"该文档是关于网络操作系统的简答题集,包含了多个关于操作系统基础概念、类型、特性和功能的问题及解答。"
操作系统是管理和控制计算机硬件与软件资源的软件,它是计算机系统的核心组成部分。现代操作系统具有并发性、共享性、虚拟化、异步性等基本特征。它们位于硬件和应用程序之间,提供了用户友好的接口,使得用户能够方便地使用计算机而无需直接操控底层硬件。
在计算机系统中,操作系统处于核心地位,它的主要作用是调度和管理资源,包括CPU时间、内存、硬盘空间、输入/输出设备等。操作系统通过进程管理和内存管理,确保多个程序可以同时运行,提高了系统效率和资源利用率。此外,它还负责提供安全机制,保护数据和程序的安全。
虚拟处理机和虚拟计算机的概念是操作系统利用软件模拟硬件,创建出多个独立的计算环境,每个环境都像一个完整的计算机系统。这种方式允许在一个物理机器上同时运行多个操作系统或应用程序,提高了硬件资源的利用率。
操作系统的不确定性主要来源于进程的并发执行和中断的发生,这使得程序的执行顺序变得不可预测。
多道程序设计基于现代计算机的中断和存储管理机制,允许多个程序同时在内存中存在并交替执行,提升了系统的吞吐量。其主要目的是提高系统资源的利用率和用户效率,同时也降低了等待时间。
通道技术允许计算机在执行I/O操作时不必暂停CPU工作,从而显著提高了系统效率。计算机系统中的程序分为用户程序和系统程序,运行状态包括就绪、运行和阻塞。访管指令用于用户程序请求操作系统服务,以保护系统资源。
算态(用户态)和管态(核心态)是操作系统的两种执行状态,设置这两种状态是为了确保系统安全,防止用户程序误操作导致系统崩溃。UNIX系统调用是用户程序与内核交互的方式,包括进程控制、文件操作、设备I/O等多种功能。
单机操作系统如Windows、Mac OS,多机操作系统如Linux集群,它们各自有不同的特性和应用场景。单用户操作系统如Windows XP,特点是只有一个用户同时登录和使用;批处理系统则侧重于批量处理作业,设计目标是优化大规模数据处理;分时系统允许多个用户同时交互,如UNIX系统,响应时间、并发性和资源共享是其关键特点。
分布式计算机系统与集中式系统的主要区别在于资源的分布和通信方式。分布式操作系统强调资源的透明共享和网络通信,而集中式系统所有资源集中在一台主机上。分布式系统资源管理更复杂,通常采用集中式和分散式两种方式。
并行计算和并行计算机是提升计算性能的重要手段,主要技术途径包括硬件并行(多处理器、多核)、软件并行(任务分解、数据并行)。紧耦合和松耦合多处理机系统主要区别在于处理器间的通信速度和结构。
多处理机操作系统需要考虑任务分配的公平性和效率,进程间通信有共享内存和消息传递两种方式。负载是指系统中待处理的工作量,负载平衡旨在均匀分配工作,避免某一部分过载。
单机操作系统主要功能包括进程管理、内存管理、文件系统、设备管理等。Cache是高速缓冲存储器,提高CPU访问主存的速度;虚拟存储器使得程序可以使用超过实际物理内存大小的地址空间。分时系统的主要优点是提高了资源利用率和用户响应速度,常通过时间片轮转实现。实时系统与分时系统的主要区别在于响应时间的实时性要求。
多道程序设计技术让多个程序在单个处理器上并发执行,批处理系统的不便之处在于缺乏用户交互能力。Spooling技术实现了慢速设备与快速CPU之间的并行操作。中断向量存储了中断处理程序的地址和处理中断所需的附加信息。I/O中断时,CPU会停止当前任务,执行中断处理程序。设备独立性使用户无需关心具体设备,只需关注逻辑设备。多处理机系统中进程间通信的两种方式是同步和异步,负载平衡主要包括静态和动态负载平衡策略。