操作系统引论

1.1 操做系统的目标和作用

1.1.1 操作系统的目标

   方便性、有效性、可扩充性、开放性

1.1.2 操作系统的作用

   作为用户与计算机硬件之间的接口OS作为计算机硬件之间的接口OS实现了对计算机资源的抽象

1.1.3 推动计算机操作系统发展的主要动力

不断提高计算机资源的利用率
方便用户
器件的不断更新换代
计算机体系结构的不断发展
不断提出新的应用需求

1.2操作系统的发展过程

1.2.1未配置操作系统的计算机系统

人工操作
（1）用户独占主机
（2）cpu等待人工操作
脱机输入/输出方式
（1）减少了CPU的空闲时间
（2）提高了 I / O的速度

1.2.2 单道批处理系统

(1)单道批处理系统的处理过程
作业以脱机输入输出的方式输入到磁带上，并在系统中配上监督程序，作业能一个接一个的处理。
（2）单道批处理系统的缺点
系统资源的得不到充分的利用。由于内存中仅有一道程序，每逢程序在运行中发出I/O请求后，CPU处于等待状态，必须在其I/O完成后才能继续运行。又因I/O设备的低速性，更使CPU的利用率显著降低。

1.2.3多道批处理系统

（1）多道程序设计的基本概念
多道程序的交替运行，可以保持CPU处于忙碌状态
（2）多道批处理系统的优缺点
资源利用率高
系统吞吐量大
平均周转时间长
（3）多道批处理系统需要处理的问题
处理机争用问题
内存分配和保护问题
I/O设备分配问题
文件的组织和管理问题
作业管理问题
用户和系统的接口问题

1.2.4 分时系统

(1)分时系统的引入
人----机交互
共享主机
（2）分时系统实现中的关键问题
及时接收
及时处理（作业直接进入内存，采用时间片轮转的方式）
（3）分时系统的特征
多路性
独立性
及时性
交互性

1.2.5 实时操作系统

（1）实时操作系统的类型
工业（武器）控制系统
信息查询系统
多媒体系统
嵌入式系统
（2）实时任务的类型
周期性实时任务和非周期实时任务
硬实时任务和软实时任务
（3）实时系统与分时系统特征的比较
多路性
独立性
及时性
交互性
可靠性

1.3 操作系统的基本特征

1.3.1 并发 concurrence

（1）并发与并行的定义
并发： 两个或多个事件在一段时间发生
并行： 两个或多个事件在同一时刻发生
(2) 引入进程
进程：是指在系统中能够独立运行并作为资源分配的基本单位，它是由一组机器指令、数据和栈堆等组成的，是一个能够独立运行的活动实体。

1.3.4 共享 sharing

（1）互斥共享
（2）同时访问

1.3.3 虚拟 virtual

（1）时分复用技术
（2）空分复用技术

1.3.4 异步 asynchronous 异步 asynchronous

进程的执行通常不是"一气呵成"，而是以"走走停停"的方式运行。

1.4 操作系统的主要功能

处理机管理
存储器管理
设备管理
文件管理功能
操作系统与用户之间的接口

1.5 OS 结构设计

1.5.1 传统操作系统结构

（1）无操作系统结构
（2）模块化结构OS
（3）分层结构OS

1.5.2 客户/服务器模式简介

（1）客户/服务器模式的由来、组成、类型
（2）客户/服务器之间的交互
（3）客户/服务器模式的优点

1.5.3 面向对象技术的程序设计技术简介

(1)面向对象技术的基本概念

（2）面向对象技术的优点
可通过"重用"提高产品质量和生产率
使系统具有更好的易修改性和易拓展性。
更易于保证系统的"正确性"和"可靠性"。

1.5.4 微内核OS结构

（1）微内核OS的基本概念
（2）微内核的基本功能
（3）微内核操作系统的优点
（4）微内核操作系统存在的问题

第一章课后习题

1.设计现代OS的主要目标？
主要目标：方便性，有效性，可扩充性，开放性
2.OS的作用可表现在哪几方面？
OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口。
OS作为计算机系统资源的管理者。
OS实现了对计算机资源的抽象。
3.为什么操作系统实现了对计算机资源的抽象？
OS是铺设在计算机硬件上多层软件的集合，隐藏了对硬件操作的具体细节。
4.试说明推动多道批处理操作系统形成和发展的主要动力？
不断提高计算机资源利用率
方便用户
器件的不断更新换代
计算机体系结构的不断发展
不断提出新的应用需求
5.何谓脱机I/O和联机I/O?
脱机：程序和数据的输入输出都是在外围主机的控制下完成的，脱离主机的情况下
联机：在主机的控制下进行的输入输出的方式
6.试说明推动分时操作系统形成和发展的主要动力使是什么？
为了满足人机交互的需求
7.实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？
及时接收：系统配置一个多路卡
及时处理：作业直接进入内存、采用时间片轮转的方式
8.为什么要引入实时操作系统？
我们需要对信号进行及时的处理，将结果及时反馈
9.什么是硬实时任务和软实时任务？试举例说明。
硬实时任务：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料的结果。
软实时任务： 也有一个截止时间，但是偶尔错过截止时间不会对系统产生太大影响。
10.试从交互性、及时性以及可靠性方面将实时系统与分时系统进行比较。
及时性：信息查询系统对实时性的要求是依据人能接受的等待时间来确定的，而多媒体系统对实时性的要求是播放出来的音乐和视频能够令人满意。实时控制系统的实时性则有控制对象所要求的截止时间来确定的。
交互性：在信息查询系统中，人与系统的交互性仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。它并不像分时系统那样能对终端用户提供数据处理、资源共享等服务。而多媒体系统的交互性也仅限于用户发送特定的命令，如开始、停止、快进等简单的命令，由系统立即响应。
可靠性：分时系统要求系统可靠，实时系统要求系统高度可靠，因为任何差错都可能带来无法预料的灾难性后果。实时系统往往采取多级容错措施来保证系统的安全性以及数据的安全性。
11.OS有哪几大特征？其最基本的特征是什么？
四个特征： 并发（concurrence）共享（sharing）
虚拟（virtual）异步（asynchronous）
最基本的特征是：并发和共享
12.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？
一般情况的共享只是说明某种资源可以被大家使用，但未限定资源使用的时间和地点，像图书馆资源，计算机机房等
独占资源：一般采用互斥共享的方式
13.什么是时分复用技术？举例说明它能提高资源利用率的的根本原因是什么？
时分复用技术： 利用某设备为一个用户服务的空闲时间，又转去为其他用户服务，使设备得到最充分的利用。将一个设备虚拟成多个设备，或将一个处理机同时为多个用户服务，让用户认为使一对一的服务，其实不然。
14.什么原因使操作系统具有异步性特征？
由于资源等因素的限制，使进程的执行通常不可能是"一气呵成"的，而是以"走走停停"的方式运行。对于内存中的每一个进程，在何时能够获得处理机运行，何时又因提出某种资源请求而暂停，以及进程以怎样的速度向前推进，每道程序需要多长时间才能完成等等，都是不可预知的。
15. 处理机管理有哪些主要功能？主要任务是什么？
主要功能：创建和撤销进程，对诸进程进行协调，实现进程之间的信息交换，按照一定的算法把处理机分配给进程。
主要任务：进程控制，进程同步，进程通信，调度
16. 内存管理有哪些主要功能？主要任务是什么？
主要功能：内存分配，内存保护，地址映射，内存扩充
主要任务：为多道程序的运行提供良好的环境，提高存储器的利用率，方便用户使用，并能从逻辑上扩充内存。
17. 文件管理主要有哪些功能？ 主要任务是什么？
文件管理的主要任务是对用户文件和系统文件进行管理以方便用户使用，并保护文件的安全性
主要功能：对文件存储空间的管理、目录管理、文件的读/写管理、文件的共享和保护
18. 设备管理主要有哪些功能？其主要任务是什么？
设备管理的主要任务：（1）完成用户提出的I/O请求，为用户进程分配所需的I/O设备。（2）提高CPU和I/O设备的利用率，提高I/O速度，方便用户使用I/O设备。
设备管理的主要功能：（1）缓冲区管理 （2）设备分配 （3）设备处理
19. 试说明推动传统OS演变为现代OS的主要原因试什么？
计算机资源的利用程度，以及操作系统的功能性，有效性，可靠性，易使用性和可维护性
20. 什么是微内核OS?
答： 微内核OS,有效的支持多处理机运行，非常适合分布式系统环境， 采用客户/服务器结构的微内核结构，操作系统分为：微内核和多个服务器。
（1）足够小的内核
微内核并不是一个完整的操作系统，只是将操作系统的基本部分放入到微内核。
（2）采用客户/服务器模式
（3）应用"机制与策略分离"原理
机制处于系统的基层，策略处于系统的高层。
（4）采用面向对象技术
21. 微内核操作系统具有哪些优点？它为何能有这些优点？
微内核操作系统的优点：
（1）提高了系统的可扩展性
（2）增强了系统的可靠性
（3）可移植性强
我认为： 微内核操作系统是建立在模块化、层次化结构的基础上，并采用了客户/服务器模式和面向对象的程序设计技术，微内核操作系统是集各种技术的优点之大成。
22. 现代操作系统较之传统操作系统有又增加了哪些功能和特征？
（1）系统安全
（2）网络的功能和服务
（3）支持多媒体
23. 在微内核操作系统中，为什么要采用客户/服务器模式？
客户/服务器模式有很多优点：
（1）数据的分布处理和存储。
（2）便于集中管理，
（3）灵活性和可扩充性
（4）易于改编应用软件。
24. 在基于微内核结构的操作系统中，应用了那些新技术？
模块化、层次化的结构，客户/服务器模式和面向对象的程序设计技术
25. 何谓微内核技术？在微内核中通常提供了哪些功能？
微内核指的是精心设计的能够实现现代OS最基本核心功能的小型内核，微内核并不是一个完整的OS，只是将操作系统中做基本的部分放入到微内核中。