操作系统教程第三版-精
《计算机操作系统教程》第三版答案作者左万历+周长林
第一章操作系统概述课后习题1. 硬件将处理机划分为两种状态，即管态和目态，这样做给操作系统设计带来什么好处 ? 答：便于设计安全可靠的操作系统。
管态和目态是计算机硬件为保护操作系统免受用户程序的干扰和破坏而引入的两种状态。
通常操作系统在管态下运行，可以执行所有机器指令；而用户程序在目态下运行，只能执行非特权指令。
如果用户程序企图在目态下执行特权指令，将会引起保护性中断，由操作系统终止该程序的执行，从而保护了操作系统。
2. 何为特权指令?举例说明之。
如果允许用户执行特权指令，会带来什么后果？答：只能在管态下才能执行的指令称为特权指令。
如开关中断、置程序状态寄存器等。
如果允许用户执行特权指令，它将不仅影响当前运行的程序，而且还有可能影响操作系统的正常运行，甚至整个系统。
3. 中断向量在机器中的存储位置是由硬件确定的，还是由软件确定的 ? 答：中断向量在机器中的位置是由硬件确定的。
例如，在INTEL 80x86 CPU 中，内存空间0x00000——0x003ff 为中断向量空间。
4. 中断向量的内容是由操作系统程序确定的还是由用户程序确定的？答：中断向量的内容是由操作系统程序确定的。
向量的内容包括中断处理程序的入口地址和程序状态字（中断处理程序运行环境），中断处理程序是由操作系统装入内存的，操作系统将根据装入的实际地址和该中断处理程序的运行环境来填写中断向量。
5. 中断向量内的处理机状态位应当标明是管态还是目态 ? 为什么? 答：应当标明是管态。
该状态由系统初试化程序设置，这样才能保证中断发生后进入操作系统规定的中断处理程序。
6. 中断和程序并发之间的关系是什么？答：中断是程序并发的必要条件。
如果没有中断，操作系统不能获得系统控制权，无法按调度算法对处机进行重新分配，一个程序将一直运行到结束而不会被打断。
7. 说明“栈”和“堆”的差别．答：栈是一块按后进先出（FIFO）规则访问的存储区域，用来实现中断嵌套和子程序调用的参数和返回断点。
操作系统教程第三版课程设计
操作系统教程第三版课程设计一、概述本文档是针对操作系统教程第三版课程设计的指导文档。
操作系统是计算机科学中的重要学科，操作系统教程课程的目的是为本专业的同学提供系统、深入的操作系统知识，为以后进一步学习相关课程提供基础。
本课程设计围绕操作系统的应用展开，主要包括两部分：1) 操作系统的理论学习；2) 操作系统的实践应用。
二、课程设计目标本课程设计的主要目标是让同学们掌握操作系统的原理和应用技术，并且能够熟练地应用操作系统进行程序设计和系统分析。
同时，通过本课程设计的学习，同学们应该能够深刻理解操作系统与计算机硬件的关系，了解操作系统对计算机的作用和重要性。
三、课程设计内容本课程设计主要分为两部分，分别是操作系统的理论部分和操作系统的实践应用部分。
操作系统的理论学习操作系统的理论学习应该包括以下几个方面： - 操作系统的基本概念和原理；- 操作系统的结构和组成； - 进程、线程、进程调度、同步与互斥、死锁等概念；- 存储管理、文件系统管理等内容。
操作系统的实践应用操作系统的实践应用主要包括以下两个部分： - 程序设计：使用C或C++编写一个基于操作系统的简单程序； - 操作系统分析：对一个开源的操作系统进行分析并提交操作系统分析报告。
四、课程设计要求1. 学习要求•学习操作系统第三版全书，尤其是上述理论学习内容部分；•阅读相应的操作系统实验指导书，完成课程实践应用部分的内容要求；2. 提交要求•对于程序设计部分，需要提交源码以及执行结果；•对于操作系统分析，需要提交操作系统分析报告，包括操作系统的基本情况、操作系统的结构和组成、操作系统的调度算法、同步机制、文件系统等方面的内容，分析报告要求不少于1500字。
五、课程设计评分方式共100分，其中： - 理论学习部分：40分； - 实践应用部分：60分，其中程序设计占30分，操作系统分析报告占30分； - 提交时间和格式：10分。
六、参考文献1.操作系统(第三版)，Andrew S. Tanenbaum，Hua Wei译，人民邮电出版社2.计算机操作系统实验指导，清华大学出版社以上为操作系统教程第三版课程设计的指导文档，希望同学们能够认真学习理论部分，积极投入实践应用中，并且按时提交实验作业。
操作系统第三版习题答案
输入 程序 B 打印 程序 B 打印
CPU 时间
程序 A
程序 B
程序 A
50
100
130
(2) CPU 有空闲等待，它发生在 100ms∼130ms 时间段内，此时间段内程序 A 与程序 B
200
230
280
380
ms
都在进行 I/O 操作。 (3) 程序 A 无等待现象，程序 B 在 0ms∼50ms 时间段与 200ms∼230ms 时间段内有等待 现象。 3、设三道程序，按照 A、B、C 优先次序运行，其内部计算和 I/O 操作时间由图给出。 A B C C11=30ms C21=60ms C31=20ms | | | I12=40ms I22=30ms I32=40ms | | | C13=10ms C23=10ms C33=20ms 试画出按多道运行的时间关系图(忽略调度执行时间)。完成三道程序共花多少时间？比 单道程序节省了多少时间？若处理器调度程序每次运行程序的转换时间花 1ms，试画出 各程序状态转换的时间关系图。 解答：完成三道程序抢占式花费时间是 190 ms，非抢占花费时间是 180 ms，单道花费 时间是 260 ms，抢占式比单道节省时间为 70 ms。 单道程序运行时间：260ms A：30+40+10=80 ms B：60+30+10=100 ms C：20+40+20=80 ms 4、在单 CPU 和两台 I/O(I1 和 I2)设备的多道程序设计环境下，同时投入三个作业运行。 它们的执行轨迹如下： Job1：I2(30ms)、CPU(10ms)、I1(30ms)、CPU(10ms)、I2(20ms) Job2：I1(20ms)、CPU(20ms)、I2(40ms) Job3：CPU(30ms)、I1(20ms) 、CPU(10ms)、I1(10ms) 如果 CPU、I1 和 I2 都能并行工作，优先级从高到低为 Job1、Job2 和 Job3，优先级高 的作业可以抢占优先级低的作业的 CPU，但是不抢占 I1 和 I2。试求： (1)每个作业从投入到完成分别需要多少时间。 (2)从投入到完成 CPU 的利用率。 (3) I/O 设备的利用率。 答：(1)JOB1,JOB2,JOB3 从投入到完成分别所需时间为 110，90，110。 (2)每个作业从投入到完成 CPU 的利用率是 72.7％。 (3)I1 的利用率是 72.7％，I2 的利用率是 81.8％。 5、在单 CPU 和两台 I/O(I1 和 I2)设备的多道程序设计环境下，同时投入三个作业运行。 它们的执行轨迹如下： Job1：I2(30ms)、CPU(10ms)、I1(30ms)、CPU(10ms) Job2：I1(20ms)、CPU(20ms)、I2(40ms) Job3：CPU(30ms)、I1(20ms)
计算机操作系统教程(第3版)知识点
名词解释第一章内容：1、操作系统的概念（名词解释）：操作系统是位于硬件层之上，所有其他系统软件层之下的一个系统软件，使得管理系统中的各种软件和硬件资源得以充分利用，方便用户使用计算机系统。
第二章的内容：1.作业的定义（名词解释）在一次应用业务处理过程中，从输入开始到输出结束，用户要求计算机所做的有关该次业务处理的全部工作称为一个作业。
第三章的内容：1、程序的并发执行定义：一组在逻辑上互相独立的程序或程序段在执行过程中，其执行时间在客观上互相重叠，即一个程序段的执行尚未结束，另一个程序段的执行已经开始的这种执行方式。
增强计算机系统的处理能力和提高资源利用率所采取的一种同时操作技术。
5、死锁的概念：指各并发进程互相等待对方所拥有的资源，且这些并发进程在得到对方资源之前不会释放自己所拥有的资源。
8．线程：线程又被称为轻权进程或轻量级进程。
线程是进程的一部分。
线程是CPU调度的一个基本单位。
第五章内容：1、存储器是由内存和外存组成的，在存储管理系统把进程中那些不经常被访问的程序段和数据放入外存中，待需要访问它们时再将它们调入内存。
2、虚拟存储器：进程中的目标代码、数据等的虚拟地址组成的虚拟空间。
5、用户程序自己控制内外存之间的数据交换的例子是覆盖。
覆盖技术要求用户清楚地了解程序的结构，并指定各程序段调入内存的先后次序。
6、操作系统控制方式又可进一步分为两种，一种呈交换方式，另一种是请求调入方式和预调入方式。
3、覆盖技术与交换技术是在多道环境下用来扩充内存的2钟方法。
第九章内容：2、中断的基本概念：计算机在执行期间，系统内发生任何非寻常的或非预期的急需处理事件，使得CPU暂时中断当前正在执行的程序而转去执行相应的事件处理程序，待处理完毕后又返回原来被中断处继续执行或调度新的进程执行的过程。
3、根据中断源产生的条件，可把中断分为外中断和内中断。
外中断时指来自处理机和内存外部的中断，内中断主要指在处理机和内存内部产生的中断。
计算机操作系统教程(第三版)左万历_课件
终止所有子孙进程
从所在队列(索引表)撤消PCB
进程的终止过程
导航
结束
28
2.2.9 进程与程序的联系与差别
进程与程序的联系
进程包括一个程序 进程存在的目的就是执行这个程序
进程与程序的差别
程序静态，进程动态 程序可长期保存，进程有生存期 一个程序可对应多个进程，一个进程只能执行一个 程序
导航 结束
吞吐量
=
作业道数 全部 处部时间
Multi-programming
导航
结束
2
2.1.1 单道程序设计的缺点 2.1.2 多道程序设计的提出 2.1.3 多道程序设计的问题
导航
结束
3
2.1.1 单道程序设计的缺点
处理机利用率低 设备利用率低 内存利用率低
t1 CPU 设备1 t2
运行程序A
t5
运行程序A
作业步jobstep作业处理过程中一个相对独立的步骤一般一个作业步可由一个进程完成某些作业步之间可以并行作业分类批处理作业交互式作业导航结束47241作业控制语言jcl描述批处理作业控制意图的语言作业说明书jcl语句的序列一般一特殊符号起始jobj1fortnendjob作业控制程序解释并处理作业说明书的程序作业控制进程执行作业控制程序的进程48读入作业内容释放输入井空间顺取作业控制语句是结束语句执行该作业步可能创建子进程申请输出井空间输出作业结果进程自我终止导航结束49242帐户管理etcpasswd文件用户名口令用户根目录同组用户余额
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2.3 线程与轻进程
2.3.1 线程的引入 2.3.2 线程的概念 2.3.3 线程的结构 2.3.4 线程控制块 2.3.5 线程的实现 2.3.6 线程的应用 2.3.7 Java线程
全套课件计算机操作系统教程第三版
1.4操作系统的硬件介绍
• 1.4.1中央处理器（CPU） • 1.4.2存储系统 • 1.4.3 中断机制 • 1.4.4 I/O设备
• 1.4.5 时钟
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1.4.1中央处理器（CPU）
• 计算机的“大脑”是CPU，它从内存中取出指令并执行。 在每个CPU的基本周期中，首先从内存中取出指令，解码 以确定其类型和操作数，然后执行。循环以上过程，程序 得以执行完毕。
机上覆盖一层I/O设备管理软件，用户便可以利用这层
I/O设备管理软件提供给用户的接口来进行数据的输入
和输出，那么用户此时看到的计算机是一台功能强大、
使用方便的计算机，但实际上，计算机的硬件丝毫没
有变化，这样的计算机称为软件扩充的机器，或称软
件虚拟机。
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1.1.2 作为资源管理的操作系统
• 从作为机器功能扩充的观点看，操作系统是为用户提供基 本的方便的接口，这是一种自顶向下的观点或是自内向外 的观点。但是从用户向机器的观点或自底向上的观点来看， 操作系统则用来管理一个复杂计算机系统的各个部分。现 代计算机包含处理器、存储器、时钟、磁盘、终端、网络 接口、打印机以及许多其他设备。从这个角度来看，操作 系统的任务是在相互竞争的程序之间有序地控制对处理器、 存储器以及其他I/O接口设备的分配。
1.4.2 存储系统
• 1、存储系统的层次结构
•
最高层是CPU中的寄存器，由于采用和CPU相同的材料制造，所以速度和CPU
一样快。但寄存器一般容量比较小，在1KB以下。
•
第二层是高速缓存，它主要被硬件控制使用。当一个程序要读一个存储字时，
通过硬件系统首先检查是否在高速缓存中。如果在，称为高速缓存命中，直接读
计算机操作系统教程_第三版_(张尧学_张高_史美林_著)_清华大学出版社_第1章G
1.2.2 早期批处理(batch processing) 如上所述，在计算机发展的早期阶段，由于没有任 何用于管理的软件，所有的运行管理和具体操作都 由用户自己承担。作业由许多作业步组成，任何一 步的错误操作都可能导致该作业从头开始。当时， 计算机极其昂贵，计算机(CPU)的时间非常宝贵， 尽可能提高CPU的利用率成为十分迫切的任务。 解决的途径有两个：首先配备专门的计算机操作员， 程序员不再直接操作机器，减少操作机器的错误。 另一个重要措施是进行批处理，操作员把用户提交 的作业分类，把一批中的作业编成一个作业执行序 列。每一批作业将有专门编制的监督程序(monitor) 自动依次处理。 早期的批处理可分为两种方式。
图1.1 操作系统与硬件软件的关系
综上所述，我们可以非形式地把操作系统定义为: 操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它是这 样一些程序模块的集合——它们管理和控制计算机 系统中的硬件及软件资源，合理地组织计算机工作 流程，以便有效地利用这些资源为用户提供一个功 能强大、使用方便和可扩展的工作环境，从而在计 算机与其用户之间起到接口的作用。
所谓分时技术，就是把处理机的运行时间分成很短 的时间片，按时间片轮流把处理机分配给各联机作 业使用。若某个作业在分配给它的时间片内不能完 成其计算，则该作业暂时中断，把处理机让给另一 作业使用，等待下一轮时再继续其运行。由于计算 机速度很快，作业运行轮转得很快，给每个用户的 印象是好像他独占了一台计算机。而每个用户可以 通过自己终端向系统发出各种操作控制命令，完成 作业的运行。 多用户分时操作系统是当今计算机操作系统中最普 遍使用的一类操作系统。
1.2.3 多道程序系统 上述批处理系统，每次只调用一个用户作业程序进 入内存并运行，称为单道运行。图1.4(a)给出了单 道程序工作示例。 而图1.4(b)给出了多道程序工作示例。在单处理机系 统中，多道程序运行的特点是: (1) 多道：计算机内存中同时存放几道相互独立的程 序。 (2) 宏观上并行：同时进入系统的几道程序都处于运 行过程中，即它们先后开始了各自的运行，但都未 运行完毕。 (3) 微观上串行：实际上，各道程序轮流使用CPU， 交替执行。
操作系统教程(第三版)课件
操作系统的基本概念
要点一
总结词
操作系统的基本概念
要点二
详细描述
操作系统的基本概念包括进程、线程、内存管理、文件系 统等。进程是程序的一次执行过程，是系统进行资源分配 和调度的基本单位；线程是进程内的一条执行路径，是系 统调度的基本单位。内存管理负责分配和回收内存空间， 以及管理内存中的程序和数据。文件系统负责管理磁盘存 储空间和文件，以及提供文件访问接口。
用户界面设计的基本原则 用户友好、易于使用、一致性、可靠性等。
系统桌面环境
系统桌面的定义 系统桌面是操作系统中提供给用户的主要界面，包括图标、 菜单、窗口等元素。
系统桌面的功能 系统桌面提供了一系列功能，如启动应用程序、管理文件 和目录、设置系统参数等。
系统桌面的个性化设置 用户可以根据自己的习惯和喜好，对系统桌面进行个性化 设置，如调整背景颜色、添加小工具等。
设备的回收处理
03
在设备回收后，需要进行一些处理工作，如关闭设备驱动程序、
释放系统资源等。
设备的虚拟化技术
设备虚拟化技术的概念
设备虚拟化技术是一种将物理硬件资源虚拟化为多个独立资源的 技术，使得多个虚拟资源可以共享物理硬件资源。
设备虚拟化的优点
设备虚拟化的优点包括提高硬件资源利用率、简化系统管理、提高 系统的可扩展性和可靠性等。
操作系统的分类
总结词
操作系统的分类
详细描述
根据不同的分类标准，操作系统可以分为多种类型。根据运行环境可以分为单机操作系 统和网络操作系统；根据使用性质可以分为通用操作系统和专用操作系统；根据处理方 式可以分为批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统；根据功能可以分为微机操
作系统和服务器操作系统等。
计算机操作系统教程_第三版_(张尧学_张高_史美林_著)_清华大学出版社_第6章g
第(2)点反映了进程的静态特性 一个进程的静态描述是由三部分组成的，即进程状态控制块 PCB，进程的程序文本（正文）段以及进程的数据段。 这三部分统称为进程上下文.
6.2.2 进程的虚拟地址结构 Linux进程的虚拟地址结构依赖于硬件，本书默认那些 与硬件有关部分依赖于intel 80x86。80x86平台中，每个进 程拥有一个4GB的虚拟空间。其中0-3GB的地址空间有用户 进程使用，3-4GB的地址空间称为核心地址空间，在所有进 程中共享，只被核心使用，用户进程不能使用。 Linux进程由逻辑段组成，一个进程的虚拟地址空间 被分成若干个虚拟区域来存放上述的逻辑段。区是虚拟地 址空间上的一段连续区域，是共享、保护以及进行内存分 配和地址变换的独立实体。 Linux中的区和段页式管理中的段非常相像。所不同的 是，段页式管理中的虚拟地址空间是二维的，而Linux的各 个进程的分区虚拟地址仍然是一维的。
为了使操作系统内核能在每次开机时顺利地装 入内存，用户必须事先把Linux操作系统的执行代 码以文件方式存储在计算机硬盘设备中，并对计算 机系统中的相应资源，例如高速缓存、交换区等进 行初始化。这一过程被称为操作系统的安装过程。
பைடு நூலகம்
Intel 80x86提供了4种不同权限的执行模式， Linux系统使用其中2种模式：核心态和用户态。 两态之间的主要区别是，用户态下的进程能存 取它们自己的指令与数据，但不能存取核心指令和 数据。然而，核心态下的进程能存取核心和用户地 址。另外，某些机器的指令是特权指令(如输入输出 指令)，在用户态下执行会引起错误，只能在核心态 下执行。 在不同的执行模式下执行时，同一进程使用不 同的堆栈，分别称为核心态堆栈和用户态堆栈。在 进程切换到不同执行模式时候，操作系统负责为进 程切换到相应的堆栈。
操作系统教程(第3版)
5.2.4 与硬件无关的操作系统I/O软件(1)
设备无关软件完成的功能： •对设备驱动程序的统一接口 •设备命名 •设备保护 •提供独立于设备的块大小 •缓冲区管理 •块设备的存储分配 •独占性外围设备的分配和释放 •错误报告
与硬件无关的操作系统I/O软件(2)
• 文件和I/O设备的命名方式 • 如何保护对设备的未授权访问 • 屏蔽不同磁盘扇区大小并向高层 软件提供统一大小的逻辑块 • 块设备和字符设备需要缓冲技术 • 错误处理多数由驱动程序完成
通道方式io过程三个阶段lio启动阶段2io操作阶段3io结束阶段3io结束阶段中央处理器用户程序操作系统保护进程j现场组织ccwccw首址送caw发sio分析条件码出错进行处理启动成功进程j等待选进程k运行判断状态形成条件码执行ccw控制设备操作控制设备操作记录操作状态到csw执行规定执行规定io操作控制器和设备结束中断通道io控制器和设备请求io进程j通道方式io保护进程k现场分析中断文件处理io中断选择进程运行产生中断事件csw存入主存通道号设备号存入主存特定单元发io中断进程k进程j或k54缓冲技术541单缓冲542双缓冲543多缓冲543多缓冲54缓冲技术1引入缓冲技术的目的?改善中央处理器与外围设备之间速度不配的矛盾协逻辑记录大?协调逻辑记录大小与物理记录大小不一致?提高cpu和io设备的并行性
5.2 I/O软件原理
5.2.1 I/O软件的设计目标和原则 5.2.2 I/O中断处理程序 5.2.3 设备驱动程序 5.2.4 与硬件无关的操作系统I/O软件 5.2.5 用户空间的I/O软件
5.2.1 I/O软件的设计目标和原则
I/O软件总体设计目标: • 高效率。 • 通用性 。 I/O软件总体设计要考虑的问题： • 设备无关性。 • 出错处理。 • 同步（阻塞）—异步（中断驱动）传输。 • 独占性外围设备和共享性外围设备。