操作系统引论之操作系统基础介绍和发展历史过程

1、OS的发展过程—-几类典型操作系统(单道批处理、多道批处理、分时、实时),每类操作系统的原理、特征(优缺点)

单道批处理系统: 原理:

系统对作业的处理都是成批地进行的,且在内存中始终只保持一道作业。

特征(优缺点):

(1)自动性 (2)顺序性 (3)单道性

多道批处理系统: 原理:

20世纪60年代中期引入多道程序设计技术,由此形成了多道批处理系统。在该系统中,用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个队列,称为“后备队列”;然后,由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干个作业调入内存,使它们共享CPU和系统中的各种资源。

特征(优缺点):

(1)资源利用率高 (2)系统吞吐量大 (3)平均周转时间长 (4)无交互能力

分时系统: 原理:

分时系统是指在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端,同时允许多个用户通过自己的终端,以交互方式使用计算机,共享主机中的资源。

特征(优缺点):

(1)多路性 (2)独立性 (3)及时性 (4)交互性

实时系统: 原理:

实时系统是指系统能及时(或即时)响应外部事件的请求,在规定的时间内完成对该事件的处理,并控制所有实时任务协调一致的运行。

特征(优缺点):

(1)多路性 (2)独立性 (3)及时性 (4)交互性 (5)可靠性

2、OS的基本特性(并发、共享、虚拟、异步)—-其中“并发”是最重要的特性

并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征;最基本的特征是并发性。

3、操作系统的主要功能是什么?

资源管理功能:

处理机管理 存储器管理 设备管理 文件管理

操作系统和用户之间的接口:

用户接口:联机用户接口,脱机用户接口和图形用户接口 程序接口:该接口是为用户程序在执行中访问系统资源而设置的,它是由一组系统调用组成。

4、操作系统的作用?

(1) 计算机系统的资源管理器 (2) 人、机交互的接口 (3) 实现了对计算机资源的抽象,扩充了机器的功能和性能,形成虚拟机

5、什么是操作系统?

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。

6、什么是并发与并行?

并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生,而并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。

7、试说明推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是什么?

主要动力来源于四个方面的社会需求与技术发展:

(1)不断提高计算机资源的利用率; (2)方便用户; (3)器件的不断更新换代; (4)计算机体系结构的不断发展。

8、为什么说OS实现了对计算机资源的抽象?

OS的设备管理(I/O管理)程序隔离了用户和硬件资源。用户使用这些资源时,无需了解繁杂的物理接口实现细节,能够较方便、容易地进行操作。在这里,OS向用户提供了一个对硬件操作的抽象模型,它是对计算机硬件操作的第一个层次的抽象。

为了方便用户使用计算机的软件资源,OS又在第一层设备管理程序上再覆盖上一层文件管理程序,同样由它来实现对文件操作的细节,并向上提供一组对文件进行存取操作的命令,用户可利用这组命令进行文件的存取。此时用户所看到的是一台功能更强、使用更方便的虚机器。该层软件实现了对硬件资源操作的第二个层次的抽象。

OS是铺设在计算机硬件上的多层系统软件,它们不仅增强了系统的功能,而且还隐藏了对硬件操作的细节,由它们实现了对计算机硬件操作的多个层次的抽象。值得说明的是,对一个硬件在底层进行抽象后,在高层还可再次对该资源进行抽象,成为更高层的抽象模型。随着抽象层次的提高,抽象接口所提供的功能就越来越强,用户使用起来也更加方便。

9、试在交互性,及时性和可靠性方面,将分时系统与实时系统进行比较。

a. 分时系统是一种通用系统,主要用于运行终端用户程序,因而它具有较强的交互能力;而实时系统虽然也有交互能力,但其交互能力不及前者。 b. 实时信息系统对及时性的要求与分时系统类似,都是以人所能接收的等待时间来确定;而实时控制系统的及时性则是以控制对象所要求的开始截止时间和完成截止时间来确定的。 c. 实时系统对系统的可靠性要求要比分时系统对系统的可靠性要求高。

10、处理机管理具有哪些功能?它们的主要任务是什么?

处理机管理的功能有:进程控制,进程同步,进程通信和调度。 a. 进程控制的主要任务是为作业创建进程,撤销已结束的进程,以及控制进程在运行过程中的状态转换。 b. 进程同步的主要任务是对诸进程的运行步调进行调节。 c. 进程通信的任务是实现在相互合作进程之间的信息交换。 d. 调度分为作业调度、进程调度和线程调度。作业调度的基本任务是从后备队列中按照一定的算法,选择出若干个作业,为它们分配必要的资源;而进程(线程)调度的任务是从进程的就绪队列中,按照一定的算法选出一新进程,把处理机分配给它,并为它设置运行现场,使进程(线程)投入运行。

11、是什么原因使操作系统具有异步性特征?

在多道、单处理机环境下,内存中的每个进程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,以及进程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。或者说,进程是以人们不可预知的速度向前推进,此即进程的异步性。操作系统在单处理机环境下通过处理机管理而实现多道功能,这就造成了操作系统的异步性特征。

12、在基于微内核技术的OS中,应用了哪些新技术?

a. 软件体系结构采用了客户机/服务器模式,提高了系统的可扩展性、可靠性、可移植性,提供了对分布式系统的支持。 b. 融入了面向对象的技术,其中的“封装”,“继承”,“对象类”和“多态性”,以及在对象之间采用消息传递机制等,都十分有利于提高系统的“正确性”、“可靠性”、“易修改性”、“易扩展性”等,而且还能显著地减少开发系统所付出的开销。

13、何为微内核技术?在微内核中通常提供了哪些功能?

所谓微内核技术,是指精心设计的、能实现现代OS核心功能的小型内核,它与一般的OS(程序)不同, 它更小更精炼,它不仅运行在核心态,而且开机后常驻内存, 它不会因内存紧张而被换出内存。微内核并非是一个完整的OS, 而只是为构建通用OS提供一个重要基础。

微内核所提供的功能,通常都是一些最基本的功能,如进程管理、存储器管理、进程间通信、 低级I/O功能。

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