第一章 绪论 自测习题

一、单项选择题

1 ．操作系统的基本职能是（  D  ）。

 A. 提供功能强大的网络管理工具

 B. 提供用户界面，方便用户使用

 C. 提供方便的可视化编辑程序

 D. 控制和管理系统内各种资源，有效地组织多道程序的运行

2 ．按照所起的作用和需要的运行环境，操作系统属于（  D  ）。

 A. 用户软件

 B. 应用软件

 C. 支撑软件

 D. 系统软件

3 ．在计算机系统中，操作系统是（ A   ）。

 A. 处于裸机之上的第一层软件

 B. 处于硬件之下的低层软件

 C. 处于应用软件之上的系统软件

 D. 处于系统软件之上的用户软件

4 ．现代操作系统的基本特征是（ C   ）、资源共享和操作的异步性。

 A. 多道程序设计

 B. 中断处理

 C. 程序的并发执行

 D. 实现分时与实时处理

5 ．以下不属于操作系统具备的主要功能的是（ C   ）。

 A. 内存管理

 B. 中断处理

 C. 文档编辑

 D. CPU调度

6 ．为用户分配主存空间，保护主存中的程序和数据不被破坏，提高主存空间的利用率。这属于（  B  ）。

 A. 处理器管理

 B. 存储管理

 C. 文件管理  

 D. 作业管理

7 ．操作系统对缓冲区的管理属于（  B  ）的功能。

 A. 处理器管理

 B. 设备管理

 C. 文件管理

 D. 存储器管理

8 ．操作系统内核与用户程序、应用程序之间的接口是（  C  ）。

 A. shell命令

 B. 图形界面

 C. 系统调用

 D. C语言函数

9 ．系统调用是由操作系统提供的内部调用，它（ B   ）。

 A. 直接通过键盘交互方式使用

 B. 只能通过用户程序间接使用

 C. 是命令接口中的命令

 D. 与系统的命令一样

解析：
系统调用是操作系统内核提供给用户程序（或应用程序）的一组特殊接口，用于请求内核服务（如文件操作、进程控制、设备管理）。用户程序通过“访管指令”或软中断（如 int 0x80、syscall）陷入内核态来间接使用系统调用。

A 直接通过键盘交互方式使用（错误，键盘交互使用的是命令解释器或 Shell，不是直接的系统调用）

C 是命令接口中的命令（错误，命令接口是 Shell 或 GUI，命令内部会调用系统调用，但命令本身不等于系统调用）

D 与系统的命令一样（错误，系统调用是编程接口，命令是用户接口）

10．在下列操作系统中，强调吞吐能力的是（  B  ）。

 A. 分时系统

 B. 多道批处理系统

 C. 实时系统

 D. 网络系统

11．批处理系统的主要缺点是（  B  ）。

 A. CPU的利用率不高

 B. 失去了交互性

 C. 不具备并行性

 D. 系统吞吐量小

解析：
批处理系统中，用户将作业提交给系统后，不能与程序进行交互（如无法实时输入、调试、干预），直到作业运行结束或出错。这是它与分时系统、实时系统相比最突出的缺点。

A CPU的利用率不高（错误，批处理系统通过多道批处理可以提高CPU利用率，反而是优点）

B 失去了交互性（正确，批处理系统无交互能力）

C 不具备并行性（错误，批处理系统可以并发执行多道程序，具有并行性）

D 系统吞吐量小（错误，批处理系统的吞吐量通常较大，因为减少了人工干预和切换开销）

12．为了使系统中所有的用户都能得到及时的响应，该操作系统应该是（  B  ）。

 A. 多道批处理系统

 B. 分时系统

 C. 实时系统

 D. 网络系统

解析：
分时系统通过时间片轮转的方式，将CPU时间划分为很短的时间片轮流分配给各个用户的作业，使得每个用户都能感到自己在独占计算机，从而获得及时的响应。

A 多道批处理系统（主要追求高吞吐量，无交互性，响应慢）

C 实时系统（强调在严格的时间限制内完成任务，但不是为了保证“所有用户都能得到及时响应”，而是保证任务截止时间）

D 网络系统（侧重资源与信息共享，不保证单个用户的及时响应）

13．下面不属于分时系统特征的是（  D  ）。

 A. 为多用户设计

 B. 需要中断机构及时钟系统的支持

 C. 方便用户与计算机的交互

 D. 可靠性比实时系统要求高

解析：
分时系统的特征主要包括：多用户同时使用、交互性、通过时间片轮转调度、需要中断和时钟支持等。

A 为多用户设计（正确，分时系统支持多个终端用户）

B 需要中断机构及时钟系统的支持（正确，用于时间片切换和响应）

C 方便用户与计算机的交互（正确，这是分时系统的主要优点）

D 可靠性比实时系统要求高（错误，实时系统对可靠性的要求远高于分时系统，因为实时系统故障可能导致严重后果）

14．在分时系统中，时间片一定，则（  B  ），响应时间越长。

 A. 内存越大

 B. 用户数越多

 C. 后备队列越短

 D. 用户数越少

15．实时操作系统追求的目标是（ C ）。

 A. 高吞吐率

 B. 充分利用内存

 C. 快速响应

 D. 减少系统开销

16．工业过程控制系统中运行的操作系统最好是（B ）。

 A. 分时系统

 B. 实时系统

 C. 分布式操作系统

 D. 网络系统

17．下列系统中，属于实时系统的是（ C   ）。

 A. 方正排版系统

 B. 计算机辅助设计系统

 C. 火车订票系统

 D. 办公自动化系统

解析：
实时系统是指系统能在严格的时间限制内对外部事件作出响应，常用于工业控制、事务处理、军事等场景。火车订票系统属于事务处理型实时系统，要求对用户的购票/查询请求在较短时间内响应，并保证数据一致性与时间约束。

A 方正排版系统（属于桌面应用，非实时）

B 计算机辅助设计系统（交互式设计系统，对响应时间要求不苛刻）

C 火车订票系统（正确，需要实时处理并发请求，有截止时间要求）

D 办公自动化系统（偏重文档与流程管理，非实时）

18．以下著名的操作系统中，属于多用户、分时系统的是（  C  ）。

 A. DOS系统

 B. Windows NT系统

 C. UNIX系统

 D. OS/2系统

解析：
UNIX 系统从设计之初就支持多用户、多任务，并采用分时技术，多个用户可以通过终端同时与系统交互。

A DOS 系统（单用户、单任务，非分时）

B Windows NT 系统（虽然支持多用户，但不是典型的纯分时系统，更侧重图形界面和网络服务，早期也不算严格意义上的多用户分时系统）

C UNIX 系统（正确，经典的多用户分时操作系统）

D OS/2 系统（主要用于个人电脑，支持多任务，但不是典型的多用户分时系统）

19．UNIX操作系统核心层的实现结构设计采用的是（  B  ）。

 A. 单块式结构

 B. 层次结构  

 C. 微内核结构

 D. 网状结构

20．UNIX命令的一般格式是（  A ）。

 A. 命令名  [选项]  [参数]

 B. [选项]  [参数]  命令名

 C. [参数]   [选项]   命令名

 D. [命令名]  [选项]  [参数]

二、判断题

1 ．操作系统是用户与计算机之间的接口。 （  A  ）

 A. 对

 B. 错

2 ．操作系统是系统软件中的一种，在进行系统安装时可以先安装其它软件，然后再安装操作系统。（  B  ）  

 A. 对

 B. 错

3 ．操作系统是整个计算机系统的控制管理中心，它对其它软件具有支配权利。因而，操作系统建立在其它软件之上。（  B   ）

 A. 对

 B. 错

4 ．虽然分时系统也要求系统可靠，但实时系统对可靠性的要求更高。（  A   ）

 A. 对

 B. 错

5 ．在UNIX/Linux系统上，系统调用以C函数的形式出现。（  A   ）

 A. 对

 B. 错

6 ．UNIX操作系统是采用微内核方法实现结构设计的。（  B  ）

 A. 对

 B. 错

三、简答题

1、 简述操作系统的定义。

操作系统是控制和管理计算机硬件与软件资源、合理组织计算机工作流程，并为用户和应用程序提供方便接口与环境的一组系统软件。

2、在计算机系统中操作系统处于什么地位？

在计算机系统中，操作系统处于核心系统软件的地位，可以形象地比喻为“计算机系统的总管”或“硬件与用户/应用之间的桥梁”。

具体可以从以下几个层次来理解它的关键地位：

1. 承上启下的“中间层”

操作系统位于硬件（CPU、内存、硬盘、键盘等）和应用软件/用户之间。

向下：它直接管理和控制底层物理硬件，屏蔽硬件的复杂细节（如磁盘扇区、中断控制器、内存地址）。

向上：它为应用程序提供简洁统一的系统调用接口，并为用户提供可视化的操作界面。

2. 资源管理的“最高调度者”

操作系统是计算机系统中所有资源的分配与调度中心。它负责裁决多个程序对有限硬件资源的竞争。

CPU：决定哪个程序运行，运行多长时间。

内存：决定哪个程序加载到哪个位置，如何隔离保护。

设备：决定打印机、硬盘等由哪个程序使用，何时使用。

文件：管理数据如何存储、命名、共享和访问。

没有操作系统，程序将直接争夺硬件，导致系统崩溃或混乱。

3. 系统运行的“基础平台”

所有应用软件（如浏览器、游戏、办公软件）都必须依赖操作系统才能运行。

依赖关系：应用程序不是直接运行在硬件上，而是运行在操作系统提供的执行环境（进程、内存、文件系统）中。

兼容性：操作系统的种类和版本决定了哪些软件可以运行（例如Windows软件无法直接在iOS上运行）。

4. 用户与计算机的“交互界面”

操作系统是用户开机后看到的第一个界面，也是用户操作计算机的唯一入口。

命令/图形界面：用户通过操作系统提供的界面来启动程序、管理文件、设置系统。

感知载体：用户所有对计算机的操控感受（流畅度、响应速度、易用性）都直接来源于操作系统。

5. 系统安全与稳定的“守护者”

操作系统负责维护整个系统的安全边界和运行稳定。

权限控制：区分用户身份（管理员/普通用户），防止非法访问。

内存保护：阻止一个程序读取或篡改另一个程序的内存数据。

故障隔离：单个应用崩溃通常不会导致整个操作系统瘫痪（现代操作系统设计）。

3、操作系统的主要功能有哪些？

操作系统的主要功能通常包括以下几个核心方面：

1.处理器（进程）管理：对CPU进行分配和控制，负责进程的创建、撤销、阻塞、唤醒以及调度，使多个程序能高效、公平地运行。

2.存储管理：管理内存资源，包括内存的分配与回收、地址转换（逻辑地址到物理地址）、内存保护和内存扩充（如虚拟内存技术）。

3.设备管理：管理各种输入输出设备，负责设备的分配、驱动、缓冲以及虚拟设备技术（如SPOOLing），屏蔽设备的物理细节。

4.文件管理：管理外存（如硬盘、SSD）上的信息，提供文件的存储、检索、共享、保护与备份，并对目录和磁盘存储空间进行管理。

5.用户接口：为用户和应用程序提供交互界面，主要包括命令接口（命令行或图形界面）、程序接口（系统调用）以及近年常见的图形用户界面（GUI）。

4、操作系统一般为用户提供了哪三种界面？各有什么特点？

操作系统通常为用户提供以下三种主要界面，各自的特点如下：

1. 命令界面（命令行界面，CLI）

用户通过键盘输入特定命令来与操作系统交互。

特点：

高效灵活：熟练用户可直接执行复杂操作，支持参数、管道和脚本（批处理文件），自动化程度高。

资源占用少：通常无需加载图形环境，对内存、CPU等硬件要求低。

学习成本高：需要记忆命令格式、参数和语法，对新手不友好。

精确控制：能直接调用底层系统功能，提供更细粒度的控制能力（如网络配置、进程管理）。

2. 图形用户界面（GUI）

通过窗口、图标、菜单和指针（WIMP）等视觉元素，用鼠标等设备进行操作。

特点：

直观易学：所见即所得，用户无需记忆命令，通过点击和拖拽即可完成任务。

多任务可视化：可同时打开多个窗口，直观地切换和管理不同应用程序。

资源消耗大：需要图形硬件支持（显卡、显存），占用更多内存和CPU资源。

操作效率：对于复杂或重复性任务，可能不如命令行脚本快捷（需多次点击）。

3. 程序界面（系统调用）

是操作系统内核提供给应用程序编程使用的接口，以函数调用的形式存在。

特点：

面向开发者：普通用户不直接使用，而是由程序员在代码中调用，如 ：

open（）

read（）

fork（）

底层抽象：将复杂的硬件操作封装为简单函数，使程序无需关心硬件细节（如磁盘扇区、内存地址）。

安全隔离：通过系统调用实现用户态到内核态的切换，保护关键资源不被非法访问。

标准化：提供稳定的API（应用程序编程接口），使应用程序能在不同硬件但同一操作系统上运行。

5、操作系统主要有哪三种基本类型？各有什么特点？

操作系统通常可以根据处理方式和响应时间分为三种基本类型：批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统。它们各自的特点如下：

1. 批处理操作系统

用户将作业（程序、数据、命令）成批提交给系统，系统按顺序自动处理，期间无人干预。

特点：

吞吐量大：系统自动连续处理作业，减少了人工切换时间，单位时间内处理的任务多。

无交互性：用户提交作业后无法中途干预或修改，只能等待结果输出（通常需要数小时甚至数天）。

周转时间长：作业需排队等待处理，适合运行时间较长、计算密集型的任务（如天气预报模拟、科学计算）。

资源利用率高：早期用于大型机，能充分利用CPU和I/O设备，减少空闲时间。

2. 分时操作系统

将CPU时间划分为很短的时间片，轮流分配给多个联机终端上的用户，每个用户通过终端与系统直接交互。

特点：

多路性：多个用户同时通过各自终端使用同一台主机，宏观上大家“同时”运行，微观上轮流执行。

交互性强：用户能随时输入命令，系统立即响应（通常在秒级或毫秒级），像与机器对话一样。

独立性：每个用户感觉自己独占整台计算机，互不干扰（通过时间片隔离实现）。

及时性：用户的请求在较短时间内得到回应，适合需要频繁操作和调试的场景（如教学系统、办公环境、日常使用的Windows/macOS/Linux）。

3. 实时操作系统

系统必须在严格的时间限制内（毫秒、微秒级）对外部事件做出响应和处理，保证动作在规定期限内完成。

特点：

高可靠性：核心要求是“必须在截止时间前完成任务”，错误或超时可能导致灾难（如火箭发射、医疗设备、工业机器人）。

确定性：任务的执行时间是可预测的，不追求平均性能，而追求最坏情况下的响应时间有保证。

事件驱动：通常由外部事件（传感器信号、中断）触发任务，而非按时间片轮转。

专用性强：通常为特定应用设计（如航天器控制系统、自动驾驶、工厂自动化），资源相对固定，不强调通用性。

6、使用虚拟机，有什么优势和不足？

使用虚拟机（这里主要指传统的全虚拟化虚拟机，如VMware、VirtualBox等）既有显著的优势，也存在一些固有的不足。

主要优势

1.资源隔离与环境独立

每个虚拟机拥有独立的操作系统、应用程序和配置，互不干扰。一个虚拟机崩溃或感染病毒，通常不会影响宿主机和其他虚拟机。非常适合在同一台物理机上测试恶意软件或运行不稳定的软件。

2.硬件资源利用率高

可以将一台强大的物理服务器分割成多台虚拟机，充分利用CPU、内存和存储资源，避免硬件闲置浪费。这是云计算数据中心的核心技术基础。

3.快照与快速恢复

可以在任意时刻为虚拟机创建快照，完整保存当前系统状态。如果后续操作出错（如系统配置错误、软件安装失败、被病毒感染），可以一键恢复到快照时的状态，极其方便。

4.易于迁移和复制

虚拟机以文件（如 .vmdk、.vdi）的形式存储在硬盘上。可以轻松地将整个系统（包括OS、软件、数据）复制、移动到另一台物理机上，实现快速部署或灾难恢复。

5.支持遗留系统

可以在现代硬件上运行旧版操作系统（如Windows 98、DOS），用于运行不再支持新系统的老软件，或进行历史系统维护学习。

主要不足

1.性能开销较大

虚拟机通过Hypervisor（虚拟机监视器）层模拟硬件，指令翻译和资源调度会产生额外开销。对于CPU密集型任务（如科学计算）、图形密集型任务（3D游戏）或高I/O负载（数据库），性能通常比宿主机低5%-20%不等。虽然硬件辅助虚拟化（VT-x/AMD-V）缓解了此问题，但开销依然存在。

2.对宿主机资源需求高

运行一个虚拟机需要为其分配固定的内存、CPU核心和硬盘空间。如果宿主机内存不足（例如8GB运行2个各4GB的虚拟机），会导致严重卡顿甚至无法运行。同时运行多个虚拟机会显著降低整体性能。

3.硬件直通受限

虚拟机通常通过虚拟化驱动访问硬件，难以直接、独占使用物理硬件。例如：虚拟机内的USB设备可能不稳定；玩需要GPU直通的游戏非常复杂（通常需要昂贵的专业方案如SR-IOV或PCIe直通）；无法直接刻录光盘或使用某些专用加密狗。

4.存储空间占用大

每个虚拟机相当于一个完整的操作系统，需要占用数GB到上百GB的硬盘空间。即使只做细微改动，整个虚拟磁盘文件也会变得庞大（虽然支持动态扩展，但最终仍会很大）。

5.并非所有硬件/软件都支持

嵌套虚拟化不稳定：在虚拟机里再运行虚拟机（如WSL2或安卓模拟器）有时会有兼容性问题。

时间同步问题：虚拟机内部的系统时钟可能与宿主机漂移，需要额外服务校正。

电源管理复杂：宿主机休眠或唤醒时，虚拟机状态可能异常。