操作系统复习（1）概述

短命女 2024-04-17 13:37 80阅读 0赞

## 一、序言 ##

### 1.1简介 ###

[计算机系统][Link 1]组成：硬件+操作系统

![f5541de3e65a4d70a230a491f82d978e.png][]

> 操作系统是计算机系统中的一个重要组成部分，它负责管理和控制计算机的硬件资源和软件资源，以及提供用户接口和其他功能

*  **操作系统定义**：操作系统是计算机系统中的一个系统软件，管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源，合理地组织计算机的工作流程，以便有效利用这些资源为用户提供一个功能强、使用方便的工作环境，从而在计算机与用户之间起到接口的作用。  
    
 *  **操作系统的功能**：处理器管理、存储器管理、设备管理、[文件管理][Link 2]、作业管理

### 1.2**发展阶段** ###

> **操作系统的发展阶段**
> 
>  *  手工发展阶段（机器语言(二进制代码)）
>  *  批处理阶段：解决人机矛盾及CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾。分为单道批处理系统（一旦占用一直占据到运行完毕）和多道批处理系统（多道程序并发执行，共享计算机资源，没有人机交互）
>  *  分时操作系统：多用户通过终端同时共享一台主机，重点是**交互（计算机以时间片为单位轮流为各个用户/作业服务，不能优先处理一些紧急任务****）**
>  *  实时操作系统：在某个时间限制内完成某些紧急任务而不需要时间片排队（能够优先响应一些紧急任务）

![a7e72a769ae246339a35c7c5e120b922.png][]

>  *  **脱机IO**：引入外围机，完成IO操作
>  *  **通道**是一种输入/输出专用处理机，它能控制一台或多台外设工作，负责外部设备与内存之间的信息传输。
>  *  **中断**是指当CPU接到外部硬件（如I/O设备）发来的信号时，马上停止原来的工作，转去处理这一事件，在处理完了以后，CPU又回到原来的工作点继续工作。
>  *  分时操作系统将CPU的运行时间划分成若干个片段，称为**时间片**。操作系统以时间片为单位，轮流为每个终端用户服务。由于时间片非常短，所以每个用户感觉不到其他用户的存在。

### ![61429abec62541a98f3648d1e02639a6.png][] ###

> 操作系统优缺点概述
> 
> **批处理系统**：优点：资源利用率高；系统吞吐量大；缺点：周转时间长，无交互能力
> 
> 分时系统：优点：响应时间快，又交互能力；缺点：没有考虑任务的紧急程度
> 
> 实时系统：专用系统，特点：实时性和可靠性；用途：实时控制及实时信息处理。

### 1.3操作系统的特征 ###

>  *  **并发性**：多个事件在同一时间间隔内发生
> 
> > 并发：同一时间间隔进行  
> > 并行：同一时刻进行
> 
>  *  **共享性**：系统中的硬件和软件资源可以为多个用户同时使用（互斥共享及同时访问共享）
>  *  **异步性**：内存中多个进程均按各自独立的、不可预知的速度向前推进
>  *  **虚拟性**：把物理上的一个实体变为逻辑上的多个对应物（时分复用、空分复用）
>  *  **随机性**；操作系统的运行是在一个随机的环境中。计算机设备可能在任何时间向处理系统发出中断请求，系统不知道运行的程序会做什么事情。

> 两种服务方式：
> 
>  *  系统调用:系统调用本身是一个由若干条指令构成的过程
>  *  系统程序:现代计算机系统往往都有一个系统程序包，它包含了系统提供的大量程序，用于解决带有共性的问题，并为程序的开发和执行提供了一个方便的环境

### 1.4操作系统的功能 ###

处理机管理、存储管理、文件管理、设备管理，此外提供用户接口。![133f4c4bcf9946808685918779017bdf.png][]

#### 处理器管理 ####

>  *  进程控制
>  *  进程同步
>  *  进程通信
>  *  进程调度

#### 存储器管理 ####

>  *  内存分配
>  *  内存保护
>  *  内存扩充
>  *  地址转换

#### 设备管理 ####

>  *  缓冲管理
>  *  设备分配
>  *  设备处理：启动设备、中断处理
>  *  虚拟设备

#### 文件管理 ####

>  *  文件存储空间的管理
>  *  目录管理
>  *  文件的读/写管理和保护
>     
>      *  文件的读/写管理。
>      *  文件保护。

#### 接口管理 ####

![e4df2da107fd42b98d1ceb75dd419a0b.png][]

### 1.5体系结构 ###

*  **作业**：计算机系统按指定的步骤，为用户一次上机解题所完成工作的总和。由**源程序、数据、作业处理的说明**组成
 *  设备控制器通过**中断**通知CPU其操作完成情况
 *  中断机制：使I/O操作和指令执行并行起来  
    ![在这里插入图片描述][23c69d4cda0c4500a501cc530ad3143f.png]

*  I/O方式包括**同步方式**和**异步方式**
 *  **系统组成**：进程管理、主存管理、辅存管理、I/O管理、文件管理、（保护系统、联网、命令解释系统）
 *  **进程**：进程是程序的执行，是运行着的程序
 *  **系统调用**：提供了进程与操作系统间的接口
 *  **操作系统的软件体系结构发展**：单一结构→核心层次结构→微内核结构![c69d9ffd58bd452092bd8428dec73116.png][]  
    ![在这里插入图片描述][4d47c39225b54464844af54e38e349c1.png]

*  **微内核结构**：不是完整的操作系统，只为构建通用操作系统提供基础。以**微内核**为OS核心，以**客户/服务器**为基础，采用**面向对象程序设计**特征

![4033a2ff00cb407ba41b17bfebf6cbfc.png][]

### 1.6系统调用 ###

系统调用时操作系统提供给用户使用OS服务的程序接口，用户不需要知道系统调用的实现，只需要设置调用参数，操作系统接口的细节大部分都隐藏在应用编程接口后。系统调用和普通调用不同涉及下面知识。

> （1）核心态（管态）、用户态（目态）。
> 
> 用户态和内核态是操作系统的两种运行级别，它们的特权级不同。用户态拥有最低的特权级，内核态拥有较高的特权级。处在核心态课可以访问任意的系统资源，它的资源访问不受限制，可以执行的指令也不受限制；而 运行在用户态的程序不能直接访问操作系统内核数据结构和程序，不能执行特权指令。

> （2）特权指令、非特权指令：
> 
> 常见的特权指令有以下几种:
> 
> 1）有关对设备使用的指令：如启动I/O设备指令、测试I/O设备工作状态和控制I/O设备动作的指令等。
> 
> 2）有关访问程序状态的指令：如对程序状态寄存器（PSW）的修改指令等。
> 
> 3）存取特殊寄存器指令： 如存取中断寄存器、时钟寄存器等指令。
> 
> 4）其他指令：清内存、分配系统资源、修改虚存的段表和页表，修改用户的访问权限等

## 二、易错题 ##

1.处理器执行的指令被分为两类,其中有一类称为特权指令,它只允许( )使用。

*  A. 操作员
 *  B. 联机用户
 *  C. 操作系统
 *  D. 目标程序

> 答案为C，操作系统。特权指令是一种只被操作系统执行的指令，通常用于执行操作系统的管理任务，如访问硬件设备、修改内存映射等。普通用户和程序没有权限直接执行特权指令。

2.操作系统提供给程序员的接口是( ) 。

*  A. 库函数
 *  B. 系统调用
 *  C. 线程
 *  D. 进程

> 答案是B. 系统调用。
> 
> 操作系统的接口有很多种，包括库函数、线程、进程等等。但是，选项中只有系统调用是操作系统提供给程序员的接口。系统调用是一种特殊的编程接口，程序员通过它可以请求操作系统执行某些特权操作，例如读写磁盘、创建线程等。

3.两个程序顺序执行所花的时间为30ms，则并发执行的时间为 ( )

*  A. 都有可能
 *  B. =30ms
 *  C. <30ms
 *  D. >30ms

> 每个程序的执行时间还受制于系统内的其他进程和外设的空闲时间,所以无法确定。

4.在设计实时操作系统时,( )不是重点考虑的。

*  A. 及时响应,快速处理
 *  B. 提高系统资源的利用率
 *  C. 有高可靠性
 *  D. 有高安全性

> 实时系统一般用于专门领域，通常资源利用率不高。

5.计算机开机后,操作系统最终被加载到( )。

*  A. ROM
 *  B. EPROM
 *  C. RAM
 *  D. BIOS

> 答案是C. RAM。
> 
> 操作系统是一个软件，需要被加载到计算机的内存中才能运行。计算机开机时，BIOS（Basic Input/Output System，基本输入输出系统）是第一个被加载到内存中的程序，它会进行硬件的自检和初始化，然后将控制权交给操作系统。操作系统最终被加载到RAM（Random Access Memory，随机存储器）中，因为RAM是一种易失性存储器，关机后内存中的数据会丢失，所以操作系统每次开机都需要重新加载到内存中。ROM（Read-Only Memory，只读存储器）和EPROM（Erasable Programmable Read-Only Memory，可擦写可编程只读存储器）都是非易失性存储器，数据可以被长期保存，但是它们无法实现动态写入，无法用来加载操作系统。

6.下面六个系统中,必须是实时操作系统的有\_\_\_\_个。  
(1)计算机辅助系统; (2)过程控制系统; (3)军事控制系统; (4)机器口语翻译系统;(5)航空订票系统;(6)办公自动化系统。

*  A. 4
 *  B. 5
 *  C. 2
 *  D. 3

> A.4。计算机辅助系统和办公自动化系统不需要实时操作系统，只需要响应较快即可。其余四个系统需要实时操作系统，确保及时响应和处理任务。

7.UNIX操作系统是一个（ ） 。

*  A. 实时操作系统
 *  B. 交互式分时操作系统
 *  C. 分布式操作系统
 *  D. 多道批处理操作系统

> 答案：B。
> 
> Unix操作系统是一种交互式分时操作系统。它支持多用户、多任务的操作。其核心思想是将计算机资源（如处理器、存储器等）分时共享给多个用户使用，以达到最优的资源利用效率。

补充

> Windows 95是( )操作系统。
> 
>  *  A. 批处理系统
>  *  B. 多用户分时
>  *  C. 单用户多任务
>  *  D. 单用户单任务

8.分时系统中,时间片的设置越小越好。( )

*  A. 对
 *  B. 错

> B. 错。分时系统中，时间片的设置大小需要根据具体情况来选择，不能说越小越好。如果时间片设置得太小，会导致进程上下文切换的频繁，增加系统开销，降低系统吞吐量；如果时间片设置得太大，会导致等待时间过长，进程响应时间变长，影响用户体验。因此，需要根据实际情况合理设置时间片大小，达到平衡系统性能和用户体验的效果。

9.如果操作系统在用户提交作业后，不提供交互能力，它所追求的是计算机资源的高利用  
率，大吞吐量和作业流程的自动化，则属于批处理操作系统类型

如果操作系统具有很强的交互性，可同时供多个用户使用，但时间响应不太及时，则属于.**分时操作系统类型**

如果操作系统可靠性高，时间响应及时，但仅有简单的交互能力，则属于实时操作系统类型

10.现代操作系统通常向用户提供如下三种类型的接口：程序接口、命令行接口和图形用户接口。

11.操作系统的功能：处理机管理、存储管理、文件管理、设备管理，此外提供用户接口。

12.分析下述题目，分时系统的及时性是相对()而言。

A.周转时间 B.响应时间 C.延迟时间 D.A、B和C

> 正确答案是B. 响应时间。
> 
> 分时系统是一种多用户的操作系统模式，其中多个用户可以同时使用计算机资源。及时性是指当用户请求资源时，系统能够快速响应用户的请求。因此，分时系统的及时性是相对响应时间而言。周转时间是指从一个作业提交到完成所需的时间，延迟时间是指在等待资源的过程中所花费的时间。虽然这些指标也与及时性有关，但它们更强调作业的整体执行效率和资源利用率。

13下列属于系统调用的是（)。  
A.打开文件  
B.请求主存分配与回收  
C.文件属性的设置和查询  
D.以上都是

> D.以上都是。系统调用是操作系统提供给应用程序调用的接口，用于访问操作系统内核提供的服务和资源。打开文件、请求主存分配与回收、文件属性的设置和查询等基本操作都需要通过系统调用来实现。因此，以上选项都属于系统调用。

14.并发和共享是操作系统的两个最基本特征，两者之间互为存在条件。是操作系统的两个最基本特征，两者之间互为存在条件。

15. 操作系统为程序员提供的是程序接口（系统调用），为一般用户提供的是命令接口

16.所谓()是指将一个以上的作业放入内存，并且同时处于运行状态，这些作业共享处理机和外围设备等其他资源。。  
A.多重处理  
B.多道程序设计  
C.实时处理  
D.共同执行.

> 答案是B.多道程序设计。
> 
> 多道程序设计指的是将多个程序同时加载进入内存，这些程序共享处理机和其他资源，同时运行，实现资源的高效利用。在多道程序设计中，操作系统会采用时间片轮转等调度算法，分配处理机时间片给不同的程序，从而实现多个程序同时运行的效果。

17.现代OS具有并发性和共享性,是由( )的引入而导致的。

*  A. 磁盘
 *  B. 多道程序
 *  C. 单道程序
 *  D. 对象

> B. 多道程序。多道程序设计允许多个程序同时进入内存并并发执行，因此现代操作系统具有并发性和共享性。

18.下面关于操作系统的叙述中正确的是()  
A.批处理作业必须具有作业控制信息JCL  
B.分时系统不一定都具有人机交互能力  
C.从响应时间的角度看，实时系统与分时系统差不多  
D.由于采用了分时技术，用户可以独占计算机的资源

> 正确答案是A。解析如下：
> 
> A. 批处理作业必须具有作业控制信息JCL。JCL（Job Control Language）是控制批处理作业的一种语言，包含了作业的描述、运行条件、资源要求等信息，操作系统可以根据JCL来控制和管理作业的执行过程。
> 
> B. 分时系统是一种多用户操作系统，具有人机交互的能力，用户可以通过终端与系统进行交互。
> 
> C. 实时系统与分时系统的响应时间角度是不同的。实时系统要求对外部事件的响应时间非常短，通常在几毫秒到几十毫秒之间；而分时系统对响应时间的要求相对较低，通常在几百毫秒到几秒之间。
> 
> D. 由于采用了分时技术，多个用户可以同时使用计算机的资源，但用户并不能独占计算机的资源，因为计算机需要在不同用户之间进行切换和调度。

19.操作系统中采用多道程序设计技术提高CPU和外部设备的【武汉理工大学2005年】  
A.利用率  
B.可靠性  
C.稳定性  
D.兼容性

> 答案是A. 利用率。
> 
> 多道程序设计技术可以使多个程序并行执行，从而提高CPU和外部设备的利用率，减少资源的浪费，提高系统的吞吐量。 多道程序设计技术的实现需要通过进程调度、内存管理等机制来协调多个程序的执行。

20假设就绪队列中有10个就绪进程，以时间片轮转方式进行进程调度，如果时  
间片为180ms,切换开销为20ms。如果将就绪进程增加到30个，则系统开销所  
占的比率为【】。·  
A10%  
B20%  
C30%  
D90%

> 每个进程运行的时间为180ms，加上切换开销20ms，每次一个进程运行完需要消耗200ms，因此30个进程都运行一次需要的时间为30\*200=6000ms。其中，切换开销所占的比率为20/(20+180)=10%。因此答案为A。

[Link 1]: https://so.csdn.net/so/search?q=%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%B3%BB%E7%BB%9F&spm=1001.2101.3001.7020
[f5541de3e65a4d70a230a491f82d978e.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/12/a5541dc2c2764d7995b7a78d2261de51.png
[Link 2]: https://so.csdn.net/so/search?q=%E6%96%87%E4%BB%B6%E7%AE%A1%E7%90%86&spm=1001.2101.3001.7020
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