操作系统原理_庞丽萍_第一章绪言
操作系统原理
操作系统原理理论课复习●考试方式：闭卷笔试●考试时间：2012年6月22日（周五）下午14:30~16:30●考试地点：教学楼B103(计科)、B104(网工&信安)●考试题型(总计100分)：⏹单项选择题(10小题，每小题1分，共10分)⏹多项选择题(5小题，每小题2分，共10分)⏹填空题(10小题，15空，每空1分，共15分)⏹简答题(本大题共5小题，每小题4分，共20分)⏹应用分析题(4题，第1小题15分，其余小题10分，共45分)●总评成绩计算：平时40分[考勤问答（5分）+ 平时作业（15分）+ 大作业（20分）] + 期末闭卷笔试60分= 100分●作业上交的截止时间：2/3必做平时作业考试前（6.22）、其余作业（包括大作业）考试后4天（6.26）●主要参考资料：教学大纲、课件、教材●学习基本要求：了解操作系统在整个计算机系统中的作用、了解操作系统的组成部分，掌握操作系统的基本原理、基本概念，掌握操作系统对各种资源的管理方法和操作系统各部分程序之间的关系，在此基础上真正掌握操作系统的工作原理和基本设计方法，具备分析和设计操作系统的初步能力。
了解在Unix/Linux/Windows中，操作系统基本原理的应用和实现技术。
●考核知识点：见下面的分章介绍●考核要求等级：⏹概念/特性：识记、领会⏹方法/算法：简单应用、综合应用第一部分背景为操作系统的学习提供背景知识，包括计算机系统结构的基本介绍和操作系统核心的基本概念。
第1章计算机系统概述本章内容：简介操作系统的计算机硬件基础，包括处理器、内存和I/O原理1.1 计算机硬件系统●知识点（识记）：硬件、中央处理器、存储器、输入输出设备、总线结构●计算机硬件的组成：处理器、内存、I/O设备、系统总线●当前主流PC机硬件系统的主要特点：？多核处理器、高速缓存、DRAM内存、I/O设备多样且接口标准化、系统总线包括前端总线、内存总线、高速图形总线、多级扩展总线（PCI与LPC）1.2 CPU寄存器知识点（领会）：寄存器、通用寄存器（用户程序可使用的）、专用寄存器（不可直接操作的）●寄存器分类和功用⏹通用寄存器/编程可见寄存器◆数据寄存器(如AX~DX)——逻辑计算◆地址寄存器——寻址◆变址寄存器(如SI和DI)——间接寻址◆段指针(如CS~ES)——段基址◆栈指针(如SS:SP&BP)——堆栈指针⏹专用寄存器/控制和状态寄存器——控制处理器操作◆程序计数器PC (Program Counter)(如IP)——指令地址◆指令寄存器IR (Instruction Register)（不可见）——指令内容◆程序状态字PSW (Program Status Word)(如FLAGS、286的MSW[MachineStatus Word，机器状态字]和386的CR0[Control Register 0，控制寄存器0])——包含条件码和其他状态信息●386指令⏹分类◆数据传送●数据传送：MOV XLA T XCHG MOVSD MOVSX MOVZX●堆栈存取：PUSH POP PUSHF POPF PUSHA POPA PUSHD POPDPUSHAD POPAD PUSHFD POPFD●地址传送：LEA LDS LES LSS LFS LGS●标志传送：LAHF SAHF●出入输出：IN OUT◆算术运算●加法：ADD ADC INC●減法：SUB SBB DEC NEG●乘法：MUL IMUL●除法：DIV IDIV CBW CWD CWDE CDQ●调整：AAA DAA AAS DAS AAM AAD◆位操作●逻辑计算：AND OR XOR NOT●位移旋转：SHL SHR SAL SAR ROL RCL RCR SHRD SHLD●位测试：BT BTC BTR BTS BSF BSR●标志设置：SETB SETAE SETBE SETA SETE/SETZ SETNE/SETNZSETL SETLE SETG SETGE SETS SETNS SETO SETNO SETPSETNP◆控制权转移●循环控制：LOOP LOOPD LOOPE LOOPED LOOPNE LOOPNED●过程调用：CALL RET RETN RETF●中断跳转：INT INTO IRET IRETD JMP JCXZ JXX◆字符串处理●前置：REP REPE REPZ REPNE REPNZ●字符串：MOVS SCAS CMPS LODS STOS●字符串I/O：INS/INSB/INSW/INSD OUTS/OUTSB/OUTSW/OUTSD◆处理器控制●设置与清除标志：CLC STC CLD STD CLI STI●直接控制模式：LOCK WAIT ESC HLT NOP◆系統控制●保护模式控制：LAR LSL LGDT SGDT LIDT SIDT LLDT LTR SLDTLMSW SMCW ARPL CLTS VERR VERW●内存范围检查：BOUND ENTER LEA VE●查错控制：CR0 CR1 CR3 DR0 DR1 DR2 DR3 DR6 DR7 TR6 TR7⏹寻址方式◆立即寻址——源操作数的值被直接包含在汇编指令之中，如mov ax,0◆寄存器寻址——源操作数的值已经被保存在寄存器之中，如mov ds,ax◆直接寻址——源操作数的偏移量包含在指令中（一般为标号），加上移位后的数据段寄存器DS，得到实际的20位物理地址，如mov ax,mydata◆寄存器间接寻址——源操作数为用方括号括起的下列寄存器之一：SI、DI、BX、BP，实际地址是合适的段地址加上该寄存器所对应的偏移地址，如mov ax,[bx]。
操作系统原理 庞丽萍 答案 习题六答案
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操作系统课后习题参考答案
沈华 湖北工业大学计算机学院
当运行进程在执行过程中，需要等待某事件的发生才能继续向下 执行，此时会发生变迁 3。
当等待进程等待的事件发生了，将会发生变迁 4。 （2）正在运行的进程因等待某事件的发生而变为等待状态的变迁 3， 在就绪队列非空时会立即引起一个就绪进程被调度执行的变迁 1。 （3）a.3->1 的因果变迁可能发生
正在运行的进程因等待某事件的发生而变为等待状态的变迁 3， 在就绪队列非空时必然引起一个就绪进程被调度执行的变迁 1。
b.3->2 的因果变迁不可能发生。 c.2->1 的因果变迁必然发生 正运行的进程因时间片到变为就绪状态的变迁 2，必然引起一个 就绪进程被调度执行的变迁 1。或者新创建一个进程或一个等待进程 变成就绪，它具有比当前进程更高的优先级发生的变迁 2，必然引起 调度一个具有更高优先级就绪进程执行的变迁 1。
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操作系统课后习题参考答案
沈华 湖北工业大学计算机学院
在高优先就绪队列采用优先级调度算法时，当一进程从等待状态 变为就绪状态的变迁 4，在该进程的优先级最高且系统采用抢占式调 度时，就会引起该进程被调度执行的变迁 5。 或者在当前运行进程是原低优先就绪队列中的一个进程且高优先就 绪队列为空时，若系统采用可抢占方式，则当一进程从等待状态变为 就绪状态的变迁 4，就会引起该进程被调度执行的变迁 5。
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12:00 12:15
平均周转时间 t=（120+185+120）/3=141.7
平均代权周转时间 w=（1+2.83+12）/3=4
周转时间 （分钟）
120 185 120
代权周转时间 （分钟）
操作系统原理_庞丽萍_第一章绪言
三. 桌面系统
随着微电子技术的发展，操作系统的目标： 不再是最大化CPU和外设的利用率 而是最大化用户方便性和响应速度 各种类型的Windows替代MS-DOS， IBM公司将MS-DOS升级为多任务OS/2 Linux个人计算机操作系统(类似于UNIX)
个人计算机操作系统得益于大型机操作系统的研制成果。 另一方面，微型计算机硬件费用很低，有些技术实现可简单。
2
为什么学习操作系统 ?
掌握操作系统的基本理论，具备开发核心系统 软件的技能，设计操作系统或者修改现有的系统
为后继课程打好基础 ———— 数据库、网络、分布式系统 了解当前流行的实际操作系统的使用方法与实 现技术 ———— UNIX，Linux, Windows
3
操作系统能做什么 ?
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软 操 统
件 程 序
用
其 户
二. 存储程序式计算机的结构和特点
存储程序式计算机(Von Neumann计算机)
1. 基本部件
CPU、主存储器、I/O设备、控制台 2. 特点 集中顺序过程控制 集中控制：由CPU集中管理 顺序性：程序计数器控制 过程性：模拟人们手工操作过程
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3. 计算机系统结构与操作系统的关系
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二. 批处理阶段
1. 联机批处理
特点：有监督程序；作业自动过渡
问题：CPU高速与I/O慢速的矛盾
解决：由卫星机负责I/O
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2. 脱机批处理 特点：有监督程序；作业自动过渡
问题：CPU高速与I/O慢速的矛盾
解决：由卫星机负责I/O
输入机
输入带
输入带
卫星机
主机
打印机
输出带
操作系统原理 庞丽萍 答案习题三答案
习题三参考答案（P54）3-1用户与操作系统的接口是什么？一个分时系统提供什么接口？一个批处理系统又提供什么接口？答：用户与操作系统的接口是指操作系统提供给用户与计算机打交道的外部机制。
一个分时系统提供的接口有系统功能调用和键盘操作命令。
一个批处理系统提供的接口有系统功能调用和作业控制语言。
3-2计算机对用户算题任务的加工过程一般分哪几个作业步？各作业步之间的关系如何？用自己的上机体会说明。
答：计算机对用户算题任务的加工过程一般分四个作业步：编辑、编译、连接和运行。
各作业步之间的关系如下：前一个作业步的结果是下一个作业步的操作对象；一个作业步的成功完成依赖于上一个作业步的成功完成。
3-3什么是系统调用？对操作系统的服务请求与一般的子程序调用有什么区别？答：系统调用是操作系统提供给编程人员的惟一接口。
编程人员利用系统调用，在源程序一级动态请求和释放系统资源，调用系统中已有的系统功能来完成那些与机器硬件部分相关的工作以及控制程序的执行速度等。
因此，系统调用像一个黑箱子那样，对用户屏蔽了操作系统的具体动作而只提供有关的功能。
系统调用与一般过程调用的主要区别如下：系统调用程序是在核心态执行，调用它们需要一个类似于硬件中断处理的中断处理机制来提供系统服务。
（也可按上课时讲的三个方面来阐述）3-5简述系统调用的执行过程。
答：系统调用命令的具体格式因系统而异，但由用户程序进入系统调用的步骤及执行过程大体相同：首先，将系统调用命令所需的参数（如功能号）或参数区首址装入指定寄存器；然后，在用户程序中适当的位置安排一条调用系统功能指令。
至于系统调用命令的功能号，有的系统直接在调用指令中给出，有的系统则把它作为系统调用命令的参数，在调用时放入指定寄存器。
当用户程序执行到调用系统功能的指令时，就转到系统调用的处理程序执行。
其过程如下：（1）为执行系统调用命令做准备，即将用户程序的“现场”保存起来，同时把系统调用命令的编号等参数放入约定的存储单元。
庞丽萍操作系统第四版--第1章绪论
牛郎星8800,之所 以能广泛流行并从 而掀起一场“微机 革命”,是同比 尔· 盖茨和保罗.艾 伦(Paul Allen)看准 机会为它配上 BASIC语言分不开 的 !!
第五代计算机（1990-）超大规模集成电 路和网络及分步式操作系统。
1.2.1手工操作阶段 没有操作系统,没有任何软件.用户直接用机器 语言编程.输入输出用穿孔纸带(卡片). 人工操作方式有以下两个缺点：
1.2.6个人计算机操作系统 如DOS,UNIX,WINDOWS
目前个人计算机上使用的操作系统 以windows系列和linux系统为主。
1.2.7网络操作系统 网络操作系统包括网络管理、通信、资源 共享、系统安全和多种网络应用服务。 多用户系统和网络系统的比较（表1-3）
（1） 计算机网络主要由3部分组成
IBM7090 1955年，美国在阿塔拉斯洲 际导弹上装备了以晶体管为 主要元件的小型计算机。 1958年，美国的IBM公司制 成了第一台全部使用晶体管 的计算机RCA501型。 1959年，IBM公司又生产出 全部晶体管化的的电子计算 机IBM7090。 1961年，世界上最大的晶体 管电子计算机ATLAS安装完毕。
1. 3操作系统的基本概念
1.3.1操作系统的定义和在计算机系统中的 地位 1. 操作系统的定义 计算机操作系统是一个大型的程序系 统,它负责计算机的全部软、硬件资源的分 配、调度工作，控制和协调并发活动，实 现信息的存取和保护。
பைடு நூலகம்
1. 操作系统的功能 根据操作系统的定义，操作系统主要是管理计 算机系统的硬件和软件，我们不难得到计算机 操作系统应该具有下面功能。 （1）处理机分配 （2）存储器管理 （3）设备管理 （4）软件资源管理
操作系统教学大纲
《操作系统》课程教学大纲一课程说明1、课程基本情况课程名称：操作系统英文名称：Operation System课程编号：2413218开课专业：计算机科学与技术开课学期：第4学期课程学分/周学时：5/5课程类型：专业主干必修课2、课程性质操作系统是计算机专业的专业课，以计算机组成原理为先导课程。
通过本课程的学习使学生能够从资源管理的角度了解操作系统的工作方式。
操作系统是计算机的核心软件，是所有计算机专业的必修课程，但由于课程本身理论性较强，较抽象，使得该门课程的教与学一直是计算机专业的一个难点。
3、本课程的教学目的和任务操作系统是计算机系统中的重要系统软件，是计算科学、信息学、软件专业重要的专业课程。
本课程的目的和任务是使学生全面地了解和掌握操作系统的目标、作用和模型，从资源管理的角度领会操作系统的功能和实现过程。
使学生系统科学地受到分析问题和解决问题的训练，提高运用理论知识解决实际问题的能力。
本课程概述操作系统的形成、类型和功能；阐述进程管理，包括进程和线程的基本概念、进程的同步和通信、调度和死锁；详细介绍存储器管理和虚拟存储器的概念以及对虚拟存储器性能的分析；讨论设备管理、文件系统以及磁盘存储器的管理以及操作系统的保护与安全；最后，对操作系统的最新发展包括网络操作系统、分布式操作系统做扼要介绍。
通过本课程的学习，帮助学生建立计算机操作系统处理问题的思维模式，初步掌握设计系统的基本思想，基础知识、基本原理和基本方法，培养和提高学生设计程序和调试程序的能力，启发学生将该课程的知识引入到其它基础课和专业课的学习。
4、本课程与相关课程的关系、教材体系特点及具体要求先行课程：《汇编语言程序设计》、C语言程序设计、数据结构、计算机组成原理关联课程：数据库原理与设计、计算机网络、分布式系统计算机操作系统是一个大型且复杂的系统软件，它是许多人共同合作编制而成。
对于学生，要求其从总体的概念和基本工作原理上入手，掌握操作系统的结构，计算机操作系统是由哪些功能模块组成，各模块的功能以及他们对软硬件资源进行管理的技术和方法，了解计算机操作系统的各部分是如何协调一致进行工作的5、教学时数及课时分配二教材及主要参考书《操作系统教程》孙钟秀编，高等教育出版社；《操作系统》庞丽萍等编，华中理工大学出版社；《Windows操作系统原理》，尤晋元编著，机械工业出版社，2001年8月《UNIX网络编程(第2版)(第2卷：进程间通信)》，[美]W.Richard Stevens 著，杨继张译，清华大学出版社，2000年3月《操作系统原理教程》，孟静编著，清华大学出版社三教学方法和教学手段说明启发式、讲授法多媒体授课和实验室实验四成绩考核办法考核内容应包括平时作业（实验过程）的认真程度；实验记录、实验报告、实验课程总结记录书写情况；仪器设备操作使用情况；遵守实验室工作规章制度情况；学期理论与操作考核等。
操作系统原理最全课后答案
第一章操作系统引论1．设计现代OS的主要目标是什么？答：〔1〕有效性〔2〕方便性〔3〕可扩大性〔4〕开放性2．OS的作用可表现在哪几个方面？答：〔1〕OS作为用户及计算机硬件系统之间的接口〔2〕OS作为计算机系统资源的管理者〔3〕OS实现了对计算机资源的抽象3．为什么说OS实现了对计算机资源的抽象？答：OS首先在裸机上覆盖一层I/O设备管理软件，实现了对计算机硬件操作的第一层次抽象；在第一层软件上再覆盖文件管理软件，实现了对硬件资源操作的第二层次抽象。
OS 通过在计算机硬件上安装多层系统软件，增强了系统功能，隐藏了对硬件操作的细节，由它们共同实现了对计算机资源的抽象。
4．试说明推动多道批处理系统形成和开展的主要动力是什么？答：主要动力来源于四个方面的社会需求及技术开展：〔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〕计算机体系构造的不断开展。
5．何谓脱机I/O和联机I/O？答：脱机I/O 是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机，在外围机的控制下，把纸带或卡片上的数据或程序输入到磁带上。
该方式下的输入输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进展的。
而联机I/O方式是指程序和数据的输入输出都是在主机的直接控制下进展的。
6．试说明推动分时系统形成和开展的主要动力是什么？答：推动分时系统形成和开展的主要动力是更好地满足用户的需要。
主要表现在：CPU 的分时使用缩短了作业的平均周转时间；人机交互能力使用户能直接控制自己的作业；主机的共享使多用户能同时使用同一台计算机，独立地处理自己的作业。
7．实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？答：关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及时接收并及时处理该命令，在用户能承受的时延内将结果返回给用户。
解决方法：针对及时接收问题，可以在系统中设置多路卡，使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据；为每个终端配置缓冲区，暂存用户键入的命令或数据。
《操作系统原理》第一章 概述
程序A 运行
等待
运行
等待
程序B 等待 运行
等待
运行
等待
程序C
等待
运行
为了给用户操作计算机提供一个良好的界面， 以便用户无须了解计算机硬件或系统软件的有 关细节就能方便地使用计算机。
操作系统由哪些成分组成？
控制和管理计算机系统的硬件和软件资源 的程序集合
合理地组织计算机的工作流程的程序集合 方便用户使用的程序集合
操作系统的发展
操作系统发展是随着计算机硬件技术、应用 软件的发展而发展的
目标：充分利用硬件 提供更好的服务
大型机 → PC机 → 后PC时代
操作系统的发展--手工操作阶段
操作员将纸带/卡 片装入输入机
启动输入机把程序 和数据装入输入机
通过控制台开关使 程序运行
程序运行结束将 结果在打印机上
输出
卸下纸带/卡片， 将结果取走
手工操作方式具有以下两个特点: •串行工作方式 •资源独占方式
1840年英国人Charles Babbage设计了差分机 和分析机，设计理论非常超前，提出了卡 片输入程序和数据
计算机的发展—电子计算机时代
电子计算机时代（1946-至今）：
第一代电子计算机（1946－1958），电子管制作开 关逻辑部件。代表机有“科洛萨斯”（英国）， ENIAC(美国），10Hz
外围机
输入带
执行管理带
主机
输出带
单道批处理系统---评价
解决了作业间的自动转接问题，减少了机器时间 的浪费。
不管作业大小，只要它一旦占用处理机开始执行, 则它必须一直占据处理机，直到运行完毕。
资源利用率低。 对短作业不公平，因为它们等待执行的时间可能