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Windows操作系统基础习题详解与系统调用
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更新于2024-07-22
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操作系统原理习题及答案涵盖了Windows操作系统基础知识的深入理解,通过一系列的填空题形式帮助学习者巩固理论知识。首先,题目强调了用户与操作系统的两种主要接口:命令接口,让用户通过一组系统调用来控制计算机,以及系统调用,这是编程层面与操作系统交互的重要途径。了解了命令接口和系统调用的区别后,我们进一步区分了UNIX(一个多用户、多任务的分时操作系统)和DOS(典型的单用户、单任务系统)。 在处理器的工作模式中,用户程序在目态下运行,而操作系统程序则在管态运行,确保了程序安全。当执行编译程序时,CPU处于用户态。接着,资源分配是操作系统的核心职责,它将处理机、内存、输入/输出设备和文件资源进行管理,对应于处理机管理、存储器管理、设备管理和文件系统。 从服务对象角度看,单处理机操作系统主要分为三种类型:第一种是分时操作系统,允许多用户同时交互使用,常采用时间片轮转或抢占式调度策略;第二种是批处理操作系统,用于处理多个作业,其性能指标可能包括吞吐量或响应时间;最后是实时操作系统,它对响应时间有严格的限制,主要用于对时间敏感的任务。 这些习题不仅测试了学生对操作系统基本概念的理解,还涉及了资源管理、用户界面、系统调用等多个核心概念,对于提高操作系统理论水平和实践能力大有裨益。完成这些题目后,读者将对Windows操作系统内部机制有更深入的认识,并能够应用到实际编程和系统管理中。
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在单道程序环境中,系统的全部资源为一个作业所独占,如果该作业在进行输入或输出时, 仍然
被它所占有,处于等待状态。由于 与外设处理速度上的差异,如果采用多道程序设计技术,当某个
作业输入或输出时, 就可处理其他的作业,其它资源也是类似的。选项()正确。
飞机票订票系统是实时信息处理系统。所以,选项()错误。
是进程存在的唯一标志,也是系统感知进程存在的唯一实体。而进程的程序部分描述了进程所
要完成的功能。选项()错误。
通常在处理器执行完一条指令后,硬件的中断装置立即检查有无中断事件发生,若有中断事件发生,
则暂停现行进程的运行,而让操作系统中的中断处理程序占用处理器,这一过程称为“中断响应”。选项
(')正确。
.在下列叙述中,正确的是&&&&&&&&&。
()进程之间的状态变化,一定在 中反映出来
()当进程完成 ( 后,进程的状态由等待变为运行
()中断屏蔽是不允许发生中断
()O9S的特征之一为并行性,所谓并行性是指多个进程同时处于运行状态
(')中断屏蔽是暂时不响应中断
【答案】'
【解析】
中记录了进程当前的状态,所以进程之间的状态变化,在 中一定有记录。选项()正确。
当进程完成 ( 后,进程的状态变为就绪,何时运行由进程调度程序决定。选项()错误。
中断屏蔽期间允许发生中断,但暂时不响应。选项()错误,选项(')正确。
所谓并行性是指多个作业同时处于运行状态,这是一种宏观上的并行,对于进程来说,还是按处理机
调度交替地(轮流)占有处理机。选项()错误。
所以,选择()、( ')。
".可以做为进程调度算法的有&&&&&&&&&。
()先来先服务调度算法 ()时间片轮转调度算法
()最高优先级调度算法 ()响应比高者优先调度算法
(')均衡调度算法
【答案】
【解析】参见前面的第 题解析。
#.影响时间片轮转调度算法对进程响应时间的因素有&&&&&&&&。
()内存容量 ()时间片值的选取
()外存容量 ()交互进程的数量
(') 设备的速度
【答案】
【解析】分时系统的响应时间 可以表达为: $%!,其中 % 是时间片,而 是交互进程数量。因
此,对进程响应时间的因素主要有:“时间片值的选取”和“交互进程的数量”。当时间片一定,交互进程的
数越多(即 越大), 就越大。所以选择()、( )。
.&&&&&&&&可能会引起处理机从一个进程转到另一个进程。
()一个进程从运行状态变为等待状态
()一个进程从运行状态变为就绪状态
()一个就绪状态进程的优先级降低
()一个进程运行完成而撤离系统
(')一个就绪状态进程的优先级升高
【答案】'
【解析】当一个就绪状态进程的优先级降低时,不会引起处理机从一个进程转到另一个进程。因此,不能
选择 ,其它情况都可能引起处理机在不同进程之间的转换。所以,本题应该选择( )、( )、
()、( ')。
四、是非判断题
.进程之间的状态变化,一定在 中反映出来。()
【答案】正确。
【解析】 中记录了进程当前的状态,所以进程之间的状态变化,在 中一定有记录。
.当进程完成 ( 后,进程的状态由等待变为运行。()
【答案】错误。
【解析】当进程完成 ( 后,进程的状态变为就绪,何时运行由进程调度程序决定。
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.中断屏蔽是不允许发生中断。 ( )
【答案】错误
【解析】中断屏蔽期间允许发生中断,但暂时不响应。
.O9S的特征之一为并行性,所谓并行性是指多个进程同时处于运行状态 t( )
【答案】错误
【解析】所谓并行性是指多个作业同时处于运行状态,这是一种宏观上的并行,对于进程来说,还是
按处理机调度交替地(轮流)占有处理机。
五、简答题
.设有三个进程 ,,:进程 和进程 各需要运行 毫秒的处理器时间,而进程 却要 毫秒
的处理器时间,分别考虑当三个进程到达顺序为 ,, 时及 ,, 时,用先来先服务进行调度时各
自的平均等待时间。
【解析】
当三个进程到达顺序为 ,, 时,按照先来先服务的顺序,进程 先占用处理器,进程 需等待
毫秒后才能去占用处理器,进程 在等待 毫秒的时间后可以占用处理器。于是,它们的平均等待时间
为(#++)/; 毫秒。
如果进程是按 :: 的次序排入队列,则进程 先占用处理器运行 毫秒后才能让进程 占用,
即进程 需等待 毫秒,而进程 在等了 毫秒后才可占用处理器,现在这三个进程的平均等待时间
为(++#)(; 毫秒。可见当运行时间长的进程先就绪的话,先来先服务算法使系统效率受到
影响。
.什么是“抢占式优先级调度”和“非抢占式优先级调度”?
【解析】
采用“非抢占式”调度时,一旦有某个高优先数的进程占用了处理器,就一直让它运行下去直到该进程由
于自身的原因主动让出处理器或进程执行结束而让出处理器。此时,进程调度才重新再按优先数选择另一
个占用处理器的进程。采用“可抢占式”的调度,这种方式是严格保证任何时刻,总是让具有最高优先数的
进程在处理器上运行。也就是说,当某一进程在处理器上运行时,一旦有另一个更高优先数的进程就绪,
进程调度就要剥夺正在处理器上运行的进程使用处理器的权力,抢回分配给它的处理器,而把处理器让具
有更高优先数的进程使用。这种抢占式的优先数调度算法在实时系统中很有用。例如,在实际系统中可把
处理紧急情况的报警进程赋予最高优先数,一旦有紧急事件发生时,触发报警进程就绪,进程调度就让这
个报警进程抢占处理器进行紧急处理和发出警告信号。
.时间片轮转调度算法中,时间片值的选取对系统有什么影响?
【解析】
时间片取值的大小关系到计算机系统的效率和用户的满意度,所以,时间片的值应根据进程要求系
统给出应答的时间和进入系统的进程数来决定。如果要求系统快速应答则时间片小一些,这样使轮转一遍
的总时间减少而可对进程尽快应答。如果进程数少,则时间片可以大一些,这样可减少进程调度的次数,
提高系统效率。
对每个进程可规定相同的时间片,但有的系统对不同的进程规定不同的时间片,例如,对很少使用
外围设备而需要运算时间长的进程,给一个大一些的时间片,以达到减少调度次数,加快进程执行速度的
目的。但应注意到,时间片值过大时该算法退化为先来先服务;时间片值过小时,加重系统开销。
.引起“进程切换”的时机有哪些?
【解析】
我们把处理机从一个进程转到另一个进程称为“进程切换”。引起“进程切换”的时机有以下几种情况:
() ()一个进程从运行状态变为等待状态。
() ()一个进程从运行状态变为就绪状态。
() ()一个进程从等待状态变为就绪状态。
() ()一个进程运行完成而撤离系统。
.中断分为哪几种类型,给出各自的含义。
【解析】
()硬件故障中断。它是由于机器故障造成的,例如,电源故障、主存出错等。
()程序中断。这是由于程序执行到某条机器指令时可能出现的各种问题而引起的中断,例如,发现
定点操作数溢出、除数为“#<、地址越界、使用非法指令码、目态下的用户使用了特权指令等。
()外部中断。这是由各种外部事件引起的中断,例如,按压了控制板上的一个中断键、设置的定时
时钟的时间周期到。
()输入输出中断。输入输出控制系统发现外围设备完成了输入输出操作或在执行输入输出操作时通
道或外围设备产生错误而引起的中断。
()访管中断。它是正在运行的进程为了请求调用操作系统的某个功能而执行一条“访管指令”所引起
的中断。例如,用户要求分配一台外围设备、要求分配一些主存区域。要求启动外围设备读一批数据等。
.给出中断响应的系统流程。
【解析】
每一个程序都要有一个程序状态字()来刻画本程序的执行状态,在单处理器的计算机系统中整
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个系统设置一个用来存放当前运行进程的 的寄存器,该寄存器称为“程序状态字寄存器”。为了说明
中断响应过程,我们区分三种 :
()存放在程序状态字寄存器中的 是当前正占用处理器的进程的 ,称“当前 <。
()出现中断事件后,要由操作系统的中断处理程序占用处理器,让中断处理程序处理出现的中断事
件。我们把中断处理程序的 称“新 <,新 中存放着中断处理程序的入口地址。
()中断处理程序在占用处理器前,必须把被中断进程的 保护好,以便该进程在适当的时候能
使被中断时的情况继续执行。把保护好的被中断进程的 称“旧 <。
当中断装置发现中断事件后,首先把出现的中断事件存放到程序状态字寄存器中的中断码位置,然后
把程序状态字寄存器中的“当前 <作为“旧 <存放到预先约定好的主存固定单元中保护起来,再把
已经确定好的操作系统处理程序的“新 <送到程序状态字寄存器,成为“当前 <,这一过程称“交换
<。中断装置通过交换 使被中断进程让出处理器,且使处理器按照中断处理程序的“新 <控
制执行。于是,中断处理程序就占用了处理器,它先从保存好的旧 中取出中断码,分析发生的具体
事件,从而可完成对中断事件的处理。
一个进程占有处理器运行时,可以由于各种不同的事件发生而被中断。对各类不同的事件操作系统的
处理是不同的,一般来说,对每一类事件都要有该类事件的处理程序,每一类处理程序都有一个“新
<。中断装置发现中断事件后应按中断事件类让相应的中断处理程序占有处理器,为此,可预先约定
一些主存固定单元用来分别存放各类中断处理程序的“新 <和由于各种不同原因被中断的进程的“旧
<,发生哪类中断事件就交换哪一类的新、旧 。具体处理过程如下:
中断装置发现中断事件后把中断事件存入程序状态字寄存器中当前 的中断码位置;
把当前 保存起来,根据发生的事件类找出事件对应的旧 位置(假设发生的是外部中断事
件),把当前 保存到该位置上;
把该类事件处理程序的新 送入程序状态字寄存器,处理器就按这个新 控制处理该事件的
中断处理程序执行。
.给出不同中断事件的中断处理程序的处理。
【解析】
各类中断事件的处理原则大致如下:
()硬件故障中断事件的处理
排除这类故障必须进行人工干预,因此处理这类事件只能是输出一些故障信息。例如,当主存储器的
奇偶校验或海明校验装置发现主存储器读写错误时,产生故障中断事件,中断处理程序要把访问该主存单
元的进程状态改成“等待干预”,向操作员报告出错主存单元的地址和错误性质。待操作员排除故障后重新
启动进程,使“等待干预”状态的进程变成“就绪”状态。
()程序中断事件的处理
程序中断事件往往与程序的具体编制有关,不同的用户对出现的事件可以有不同的处理要求,所以,
中断处理程序可把出现的事件转交给用户自行处理。如果用户对发生的事件没有提出处理办法,那么操作
系统就把发生事件的进程名、程序断点、事件性质等报告给操作员。
()外部中断事件的处理
用户可以用控制板上的中断键请求调用操作系统的某个特定功能。所以,当按压了一个中断键产生一
个外部中断事件时,处理该事件的程序根据中断键的编号把处理转交给一个特定的例行程序。时钟是操作
系统进行调度工作的重要工具,在 系统中,硬件按电源频率每隔 # 毫秒产生一次中断请求。处理
程序累计时钟中断次数用来调整日历时钟时间。只要在开机时置好开机时刻的年、月、日、时、分、秒,
以后根据时钟中断的次数可计算出当前的时间。也可把时钟作为定时闹钟,先确定一个定时时间,只要把
当前的日历时钟时间与定时的时间相加就得到唤醒时间,处理程序每隔一段时间(例如 秒钟)把日历时
钟时间与唤醒时间比较,当日历时钟时间=;唤醒时间,就表示定时的时间到了,起到闹钟的作用。
()输入(输出中断事件的处理
( 中断通常包括:( 正常结束和 ( 错误,不同的情况系统采用不同的处理方法,详见第五章的介
绍。
()访管中断事件的处理
这类中断事件表示正在运行的进程要调用操作系统的功能,中断处理程序可设置一张“系统调用程序入
口表”,中断处理程序按系统调用类型号查这张入口表,找到相应的系统调用程序的入口地址,把处理转
交给实现调用功能的程序执行。
综上所述,在多数情况下,中断处理程序只需作一些保护现场。分析事件性质等原则性的处理,具体
的处理可由适当的例行程序来完成。因此,中断处理程序可以创建一些处理事件的进程,具体的处理就由
这些进程来实现。
.给出系统总体上的中断处理过程。
【解析】
每执行完一条指令就去扫描中断寄存器,检查是否有中断发生,若没有中断就继续执行下条指令;
若有中断发生就转去执行相应的中断处理程序。中断处理过程可粗略的分为以下四个过程:
() ()保护当前正在运行程序的现场。
() ()分析是何种中断,以便转去执行相应的中断处理程序。
() ()执行相应的中断处理程序。
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