操作系统第一章概论1. 1 学习指导操作系统是运行在计算机硬件系统上的最基本的系统软件。

它操作和管理着所有的系统硬件，也控制和管理着所有的系统软件，操作系统对计算机使用者提供了一种良好的操作环境，也为其他各种应用系统提供了最基本的支撑环境。

现代操作系统是一个复杂的系统软件，它与计算机硬件系统有千丝万缕的联系，也与用户有着密不可分的关系，它在计算机系统中位于计算机裸机和计算机用户之间。

紧挨着硬件的就是操作系统，它通过系统核心程序对计算机系统中的几类资源进行管理，如处理机、存储器、输入/输出设备、数据与文档资源、用户作业等，并向用户提供若干服务，通过这些服务将所有对硬件的复杂操作隐藏起来，为用户提供一个透明的操作环境。

在操作系统的外层是其它系统软件。

操作系统是最基本的系统软件。

用户可以直接通过系统软件层与计算机打交道，也可以建立各类应用软件和应用系统，通过它们来解决用户的问题。

由此可见，操作系统是介于计算机硬件和用户之间的一个接口。

根据操作系统的功能特征，可将操作系统分为批处理系统、分时系统和实时系统三种基本类型。

不同类型的操作系统有不同的作业用户，适用于不同的应用领域。

本章的重点内容是：对一些术语及概念的了解及认识，如批处理、吞吐量、作业的周转时间、分时(简单分时、具有“前台”和“后台”的分时系统、基于多道程序设计的分时系统)、实时、多道程序设计、时间片及操作系统的特征(并发、共享、虚拟、不确定性)。

1. 2 学习自评一、选择题1.组成计算机系统软件的基本部分是__________。

A. 应用软件B. 语言处理程序C. 例行服务程序D. 操作系统2.把处理机的时间分成很短的时间片（如几百毫秒），并把这些时间片轮流地分配给各联机作业使用的技术称为__________。

A. 分时技术B. 实时技术C. 批处理技术D. 多道程序设计技术3.所谓__________是指一个以上的作业放入主存，并且同时处于运行状态。

这些作业共享处理机的时间和外围设备等其他资源。

A. 多重处理B. 多道程序设计C. 多道批处理D. 共行执行4.在一个以批处理为主的系统中，为保证系统的吞吐量，总是要力争缩短用户作业的__________。

A . 周转时间 B. 运行时间 C. 提交时间 D. 完成时间5.在批处理系统中，周转时间是指__________。

A. 作业的运行时间B. 作业等待时间和运行时间之和C. 作业的相对等待时间D. 作业被调度进入内存到运行完毕的时间6.在分时系统中，时间片一定，__________，响应时间越长。

A. 内存越多B. 内存越少C. 用户数越多D. 用户数越少7.操作系统中采用多道程序设计技术以提高CPU和外部设计的__________。

A. 利用率B. 可靠性C. 稳定性D. 兼容性8.多道批处理系统的硬件支持是20世纪60年代初发展起来的__________。

A. RISC技术B. 通道和中断机构C. 集成电路D. 高速内存9.下面6个系统中，必须是实时操作系统的有__________个。

计算机辅助设计系统、航空订票系统、过程控制系统、机器翻译系统、办公自动化系统、计算机激光照排系统A. 1B. 2C. 3D. 410.若操作系统看作是计算机资源的管理者，则下列不属于操作系统管理的资源的是__________。

A. 程序B. 内存C. CPUD. 中断11.操作系统的功能是进行文件管理、处理器管理、作业管理、设备管理和（）管理。

A. 存储器B. 进程C. 系统D. JCB12.操作系统按功能特征分的基本类型主要有（）。

A. 批处理系统、分时系统及多任务系统B. 实时操作系统、批处理操作系统及分时操作系统C. 单用户系统、多用户系统及批处理系统D. 实时系统、分时系统和多用户系统13.下列不是操作系统关心的主要问题是( )。

A. 管理计算机裸机B. 设计、提供用户程序与计算机硬件系统的界面C. 管理计算机系统资源D. 高级程序设计语言的编译器14.（）操作系统允许在一台主机上同时连接多台终端，多个用户可以通过各自的终端同时交互地使用计算机。

A. 网络B. 分布式C. 分时D. 实时15.在（）操作系统控制下，计算机系统能及时处理由过程控制反馈的数据并作出响应。

A. 实时B. 分时C. 分布式D. 单用户16.操作系统是一组（）。

A. 文件管理程序B. 中断处理程序C. 资源管理程序D. 设备管理程序17.计算机操作系统的功能是（）。

A. 把源程序代码转换为目标代码B. 实现计算机用户之间的相互交流C. 完成计算机硬件和软件之间的转换D. 控制和管理计算机系统的资源和程序的执行18.设计实时操作系统时，首先应考虑系统的（）。

A. 可靠性和灵活性B. 实时性和可靠性C. 灵活性和可靠性D. 优良性和分配性19.从用户的观点看，操作系统是（）。

A. 用户与计算机之间的接口B. 控制和管理计算机资源的软件C. 合理地组织计算机工作流程的软件D. 由若干层次的程序按一定的结构组成的有机体20.用户使用操作系统通常有三种手段，它们是操作控制、系统调用和（）。

A. 计算机高级语言B. 宏命令C. 作业控制语言D. 汇编语言二、填空题21.根据服务对象不同，常用的单处理机OS可以分为如下三种类型：允许多个用户在其终端上同时交互地使用计算机的OS称为，它通常采用策略为用户服务；允许用户把若干个作业提交给计算机系统集中处理的OS称为，衡量这种系统性能的一个重要指标是；在的控制下，计算机能及时地处理由过程控制反馈的数据并作出响应。

设计这种系统时，应首先考虑系统的。

22.实时系统一般采用方法来提高可靠性。

23.从资源分配的角度讲，计算机系统中的资源分为、、和。

24.在分时和批处理系统结合的操作系统中引入了“前台”和“后台”作业的概念，其目的是。

25.采用多道程序设计技术能充分发挥与并行工作的能力。

26.按内存中同时运行程序的数目可以将批处理系统分为两类：和。

27.并发和是操作系统的两个最基本的特征，两者之间互为存在条件。

28.操作系统的主要性能参数有和等。

前者指的是单位时间内系统处理的作业量，后者指的是在一个给定时间内，系统的一个指定成分被使用的时间比例。

三、自评参考答案21.分时OS，时间片轮转，批处理OS，吞吐量，实时OS，实时性和可靠性 22. 双工体制 23. 处理机、存储器、输入输出设备、文件 24. 为了提高CPU的利用率、外设 26.单道批处理系统、多道批处理系统 27.共享 28.吞吐量、利用率第二章进程管理2. 1 学习指导本章是操作系统中最重要的一章，它涉及的内容和概念较多，而且有一部分概念具有一定的难度。

程序在顺序执行时，具有顺序性、封闭性和可再现性。

但为了提高计算机资源的利用率和增强系统的处理能力而引入了硬件并行操作，这可使某些程序并发执行，所谓并发是指在同一时间间隔内有若干事件发生。

程序的并发执行不仅能提高系统的吞吐量，而且可显著地改善资源的利用率，所以并发已成为现代操作系统的一个基本特征。

但是，程序的并发执行，使之失去了顺序程序的封闭性和可再现性，程序与计算不再一一对应，并产生了相互制约。

为了描述程序的并发执行而引入了进程的概念。

所谓进程可理解为“可与其他程序并发执行的程序的一次执行”。

为了描述和控制进程的运行，系统为每个进程定义了一个数据结构，该数据结构被称为PCB，PCB是进程存在的帷一标志。

进程具有五个基本特征：动态性、并发性、独立性、异步性和结构特征。

由于进程运行的间断性，决定了进程至少有三种基本状态：就绪、执行和阻塞(等待)，三种基本状态可经一定的触发条件而转换。

进程是资源分配的基本单位，同时进程也可作为独立运行的基本单位，用户可以从进程的观点来研究操作系统。

但由于系统资源数量的有限，必然导致诸进程间竞争资源。

用户进程和系统进程之间、同一用户作业的内部进程之间、不同用户各作业的进程之间、各系统进程之间都存在资源竞争问题。

竞争资源的进程间存在着两种关系：(1)资源共享。

虽然诸进程可以共享资源，但有些资源仅允许一个进程使用，我们把这种资源称为“临界资源”，每个进程访问临界资源的那段代码称为“临界区”，应保证诸进程互斥地进入临界区，即进程互斥；(2)资源共享。

两个或多个相关进程相互合作，完成一共同任务，此时，它们在执行时序上必须协调，即进程同步。

为实现进程的互斥与同步，系统中必须设置相应的同步机构，该机构应遵循的准则是：空闲让进、忙则等待、有限等待和让权等待。

常用的同步机构有锁和信号量等。

信号量是管理临界区的公有资源，它代表可用资源实体。

信号量仅能由P、V原语来对其进行修改。

利用信号量可实现进程的互斥与同步，经典的进程同步问题有：生产者和消费者问题、读者和写者问题、哲学家进餐问题等。

所谓进程通信是指进程之间交换信息，通信可分为低级通信和高级通信。

P、V操作属于低级通信方式，该方式以控制进程并发执行为主要目的，而利用通信原语进行高级通信则是以通信为主要目的。

一个作业从提交到完成一般要经历三个阶段：(1)高级调度。

它决定了将哪些处于后备状态的作业调入内存准备执行；(2)低级调度。

它决定了就绪队列中的哪一个进程将获得处理机，并使之执行；(3)中级调度。

它实现内外存进程的对换。

进程调度有两种方式：剥夺调度(抢占式调度)和非剥夺调度(非抢占式调度)方式。

在批处理系统中常用的进程调度算法有：先来先服务FCFS、最短CPU运行期优先、高优先数优先、响应比高者优先等，在分时系统中常用的进程调度算法有：时间片轮转、多级反馈队列等调度算法。

进程间的关系非常复杂。

如果对竞争失控，产生的后果是要么资源在使用过程中遭到破坏，要么各进程为争夺资源而形成僵持局面(死锁)。

产生死锁的原因可归结为诸进程对共享资源的竞争和进程推进顺序不当。

产生死锁的必要条件有：互斥条件、请求和保持条件、不剥夺条件和环路等待条件。

解决死锁的办法也有四种：预防死锁、避免死锁、检测死锁和解除死锁。

在预防死锁中我们可以通过破坏产生死锁的四个必要条件的后三个来实现，如静态资源分配法和有序资源分配法，但它们都加了较强的限制条件。

避免死锁是在资源分配过程中防止系统进入不安全态，我们可以用银行家算法。

检测死锁是在系统中设置一死锁检测机构，能及时地检测出发生的死锁。

解除死锁是当检测到发生死锁后，将进程从死锁状态中解脱出来，常采用剥夺资源和撤消进程两种方法。

本章的重点内容是：进程的基本概念(包括进程的定义、进程的特征、进程的状态及其变迁、进程的组成、进程控制块的内容及作用)；进程的控制(包括进程的建立、进程的撤消、进程的阻塞、进程唤醒等)；原语的含义、作用及内容；临界资源、临界区的基本概念；进程互斥与同步的基本概念；P、V操作的控制机理；进程间的通信；常用进程调度算法；死锁的基本概念；产生死锁的原因和预防死锁产生的具体措施等。