1.6 本章真题解析

1.6.2 综合应用题

　　例题1
　　什么是操作系统？描述它的主要作用和基本特征？
　　例题1解答
　　操作系统是控制和管理计算机软硬件资源，以尽量合理有效的方法组织多个用户共享多种资源的程序集合。
　　操作系统的作用：
　　（1）管理系统中的各种资源；（2）为用户提供良好的界面。
　　操作系统具有以下4个基本特征。
　　（1）并发性：并发性是指两个或两个以上的事件或活动在同一时间间隔内发生。
　　（2）共享性：共享性是操作系统的另一个重要特性，是指操作系统中的资源（包括硬件资源和软件资源）可被多个并发执行的进程共同使用，而不是被一个进程所独占。
　　（3）虚拟性：是操作系统中的一种管理技术，它是把一个物理上的实体映射为若干个逻辑上的对应物。
　　（4）不确定性：在多道程序设计中，各个程序之间存在着直接或间接的联系，程序的推进速度受它运行环境的影响。这时同一程序和数据的多次运行可能得到不同的结果；程序的运行时间、运行顺序也具有不确定性；外部输入的请求、运行故障发生的时间也难以预测。这些都是不确定性的表现。
　　例题2
　　一般一个操作系统要提供三类接口给不同类型的使用者，是哪三类接口？
　　例题2解答
　　操作系统向用户提供了以下三种类型的接口。
　　（1）命令接口
　　按命令接口对作业控制方式的不同，命令接口包括联机命令接口和脱机命令接口两种类型。其中联机命令接口由终端处理程序、命令解释程序和一组联机命令组成：终端处理程序负责接收用户输入的终端命令，并将它显示在终端屏幕上；命令解释程序对接收到的命令进行识别，并调用相应命令的处理程序，以完成请求任务；操作系统则通过提供多条联机命令向用户提供各方面的服务。脱机命令接口由作业控制语言JCL组成，它向用户提供了一组作业控制命令。
　　（2）程序接口
　　程序接口即系统调用，它适用于用户在编程时请求操作系统提供的服务，如申请和释放内存、打开和关闭文件等。系统调用命令是为了扩充及其指令，增强系统功能，方便用户使用而提供的。因此，在一些计算机系统中，把系统调用命令称为广义指令或访管指令。实际上不仅用户程序要使用系统调用命令，而且系统程序也要使用系统调用来实现其功能。不同的操作系统，其所提供的系统调用命令条数、格式及所执行的功能都不尽相同，它是用户在编程时获得操作系统服务的唯一途径。
　　（3）图形接口
　　图形接口通过图形化的界面以更加友好的方式向用户提供服务。
　　例题3
　　若程序PA和PB单独执行时分别用TA和TB表示，TA＝1小时，TB＝1.5小时，其中处理器工作时间分别为TA＝18分钟，TB＝27分钟。如果采用多道程序设计方法，让PA、PB并行工作，假定处理器利用率达到50%，另加15分钟系统开销，请问系统效率能提高百分之几？
　　例题3解答
　　在串行情况下，程序运行时间共2.5小时，在并行方式下，处理器利用率达到50%，说明工作时间占总运行时间的50%，即总运行时间为(18+27)/50%（分钟），另加15分钟系统开销，则并行与串行的效率比为［(18+27)／50%+15］分钟/2.5小时＝70%，即效率提高30%。
　　例题4
　　操作系统的功能有哪几个方面？它们各自的含义是什么？
　　例题4解答
　　操作系统负责管理计算机系统的所有资源，并调度这些资源的使用。具体来说，其主要功能如下。
　　（1）处理机管理
　　处理机管理也称为进程管理，主要解决的问题是按一定的算法将处理机分配给系统中某个并发执行的程序即“进程”，使CPU资源得到充分地应用。
　　（2）存储管理
　　存储管理主要负责内存空间的管理，按一定策略为多个并发执行的程序（进程）分配内存空间，以充分利用内存空间，并负责保证内存中各程序间的信息不相互破坏、窃取。
　　（3）设备管理
　　设备管理负责对系统中所有的输入/输出设备进行管理，除了一般意义上的I/O设备外，这里还应包括外存、通道、控制器。设备管理负责对设备进行分配、启动和故障处理。目的是提高设备使用效率，方便用户进行输入/输出。
　　（4）文件管理
　　计算机系统中的信息是以文件形式存放在外存上的。文件管理的任务是负责对系统中的文件进行存储、组织、检索等对文件的操作，以方便用户对文件的访问，并解决多用户间文件的共享、保护、保密等问题。
　　（5）作业管理
　　作业管理的任务是为用户提供一个使用计算机系统的环境，使用户能有效、方便地组织自己的作业（工作流程），并尽可能地提高整个系统的效率。
　　例题5
　　分时操作系统和实时操作系统的主要区别是什么？
　　例题5解答
　　分时操作系统和实时操作系统的区别可以从多路性、独立性、及时性、交互性和可靠性5个方面进行比较。
　　（1）多路性。实时系统与分时系统一样具有多路性，分时系统按分时原则为多个终端用户服务；而实时系统，其多路性则主要表现在经常对多路的现场信息进行采集及对多个对象或多个执行机构进行控制。
　　（2）独立性。实时系统与分时系统一样具有独立性。每个终端用户在向实时系统提出服务请求时，是彼此独立的操作，互不干扰；而且在实时系统中信息的采集和对对象的控制也是彼此互不干扰的。
　　（3）及时性。实时系统对实时性的要求与分时系统类似，都是以人能接受的等待时间来确定；但实时系统的及时性，则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、百毫秒直至毫秒级，甚至有的要低于100μs。
　　（4）交互性。实时系统具有交互性，但这里人与系统的交换，仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。它不像分时系统那样能向终端用户提供数据处理服务、资源共享等服务。
　　（5）可靠性。分时系统要求系统可靠，相比之下，实时系统则要求系统高度可靠。因为任何差错都可能带来巨大的经济损失，甚至无法预料的灾难后果。因此，在实时系统中，采取了多级容错措施来保证系统的安全及数据的安全。
　　例题6
　　处理机为什么要区分核心态和用户态两种操作方式？什么情况下进行两种方式的转换？
　　例题6解答
　　在CPU中运行的操作系统程序和用户程序对应的机器指令集是不同的。操作系统程序使用所有指令，但用户程序只能使用部分指令。从资源管理和程序控制执行的角度出发，将指令系统分为两大部分：特权指令和非特权指令。在程序执行时，根据执行程序对资源和机器指令的使用权限，把机器设置为两个状态：核心态和用户态。
　　也就是说，当系统处于核心态时，就可以使用所有指令、资源，并具备改变CPU状态的能力；而当CPU在用户态时，只能使用非特权指令。
　　如果CPU执行用户程序时（用户态）出现了中断，系统将自行转到中断处理程序，CPU就由用户态转换到核心态；中断处理结束后，返回继续执行用户程序，此时CPU又由核心态转到用户态。
　　例题7
　　为了让用户进程互斥地进入临界区，可以把整个临界区实现成不可中断的过程，即用户有屏蔽所有中断的能力。每当用户程序进入临界区的时候，屏蔽所有中断；当出了临界区的时候，再开放所有中断。你认为这种方法有什么缺点？
　　例题7解答
　　用户进程进入临界区时屏蔽所有中断，应当也包括系统程序。若屏蔽的是用户进程，的确可以保护临界资源，但若系统所发出的中断也被屏蔽，则会引起错误。虽然系统外中断往往与当前运行的程序无关，但如果是一些重要的硬件中断，如电源故障等，就可能会引起错误，故不可盲目屏蔽所有中断。