1、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)一、 操作系統(tǒng)概述一、考試大綱（一）操作系統(tǒng)的概念、特征、功能和提供的服務(wù)（二）操作系統(tǒng)的發(fā)展與分類（三）操作系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境二、知識點(diǎn)歸納（一）操作系統(tǒng)的概念、特征、功能和提供的服務(wù)1操作系統(tǒng)的概念、目標(biāo)和作用一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由兩大部分組成：計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)軟件。硬件是所有軟件運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)；軟件能充分發(fā)揮硬件潛能和擴(kuò)充硬件功能，完成各種系統(tǒng)及應(yīng)用任務(wù)，兩者互相促進(jìn)、相輔相成、缺一不可。計(jì)算機(jī)硬件是指計(jì)算機(jī)物理裝置本身，由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五部分組成。計(jì)算機(jī)軟件是指由計(jì)算機(jī)硬件執(zhí)行以完成一定任務(wù)的程序及其數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟

2、件包括操作系統(tǒng)、編譯程序、連接裝入程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等；應(yīng)用軟件是為各種應(yīng)用目的而編制的程序。在計(jì)算機(jī)上配置操作系統(tǒng)的目的有以下幾點(diǎn)：方便用戶使用。操作系統(tǒng)應(yīng)該使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用起來十分方便。有效性。OS能夠有效管理好系統(tǒng)中的各種硬件軟件資源，并通過合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程，進(jìn)一步改善資源的利用率及提高系統(tǒng)的吞吐量。可擴(kuò)充性。OS必須具有很好的可擴(kuò)充性，應(yīng)采用層次化結(jié)構(gòu)，以便于增加新的功能層次和模塊，并修改老的功能層次和模塊。構(gòu)筑開放環(huán)境。OS應(yīng)該構(gòu)筑出一個(gè)開放環(huán)境，主要是指：遵循有關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)；支持體系結(jié)構(gòu)的可伸縮性和可擴(kuò)展性；支持應(yīng)用程序在不同平臺上的可移植性和可互操作性。操作系統(tǒng)主要由以

3、下的作用：OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口：為了使用戶能靈活、方便地使用計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)提供了一組友好的用戶接口，包括：1）程序接口；2）命令接口；3）圖形接口。OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者：資源包括兩大類：硬件資源和軟件資源。歸納起來資源分為四類：處理機(jī)、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備以及信息（數(shù)據(jù)和程序），OS的主要功能是對這四類資源進(jìn)行管理，即處理機(jī)管理、存儲(chǔ)器管理、I/O設(shè)備管理、文件管理。（資源管理觀點(diǎn)）OS用作擴(kuò)充機(jī)器：在裸機(jī)上覆蓋上OS后，便可獲得一臺功能顯著增強(qiáng)、使用極為方便的多層擴(kuò)充機(jī)器或多層虛機(jī)器。（虛擬機(jī)觀點(diǎn)）操作系統(tǒng)可定義為：操作系統(tǒng)是一組控制和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟

4、件資源，合理地對各類作業(yè)進(jìn)行調(diào)度，以及方便用戶使用的程序的集合。2操作系統(tǒng)的特征雖然不同的操作系統(tǒng)具有各自的特點(diǎn)，但它們都具有以下4個(gè)基本特征：（1）并發(fā)性并行性和并發(fā)性是既相似又有區(qū)別的兩個(gè)概念，并發(fā)性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生；并發(fā)性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。在多道程序環(huán)境下，并發(fā)性是指宏觀上在一段時(shí)間內(nèi)有多道程序在同時(shí)運(yùn)行，但在單處理機(jī)系統(tǒng)中，每時(shí)刻僅能執(zhí)行道程序，故微觀上這些程序是交替執(zhí)行的。（2）共享性資源共享是指系統(tǒng)中的硬件和軟件資源不再為某個(gè)程序所獨(dú)占，而是供多個(gè)用戶程序共同使用。并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)的兩個(gè)最基本的特征，二者之間互為存在條件。一方面，資源的共享

5、是以程序的并發(fā)執(zhí)行為條件的，若系統(tǒng)不允許程序的并發(fā)執(zhí)行，自然不存在資源共享問題；另一方面，若系統(tǒng)不能對資源共享實(shí)施有效的管理，也必將影響到程序的并發(fā)執(zhí)行，甚至根本無法并發(fā)執(zhí)行。（3）虛擬性在操作系統(tǒng)中，虛擬是指把一個(gè)物理上的實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對應(yīng)物，前者是實(shí)際存在的，后備是虛的，只是用戶的一種感覺。（4）異步性（不確定性）在操作系統(tǒng)中，不確定性有兩種含義：程序執(zhí)行結(jié)果是不確定的，即對同一程序，使用相同的輸入，在相同的環(huán)境下運(yùn)行卻可能獲得完全不同的結(jié)果。亦即程序是不可再現(xiàn)的；多道程序環(huán)境下程序的執(zhí)行是以異步方式進(jìn)行的，換言之，每個(gè)程序何時(shí)執(zhí)行，多個(gè)程序間的執(zhí)行順序以及完成每道程序所需要的時(shí)間

6、都是不確定的，因而也是不可預(yù)知的。3操作系統(tǒng)的功能操作系統(tǒng)的職能是負(fù)責(zé)系統(tǒng)中軟硬件資源的管理，合理地組織計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作流程，并為用戶提供一個(gè)良好的工作環(huán)境和友好的使用界面。下面從5個(gè)方面來說明操作系統(tǒng)的基本功能。（1）處理機(jī)管理。處理機(jī)管理的主要任務(wù)是對處理機(jī)的分配和運(yùn)行實(shí)施有效的管理。在多道程序環(huán)境下，處理機(jī)的分配和運(yùn)行是以進(jìn)程為基本單位的，因此對處理機(jī)的管理可歸結(jié)為對進(jìn)程的管理。進(jìn)程管理應(yīng)實(shí)現(xiàn)下述主要功能：進(jìn)程控制：負(fù)責(zé)進(jìn)程的創(chuàng)建、撤消及狀態(tài)轉(zhuǎn)換。進(jìn)程同步：對并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程進(jìn)行協(xié)調(diào)。進(jìn)程通信：負(fù)責(zé)完成進(jìn)程間的信息交換。進(jìn)程調(diào)度：按一定算法進(jìn)行處理機(jī)分配。（2）存儲(chǔ)器管理。存儲(chǔ)器管理的主要

7、任務(wù)是對內(nèi)行進(jìn)行分配、保護(hù)和擴(kuò)充。存儲(chǔ)器管理應(yīng)實(shí)現(xiàn)下述主要功能：內(nèi)存分配：按一定的策略為每道程序分配內(nèi)存。內(nèi)存保護(hù)：保證各程序在自己的內(nèi)存區(qū)域內(nèi)運(yùn)行而不相互干擾。地址映射：將地址空間的邏輯地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)存空間與之對應(yīng)的物理地址。內(nèi)存擴(kuò)充：為允許大型作業(yè)或多作業(yè)的運(yùn)行，必須借助虛擬存儲(chǔ)技術(shù)去獲得增加內(nèi)存的效果。（3）設(shè)備管理：計(jì)算機(jī)外部設(shè)備的管理是操作系統(tǒng)中最龐雜、瑣碎的部分。設(shè)備管理的主要任務(wù)是對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的所有設(shè)備實(shí)施有效的管理。設(shè)備管理應(yīng)具有下述功能：設(shè)備分配：根據(jù)一定的設(shè)備分配原則對設(shè)備進(jìn)行分配。為了使設(shè)備與主機(jī)并行工作，還需采用緩沖技術(shù)和虛擬技術(shù)。設(shè)備傳輸控制：實(shí)現(xiàn)物理的輸入輸出操作，

8、即啟動(dòng)設(shè)備、中斷處現(xiàn)、結(jié)束處理等。設(shè)備獨(dú)立性：即用戶向系統(tǒng)申請的設(shè)備與實(shí)際操作的設(shè)備無關(guān)。（4）文件管理。文件管理的主要任務(wù)是有效地支持文件的存儲(chǔ)、檢索和修改等操作，解決文件的共享、保密和保護(hù)問題。文件管理應(yīng)實(shí)現(xiàn)下述功能：文件存儲(chǔ)空間的管理：負(fù)責(zé)對文件存儲(chǔ)空間進(jìn)行管理，包括存儲(chǔ)空間的分配與回收等功能。目錄管理：目錄是用來管理文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它能提供按名存取的功能。文件操作管理：實(shí)現(xiàn)文件的操作，負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)的讀寫。文件保護(hù)：提供文件保護(hù)功能，防止文件遭到破壞。（5）用戶接口。為方便用戶使用操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)提供了用戶接口。操作系統(tǒng)通常提供如下幾種類型的用戶接口。命令接口：提供組命令供用戶直接或間

9、接控制自己的作業(yè)。程序接口：提供一組系統(tǒng)調(diào)用供用戶程序和其他系統(tǒng)程序調(diào)用。圖形接口：圖形用戶接口采用了圖形化的操作界面，用非常容易識別的各種圖標(biāo)將系統(tǒng)的各項(xiàng)功能、各種應(yīng)用程序和文件直觀、逼真地表示出來，用戶可通過鼠標(biāo)、菜單和對話框來完成各種應(yīng)用程序和文件的操作。4操作系統(tǒng)提供的服務(wù)操作系統(tǒng)為程序和用戶提供了一系列的操作系統(tǒng)服務(wù)，這些服務(wù)可使程序員更容易地完成他的工作。（1）操作系統(tǒng)的公共服務(wù)類型，主要有：程序執(zhí)行、I/O操作、文件系統(tǒng)操作、通信和差錯(cuò)檢測等。（2）系統(tǒng)調(diào)用中的作用，系統(tǒng)調(diào)用的類型是根據(jù)操作系統(tǒng)所提供服務(wù)的功能決定的，系統(tǒng)調(diào)用可分為進(jìn)程管理、設(shè)備管理、文件管理、信息維護(hù)以及通信等

10、。（二）操作系統(tǒng)的發(fā)展與分類操作系統(tǒng)的主要發(fā)展過程如下：1無操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（）手工操作階段早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上沒有配置操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)的操作由程序員采用手工操作直接控制和使用計(jì)算機(jī)硬件。程序員使用機(jī)器語言編程，并將事先準(zhǔn)備好的程序和數(shù)據(jù)穿孔在紙帶或卡片上，從紙帶或卡片輸入機(jī)將程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)。然后，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行，程序員可以通過控制臺上的按鈕、開關(guān)和氖燈來操縱和控制程序，運(yùn)行完畢，取走計(jì)算的結(jié)果，才輪到下一個(gè)用戶上機(jī)。這種手工操作方式具有用戶獨(dú)占計(jì)算機(jī)資源、資源利用率低及CPU等待人工操作的缺點(diǎn)。隨著CPU速度的大幅度提高，手工操作的慢速與CPU運(yùn)算的高速之間出現(xiàn)了矛盾，這就是所謂的

11、人機(jī)矛盾。另一方面，CPU與I/O設(shè)備之間速度不匹配的矛盾也日益突出。（）脫機(jī)輸入/輸出技術(shù)為解決CPU與I/O設(shè)備之間速度不匹配的問題，將用戶程序和數(shù)據(jù)在一臺外圍機(jī)（又稱衛(wèi)星機(jī)）的控制下，預(yù)先從低速輸入設(shè)備輸入到磁帶上，當(dāng)CPU需要這些程序和數(shù)據(jù)時(shí)，再直接從磁帶機(jī)高速輸入內(nèi)存，從而大大加快程序的輸入過程，減少CPU等待輸入的時(shí)間，這就是脫機(jī)輸入技術(shù)；類似地，當(dāng)CPU需要輸出時(shí)，無需直接把計(jì)算結(jié)果送至低速輸出設(shè)備，而是高速地把結(jié)果送到磁帶上，然后在外圍機(jī)的控制下，把磁帶上的計(jì)算結(jié)果由相應(yīng)的輸出設(shè)備輸出，這就是脫機(jī)輸出技術(shù)。若輸入/輸出操作在主機(jī)控制下進(jìn)行則稱之為聯(lián)機(jī)輸入/輸出。2單道批處理操作

12、系統(tǒng)批處理技術(shù)是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對一批作業(yè)自動(dòng)進(jìn)行處理的一種技術(shù)。早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)非常昂貴，為了能充分地利用它，應(yīng)盡量讓系統(tǒng)連續(xù)地運(yùn)行，以減少空閑時(shí)間。為此通常把一批作業(yè)以脫機(jī)輸入方式輸入到磁帶上，并在系統(tǒng)中配置監(jiān)督程序（是一個(gè)常駐內(nèi)存的程序，它管理作業(yè)的運(yùn)行，負(fù)責(zé)裝入和運(yùn)行各種系統(tǒng)處理程序來完成作業(yè)的自動(dòng)過渡），在它的控制下，先把磁帶上的第一個(gè)作業(yè)傳送到內(nèi)存，并把運(yùn)行的控制權(quán)交給該作業(yè)，當(dāng)該作業(yè)處理完后又把控制權(quán)交還給監(jiān)督程序，由監(jiān)督程序再把第二個(gè)作業(yè)裝入內(nèi)存。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)按這種方式對磁帶上的作業(yè)自動(dòng)地、一個(gè)接一個(gè)地進(jìn)行處理，直至把磁帶上的所有作業(yè)全部處理完畢，由于系統(tǒng)對作業(yè)的處理是成批進(jìn)行的、且

13、在內(nèi)存中始終只保持一道作業(yè)，故稱為單道批處理系統(tǒng)。其主要特征是：自動(dòng)性；順序性；單道性。 3多道批處理技術(shù)多道程序設(shè)計(jì)的基本概念：多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)是將多個(gè)作業(yè)存放在內(nèi)存中并允許它們交替執(zhí)行，這些作業(yè)共享處理機(jī)時(shí)間和外圍設(shè)備以及其他資源。當(dāng)一道程序因某種原因（如I/O請求）而暫停執(zhí)行時(shí)，CPU立即轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一道程序。在操作系統(tǒng)中引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)后，會(huì)使系統(tǒng)具有多道、宏觀上并行、微觀上串行的特點(diǎn)。在單道批處理系統(tǒng)中，內(nèi)存中僅有一道作業(yè)，使得系統(tǒng)中仍有較多的空閑資源，致使系統(tǒng)的性能較差，20世紀(jì)60年代引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)后，形成了多道批處理技術(shù)，進(jìn)一步提高了資源利用率和系統(tǒng)的吞吐量。在多道批處

14、理系統(tǒng)中，用戶所提交的作業(yè)都先存放在外存并排成一個(gè)隊(duì)列，該隊(duì)列稱為“后備隊(duì)列”；然后，由作業(yè)調(diào)度程序按一定的算法從后備隊(duì)列中選擇若干個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，使它們共享CPU和系統(tǒng)中的各種資源，以達(dá)到提高資源利用率和系統(tǒng)的吞吐量的目的。其主要特征是：多道性；無序性；調(diào)度性。4分時(shí)操作系統(tǒng)（1）分時(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生如果說，推動(dòng)多道批處理系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要?jiǎng)恿κ翘岣哔Y源利用率和系統(tǒng)吞吐率，那么，推動(dòng)分時(shí)系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，則是用戶的需要。體現(xiàn)在人-機(jī)交互、共享主機(jī)、便于用戶上機(jī)等方面。（2）分時(shí)系統(tǒng)的特征分時(shí)系統(tǒng)與多道批處理系統(tǒng)相比，具有完全不同的特征：多路性。指一臺計(jì)算機(jī)與若干臺終端相連接，系統(tǒng)按分時(shí)原

15、則為每個(gè)用戶服務(wù)。宏觀上，是多個(gè)用戶同時(shí)工作，共享系統(tǒng)資源；微觀上，則是每個(gè)用戶作業(yè)輪流運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片。多路性亦即同時(shí)性，它提高了資源利用率，從而促進(jìn)了計(jì)算機(jī)更廣泛地應(yīng)用。獨(dú)立性。每個(gè)用戶各占一個(gè)終端，彼此獨(dú)立操作、互不干擾。及時(shí)性。用戶的請求能在很短時(shí)間內(nèi)獲得響應(yīng)。交互性。用戶可通過終端與系統(tǒng)進(jìn)行廣泛的人機(jī)對話。其廣泛性表現(xiàn)在：用戶可以請求系統(tǒng)提供各方面的服務(wù)，如文件編輯、數(shù)據(jù)處理和資源共享等。5實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（1）實(shí)時(shí)系統(tǒng)的引入雖然多道批處理系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)已獲得較為令人滿意的資源利用率和響應(yīng)時(shí)間，從而使計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，但它們?nèi)匀徊荒軡M足以下兩個(gè)領(lǐng)域的需要：實(shí)時(shí)控制：實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)通常

16、是指以計(jì)算機(jī)為中心的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，又稱為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。例如鋼鐵冶煉和鋼板軋制的自動(dòng)控制，化工、煉油生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制等。實(shí)時(shí)信息處理：在實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)能及時(shí)接收從遠(yuǎn)程終端發(fā)來的服務(wù)請求，根據(jù)用戶提出的問題對信息進(jìn)行檢索和處理，并在很短時(shí)間內(nèi)對用戶做出正確回答，如機(jī)票訂購系統(tǒng)，情報(bào)檢索系統(tǒng)等。（2）實(shí)時(shí)任務(wù)的類型按任務(wù)執(zhí)行時(shí)是否呈現(xiàn)周期性來劃分：分為周期性實(shí)時(shí)任務(wù)和非周期性實(shí)時(shí)任務(wù)。根據(jù)對截止時(shí)間的要求來劃分：分為硬實(shí)時(shí)任務(wù)和軟實(shí)時(shí)任務(wù)。（3）實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)的比較多路性； 獨(dú)立性： 及時(shí)性； 交互性； 可靠性實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是響應(yīng)及時(shí)和可靠性高。系統(tǒng)必須保證對實(shí)時(shí)信息

17、的分析和處理的速度要快，而且系統(tǒng)本身要安全可靠，因?yàn)樵谏a(chǎn)過程的實(shí)時(shí)控制、航空訂票等實(shí)時(shí)事務(wù)系統(tǒng)，信息處理的延誤或丟失往往會(huì)帶來不堪設(shè)想的后果。隨著計(jì)算機(jī)硬件及其應(yīng)用的不斷發(fā)展，操作系統(tǒng)的類型也逐漸多樣化，如何對這些操作系統(tǒng)進(jìn)行分類取決于分類的方法，即所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。下面列出了三種分類方法。（1）按用戶數(shù)目分為單用戶操作系統(tǒng)和多用戶操作系統(tǒng)。其中，單用戶操作系統(tǒng)又分為單任務(wù)操作系統(tǒng)和多任務(wù)操作系統(tǒng)。（2）按硬件結(jié)構(gòu)分為單CPU操作系統(tǒng)、多CPU操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)和多媒體操作系統(tǒng)。（3）按使用環(huán)境分為批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。這是最常用的一種分類方法。批處理操

18、作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是三種基本的操作系統(tǒng)類型。如果一個(gè)操作系統(tǒng)兼有批處理、分時(shí)處理和實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)三者或其中兩者的功能，那就形成了通用操作系統(tǒng)。（三）操作系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境操作系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境主要包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件環(huán)境和由其它系統(tǒng)軟件形成的軟件環(huán)境，以及操作系統(tǒng)和使用它的人之間的關(guān)系。硬件環(huán)境主要包括中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)系統(tǒng)、中斷機(jī)制、I/O技術(shù)和時(shí)鐘等方面。下面主要說明CPU狀態(tài)和中斷機(jī)制。特權(quán)指令：只能由操作系統(tǒng)使用的指令。如：修改程序狀態(tài)字、開關(guān)中斷、置中斷向量、啟動(dòng)設(shè)備執(zhí)行I/O操作、設(shè)置硬件實(shí)時(shí)鐘、停機(jī)等非特權(quán)指令：特權(quán)指令之外的指令，這些指令的執(zhí)行不影響其它用戶以及系

19、統(tǒng)狀態(tài).如算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算指令、取數(shù)存數(shù)指令、訪管指令等1CPU狀態(tài)管態(tài)和目態(tài)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)程序作為用戶程序的管理者和控制者，享有用戶程序所不能享有的某些特權(quán)，為避免錯(cuò)誤地使用特權(quán)指令，將CPU的運(yùn)行狀態(tài)分為管態(tài)和目態(tài)。由程序狀態(tài)(PSW)寄存器內(nèi)的標(biāo)志觸發(fā)器來進(jìn)行標(biāo)識。管態(tài)又稱為系統(tǒng)態(tài)或核心態(tài)，操作系統(tǒng)程序在管態(tài)下運(yùn)行，能執(zhí)行包括特權(quán)指令在內(nèi)的所有指令。目態(tài)又稱為用戶態(tài)或常態(tài)，外層用戶程序在目態(tài)下運(yùn)行，不可執(zhí)行特權(quán)指令。若出現(xiàn)特權(quán)指令、CPU能識別出程序非法使用指令，形成一個(gè)程序性中斷事件，中止程序的執(zhí)行。目態(tài)-管態(tài) 其轉(zhuǎn)換的唯一途徑是通過中斷管態(tài)-目態(tài) 可用設(shè)置PSW(修改程

20、序狀態(tài)字)可實(shí)現(xiàn)2中斷機(jī)制(1)中斷的定義：所謂中斷是指系統(tǒng)發(fā)生某一事件后，CPU暫停正在執(zhí)行的程序轉(zhuǎn)去執(zhí)行處理該事件的程序過程，處理中斷事件的程序稱為中斷處理程序，產(chǎn)生中斷信號的那個(gè)部件稱為中斷源。硬件的中斷機(jī)構(gòu)與處理這些中斷的程序統(tǒng)稱為中斷系統(tǒng)。(2)中斷的類型不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)其產(chǎn)生中斷的原因及其處理方式均不同，通常將系統(tǒng)內(nèi)的所有中斷分為若干類。根據(jù)中斷信號的含義和功能分為以下五類；機(jī)器故障中斷：因機(jī)器發(fā)生錯(cuò)誤(電源故障，內(nèi)存讀數(shù)錯(cuò)誤等)而產(chǎn)生的中斷，用以反映硬件故障，以便進(jìn)入診斷程序。I/O中斷：由輸入/輸出設(shè)備引起的中斷，用以反映通道或外部設(shè)備工作狀態(tài)。外中斷：由各種外部事件引起的中斷

21、，用以反映外部的要求。如時(shí)鐘的定時(shí)中斷，控制臺發(fā)控制信息等。程序性中斷：因程序中錯(cuò)誤使用指令或數(shù)據(jù)引起的中斷，用以反映程序執(zhí)行過程中發(fā)生的例外情況。如定點(diǎn)溢出，除數(shù)為0，地址越界等。訪管中斷：由于程序執(zhí)行了“訪管”指令（系統(tǒng)調(diào)用）而產(chǎn)生的中斷，用于反映用戶程序所請求操作系統(tǒng)為其完成某項(xiàng)工作。根據(jù)中斷信號的來源分為兩類；中斷，也稱外中斷，指來自CPU以外事件的中斷，是與當(dāng)前運(yùn)行程序無關(guān)的暫停事件。對它的處理不必完全依賴當(dāng)前程序的運(yùn)行現(xiàn)場，具有較低的中斷優(yōu)先級，可被臨時(shí)屏蔽。異常，也稱內(nèi)中斷或陷入，指源自CPU內(nèi)部事件的中斷，是與當(dāng)前運(yùn)行程序相關(guān)的暫停事件，對其處理要依賴于當(dāng)前程序的運(yùn)行現(xiàn)場，均具

22、有較高的優(yōu)先級，一旦出現(xiàn)應(yīng)立即處理。根據(jù)是否是當(dāng)前程序期望的分為兩類：強(qiáng)迫性中斷： 正在運(yùn)行的程序所不期望的，由于某種硬件故障或外部請求引起的 輸入/輸出(I/O)中斷：主要來自外部設(shè)備通道 程序性中斷：運(yùn)行程序中本身的中斷(如溢出,缺頁中斷,缺段中斷,地址越界) 時(shí)鐘中斷 控制臺中斷 硬件故障自愿性中斷（訪管中斷）： 用戶在程序中有意識安排的中斷，是由于用戶在編制程序時(shí)因?yàn)橐蟛僮飨到y(tǒng)提供服務(wù)，有意使用“訪管”指令（系統(tǒng)調(diào)用），使中斷發(fā)生 執(zhí)行I/O，創(chuàng)建進(jìn)程，分配內(nèi)存 信號量操作，發(fā)送/接收消息3.中斷優(yōu)先級與中斷向量中斷優(yōu)先級指中斷裝置響應(yīng)中斷的次序，是由硬件設(shè)計(jì)時(shí)固定的規(guī)定級別高的中斷

23、優(yōu)先響應(yīng)。一般情況下，優(yōu)先級的高低順序?yàn)椋簷C(jī)器故障中斷，訪管中斷，程序性中斷，外部中斷，輸入輸出中斷。中斷屏蔽即禁止中斷出現(xiàn)或響應(yīng)中斷，可以改變中斷響應(yīng)的順序。三、經(jīng)典例題解析1操作系統(tǒng)是對（ ）進(jìn)行管理的軟件。A軟件 B硬件 C計(jì)算機(jī)資源 D應(yīng)用程序分析與解答操作系統(tǒng)是一個(gè)系統(tǒng)軟件，不但管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件資源，還管理軟件資源，是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬、軟件資源的總指揮部。答案是C 2批處理操作系統(tǒng)的目的是（）。A提高系統(tǒng)與用戶的交互性能 B提高系統(tǒng)資源利用率 C降低用戶作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間 D減少用戶作業(yè)的等待時(shí)間分析與解答批處理系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)吞吐量大、資源利用率高，主要缺點(diǎn)是交互能力差、作業(yè)周

24、轉(zhuǎn)時(shí)間長。答案是B3試對分時(shí)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行比較。分析與解答我們可以從以下幾個(gè)方面對這兩種操作系統(tǒng)進(jìn)行比較。（1）從多路性看，實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)樣都能為多個(gè)用戶服務(wù)。系統(tǒng)按分時(shí)原則為多個(gè)終端用戶服務(wù)；而對實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，則表現(xiàn)為經(jīng)常對多路現(xiàn)場信息進(jìn)行采集以及對多個(gè)對象或多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。（2）從獨(dú)立性看，實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)樣，每個(gè)用戶各占一個(gè)終端，彼此獨(dú)立操作，互不干擾。因此用戶感覺就像他一人獨(dú)占計(jì)算機(jī)；而實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中信息的采集和對對象的控制都是彼此互不干擾的。（3）從及時(shí)性看，實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)對響應(yīng)時(shí)間的要求與分時(shí)系統(tǒng)類似，都是以人們所能接受的等待時(shí)間來確定；而實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)

25、的響應(yīng)時(shí)間則是以控制對象所能接受的延時(shí)來確定的。（4）從交互性看，分時(shí)系統(tǒng)是一種通用性系統(tǒng)，主要用于運(yùn)行終端用戶程序，因此它具有較強(qiáng)的交互能力；而實(shí)時(shí)系統(tǒng)雖然也有交互能力，但其交互能力不及前者。（5）從可靠性看，分時(shí)系統(tǒng)也要求系統(tǒng)可靠，相比之下，實(shí)時(shí)系統(tǒng)則要求系統(tǒng)高度可靠。4一個(gè)分層結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)由裸機(jī)，用戶，CPU調(diào)度和P、V操作，文件管理，作業(yè)管理，內(nèi)存管理，設(shè)備管理，命令管理等部分組成。試按層次結(jié)構(gòu)的原則從內(nèi)到外將各部分重新排列。分析與解答采用分層結(jié)構(gòu)方法可以將操作系統(tǒng)的各種功能分成不同的層次，即將整個(gè)操作系統(tǒng)看成是由若干層組成，每一層都提供一組功能，這些功能只依賴于該層以內(nèi)的各層次，最內(nèi)

26、層部分是機(jī)器硬件本身提供的各種功能。操作系統(tǒng)的這種層次結(jié)構(gòu)如圖1.1所示，同機(jī)器硬件緊挨著的是操作系統(tǒng)內(nèi)核，它是操作系統(tǒng)的最里一層。內(nèi)核包括中斷處理、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、處理機(jī)調(diào)度以及進(jìn)程控制和通信等功能，其目的是提供一種進(jìn)程可以存在和活動(dòng)的環(huán)境。內(nèi)核以外各層依次是存儲(chǔ)管理層、I/O管理層、文件管理層和作業(yè)管理層。它們提供各種資源管理功能并為用戶提供各種服務(wù)。命令管理是操作系統(tǒng)提供給用戶的接口層，因而在操作系統(tǒng)的最外層。從上述分析可知，按層次結(jié)構(gòu)原則從內(nèi)到外依次為：裸機(jī)，CPU調(diào)度和P、V操作，內(nèi)存管理，設(shè)備管理，文件管理，作業(yè)管理，命令管理，用戶。作業(yè)管理命令管理文件管理裸機(jī)I/O管理存儲(chǔ)管理中斷處理

27、、進(jìn)程控制與通信、CPU調(diào)度等圖1.1 操作系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)5操作系統(tǒng)具有哪些特征?它們之間有何關(guān)系?分析與解答 操作系統(tǒng)的特征有并發(fā)、共享、虛擬和異步性（不確定性）。它們的關(guān)系如下：（1）并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)最基本的特征。為了提高計(jì)算機(jī)資源的利用率，操作系統(tǒng)必然要采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，使多個(gè)程序共享系統(tǒng)的資源，并發(fā)的執(zhí)行。（2）并發(fā)和共享互為存在的條件。一方面，資源的共享以程序（進(jìn)程）的并發(fā)執(zhí)行為條件，若系統(tǒng)不允許程序并發(fā)執(zhí)行，自然不存在資源的共享問題；另一方面，若系統(tǒng)不能對資源共享實(shí)施有效管理，協(xié)調(diào)好各個(gè)進(jìn)程對共享資源的訪問，也必將影響到程序的并發(fā)執(zhí)行，甚至根本無法并發(fā)執(zhí)行。（3）虛擬以并發(fā)

28、和共享為前提條件。為了使并發(fā)進(jìn)程能更方便、更有效地共享資源，操作系統(tǒng)經(jīng)常采用多種虛擬技術(shù)來在邏輯上增加CPU和設(shè)備的數(shù)量以及存儲(chǔ)器的容量，從而解決眾多并發(fā)進(jìn)程對有限系統(tǒng)資源的競爭問題。（4）異步性（不確定性）是并發(fā)和共享的必然結(jié)果。操作系統(tǒng)允許多個(gè)并發(fā)進(jìn)程共享資源、相互合作，使得每個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行過程受到其他進(jìn)程的制約，系統(tǒng)中的每個(gè)程序何時(shí)執(zhí)行，多個(gè)程序間的執(zhí)行順序以及完成每道程序所需的時(shí)間是不確定的，因而也是不可預(yù)知的。6.分時(shí)系統(tǒng)需要使用下面哪些成份:多道程序設(shè)計(jì)技術(shù) 作業(yè)說明書 終端命令解釋程序 中斷處理 優(yōu)先級調(diào)度 系統(tǒng)調(diào)用分析與解答 7.系統(tǒng)調(diào)用和一般過程調(diào)用有何區(qū)別？分析與解答： 教材

29、P2628.你認(rèn)為下列哪些指令在核心態(tài)下執(zhí)行？屏蔽所有中斷 讀時(shí)鐘日期 設(shè)置時(shí)鐘 改變存儲(chǔ)映像圖 存取某地址單元的內(nèi)容 停機(jī)分析與解答：操作系統(tǒng)程序在核心態(tài)下運(yùn)行，發(fā)生系統(tǒng)調(diào)用時(shí)都轉(zhuǎn)入核心態(tài)運(yùn)行，系統(tǒng)調(diào)用大致分為如下幾類：（1）文件操作：打開/刪除文件，讀寫文件，建立文件；（2）資源申請：申請/釋放存儲(chǔ)空間，申請/釋放外圍設(shè)備；（3）控制：正常/異常結(jié)束，返回?cái)帱c(diǎn)/指定點(diǎn)；（4）信息維護(hù)：設(shè)置、獲取日期時(shí)間、設(shè)置獲取文件屬性等。所以應(yīng)在核心態(tài)下執(zhí)行的指令是 9.如果有多個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生，系統(tǒng)將根據(jù)中斷優(yōu)先級響應(yīng)優(yōu)先級最高的中斷請求，若要調(diào)整中斷事件的響應(yīng)次序，可以利用（）。A. 中斷向量 B.

30、中斷嵌套 C.中斷響應(yīng) D.中斷屏蔽分析與解答：中斷優(yōu)先級指中斷裝置響應(yīng)中斷的次序，是由硬件設(shè)計(jì)時(shí)固定的規(guī)定級別高的中斷優(yōu)先響應(yīng)。中斷屏蔽即禁止中斷出現(xiàn)或響應(yīng)中斷，可以改變中斷響應(yīng)的順序。所以應(yīng)選D.10.為什么說直到中斷和通道技術(shù)出現(xiàn)，多道程序概念才變?yōu)橛杏茫糠治雠c解答：通道是一種專業(yè)I/O處理機(jī)，它一旦被啟動(dòng)就獨(dú)立于CPU運(yùn)行，故做到了輸入輸出與CPU并行工作，但早期CPU向通道發(fā)詢問指令來了解通道工作是否完成，若未完成，則循環(huán)詢問，無法做到CPU與I/O設(shè)備真正并行工作。中斷是在輸入輸出結(jié)束或硬件發(fā)生某種故障時(shí)，由相應(yīng)硬件（即中斷機(jī)構(gòu)）向CPU發(fā)出信號，CPU立即停止手頭的工作而轉(zhuǎn)向處理

31、中斷請求，待處理完中斷后再繼續(xù)原來手頭的工作。CPU啟動(dòng)通道，通道工作結(jié)束時(shí)，通過中斷機(jī)構(gòu)向CPU發(fā)中斷請求。所以說，直到中斷和通道技術(shù)出現(xiàn)，多道程序概念才變?yōu)橛杏?。四、題型練習(xí)(一)單項(xiàng)選擇題1操作系統(tǒng)的（ ）管理部分負(fù)責(zé)對進(jìn)程進(jìn)行調(diào)度。A主存儲(chǔ)器 B運(yùn)算器 C控制器 D處理機(jī)2從用戶的觀點(diǎn)看，操作系統(tǒng)是（）A用戶與計(jì)算機(jī)之間的接口 B控制和管理計(jì)算機(jī)資源的軟件C合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程的軟件D由若干層次的程序按一定的結(jié)構(gòu)組成的有機(jī)體3操作系統(tǒng)是一種（ ）。A通用軟件 B系統(tǒng)軟件 C應(yīng)用軟件 D軟件包4一般用戶更喜歡使用的系統(tǒng)是（ ）。A.手工操作 B.單道批處理 C.多道批處理 D.多用戶

32、分時(shí)系統(tǒng)5與計(jì)算機(jī)硬件關(guān)系最密切的軟件是（ ）。A.編譯程序 B.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) C.游戲程序 D.OS6操作系統(tǒng)的基本類型主要有（ ）。 A.批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)及多任務(wù)系統(tǒng) B.實(shí)時(shí)系統(tǒng)、批處理系統(tǒng)及分時(shí)操作系統(tǒng) C.單用戶系統(tǒng)、多用戶系統(tǒng)及批處理系統(tǒng) D.實(shí)時(shí)系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)和多用戶系統(tǒng)7多道批處理系統(tǒng)的硬件支持是20世紀(jì)60年代初發(fā)展起來的（ ）。 A.RISC技術(shù) B.通道和中斷機(jī)構(gòu) C.集成電路 D.高速內(nèi)存 8現(xiàn)代OS具有并發(fā)性和共享性，是（ ）的引入導(dǎo)致的。 A.單道程序 B. 磁盤 C. 對象 D.多道程序 9（ ）不是設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要的追求目標(biāo)。A安全可靠 B資源利用率

33、C及時(shí)響應(yīng) D快速處理10（ ）不是多道程序系統(tǒng)。 A.單用戶單任務(wù) B.多道批處理系統(tǒng) C.單用戶多任務(wù) D.多用戶分時(shí)系統(tǒng)11現(xiàn)代操作系統(tǒng)的兩個(gè)基本特征是（ ）和資源共享性。A.多道程序設(shè)計(jì) B. 中斷處理C.程序的并發(fā)性 D. 實(shí)現(xiàn)分時(shí)與實(shí)時(shí)處理12. 早期的OS主要追求的是（ ）。 A.系統(tǒng)的效率 B.用戶的方便性 C.可移植 D.可擴(kuò)充性13.在單CPU系統(tǒng)中，多道程序運(yùn)行除了“多道”的特點(diǎn)以外還有( )。A.宏觀上串行，微觀上也串行 B.宏觀上并行，微觀上串行C.宏觀上并行，微觀上也并行 D.宏觀上串行，微觀上并行 14. （ ）操作系統(tǒng)允許在一臺主機(jī)上同時(shí)連接多臺終端,多個(gè)用戶可

34、以通過自己的終端同時(shí)交互地使用計(jì)算機(jī).A.網(wǎng)絡(luò) B.分布式 C.分時(shí) D.實(shí)時(shí) 15. 沒有了（ ）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就啟動(dòng)不起來。 A.編譯器 B.DBMS C.OS D.瀏覽器16用戶可以通過（ ）兩種方式使用計(jì)算機(jī)。A命令方式和函數(shù)方式 B命令方式和系統(tǒng)調(diào)用方式 C命令方式和文件管理方式 D設(shè)備管理方式和系統(tǒng)調(diào)用方式17. 操作系統(tǒng)的主要功能有（ ）。A. 進(jìn)程管理、存儲(chǔ)器管理、設(shè)備管理、處理機(jī)管理B. 虛擬存儲(chǔ)管理、處理機(jī)管理、進(jìn)程調(diào)度、文件系統(tǒng)C. 處理機(jī)管理、存儲(chǔ)器管理、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)D. 進(jìn)程管理、中斷管理、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)18下面關(guān)于操作系統(tǒng)的敘述中正確的是( ) A.批處理作業(yè)

35、必須具有作業(yè)控制信息 B.分時(shí)系統(tǒng)不一定都有人機(jī)交互功能 C.從響應(yīng)時(shí)間的角度看，實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)差不多 D.由于采用了分時(shí)技術(shù)，用戶可以獨(dú)占計(jì)算機(jī)資源19. 單處理機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，（ ）是并行操作的。A.處理機(jī)的操作與通道的操作是并行的 B.程序與程序 C.主程序與子程序D.用戶程序與操作系統(tǒng)程序20（ ）是操作系統(tǒng)最重要的兩個(gè)目標(biāo)A.可擴(kuò)充性和開放性 B.方便性和開放性C. 可擴(kuò)充性和有效性 D. 方便性和有效性21處理機(jī)的所有指令可以在（ ）執(zhí)行。A.目態(tài) B.瀏覽器中 C.任意的時(shí)間 D.系統(tǒng)態(tài)22（ ）功能不是操作系統(tǒng)直接完成的功能。A.管理計(jì)算機(jī)硬盤 B.對程序進(jìn)行編譯 C.實(shí)現(xiàn)

36、虛擬存儲(chǔ)器 D.刪除文件23.要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對外界的請求必須給予及時(shí)響應(yīng)的OS是（ ）。A.多用戶分時(shí)系統(tǒng) B.實(shí)時(shí)系統(tǒng) C.批處理系統(tǒng)時(shí)間 D.網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)24在指令系統(tǒng)中只能由操作系統(tǒng)使用的指令稱為（ ）。 A.系統(tǒng)指令 B.設(shè)備指令 C.非特權(quán)指令 D.特權(quán)指令25.（ ）對多用戶分時(shí)系統(tǒng)最重要。A.實(shí)時(shí)性 B.交互性 C.共享性 D.運(yùn)行效率26.（ ）對多道批處理系統(tǒng)最重要。 A.實(shí)時(shí)性 B.交互性 C.共享性 D.運(yùn)行效率27. ( )對實(shí)時(shí)系統(tǒng)最重要。 A.及時(shí)性 B.交互性 C.共享性 D.運(yùn)行效率28. 如果分時(shí)操作系統(tǒng)的時(shí)間片一定，那么（ ），則響應(yīng)時(shí)間越長。 A.用戶

37、數(shù)越少 B.用戶數(shù)越多 C.內(nèi)存越小 D.內(nèi)存越大29. 下列選項(xiàng)中，操作系統(tǒng)提供的給應(yīng)程序的接口是（）A、系統(tǒng)調(diào)用B、中斷C、庫函數(shù)D、原語 30. 在下面關(guān)于并發(fā)性的敘述中正確的是（ ）。A.并發(fā)性是指若干事件在同一時(shí)刻發(fā)生B.并發(fā)性是指若干事件在不同時(shí)刻發(fā)生C.并發(fā)性是指若干事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生D.并發(fā)性是指若干事件在不同時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生31. 下面對OS不正確的描述是（ ）。 A.OS是系統(tǒng)資源管理程序 B.OS是為用戶提供服務(wù)的程序 C.OS是其它軟件的支撐軟件 D.OS是系統(tǒng)態(tài)程序的集合32. OS的不確定性是指（ ） A.程序的運(yùn)行結(jié)果不確定 B.程序的運(yùn)行次序不確定 C.程序

38、多次運(yùn)行的時(shí)間不確定 D. A、B和C33. 下面哪一個(gè)不是程序在并發(fā)系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行的特點(diǎn)（ ）。 A.程序執(zhí)行的間斷性 B.相互通信的可能性 C.產(chǎn)生死鎖的必然性 D.資源分配的動(dòng)態(tài)性34. 在下列操作系統(tǒng)的各個(gè)功能組成部分中，（ ）不需要硬件的支持。 A進(jìn)程調(diào)度 B時(shí)鐘管理 C地址映射 D中斷系統(tǒng)35. 一般來說，為了實(shí)現(xiàn)多道程序設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)最需要（ ）A.更大的內(nèi)存 B.更多的外設(shè)C.更快的CPU D.更先進(jìn)的終端36.用戶程序在目態(tài)下使用系統(tǒng)調(diào)用引起的中斷屬于( )A硬件故障中斷 B程序中斷 C外部中斷 D訪管中斷37.操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中介于( )之間。ACPU和用戶之間 BCPU和程

39、序員之間 C計(jì)算機(jī)硬件和用戶 D計(jì)算機(jī)硬件和軟件之間38.下列哪種管理是與系統(tǒng)的軟件資源有關(guān)的（ ） A.處理機(jī)管理 B.存儲(chǔ)管理C.設(shè)備管理 D.文件系統(tǒng)管理39.推動(dòng)分時(shí)系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要?jiǎng)恿κ牵?）A提高資源利用率 B用戶的需要 C提高系統(tǒng)吞吐量 D提高CPU利用率40在計(jì)算機(jī)操作中，最外層的是（）。A硬件系統(tǒng) B系統(tǒng)軟件 C支援軟件 D應(yīng)用軟件(二)綜合應(yīng)用題1采用多道程序設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是什么?2操作系統(tǒng)是隨著多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的出現(xiàn)逐步發(fā)展起來的，要保證多道程序的正確運(yùn)行、在技術(shù)上要解決哪些基本問題?3實(shí)現(xiàn)多道程序系統(tǒng)的最主要硬件支持是什么？4敘述操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的位置。5處理

40、機(jī)為什么要區(qū)分管態(tài)和目態(tài)（系統(tǒng)態(tài)和用戶態(tài)）？6網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與分布式操作系統(tǒng)的區(qū)別？7. 多用戶分時(shí)系統(tǒng)如何克服多道批處理系統(tǒng)的缺點(diǎn) ？8.AB兩個(gè)程序，程序A按順序使用CPU10s，使用設(shè)備甲10s，使用CPU5s，使用設(shè)備乙10s ,最后使用CPU10s。程序B按順序使用設(shè)備甲10s，使用CPU10s，使用設(shè)備乙10s，使用CPU5s，使用設(shè)備乙10s，問：（1）在順序環(huán)境下先執(zhí)行程序A再執(zhí)行程序B，CPU的利用率是多少？（2）在多道程序環(huán)境下，CPU的利用率是多少？五、參考答案(一)選擇題1.C 2.A 3.B 4.D 5.D 6.B 7.B 8.D 9.B 10.A 11.C 12.A1

41、3.B 14.C 15.C 16.B 17.C 18.A 19.A 20.D 21.D 22.B 23.B 24.D25.B 26.D 27.A 28.B 29.A 30.C 31.D 32.D 33.C 34.A 35.A 36.D37.C 38.D 39.B 40.D（二）綜合應(yīng)用題1答：在單道運(yùn)行方式下，每當(dāng)程序發(fā)出I/O請求時(shí)，CPU便處于等待I/O完成的狀態(tài)，致使CPU空閑。多道程序設(shè)計(jì)考慮到作業(yè)的運(yùn)行規(guī)律是交替使用CPU和I/O，故將多道程序同時(shí)保存于系統(tǒng)中，使各作業(yè)對CPU和I/O的使用在時(shí)間上重疊，提高了CPU和I/O設(shè)備的利用率。2答：多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)能有效提高系統(tǒng)的吞吐量和

42、改善資源利用率。實(shí)現(xiàn)多道程序系統(tǒng)時(shí)，由于主存中總是同時(shí)存在幾道作業(yè)，因而需要妥善解決下述幾個(gè)問題：（1）處理機(jī)管理問題。應(yīng)如何分配被多道程序共享的處理機(jī)，以使處理機(jī)既能滿足各程序運(yùn)行的需要又有較高的利用率；當(dāng)把處理機(jī)分配給某程序后，應(yīng)何時(shí)收回處理機(jī)。（2）內(nèi)存管理問題。如何為每道程序分配必要的內(nèi)存空間，使它們各得其所又不致因相互重疊而丟失信息；應(yīng)如何防止因某道程序出現(xiàn)異常情況而破壞其他程序。（3）設(shè)備管理問題。系統(tǒng)中可能有多種類型的I/O設(shè)備供多道程序共享，應(yīng)如何分配這些I/O設(shè)備；如何做到既方便用戶對設(shè)備的使用。又能提高設(shè)備的利用率。（4）文件管理問題。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常都存放著大量的

43、程序和數(shù)據(jù)信息，應(yīng)如何組織信息才能便于用戶使用并能保證數(shù)據(jù)信息的安全性和一致性。3答：最主要硬件支持是中斷系統(tǒng)和通道技術(shù)。（1）很多進(jìn)程的切換是由時(shí)鐘中斷引起的，尤其是分時(shí)系統(tǒng)。用戶程序進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用時(shí)通過軟中斷來實(shí)現(xiàn)，如TRAP。通道和外設(shè)的操作也要向操作系統(tǒng)發(fā)送中斷。（2）在多道程序系統(tǒng)中，當(dāng)CPU要求在主存和外設(shè)間傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，通過發(fā)出I/O指令命令通道工作，通道獨(dú)立地在內(nèi)存和外設(shè)間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，I/O操作完成后，通道以中斷方式通知CPU，從而實(shí)現(xiàn)了CPU計(jì)算與I/O操作的并行。4答：操作系統(tǒng)是運(yùn)行在計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)上的最基本的軟件。它控制和管理著所有的系統(tǒng)硬件(CPU、主存、各種硬件部件和外

44、部設(shè)備等)，也控制和管理著所有的軟件(系統(tǒng)程序和用戶進(jìn)程等)，操作系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)使用者提供了一種良好的操作環(huán)境，也為其他各種應(yīng)用系統(tǒng)提供了最基本的支撐環(huán)境。現(xiàn)代操作系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的軟件系統(tǒng)它與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)有著千絲萬縷的聯(lián)系，也與用戶有著密不可分的關(guān)系，它在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中位于計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)用戶之間，如圖1.2所示。緊挨著硬件的就是操作系統(tǒng)，它通過系統(tǒng)核心程序?qū)τ?jì)算機(jī)系統(tǒng)中的幾類資源進(jìn)行管理，如處理機(jī)、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備、數(shù)據(jù)與文檔資源、用戶作業(yè)等，并向用戶提供若干服務(wù)，通過這些服務(wù)將所有對硬件的復(fù)雜操作隱藏起來，為用戶操供一個(gè)透明的操作環(huán)境。操作系統(tǒng)是最基本的系統(tǒng)軟件。操作系統(tǒng)的外層是其他系

45、統(tǒng)軟件，用戶可以直接通過系統(tǒng)軟件層與計(jì)算機(jī)打交道，也可以建立各類應(yīng)用軟件和應(yīng)用系統(tǒng)，通過它們來解決用戶的問題。由此可見，操作系統(tǒng)是介于計(jì)算機(jī)硬件和用戶之間的一個(gè)接口。系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)硬件應(yīng)用系統(tǒng)與應(yīng)用軟件圖1.2 操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的位置5答：區(qū)分管態(tài)和目態(tài)主要原因如下：為了防止操作系統(tǒng)及關(guān)鍵數(shù)據(jù)受到用戶程序有意或無意的破壞，通常將處理機(jī)的執(zhí)行狀態(tài)分成管態(tài)和目態(tài)（系統(tǒng)態(tài)和用戶態(tài)）兩種。處于目態(tài)執(zhí)行的程序的操作要受到限制，不能去執(zhí)行特權(quán)指令，訪問操作系統(tǒng)區(qū)域和其他程序的區(qū)域，這就防止了用戶程序?qū)Σ僮飨到y(tǒng)和其他用戶程序的破壞。操作系統(tǒng)的內(nèi)核通常是運(yùn)行在管態(tài)（系統(tǒng)態(tài)）的，目態(tài)（用戶態(tài)）的程序通過

46、系統(tǒng)調(diào)用接受管態(tài)程序運(yùn)行的服務(wù)。目態(tài)下的進(jìn)程能存取它們自己的指令與數(shù)據(jù)，但不能存取內(nèi)核指令和數(shù)據(jù)或其他進(jìn)程的指令和數(shù)據(jù)。然而，管態(tài)下的進(jìn)程能夠使用所有指令、資源，并具有改變CPU狀態(tài)的能力。在目態(tài)下執(zhí)行的進(jìn)程沒有執(zhí)行特權(quán)指令的能力，在目態(tài)下執(zhí)行特權(quán)指令會(huì)引起錯(cuò)誤。從目態(tài)轉(zhuǎn)換為管態(tài)的惟一途徑是中斷；從管態(tài)到目態(tài)的轉(zhuǎn)換通過修改程序狀態(tài)字來實(shí)現(xiàn)。6答：在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通信方式和資源管理方法配置網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)。在配置了網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，各計(jì)算機(jī)沒有主次之分；網(wǎng)絡(luò)中任意兩臺計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行信息交換；網(wǎng)絡(luò)OS中的用戶使用自己的機(jī)器可以訪問網(wǎng)絡(luò)上別的機(jī)器的資源，通過網(wǎng)絡(luò)

47、將很多的機(jī)器連接起來，共享軟硬件資源，但是整個(gè)系統(tǒng)對用戶來說是分散的、不透明的。而分布式計(jì)算機(jī)是由多臺計(jì)算機(jī)組成的一種特殊的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，分布式操作系統(tǒng)能使系統(tǒng)中的若干臺計(jì)算機(jī)相互協(xié)作完成一個(gè)共同的任務(wù)，使一個(gè)程序分布在幾臺計(jì)算機(jī)上并行執(zhí)行、互相協(xié)作得出最終的計(jì)算結(jié)果，但是整個(gè)系統(tǒng)對用戶是透明的，用戶面對整個(gè)OS就好像使用一個(gè)自己的機(jī)器一樣。7.答:盡管多道批處理系統(tǒng)已經(jīng)大大地提高了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源利用率，但是它的致命缺點(diǎn)是缺少交互性。怎樣才能使系統(tǒng)既具有交互性又不使資源的利用率降低？資源利用率與交互性是一對矛盾。如果一臺計(jì)算機(jī)能夠連接多個(gè)操作臺（終端），允許多個(gè)用戶同時(shí)在操作臺上操作，每個(gè)操作

48、臺上的用戶執(zhí)行一個(gè)程序，就有多個(gè)程序進(jìn)入系統(tǒng)，導(dǎo)致在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中就裝入了多個(gè)程序，形成多個(gè)程序的并發(fā)執(zhí)行,通過并發(fā)程序的分時(shí)執(zhí)行，確保每個(gè)用戶的操作計(jì)算機(jī)終端就好像單獨(dú)操作一臺計(jì)算機(jī)一樣。這樣就避免了只有一個(gè)操作臺時(shí)，大量的計(jì)算機(jī)的時(shí)間被一個(gè)用戶的大量浪費(fèi)，同時(shí)又克服多道批處理系統(tǒng)非交互性的缺點(diǎn)。8.答：（1）程序A和程序B順序執(zhí)行，程序A執(zhí)行完畢，程序B才開始執(zhí)行。兩個(gè)程序共耗時(shí)90s，其中占用CPU的時(shí)間為40s，因此順序執(zhí)行時(shí)CPU的利用率為44.4%（2）在多道程序環(huán)境下，兩個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行，執(zhí)行情況如圖1.3所示，兩個(gè)程序共耗時(shí)50s，其中占用CPU的時(shí)間為40s，故此時(shí)CPU的利用

49、率為40/50=80%。程序ACPU(10s)設(shè)備甲(10s)CPU(5s)空閑(5s)設(shè)備乙(10s)CPU(10s)程序B設(shè)備甲(10s)CPU(10s)設(shè)備乙(10s)CPU(5s)空閑(5s)設(shè)備乙(10s) 圖1.3 多道環(huán)境下A、B執(zhí)行示意圖二、進(jìn)程管理一、考試大綱（一）進(jìn)程與線程：1進(jìn)程概念2進(jìn)程的狀態(tài)與轉(zhuǎn)換3進(jìn)程控制4進(jìn)程組織5進(jìn)程通信共享存儲(chǔ)系統(tǒng)；消息傳遞系統(tǒng)；管道通信6線程概念與多線程模型（二）處理機(jī)調(diào)度1調(diào)度的基本概念2調(diào)度時(shí)機(jī)、切換與過程3調(diào)度的基本準(zhǔn)則4調(diào)度方式5典型調(diào)度算法先來先服務(wù)調(diào)度算法；短作業(yè)（短任務(wù)、短進(jìn)程、短線程）優(yōu)先調(diào)度算法；時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法；優(yōu)先級調(diào)

50、度算法；高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法；多級反饋隊(duì)列調(diào)度算法。(三)進(jìn)程同步1進(jìn)程同步的基本概念2實(shí)現(xiàn)臨界區(qū)互斥的基本方法軟件實(shí)現(xiàn)方法；硬件實(shí)現(xiàn)方法3信號量4管程5經(jīng)典同步問題生產(chǎn)者消費(fèi)者問題；讀者寫者問題；哲學(xué)家進(jìn)餐問題。（四）死鎖1死鎖的概念2死鎖處理策略3死鎖預(yù)防4死鎖避免系統(tǒng)安全狀態(tài)；銀行家算法5死鎖的檢測和解除二、知識點(diǎn)歸納（一）進(jìn)程與線程1進(jìn)程概念 （1）前趨圖 前驅(qū)圖是一個(gè)有向無循環(huán)圖，圖中的每個(gè)結(jié)點(diǎn)可以表示一條語句、一個(gè)程序段或進(jìn)程，結(jié)點(diǎn)間的有向邊表示兩個(gè)之間存在偏序或前趨關(guān)系“”： =(Pi,Pj)| (Pi必須在Pj開始執(zhí)行之前完成 若(Pi,Pj) ，記為PiPj，則稱Pi是Pj的

51、直接前趨，Pj 是Pi的直接后繼。若存在一個(gè)序列PiPjPk，則稱Pi是Pk的前趨。在前趨圖中，沒有前趨的結(jié)點(diǎn)稱為初始結(jié)點(diǎn)，沒有后繼的結(jié)點(diǎn)稱為終止結(jié)點(diǎn)。 （2）程序的順序執(zhí)行 個(gè)程序通常由若干個(gè)程序段所組成，它們必須按照某種先后次序來執(zhí)行，僅當(dāng)前一個(gè)操作執(zhí)行完后，才能執(zhí)行后繼操作，這類計(jì)算過程就是程序的順序執(zhí)行過程。 程序順序執(zhí)行時(shí)有如下特征。 1）順序性：處理機(jī)的操作嚴(yán)格按照程序所規(guī)定的順序執(zhí)行，即每一個(gè)操作必須在下一個(gè)操作開始之前結(jié)束。 2）封閉性：程序一旦開始運(yùn)行，其執(zhí)行結(jié)果不受外界因素影響，因?yàn)槌绦蛟谶\(yùn)行時(shí)獨(dú)占系統(tǒng)的各種資源，故這些資源的狀態(tài)(除初始狀態(tài)外)只有本程序才能改變。 3）可

52、再現(xiàn)性：只要程序執(zhí)行時(shí)的初始條件和執(zhí)行環(huán)境相同，當(dāng)程序重復(fù)執(zhí)行時(shí)，都將獲得相同的結(jié)果。（3）程序的并發(fā)執(zhí)行程序的并發(fā)執(zhí)行是指若干個(gè)程序(或程序段)同時(shí)在系統(tǒng)中運(yùn)行，這些程序(或程序段)的執(zhí)行在時(shí)間上是重疊的，即一個(gè)程序(或程序段)的執(zhí)行尚未結(jié)束，另一個(gè)程序(或程序段)的執(zhí)行已經(jīng)開始。程序并發(fā)執(zhí)行時(shí)有如下特征。1）間斷性：“走走停?！保粋€(gè)程序可能走到中途停下來，失去原有的時(shí)序關(guān)系；2）失去封閉性：共享資源，受其他程序的控制邏輯的影響。如：一個(gè)程序?qū)懙酱鎯?chǔ)器中的數(shù)據(jù)可能被另一個(gè)程序修改，失去原有的不變特征。3）不可再現(xiàn)性：由于失去封閉性，外界環(huán)境在程序的兩次執(zhí)行期間發(fā)生變化，失去原有的可重復(fù)特征

53、。（4）進(jìn)程的定義與特征1）進(jìn)程的定義進(jìn)程是具有獨(dú)立功能的可并發(fā)執(zhí)行的程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上的運(yùn)行過程，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的獨(dú)立單位。或者說，“進(jìn)程”是進(jìn)程實(shí)體的運(yùn)行過程。2）進(jìn)程的特征動(dòng)態(tài)性。進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行過程，因此，動(dòng)態(tài)性是進(jìn)程最基本的特性。動(dòng)態(tài)性還表現(xiàn)為：“它由創(chuàng)建而產(chǎn)生，由調(diào)度而執(zhí)行，由得不到資源而暫停執(zhí)行，以及由撤銷而消亡。并發(fā)性。這是指多個(gè)進(jìn)程實(shí)體同存于內(nèi)存中，能在段時(shí)間內(nèi)同時(shí)運(yùn)行。并發(fā)性是進(jìn)程的重要特征。獨(dú)立性。這是指進(jìn)程實(shí)體是個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，同時(shí)也是系統(tǒng)中獨(dú)立獲得資源和獨(dú)立調(diào)度的基本單位。異步性。這是指進(jìn)程按各自獨(dú)立的、不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。結(jié)構(gòu)特征。從結(jié)構(gòu)上看，進(jìn)程實(shí)體是由程序段、數(shù)據(jù)段及進(jìn)程控制塊三部分組成，有人把這三部分統(tǒng)稱為“進(jìn)程映像”。2進(jìn)程的狀態(tài)與轉(zhuǎn)換（1）進(jìn)程有三種基本狀態(tài)：1）就緒狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)程已分配到除CPU以外的所有必要資源，只要獲得CPU，便可立即執(zhí)行。2）執(zhí)行狀態(tài)。進(jìn)程已獲得CPU，正在執(zhí)行，單處理機(jī)系統(tǒng)中，只有一個(gè)進(jìn)程處于執(zhí)行狀態(tài)。3）阻塞狀態(tài)。進(jìn)程不具備運(yùn)行的條件，如申請的資源（除CPU外）未滿足，等待某個(gè)事件等。（2）進(jìn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換進(jìn)程在運(yùn)行期間不斷地從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)狀態(tài)，進(jìn)程的各種調(diào)度狀態(tài)依據(jù)一定