### 计算机操作系统(汤子瀛)习题答案解析
#### 第一章知识点解析
**1. 设计现代OS的主要目标是什么？**
现代操作系统（Operating System，简称OS）的设计目标主要包括四个方面：
- **方便性**：使得用户能够更加便捷地使用计算机资源，通过提供友好的用户界面和命令集来降低用户的使用难度。
- **有效性**：提高计算机资源的使用效率，包括处理器、内存、I/O设备等资源的有效管理，以确保系统的高效运行。
- **可扩充性**：操作系统应当能够支持新的硬件设备和技术的发展，以便于未来的扩展和升级。
- **开放性**：支持不同平台之间的兼容性和互操作性，使得操作系统能够在不同的硬件架构上运行，并且与其他操作系统进行通信。
**2. OS的作用可表现为哪几个方面？**
操作系统的功能主要体现在以下几个方面：
- **作为用户与计算机硬件系统之间的接口**：通过提供图形用户界面（GUI）或者命令行接口（CLI），使得用户可以更加方便地操作计算机硬件资源。
- **作为计算机系统资源的管理者**：操作系统负责管理计算机的各种资源，如处理器、内存、磁盘和外设等，并且合理地分配这些资源给不同的应用程序使用。
- **作为扩充机器**：通过提供一系列服务和工具，操作系统可以被视为对基础硬件的扩充，增强计算机的功能和性能。
**3. 试说明推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是什么？**
多道批处理系统的发展主要受到以下几个方面的驱动：
- **不断提高计算机资源利用率**：通过允许多个程序同时存在于主存中并轮流执行，有效利用了处理器和其他资源。
- **提升系统吞吐量**：相比单道批处理系统，多道批处理系统能够处理更多的任务，从而提高整个系统的效率和产出。
**4. 何谓脱机I/O和联机I/O？**
- **脱机I/O**：这种方式主要是为了缓解人机交互速度不匹配的问题，通过预先将数据记录到磁带等外部存储介质上，当需要时再快速加载到内存中。这种方式能够显著减少CPU等待时间，提高效率。
- **联机I/O**：指的是在主机控制下的输入输出操作，直接通过计算机系统进行数据的读取和写入，这种方式更加灵活和高效。
**5. 试说明推动分时系统形成和发展的主要动力是什么？**
分时系统的发展主要源于用户需求的变化：
- **人机交互**：随着计算机应用范围的扩大，用户需要更直接、更即时地与计算机进行交互。
- **资源共享**：分时系统使得多个用户能够共享同一台计算机资源，提升了资源的利用率。
- **用户上机便利性**：降低了用户使用计算机的技术门槛，使得更多的人能够轻松使用计算机。
**6. 试说明实时任务的类型和实时系统的类型。**
- **实时任务的类型**：
- **周期性实时任务**：指那些周期性发生的任务，例如定时更新屏幕显示。
- **非周期性实时任务**：没有固定周期，由外部事件触发的任务，如故障检测。
- **硬实时任务**：必须在严格的时间限制内完成的任务，否则可能导致系统故障或严重后果。
- **软实时任务**：虽然有时间限制，但即使超过这个限制也不会造成严重影响的任务。
- **实时系统的类型**：
- **实时控制系统**：主要用于工业自动化等领域，需要对外部事件做出及时响应。
- **实时信息处理系统**：主要用于处理实时数据流的应用，例如金融交易系统。
**7. 实现多道程序应解决哪些问题？**
实现多道程序设计需要解决以下几个核心问题：
- **处理机管理**：有效地调度处理器资源，确保各个程序能够公平地获得执行机会。
- **内存管理**：合理地分配和回收内存空间，防止内存碎片和资源浪费。
- **I/O设备管理**：有效地管理输入输出设备，提高I/O操作的效率。
- **文件管理**：组织和维护文件系统，提供文件访问和保护机制。
- **作业管理**：控制作业的提交、调度和终止，确保系统负载平衡。
**8. 试比较单道与多道批处理系统的特点及优缺点。**
- **单道批处理系统**：
- **特点**：每次只允许一个作业进入内存并运行，具有自动性、顺序性和单道性。
- **优点**：系统结构简单，易于实现。
- **缺点**：资源利用率较低，无法充分利用硬件资源。
- **多道批处理系统**：
- **特点**：允许多个作业同时进入内存并交替执行，具有调度性、无序性和多道性。
- **优点**：资源利用率高，系统吞吐量大。
- **缺点**：平均周转时间较长，缺乏用户交互能力。
**9. 实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？**
- **关键问题**：及时接收和及时处理用户请求。
- **解决方案**：
- **及时接收**：通过多路复用技术，使得多个用户可以通过各自的终端同时向系统发送指令。
- **及时处理**：采用多道程序设计原理，使得所有用户作业都直接进入内存，并确保每个作业在短时间内至少得到一次执行的机会。
**10. 为什么要引入实时操作系统？**
实时操作系统是为了更好地满足实时控制领域和实时信息处理领域的特殊需求，如：
- **实时控制**：在工业自动化、航空航天等领域，需要对传感器数据进行实时采集和处理，对执行机构进行精确控制。
- **实时信息处理**：如金融交易系统、网络通信等场景中，需要对大量数据进行高速处理和传输。
**11. OS具有哪几大特征？它的最基本特征是什么？**
- **特征**：并发、共享、虚拟和异步性。
- **最基本特征**：并发和共享是操作系统最基本的两个特征。
- **并发**：指多个程序同时执行的能力，这是实现资源共享的基础。
- **共享**：指多个程序共同使用系统资源，如处理器、内存和外设等。
**12. 内存管理有哪些主要功能？它们的主要任务是什么？**
- **主要功能**：内存分配、内存保护、地址映射和内存扩充。
- **主要任务**：
- **内存分配**：为程序分配内存空间，提高内存利用率，允许程序动态增长。
- **内存保护**：确保每个程序只能访问自己被分配的内存区域，避免破坏其他程序的数据。
- **地址映射**：将程序的逻辑地址转换成物理地址，支持虚拟内存机制。
- **内存扩充**：通过虚拟内存技术，使得程序看到的内存空间比实际物理内存更大。
**13. 处理机管理具有哪些功能？它们的主要任务是什么？**
- **主要功能**：进程控制、进程同步、进程通信和调度。
- **主要任务**：
- **进程控制**：创建、撤销进程，控制进程状态的转换。
- **进程同步**：协调进程间的执行顺序，避免竞态条件。
- **进程通信**：实现进程间的数据交换。
- **调度**：选择合适的进程运行，分配处理器资源。
**14. 设备管理有哪些主要功能？其主要任务是什么？**
- **主要功能**：缓冲管理、设备分配、设备处理和虚拟设备。
- **主要任务**：
- **缓冲管理**：通过缓冲区来缓解CPU与I/O设备间的速度差异，提高I/O效率。
- **设备分配**：合理分配I/O设备，避免冲突。
- **设备处理**：控制设备的具体操作，如启动、停止等。
- **虚拟设备**：通过虚拟化技术提供更多的设备接口和服务，提高设备的利用率。
以上是《计算机操作系统(汤子瀛)》第一章部分习题的解答及其解析，旨在帮助读者深入理解操作系统的基本概念和核心功能。
