦于1988年形成了UNIXInternational（UNIX国际，简称UI）。

这场“UNIX战争”将系统厂商划分成UI和OSF两大阵营。

UI推出了SVR4，而OSF则推出了OSF/1。

虽然两者都是UNIX，但他们在系统构架、命令操作以及管理方式上都有所不同。

两者在市场上展开了激烈的竞争。

两种UNIX系统并存，却又不能相互兼容，这对用户非常不利，因而直接影响了UNIX对用户的吸引力。

随着Microsoft公司的迅速崛起，并以惊人的速度由传统的PC机市场向工作站和网络市场扩张，迫使UI和OSF两大阵营不得不相互让步、握手言和，从而共同制定了应用程序接口API（ApplicationProgramInterface）标准技术规