table {
border-collapse: collapse;
width: 100%;
margin-bottom: 1rem;
}
th, td {
border: 1px solid #ddd;
padding: 8px;
text-align: left;
}
th {
background-color: #f2f2f2;
}
tr:nth-child(even) {
background-color: #f9f9f9;
}
pre {
background-color: #f8f8f8;
padding: 15px;
border-radius: 4px;
overflow-x: auto;
}
1、互联网是局域网（LAN）还是广域网（WAN）？
互联网是广域网（WAN），广域网通常连接建筑物、城市或国家，互联网连接了全球范围内的计算机和网络，符合广域网覆盖范围大的特点。
2、资源利用率问题在不同类型的操作系统中以不同形式出现。列出大型机或小型计算机系统中必须谨慎管理的资源。
大型机或小型计算机系统中必须谨慎管理的资源有CPU时间、内存、I/O设备、文件存储空间等。
3、资源利用率问题在不同类型的操作系统中以不同形式出现。列出连接到服务器的工作站中必须谨慎管理的资源。
连接到服务器的工作站中，操作系统需要管理的资源包括：
CPU周期
主内存
文件存储
I/O设备（如打印机、调制解调器、USB存储驱动器等外围设备）
4、资源利用问题在不同类型的操作系统中以不同形式出现。列出手持计算机中必须谨慎管理的资源。
手持计算机资源管理的重要性
手持计算机由于功率、速度和接口的限制，操作系统主要为
个人可用性
而设计，同时
单位电池续航的性能
也很重要。
因此，必须谨慎管理的资源包括：
电池电量
CPU时间
内存空间
文件存储
等常规资源
5、描述对称多处理和非对称多处理之间的区别。多处理器系统的三个优点和一个缺点是什么？
对称多处理与非对称多处理的区别
区别描述
非对称多处理
每个处理器被分配特定任务。
存在一个主处理器，负责控制整个系统。
其他处理器要么听从主处理器的指令，要么有预定义的任务。
存在
主-从关系
。
对称多处理
每个处理器都能执行操作系统内的所有任务。
所有处理器处于对等地位。
不存在主-从关系
。
多处理器系统的优点
1. 提高吞吐量
增加处理器数量可以在更短时间内完成更多工作。
由于合作任务时的开销和对共享资源的竞争，加速比小于处理器数量。
2. 规模经济
多处理器系统的成本低于等效的多个单处理器系统。
可以共享外围设备、大容量存储和电源。
3. 提高可靠性
如果功能能在多个处理器间合理分配，一个处理器故障不会使系统停止。
故障只会使系统变慢，而非完全失效。
多处理器系统的缺点
效率低下
在对称多处理系统中，由于CPU是独立的，可能出现一个CPU闲置而另一个过载的情况。
6、集群系统与多处理器系统有何不同？属于一个集群的两台机器要合作提供高可用性服务需要什么条件？
集群系统与多处理器系统的区别
集群系统与多处理器系统的不同在于：
集群系统
：由两个或多个独立的系统（节点）连接在一起组成。
多处理器系统
：是将多个 CPU 集中在一起完成计算工作。
一般认为，集群计算机具有以下特点：
共享存储
通过局域网（LAN）或更快的互连设备（如 Infiniband）紧密相连
两台属于一个集群的机器要合作提供高可用性服务，需要：
添加一定程度的系统冗余
在集群节点上运行一层集群软件
每个节点可以通过局域网监控其他一个或多个节点。如果被监控的机器出现故障，监控机器可以：
接管其存储
重新启动其功能
此外，一些集群技术中还包含
分布式锁管理器（DLM）
。
7、区分分布式系统的客户端 – 服务器模型和对等（P2P）模型。
在客户端 – 服务器模型中，客户端和服务器有明确区分，服务器是瓶颈。而在对等模型中，系统内所有节点都是对等的，每个节点可根据需求作为客户端或服务器。
客户端 – 服务器系统中，服务由服务器提供；
对等系统中，服务可由网络中多个分布式节点提供。
8、直接内存访问（DMA）用于高速I/O设备，以避免增加CPU的执行负载。当DMA控制器传输数据时，CPU可以执行其他程序。这个过程会干扰用户程序的执行吗？如果会，描述会造成哪些形式的干扰？
当DMA控制器抢占内存总线时，会对用户程序执行产生一定干扰。在DMA控制器占用内存总线期间，CPU暂时无法访问主内存，尽管仍可访问其一级和二级缓存中的数据项，但这种
周期窃取
会减慢CPU的计算速度，从而可能影响正在执行的用户程序，导致用户程序的执行速度变慢。
9、请说明缓存有用的两个原因。它们解决了哪些问题？又引发了哪些问题？如果缓存可以做得和它所缓存的设备一样大（例如，一个和磁盘一样大的缓存），为什么不把它做得那么大并去掉该设备呢？
缓存的作用与影响
缓存有用的两个原因
提高数据访问速度
信息从缓存获取比从原存储系统获取更快。
减少对原存储系统的访问
减轻原存储系统的压力。
解决的问题
减少CPU等待数据的时间，提高系统性能
减少磁盘I/O操作，提高I/O效率
引发的问题
缓存管理是重要设计问题，需谨慎选择缓存大小和替换策略
缓存大小有限，可能出现缓存缺失
不把缓存做得和设备一样大并去掉设备的原因
缓存成本高，做大缓存会大幅增加成本
缓存有易失性，断电数据丢失，不能替代设备长期存储数据
10、描述一种强制实施内存保护的机制，以防止程序修改与其他程序关联的内存。
内存保护的实现方式
可以使用
基址寄存器
和
限长寄存器
来实现内存保护。
基址寄存器
保存最小合法物理内存地址。
限长寄存器
指定地址范围大小。
在用户模式下，CPU硬件会将每个生成的地址与这两个寄存器进行比较：
如果程序试图访问
操作系统内存
或其他
用户内存
，将触发一个
陷阱到操作系统
。
操作系统会将此视为
致命错误
。
特权指令的控制
基址和限长寄存器只能由操作系统使用
特殊的特权指令
加载。
特权指令只能在
内核模式下执行
。
只有操作系统在内核模式下运行，因此：
只有操作系统能加载这两个寄存器
这可以防止用户程序更改其内容。
11、什么样的网络配置最适合宿舍楼层？
局域网（LAN）最适合宿舍楼层，因为局域网可连接一个房间、一层楼或一栋楼内的计算机，能满足宿舍楼层内计算机的通信需求。
12、哪种网络配置最适合一个国家？
广域网（WAN）的应用范围
广域网（WAN）通常最适合一个国家。
广域网可以连接不同的建筑物、城市甚至国家，能满足一个国家内不同地区之间的通信需求。一个跨国公司可能会使用广域网来连接其全球各地的办公室，同理，一个国家也可以利用广域网来实现全国范围内的网络通信。
13、定义网络操作系统的基本特性。
网络操作系统提供如跨网络文件共享等功能，包含允许不同计算机上的不同进程交换消息的通信方案。运行网络操作系统的计算机能独立于网络上的其他计算机运行，不过它知晓网络并能与其他联网计算机通信。
14、掌上电脑固有的权衡是什么？
掌上电脑的优势与限制
优势
便携性
：掌上电脑的最大优势在于其方便和便携。
功能拓展
：随着网络连接的普及，以及新增的如数码相机和MP3播放器等功能，其用途不断拓展。
限制
内存限制
内存容量
：物理内存通常在1MB到1GB之间，远低于普通PC或工作站。
内存管理
：操作系统和应用程序需要高效地管理内存。
处理器性能
处理速度
：处理器速度仅为PC处理器的一小部分。
功耗考虑
：为降低功耗，大多使用更小、更慢的处理器。
设计要求
：操作系统和应用程序的设计不能过度消耗处理器性能。
输入与显示方式
输入方式
：受物理空间限制，多采用小键盘、手写识别或小屏幕键盘。
显示局限
：显示屏较小，带来一定的使用局限。
15、命令解释器的目的是什么？为什么它通常与内核分离？
命令解释器的作用与实现
命令解释器的主要目的是获取并执行用户指定的下一个命令。许多在该层面给出的命令用于操作文件，如创建、删除、列出、打印、复制、执行等。
它通常与内核分离，是因为有些操作系统将命令解释器视为一个特殊程序，在作业启动或用户首次登录（在交互式系统上）时运行。并且像 UNIX 等操作系统通过系统程序实现大多数命令，命令解释器只需用命令识别要加载到内存并执行的文件，这样可使程序员通过创建新文件轻松向系统添加新命令。
16、为了启动一个新进程，命令解释器或 shell 必须执行哪些系统调用？
为了启动一个新进程，shell 需执行
fork()
系统调用创建新进程，再通过
exec()
系统调用将所选程序加载到内存并执行。
17、系统程序的目的是什么？
系统程序与请求处理
系统程序是为了满足许多常见的用户请求。不同层次的请求有所不同：
系统调用层
：需提供基本功能，如：
进程控制
文件操作
设备操作
更高级别的请求
：由命令解释器或系统程序处理，并转化为一系列系统调用。
系统服务分类
系统服务可分为以下类别：
程序控制
状态请求
I/O 请求
18、列出操作系统提供的五项服务，并解释每项服务如何为用户带来便利。在哪些情况下，用户级程序无法提供这些服务？请解释你的答案。
操作系统提供的五项服务及其为用户带来的便利
操作系统提供的五项服务：
用户界面
提供命令行、批处理、图形用户界面等多种形式，方便用户与系统交互。
程序执行
能将程序加载到内存并运行，还能正常或异常结束程序，让用户方便运行程序。
I/O 操作
为用户提供进行 I/O 操作的手段，因用户通常无法直接控制 I/O 设备，操作系统的介入保障了效率和保护。
文件系统操作
方便程序读写、创建、删除文件和目录，搜索文件、列出文件信息以及管理文件权限。
通信
支持进程间信息交换，无论是同一计算机内还是不同计算机系统间。
在某些情况下用户级程序无法提供这些服务：
I/O 操作
用户通常不能直接控制 I/O 设备，操作系统需要对设备进行管理和调度，以确保效率和保护，用户级程序难以做到。
资源分配
当有多个用户或作业同时运行时，操作系统要根据多种因素对不同资源进行合理分配，用户级程序不具备统筹分配系统资源的能力。
保护和安全
操作系统要确保所有对系统资源的访问受到控制，防止进程间相互干扰，并保障系统免受外部攻击，用户级程序难以实现如此全面的系统安全保护。
19、为什么策略和机制的分离是可取的？
策略与机制分离的优势
策略和机制分离可取的原因在于，策略可能会随地点或时间变化。若不分离，每次策略改变都需更改底层机制；而分离后，策略改变只需重新定义系统的某些参数。
如合适分离机制与策略，一个机制可支持不同策略决策。微内核操作系统通过实现基本的原语构建块，将策略和机制分离到极致，允许通过用户创建的内核模块或用户程序添加更高级的机制和策略。
此外，将调度机制通用化，可通过单一加载新表命令实现巨大的策略更改。
20、微内核方法进行系统设计的主要优点是什么？在微内核架构中，用户程序和系统服务如何交互？微内核方法的缺点是什么？
微内核方法的特点
主要优点：
易于扩展操作系统
新服务添加到用户空间，无需修改内核；修改内核时改动较少。
便于移植
操作系统更易于从一种硬件设计移植到另一种硬件设计。
更高的安全性和可靠性
多数服务以用户进程而非内核进程运行，一个服务失败不影响其他部分。
架构示例：
在微内核架构中，如
Tru64 UNIX 的 Mach 内核
，将 UNIX 系统调用映射为消息传递给适当的用户级服务。
缺点：
性能下降
可能因系统功能开销增加而导致性能下降。例如，
Windows NT
最初的分层微内核组织版本性能低于
Windows 95
。
21、对于操作系统设计者来说，使用虚拟机架构的主要优势是什么？对于用户来说，主要优势是什么？
虚拟机架构的优势
对于操作系统设计者
系统开发便捷化
：可在虚拟机上进行系统开发，而非物理机，减少对正常系统操作的干扰。
实现系统整合
：可在一台物理系统上运行多个独立系统，优化资源使用。
改进应用部署方式
：应用开发者可将应用预安装在虚拟机的定制操作系统中，便于管理和技术支持，但需统一虚拟机格式。
对于用户
多环境运行
：开发者可在工作站同时运行多个操作系统，便于在不同环境中快速移植和测试程序。
高效测试
：质量保证工程师可在多个环境中测试应用，无需为每个环境购买、供电和维护计算机。
22、描述短期调度、中期调度和长期调度之间的差异。
调度器类型与功能
短期调度（CPU调度器）
执行频率
：频繁执行，通常至少每100毫秒执行一次
主要任务
：为CPU选择新进程
执行间隔
：短
性能要求
：必须快速，以减少调度工作对CPU的占用
长期调度（作业调度器）
执行频率
：低，可能数分钟才创建一个新进程
主要任务
：控制内存中的多道程序度
功能
：从进程池中选择进程并加载到内存执行
决策时间
：较充裕，有更多时间决定选择哪个进程执行
注意事项
：需谨慎选择I/O密集型和CPU密集型进程的组合
中期调度
应用场景
：一些操作系统（如分时系统）引入的中间调度级别
核心思想
：将进程从内存中移除（换出），以减少多道程序度
后续操作
：将进程重新引入内存（换入）并继续执行
过程名称
：交换
目的
：改善进程组合或释放内存
23、构建一个进程树。在UNIX或Linux系统上，使用命令获取进程信息，使用命令man ps来获取有关ps命令的更多信息；在Windows系统上，使用任务管理器获取进程信息。
构建进程树的步骤如下：
对于UNIX或Linux系统，使用命令
ps -ael
获取进程信息，使用
man ps
了解
ps
命令的更多信息。
对于Windows系统，使用任务管理器获取进程信息。然后根据这些信息构建进程树。
24、修改日期服务器，使其发送随机笑话而不是当前日期。允许笑话包含多行，客户端代码可用于读取服务器返回的多行笑话。
以下是修改后的 Java 代码示例，实现了一个能发送随机笑话的服务器：
import java.net.*;
import java.io.*;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;
public class JokeServer {
// 存储笑话的列表
private static List<String> jokes = new ArrayList<>();
// 随机数生成器
private static Random random = new Random();
static {
// 添加一些笑话到列表中，可自行添加更多
jokes.add("为什么蚕宝宝很有钱？因为它会结茧（节俭）。");
jokes.add("小王剪了个中分，变成了小全。");
jokes.add("有一天小蚂蚁迷路找不到蚁窝，可着急了，恰好看到它的朋友经过，于是冲过去大喊一声：“哥们儿！你…你都如何回蚁窝（回忆我）？”那朋友一愣，然后反问道：“带…带…带着笑或是很沉默？”");
}
public static void main(String[] args) {
try {
// 创建一个服务器套接字，监听端口 6013
ServerSocket sock = new ServerSocket(6013);
// 持续监听连接请求
while (true) {
// 接受客户端的连接
Socket client = sock.accept();
// 创建一个 PrintWriter 对象，用于向客户端发送数据
PrintWriter pout = new PrintWriter(client.getOutputStream(), true);
// 随机选择一个笑话
String joke = jokes.get(random.nextInt(jokes.size()));
// 将笑话发送给客户端
pout.println(joke);
// 关闭客户端套接字
client.close();
}
} catch (IOException ioe) {
// 捕获并打印异常信息
System.err.println(ioe);
}
}
}
代码说明：
jokes
列表
：用于存储多个笑话，你可以根据需要添加更多的笑话。
random
对象
：用于随机选择一个笑话。
static
代码块
：在类加载时初始化笑话列表。
main
方法
：
– 创建一个
ServerSocket
并监听端口 6013。
– 使用
while (true)
循环持续监听客户端连接。
– 接受客户端连接后，随机选择一个笑话并通过
PrintWriter
发送给客户端。
– 关闭客户端套接字，继续监听下一个连接。
这样，客户端就可以使用相应的客户端代码来接收并显示随机笑话了。
25、编写一个使用POSIX共享内存的程序，实现父进程和子进程协作生成并输出斐波那契数列。程序首先要定义一个共享内存的数据结构，该结构包含一个大小为MAX_SEQUENCE的固定大小数组用于存储斐波那契数列的值，以及子进程要生成的数列的大小（数列大小 ≤ MAX_SEQUENCE）。父进程需接受命令行传递的参数，进行错误检查确保参数 ≤ MAX_SEQUENCE，然后创建共享内存段、附加到自身地址空间、设置数列大小、创建子进程并等待其完成、输出共享内存中的斐波那契数列，最后分离并移除共享内存段。子进程将斐波那契数列写入共享内存后分离该段。同时，父进程和子进程要使用wait()系统调用进行同步，保证父进程在子进程完成数列生成后再输出。已知#define MAX_SEQUENCE 10 typedef struct { long fib_sequence[MAX_SEQUENCE]; int sequence_size; } shared_data; 请描述该程序的主要实现步骤。
该程序主要实现步骤如下：
定义共享内存的数据结构，包含存储斐波那契数列的固定大小数组和数列大小。
父进程的操作步骤：
– 接受参数
– 创建和附加共享内存段
– 设置数列大小
– 创建子进程并等待其完成
– 输出数列
– 分离和移除共享内存段
子进程将斐波那契数列写入共享内存并分离该段。
父进程和子进程使用
wait()
系统调用进行同步，确保父进程在子进程完成数列生成后再输出。
26、编写一个C程序，该程序接收一个共享内存段的标识符。此程序将调用shmctl()函数来获取其shm_ds结构。然后，它将输出该共享内存段的以下值：段ID、键、模式、所有者用户ID、大小、连接次数。
以下是实现该功能的C程序示例：
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <errno.h>
int main(int argc, char *argv[]) {
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "Usage: %s <segment_id>
", argv[0]);
return 1;
}
int segment_id = atoi(argv[1]);
struct shmid_ds shmbuffer;
if (shmctl(segment_id, IPC_STAT, &shmbuffer) == -1) {
perror("shmctl");
return 1;
}
printf("Segment ID: %d
", segment_id);
printf("Key: %ld
", (long)shmbuffer.shm_perm.__key);
printf("Mode: %o
", shmbuffer.shm_perm.mode);
printf("Owner UID: %d
", shmbuffer.shm_perm.uid);
printf("Size: %lu bytes
", (unsigned long)shmbuffer.shm_segsz);
printf("Number of attaches: %d
", shmbuffer.shm_nattch);
return 0;
}
该程序接收一个命令行参数作为共享内存段的标识符，调用
shmctl()
函数获取
shmid_ds
结构，并输出所需的信息。
27、在多线程进程中，以下哪些程序状态组件是线程间共享的？a. 寄存器值 b. 堆内存 c. 全局变量 d. 栈内存
b、c
28、Linux不区分进程和线程，以相同的方式处理它们，根据传递给clone()系统调用的标志集，使一个任务更类似于进程或线程。然而，许多操作系统（如Windows和Solaris）对进程和线程的处理方式不同，通常采用一种表示法，其中进程的数据结构包含指向属于该进程的各个线程的指针。对比内核中这两种对进程和线程进行建模的方法。
操作系统中的进程与线程处理方式
Linux
将进程和线程统一视为任务
通过
clone()
系统调用的标志集决定父子任务的资源共享程度
若设置某些标志：
父子任务共享资源
类似创建线程
若不设置标志：
不共享资源
功能类似
fork()
系统调用
Windows 和 Solaris 等操作系统
明确区分进程和线程
进程的数据结构包含指向所属线程的指针
进程和线程有清晰的界限
29、编写一个基于套接字的日期服务器，使服务器在单独的线程中处理每个客户端请求。
以下是修改后的代码，让服务器在单独的线程中处理每个客户端请求：
import java.net.*;
import java.io.*;
import java.util.Date;
// 处理客户端请求的线程类
class ClientHandler extends Thread {
private Socket client;
public ClientHandler(Socket client) {
this.client = client;
}
@Override
public void run() {
try {
PrintWriter pout = new PrintWriter(client.getOutputStream(), true);
// 向套接字写入日期
pout.println(new Date().toString());
// 关闭套接字
client.close();
} catch (IOException ioe) {
System.err.println(ioe);
}
}
}
// 日期服务器类
public class DateServer {
public static void main(String[] args) {
try {
// 创建 ServerSocket 监听端口 6013
ServerSocket sock = new ServerSocket(6013);
// 开始监听连接
while (true) {
// 接受客户端连接
Socket client = sock.accept();
// 创建新线程处理客户端请求
ClientHandler handler = new ClientHandler(client);
handler.start();
}
} catch (IOException ioe) {
System.err.println(ioe);
}
}
}
上述代码中，定义了一个
ClientHandler
类，它继承自
Thread
类，用于处理每个客户端的请求。在
DateServer
类的
main
方法中，当接收到客户端连接时，会创建一个
ClientHandler
线程实例并启动它，这样每个客户端请求就会在单独的线程中处理。
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