【闪耀计划】第二话·现代操作系统的爸爸们
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🌕写在前面
Hello🤗大家好啊，我是kikokingzz，名字太长不好记，大家可以叫我kiko哦～
从今天开始，我们将要开启一个新的系列【闪耀计划】，没错！这是今年上半年的一整个系列计划！本专题目的是通过百天刷题计划，通过题目和知识点串联的方式，完成对计算机操作系统的复习和巩固；同时还配有专门的笔记总结和文档教程哦！想要搞定，搞透计算机操作系统的同学，本专栏将会通过模块化的分类，刷够1000道题，为大家提供点对点的考点相关知识轰炸！值得注意的是，本专栏将会通过教程+课后习题的方式来进行巩固教学，课后习题的题量也是算入总题数的哦！
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kiko：学完了操作系统的整体概念，接下来我们应该学习什么啦？
小明：按道理来说，应该是学习操作系统这个大类下面的知识点啦！
kiko：不错，之后确实是这个学习路线，但是现在我们还要再了解一下操作系统的发展历史～
小明：发展历史？这还需要单独开一章讲的吗？
kiko：你以为我想呀？关键连考试都单独考呀！你说这重要吗？
🍺知识点4：操作系统的发展历史
🥝4.1 手工操作阶段（此时无操作系统）
用户在计算机上算题的所有工作都要人干预，如程序装入、运行、结果的输出等。随着计算机硬件的发展，机器运行速度越来越快，人工干预的时间相对占比越来越大，导致人机矛盾越来越大。
通过上图我们不难发现手工操作系统的两个缺点❌：
❌缺点1：用户独占全机，资源利用率低。
❌缺点2：CPU等待手工操作占大部分时间，CPU的利用不充分。
✅为了改进以上缺点，于是就产生了单道批处理系统
✨✨✨我是分割线✨✨✨
🥝4.2 批处理阶段（操作系统刚出现）
为解决人机矛盾及CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾，出现了批处理系统。按发展历程又分为单道批处理系统、多道批处理系统（多道程序设计技术出现以后才有的）。
🍊1.单道批处理系统
Q1：什么是单道批处理系统？
A1：系统对作业的处理是成批进行的，但内存中始终保持一道作业；其引入了脱机输入/输出技术（外围机+磁带完成），并由监督程序负责控制作业的输入、输出。
Q2：什么是脱机输入/输出技术？
A2：脱机技术是提前将作业数据输入/输出到磁带，不需要每次都靠人力去安装纸带，相当于脱离了主机的控制，因此用于缓和/设备与主机之间的速度矛盾。
Q3：单道批处理系统有什么特征？
A3：通过上图我们不难发现，相比手工操作阶段，单道批处理系统由于引入了脱机技术，已经大幅缩减了原本人工干预的时间，缓解了一定程度的人机矛盾，使得资源利用率有所提升。
但是我们依然可以看到，内存中仅能有一道程序运行，只有在该程序运行结束后，才能调入下一道程序，CPU有大量时间是在等待I/O操作完成，资源利用率依然很低。
🍊2.多道批处理系统
Q1：什么是多道程序设计技术？
A1：多道程序设计技术允许多个程序同时进入内存，并允许它们在CPU中交替地运行，这些程序共享系统中的各种硬件/软件资源。当一道程序因I/O请求而暂停时，CPU立即转去运行另一道程序；它通过让系统中各个组成部分都尽量去“忙”，可实现系统各部件之间的并行工作，使其整体在单位时间内的效率翻倍。
Q2：什么是多道批处理系统？
A2：采用多道程序设计技术的批处理系统，就是多道批处理系统。该系统把用户提交的作业成批地送入计算机内存，然后由作业调度程序自动地选择作业运行。
Q3：多道批处理系统有什么特征？
A3：通过上图我们可以发现，多道批处理系统中允许多道程序并发执行，共享计算机资源，保证了CPU可以持续忙碌，资源利用率大大提升。但由于采用批处理系统，用户提交完作业之后稚只能等待计算机处理完成，中间不能控制自己的作业执行，没有人机交互功能；例如：无法在程序执行过程中输入一些参数。
📜习题检测
📜018.题目难度 ⭐️⭐️
🍊详细题解：
A. 脱机技术是提前将作业数据输入/输出到磁带，不需要每次都靠人力去安装纸带，相当于脱离了主机的控制，因此用于缓和/设备与主机之间的速度矛盾。
B. 虚拟技术以多道程序设计技术为前提。
C. 交换技术以多道程序设计技术为前提。
D. 多道程序设计技术允许在内存中运行多个程序，当一个程序等待时，处理机可以去执行其他程序，因此提高了系统资源的利用率。
✅正确答案：D
📜019.题目难度 ⭐️
🍊详细题解：
批处理系统中，作业执行时用户无法干预其运行，只能通过事先编制的作业控制说明书来间接干预，缺少交互能力，因此才有了分时操作系统的出现。
上期复习·脱机命令接口（批处理命令接口）：由一组作业控制命令组成。用户把需要执行的作业写成一份作业操作说明书，连同作业一块提交给系统，系统调度到该作业时，系统中的命令解释程序逐条解释执行说明书上的命令，从而间接控制作业的运行。适用于批处理系统。
✅正确答案：D
📜020.题目难度 ⭐️⭐️⭐️
🍊详细题解：
A. 制约性：程序的执行因为共享资源而相互制约；多道程序设计中，程序的执行将会因为共享资源及相互协同的原因，产生竞争，相互制约。例如你在用微信视频的时候，没法再使用前置摄像头进行QQ视频了，这是因为微信这个进程正在使用互斥共享资源（摄像头），这时QQ视频的这个进程就被制约了。
B. 间断性：一个程序的执行是走走停停的；多道程序设计中，考虑到内存中各道程序竞争的公平性，各个程序是交替上CPU运行的，因而程序是断断续续执行的。
C. 顺序性：各个程序按顺序依次执行；顺序性是单道程序技术的特点，多道程序中，程序是走走停停的，我们无法知道哪个程序先运行，哪个程序后运行。
D. 共享性：多道程序设计技术允许内存中运行多个程序，且这些程序共享系统中的各种硬件/软件资源。共享性与多道程序设计（并发性）是共存的：没有并发，共享就没有意义，没有共享，并发就没有意义。
✅正确答案：C
📜021.题目难度 ⭐️⭐️
🍊详细题解：
I. 批处理系统无交互功能，作业执行时用户无法直接干预，只能通过预先编制作业控制说明书来间接干预，缺少交互能力，也因此才发展出了分时操作系统。
II.正确，批处理系统有单道和多道两种；其本质区别在于单道批处理系统的内存始终只允许运行一道内存，而多道批处理系统的内存允许运行多道程序，但它们本质都是批处理系统！
III. 多道批处理系统中的内存允许多道程序允许，当一道程序因I/O请求而暂停运行时，触发中断，CPU便立即转去运行另一道程序，进而实现了IO设备与CPU并行工作。
✅正确答案：D
📜022.题目难度 ⭐️⭐️⭐️
🍊详细题解：
首先我们要先了解几个概念：
例如：我们运行两个作业，分别计算一下单道程序与多道程序的利用率和吞吐率：
由上图中计算可知，相比单道程序技术，多道程序技术的CPU和IO设备利用率更高，系统吞吐量更大；而由于多道程序系统中引入了多道程序，因此系统在处理进程、内存管理上会多花一些时间。
✅正确答案：D
📜023.题目难度 ⭐️⭐️
🍊详细题解：
I. 多任务操作系统可在同一时间内运行多个应用程序，即并发运行多个程序，那么并发必然也会导致并行的特点，例如处理机和IO设备之间并行。
II.多个任务必须互斥地访问共享资源，为达到这一目标必须对共享资源进行必要的保护，因此 II 正确。
III.现代操作系统都是多任务的（特点是并发和并行），并不一定需要运行在多CPU的硬件上，单个CPU也可以满足要求，因此 III 错误。
✅正确答案：C
✨✨✨我是分割线✨✨✨
🥝4.3 分时操作系统
Q1：什么是分时技术？
A1：把处理器运行时间切分成很短的时间片，按时间片轮流把处理器分配给各联机作业使用，若某个作业在分配给它的时间片内不能完成其计算，则该作业暂时停止运行，把处理器让给其他作业使用，等待下一轮再继续运行。由于计算机速度很快，作业运行轮转得也很快，因此给每个用户的感觉就像是自己独占一台计算机。
例如：下图中每个时间片为50ms，有4个用户，每隔200ms任何一个用户都可以被响应，给用户的感觉就像是他们独占了一台计算机。
Q2：什么是分时操作系统？
A2：分时操作系统是指多个用户通过终端同时共享一台主机，这些终端连接在主机上，用户可以同时与主机进行交互操作而互不干扰。分时系统支持多道程序设计的系统，但它不同于多道批处理系统。多道批处理是实现作业自动控制而无须人工干预的系统，而分时系统是实现人机交互的系统。
Q3：分时操作系统有什么特征？
A3：虽然分时操作系统解决了人机交互问题，允许多个用户使用同一台计算机，并且用户对计算机的操作相互独立；但它对各个用户/作业都是完全公平的，循环地为每个用户/ 作业服务一个时间片，不能区分任务的紧急性，在一些军用、紧急场合不适用。
📜习题检测
📜024.题目难度 ⭐️⭐️
🍊详细题解：
A、C、D是多道批处理系统追求的目标，但是其无法快速响应用户，没有人机交互性，用户只能通过事先编制的作业控制说明书来间接干预。
B. 要求快速响应用户是分时系统出现的重要原因之一。
✅正确答案：B
📜025.题目难度 ⭐️
🍊详细题解：
分时系统中，当时间片固定时，用户数越多，响应时间自然就变长。
✅正确答案：C
📜026.题目难度 ⭐️
🍊详细题解：
响应时间不超过2s，即在2s内必须响应所有进程，所以时间片最大为 2s / 100 = 20ms
✅正确答案：B
✨✨✨我是分割线✨✨✨
🥝4.4 实时操作系统
Q1：什么是实时操作系统？
A1：为了能在某个时间限制内完成某些紧急任务而不需要时间片排队，这才产生了实时操作系统。主要应用在需要对外界输入立即做出反应对场合，不能有拖延，否则会产生严重后果。在实时操作系统的控制下，计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并且要在严格的时限内处理完事件。
Q2：硬实时和软实时的区别是什么？
A2：硬实时系统对实时要求更严格，更硬！所以是硬实时系统；而软实时系统允许有偶尔的违约，相对较为弹性，较软，所以叫软实时系统：
Q3：实时操作系统有什么特征？
A3：实时操作系统的特征是及时性与可靠性。
Q4：多道批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统各有什么特点？
📜习题检测
📜027.题目难度 ⭐️⭐️
🍊详细题解：
实时操作系统要求能实时处理外部事件，即在规定的时间内完成对外部事件的处理。
✅正确答案：B
📜028.题目难度 ⭐️
🍊详细题解：
抢占式的优先级高者优先算法：如果优先级更高的进程到达，则无论现在CPU是否在处理别的进程，都要先处理优先级高的。实时系统必须能够及时地处理某些紧急的外部事件，因此普遍用高优先级，并用“可抢占”来确保实时处理。
✅正确答案：C
📜029.题目难度 ⭐️
🍊详细题解：
实时性和可靠性是实时操作系统最重要的两个目标。
A. 安全可靠体现了可靠性。
B. 资源利用率不是实时操作系统的主要目标，即为了保证快速处理高优先级任务，允许“浪费”一些系统资源。
C. 及时响应体现了实时性。
D. 快速处理体现了实时性。
✅正确答案：B
📜030.题目难度 ⭐️
🍊详细题解：
实时操作系统主要应用在需要对外界输入立即做出反应的场合，不能有拖延，否则会产生严重后果。本题中 I.航空订票 需要实时处理票务信息，因为票的实时余量反映了票有没有卖完； III.机床控制也要实时，不然会出差错；VI.股票交易行情随时在变，若不能实时交易会出现偏差，造成经济损失；剩下的II、IV、V对实时的要求不高。
✅正确答案：D
✨✨✨我是分割线✨✨✨
🥝4.5 网络操作系统和分布式计算机系统
Q1：什么是网络操作系统？
网络操作系统:是伴随着计算机网络的发展而诞生的，能把网络中各个计算机有机地结合起来，实现数据传送等功能，实现网络中各种资源的共享(如文件共享)和各台计算机之间的通信。(如:Windows NT 就是 一种典型的网络操作系统，网站服务器就可以使用)。
Q2：什么是分布式计算机系统？
分布式操作系统由多台计算机组成并满足下列条件：系统中任意两台计算机通过通信方式交换信息；系统中每台计算机都具有同等的地位；每台计算机上的资源为所有用户共享；系统中的任意台计算机都可以构成一个子系统，并且还能够重构；任何工作都可以分布在几台计算机上，由它们并行工作、协同完成这个任务。
Q3：它们分别有什么特征呢？
🥝4.6 个人计算机操作系统
个人计算机系统是目前最广泛的操作系统，它广泛应用于文字处理、电子表格、游戏中，常见的有 Windows、Linux 和 Macintosh 等。
📜习题检测
📜031.题目难度 ⭐️
🍊详细题解：
综上我们可知操作系统的类型有：批处理系统、分时系统、实时系统、网络系统、分布式系统、个人PC系统等。对于本题我们选择B选项。
✅正确答案：B
📜032.题目难度 ⭐️
🍊详细题解：
A. 多道批处理系统：允许多个用户提交若干作业给计算机系统集中处理。
B. 分时操作系统：允许多用户交互访问计算机。
C. 实时操作系统：在被控对象规定时间内及时完成指定操作。
D. 微型计算机操作系统：指的就是PC操作系统，IBM-PC提示这是个人计算机。
✅正确答案：B、A、C、D
📜033.题目难度 ⭐️
🍊详细题解：
✅正确答案：50% 、88.9%
🌕写在最后
计算机网络世界是相当丰富的，内容方向繁多，但只要一步一个脚印，跟随【宇宙计划】，吃透、搞懂、拿捏住最基础的计算机网络内容是完全没有问题的！
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