操作系统--精髓与设计原理（第八版）第二章复习题答案
2.1 操作系统设计的三个目标是什么？
- 方便：操作系统使计算机更易于使用。
- 有效：操作系统允许以更有效的方式使用计算机系统资源。
- 扩展的能力：在构造操作系统时，应该允许在不妨碍服务的前提下有效地开发、测试和引进新的系统功能。
2.2 什么是操作系统的内核？
操作系统内核是计算机上最低层的软件，提供计算机最核心的功能，比如：进程管理、内存管理、I/O管理、文件管理、网络管理等。
2.3 什么是多道程序设计？
两个或两个以上程序在计算机系统中同处于开始到结束之间的状态，这就称为多道程序设计。也就是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，使它们在管理程序控制之下，相互穿插的运行。多道程序技术运行的特征:多道、宏观上并行、微观上串行。
2.4 什么是进程？
进程由三部分组成:
- 一 段可执行的程序。
- 程序所需要的相关数据(变量、工作空间、缓冲区等)。
- 程序的执行上下文（也称进程状态）。
2.5 操作系统是怎么使用进程上下文的？
执行上下文又称为进程状态，是操作系统用来管理和控制所需的内部数据。这种内部信息和进程是分开的，因为操作系统信息不允许被进程直接访问。上下文包括操作系统管理进程以及处理器正确执行进程所需要的所有信息，包括各种处理器寄存器的内容，如程序计数器和数据寄存器。它还包括操作系统使用的信息，如进程优先级以及进程是否在等待特定I/O事件的完成。
2.6 列出并简要介绍操作系统的五种典型存储管理职责。
- 进程隔离：操作系统必须保护独立的进程，防止互相干扰各自的存储空间，包括数据和指令。
- 自动分配和管理：程序应该根据需要在存储层次间动态的分配，分配对程序员是透明的。因此，程序员无需关心与存储限制有关的问题，操作系统有效的实现分配问题，可以仅在需要时才给作业分配存储空间。
- 支持模块化程序设计：程序员应该能够定义程序模块，并动态地创建、销毁模块，动态地改变模块大小。
- 保护和访问控制：不论在存储层次中的哪一级，存储器的共享都会产生一个程序访问另一个程序存储空间的潜在可能性。当某个特定的应用程序需要共享时，这是可取的。但在其他时候，他可能会威胁到程序的完整性，甚至威胁到操作系统本身。
- 长期存储：许多应用程序需要在计算机关机后长时间的保存信息。
2.7 解释实地址和虚地址的区别。
实地址：指的是主存中的地址，实际的主存储器的地址，对应主存空间，即物理空间。
虚地址：指的是存在于虚拟内存中的地址，它有时候在磁盘中，有时候在主存中。
2.8 描述时间片轮询调度技术。
轮询调度是一种调度算法，所有的进程存放在一个环形队列中并按固定循序依次激活。因为等待一些事件（例如：等待一个子进程或者一个I/O操作）的发生而不能被处理的进程将控制权交给调度器。
2.9 解释单体内核和微内核的区别。
- 单体内核是一个提供操作系统应该提供的功能的大内核，包括调度、文件系统、网络、设备驱动程序、存储管理等。内核的所有功能成分都能够访问它的内部数据结构和程序。典型情况下，这个大内核是作为一个进程实现的，所有元素都共享相同的地址空间。
- 微内核是一个小的有特权的操作系统内核，只提供包括进程调度、内存管理和进程间通信等基本功能，要依靠其他进程担当起和操作系统内核联系作用。
2.10 什么是多线程？
多线程技术是指把执行一个应用程序的进程划分为可以同时运行的多个线程。
2.11 列出对称多处理器操作系统设计时要考虑的关键问题。
- 并发进程或线程:内核程序应可重入，以使多个处理器能同时执行同一段内核代码。当多个处理器执行内核的相同或不同部分时，为避免数据损坏和无效操作，需要妥善管理内核表和数据结构。
- 调度:任何一个处理器都可以执行调度，这既增加了执行调度策略的复杂度，也增加了保证调度相关数据结构不被损坏的复杂度。如果使用的是内核级多线程方式，就存在将同一进程的多个线程同时调度在多个处理器上的可能性。
- 同步:因为可能会存在多个活跃进程访问共享地址空间或共享I/O资源的情况，因此必须认真考虑如何提供有效的同步机制这一问题。 同步用来实现互斥及事件排序。
- 内存管理:多处理器上的内存管理要处理单处理器上内存管理涉及的所有问题。另外，操作系统还要充分利用硬件提供的并行性来实现最优性能。不同处理器上的分页机制必须进行调整，以实现多处理器共享页或段时的数据一致性, 执行页面置换。物理页的重用是我们关注的最大问题，即必须保证物理页在重新使用前不能访问到它以前的内容。
- 可靠性和容错性:出现处理器故障时，操作系统应能妥善地降低故障的影响。调度器和操作系统的其他部分必须能识别出发生故障的处理器，并重新组织管理表。