知识点

1-5

1
嵌入式操作系统的特点：
1.微型化，从性能和成本角度考虑，希望占用的资源和系统代码量少；
2.可定制，从减少成本和缩短研发周期考虑，要求嵌入式操作系统能运行在不同的微处理器平台上，能针对硬件变化进行结构与功能上的配置，以满足不同应用的需求；
3.实时性，嵌入式操作系统主要应用于过程控制、数据采集、传输通信、多媒体信息及关键要害领域需要迅速响应的场合，所以对实时性要求较高；
4.可靠性，系统构件、模块和体系结构必须达到应有的可靠性，对关键要害应用还要提供容错和防故障措施；
5.易移植性，为了提高系统的易移植性，通常采用硬件抽象层和板级支撑包的底层设计技术。

2
计算机系统由硬件和软件两部分组成。通常把未配置软件的计算机称为裸机。直接使用裸机不仅不方便，而且将严重降低工作效率和机器的利用率。操作系统（Operating System）目的是为了填补人与机器之间的鸿沟，即建立用户与计算机之间的接口，而为裸机配置的一种系统软件。
从图中可见，操作系统是裸机上的第一层软件，是对硬件系统功能的首次扩充。它在计算机系统中占据重要而特殊的地位，所有其他软件，如编辑程序、汇编程序、编译程序、数据库管理系统等系统软件，以及大量的应用软件都是建立在操作系统基础上的，并得到它的支持和取得它的服务。
从用户角度看，当计算机配置了操作系统后，用户不再直接使用计算机系统硬件，而是利用操作系统所提供的命令和服务去操纵计算机，操作系统己成为现代计算机系统中必不可少的最重要的系统软件，因此把操作系统看作是用户与计算机之间的接口。

3
实时是指计算机对于外来信息能够以足够快的速度进行处理，并在被控对象允许的时间范围内做出快速响应。因此，实时操作系统与分时操作系统的第一点区别是交互性强弱不同，分时系统交互型强，实时系统交互性弱但可靠性要求高；第二点区别是对响应时间的敏感牲强，对随机发生的外部事件必须在被控制对象规定的时间做出及时响应并对其进行处理；第三点区别是系统的设计目标不同，分时系统是设计成一个多用方的通用系统，交互能力强；而实时系统大都是专用系统。

4
嵌入式系统初始化过程可以分为3个主要环节，按照自底向上、从硬件到软件的次序依次为：片级初始化、板级初始化和系统级初始化。
片级初始化完成嵌入式微处理器的初始化，包括设置嵌入式微处理器的核心寄存器和控制寄存器、嵌入式微处理器核心工作模式和嵌入式微处理器的局部总线模式等。片级初始化把嵌入式微处理器从上电时的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。这是一个纯硬件的初始化过程。
板级初始化完成嵌入式微处理器以外的其他硬件设备的初始化。另外，还需设置某些软件的数据结构和参数，为随后的系统级初始化和应用程序的运行建立硬件和软件环境。这是一个同时包含软硬件两部分在内的初始化过程。
系统初始化过程以软件初始化为主，主要进行操作系统的初始化。BSP将对嵌入式微处理器的控制权转交给嵌入式操作系统，由操作系统完成余下的初始化操作，包含加载和初始化与硬件无关的设备驱动程序，建立系统内存区，加载并初始化其他系统软件模块，如网络系统、文件系统等。最后，操作系统创建应用程序环境，并将控制权交给应用程序的入口。

5
操作系统有两个重要作用：
①通过资管管理提高计算机系统的效率，操作系统是计算机系统的资源管理者，它含有对系统软/硬件资源实施管理的一组程序。
②改善人机界面，向用户提供友好的工作环境。
不需要语言编译器设计的实现。

5-10

6
磁盘清理将删除计算机上所有不需要的文件（这些文件由用户或系统进行确认）。
磁盘碎片整理，就是通过系统软件或者专业的磁盘碎片整理软件对电脑磁盘在长期使用过程中产生的碎片和凌乱文件重新整理，释放出更多的磁盘空间，可提高电脑的整体性能和运行速度。

7
汇编程序、编译程序和数据库管理系统软件都属于系统软件。

8
因为先来先服务是谁先请求先满足谁的请求，而最短寻找时间优先是根据当前磁臂到要请求访问磁道的距离，谁短满足谁的请求，故先来先服务和最短寻找时间优先算法可能会随时改变移动臂的运动方向。

9

10

10-15

15-20

20-25

25-30

30-35

刷题

操作系统定义、分类及功能

1-5

1
嵌入式操作系统的特点：
1.微型化，从性能和成本角度考虑，希望占用的资源和系统代码量少；
2.可定制，从减少成本和缩短研发周期考虑，要求嵌入式操作系统能运行在不同的微处理器平台上，能针对硬件变化进行结构与功能上的配置，以满足不同应用的需求；
3.实时性，嵌入式操作系统主要应用于过程控制、数据采集、传输通信、多媒体信息及关键要害领域需要迅速响应的场合，所以对实时性要求较高；
4.可靠性，系统构件、模块和体系结构必须达到应有的可靠性，对关键要害应用还要提供容错和防故障措施；
5.易移植性，为了提高系统的易移植性，通常采用硬件抽象层和板级支撑包的底层设计技术。

2
在 Linux 中,要更改一个文件的权限设置可使用chmod命令。

3

4
在Linux操作系统中，只有一个根目录，根目录使用“/”来表示。根目录是一个非常重要的目录，其他的文件目录均由根目录衍生而来。

5
实时是指计算机对于外来信息能够以足够快的速度进行处理，并在被控对象允许的时间范围内做出快速响应。因此，实时操作系统与分时操作系统的第一点区别是交互性强弱不同，分时系统交互型强，实时系统交互性弱但可靠性要求高；第二点区别是对响应时间的敏感牲强，对随机发生的外部事件必须在被控制对象规定的时间做出及时响应并对其进行处理；第三点区别是系统的设计目标不同，分时系统是设计成一个多用方的通用系统，交互能力强；而实时系统大都是专用系统。

5-10

6
嵌入式系统初始化过程可以分为3个主要环节，按照自底向上、从硬件到软件的次序依次为：片级初始化、板级初始化和系统级初始化。

7
片级初始化完成嵌入式微处理器的初始化，包括设置嵌入式微处理器的核心寄存器和控制寄存器、嵌入式微处理器核心工作模式和嵌入式微处理器的局部总线模式等。片级初始化把嵌入式微处理器从上电时的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。这是一个纯硬件的初始化过程。
板级初始化完成嵌入式微处理器以外的其他硬件设备的初始化。另外，还需设置某些软件的数据结构和参数，为随后的系统级初始化和应用程序的运行建立硬件和软件环境。这是一个同时包含软硬件两部分在内的初始化过程。
系统初始化过程以软件初始化为主，主要进行操作系统的初始化。BSP将对嵌入式微处理器的控制权转交给嵌入式操作系统，由操作系统完成余下的初始化操作，包含加载和初始化与硬件无关的设备驱动程序，建立系统内存区，加载并初始化其他系统软件模块，如网络系统、文件系统等。最后，操作系统创建应用程序环境，并将控制权交给应用程序的入口。

8
操作系统有两个重要作用：
①通过资管管理提高计算机系统的效率，操作系统是计算机系统的资源管理者，它含有对系统软/硬件资源实施管理的一组程序。
②改善人机界面，向用户提供友好的工作环境。
不需要语言编译器设计的实现。

9
磁盘格式化是指把一张空白的盘划分成一个个小区域并编号，以供计算机储存和读取数据。格式化是一种纯物理操作，是在磁盘的所有数据区上写零的操作过程，同时对硬盘介质做一致性检测，并且标记出不可读和坏的扇区。由于大部分硬盘在出厂时已经格式化过，所以只有在硬盘介质产生错误时才需要进行格式化。
磁盘分区就是将磁盘划分成一块块的存储区域。在传统的磁盘管理中，将一个硬盘分为两大类分区：主分区和扩展分区。主分区是能够安装操作系统、能够进行计算机启动的分区，这样的分区可以直接格式化，然后安装系统，直接存放文件。
磁盘里的文件都是按存储时间先后来排列的，理论上文件之间都是紧凑排列而没有空隙的。但是，用户常常会对文件进行修改，而且新增加的内容并不是直接加到原文件的位置的，而是放在磁盘存储空间的最末尾，系统会在这两段之间加上联系标识。当有多个文件被修改后，磁盘里就会有很多不连续的文件。一旦文件被删除，所占用的不连 续空间就会空着，并不会被自动填满，而且，新保存的文件也不会放在这些地方，这些 空着的磁盘空间，就被称作“磁盘碎片”。因此，硬盘的每个分区里都会有碎片。碎片太多，其他的不连续文件相应也多，系统在执行文件操作时就会因反复寻找联系标识，工作效率大大降低，直接的反映就是感觉慢。
磁盘清理将删除计算机上所有不需要的文件（这些文件由用户或系统进行确认）。
磁盘碎片整理，就是通过系统软件或者专业的磁盘碎片整理软件对电脑磁盘在长期使用过程中产生的碎片和凌乱文件重新整理，释放出更多的磁盘空间，可提高电脑的整体性能和运行速度。

10
财务软件、汽车防盗程序、办公管理软件和气象预报软件都属于应用软件，而选项A、C和D中含有这些软件。选项B中汇编程序、编译程序和数据库管理系统软件都属于系统软件。

10-15

11
计算机系统由硬件和软件两部分组成。通常把未配置软件的计算机称为裸机，直接使用裸机不仅不方便，而且将严重降低工作效率和机器的利用率。操作系统（Operating System）的目的是为了填补人与机器之间的鸿沟，即建立用户与计算机之间的接口而为裸机配置的一种系统软件。由图1可以看出，操作系统是裸机上的窠一层软件，是对硬件系统功能的首次扩充。它在计算机系统中占据重要而特殊的地位，所有其他软件，如编辑程序、汇编程序、编译程序和数据库管理系统等系统软件，以及大量的应用软件都是建立在操作系统基础上的，并得到它的支持和取得它的服务。从用户角度看，当计算机配置了操作系统后，用户不再直接使用计算机系统硬件，而是利用操作系统所提供的命令和服务去操纵计算机，操作系统已成为现代计算机系统中必不可少的最重要的系统软件，因此把操作系统看作是用户与计算机之间的接口。因此，操作系统紧贴系统硬件之上，所有其他软件之下（是其他软件的共同环境）。

12
因为Windows XP操作系统支持FAT、FAT32或NTFS文件系统，所以利用“磁盘管理”程序可以对磁盘进行初始化、创建卷，并可以选择使用FAT、FAT32或NTFS文件系统格式化卷。

13
文件级安全管理，是通过系统管理员或文件主对文件属性的设置来控制用户对文件的访问。通常可设置以下几种属性：
　　•只执行：只允许用户执行该文件，主要针对.exe和.com文件。
　　•隐含：指示该文件为隐含属性文件。
•索引：指示该文件是索引文件。
　　•修改：指示该文件自上次备份后是否还被修改。
　　•只读：只允许用户读该文件。
　　•读/写：允许用户对文件进行读和写。
　　•共享：指示该文件是可读共享的文件。
　　•系统：指示该文件是系统文件。
　　用户对文件的访问，将由用户访问权、目录访问权限及文件属性三者的权限所确定。 或者说是有效权限和文件属性的交集。例如对于只读文件，尽管用户的有效权限是读/ 写，但都不能对只读文件进行修改、更名和删除。对于一个非共享文件，将禁止在同一时间内由多个用户对它们进行访问。通过上述四级文件保护措施，可有效地保护文件。 因此将“C:\Windows\myprogram.exe”文件设置成只读和隐藏属性，以便控制用户对该文件的访问，这一级安全管理称之为文件级安全管理。

14
最短移臂调度算法，即优先响应距离较近磁道的申请。
1、当前磁头位于15号柱面（柱面号即磁道编号），请求序列分别位于12号柱面（①⑤）、19号柱面（②④）、23号柱面（③）、28号柱面（⑥）；
2、距离15号柱面最近的应该是12号柱面（①⑤），优先响应（①⑤），次序不限；
3、此时磁头位于12号柱面，距离最近的应该是19号柱面（②④），次序不限；
4、此时磁头位于19号柱面，距离最近的应该是23号柱面（③）；
5、此时磁头位于23号柱面，距离最近的应该是28号柱面（⑥）。

15
根据前趋图P1进程运行完需要利用V操作分别通知P2、P3进程，所以空①应填V （S1） V （S2）。P2进程需要等待P1进程的通知，故需要利用P （S1）操作测试P1进程是否运行完，由于P3进程执行前已经用P（S2），所以P2进程的空②应填P （S1）。

16
根据前趋图P3进程需要等待P1和P2进程的通知，需要执行2个P操作，而P3进程的程序中执行前只有1个P操作，故空③应为1 个P操作。P3进程运行结束需要利用1个V操作通知P5进程，故空④应为1个V操作。

17
根据前趋图P4进程执行完需要通知P6进程，故P4进程应该执行V（S7），即空⑤应填V（S7）。P6进程运行前需要等待P4和P5进程的通知，需要执行2个P操作，故空⑥应填写P（S7）和P （S8）。
根据上述分析，用PV操作控制这6个进程的同步与互斥的程序如下：

作业管理

1-5

1
前趋图是一个有向无环图，由节点和有向边组成，节点代表各程序段的操作，而节点间的有向边表示两个程序段操作之间存在的前趋关系（“→”）。程序段Pi和Jj的前趋关系可表示成Pi→Pj，其中Pi是Pj的前趋，Pj是Pi的后继，其含义是Pi执行结束后Pj才能执行。本题完整的前趋图如下图所示，具体分析如下。

2
根据题意，I1执行结束后C1才能执行，P1执行结束后P2才能执行，因此I1是C1的前趋，P1是P2的前趋。可见，①、②分别为C1、P2。
根据题意，I2执行结束后I3才能执行，即I2是I3前趋，所以③应为I3。又因为计算机系统中只有一个CPU和一台输出设备，所以C3执行结束后C4才能执行，C3是C4的前趋；P3执行结束后P4才能执行，P3是P4的前趋。经分析可知图中③、④、⑤。

3
前趋图是一个有向无循环图，由节点和有向边组成，节点代表各程序段的操作，而节点间的有向边表示两个程序段操作之间存在的前趋关系（“―>”）。程序段Pi和Pj的前 趋关系可表示成Pi—Pj，其中Pi是Pj的前趋，Pj是Pi的后继，其含义是Pi执行结束后 Pj才能执行。本题完整的前趋图如下图所示。
根据题意，I1执行结束后C1才能执行，C1执行结束后P1才能执行，因此I1是C1、 P1，的前趋，（C1是P1，的前趋。可见，图中③应为C1。又因为计算机系统中只有一台输入设备，所以I1执行结束后I2和I3才能执行，故I1是I2和I3的前趋，I2是I3的前趋。可见，图中①、②分别为I2、I3。

综上分析③应为C1，所以C1是P1的前趋，又因为计算机中只有一个CPU，而且采用优先级调动，所以C1是C2的前趋，所以C2是④。
由于计算机中只有一台输出设备，所以P1，执行结束后P2才能执行，所以P1是P2的前趋，P2执行结束后P3才能执行，P2是P3的前趋，所以，⑤、⑥分别为P2和P3。

4
经上分析③应为C1，所以C1是P1的前驱。又因为计算机系统中只有一个CPU，而且系统采用优先级调度，所以C1是C2的前趋，C2是C3的前趋。可见，图中④应为C2。

5
因为计算机系统中只有一台输出设备，所以P1执行结束后P2才能执行，故P1是P2的前趋；p2执行结束后p3才能执行，p2是p3的前趋。可见，图中⑤、⑥分别为p2、P3

设备管理

1-5

1
具体层次从上往下分别为
用户级I/O层、
设备无关I/O层、
设备驱动程序、
中断处理程序、
硬件。

硬件：完成具体的I/O操作。
中断处理程序：I/O完成后唤醒设备驱动程序。
设备驱动程序：设置寄存器，检查设备状态。
设备无关I/O层：设备名解析、阻塞进程、分配缓冲区。
用户级I/O层：发出I/O调用。

2
程序查询和中断方式都需要CPU来执行程序指令进行数据的输入和输出，DMA方式则不同，这是一种不经过CPU而直接从内存存取数据的数据交换模式。
程序查询方式是由CPU主动查询外设的状态，在外设准备好时传输数据。
中断方式是在外设准备好时给CPU发中断信号，之后再进行数据传输。在外设未发中断信号之前，CPU可以执行其他任务。
在DMA模式下，CPU只需向DMA控制器下达指令，让DMA控制器来处理数据的传送，数据传送完毕再把信息反馈给CPU即可。

3
访问一个数据块的时间应为寻道时间加旋转延迟时间及传输时间之和。根据题意，每块的旋转延迟时间及传输时间共需120ms，磁头从一个磁道移至另一个磁道需要6ms，但逻辑上相邻数据块的平均距离为10个磁道，即读完一个数据块到下一个数据块寻道时间需要60ms。通过上述分析，本题访问一个数据块的时间T=120ms+60ms=180ms，而读取一个100块的文件共需要18000ms。

4
D在块设备输入时，假定从磁盘把一块数据输入到缓冲区的时间为T，缓冲区中的数据传送到用户工作区的时间为M，而系统处理（计算）的时间为C，如图（a）所示。
当第一块数据送入用户工作区后，缓冲区是空闲的就可以传送第二块数据。这样第一块数据的处理C1与第二块数据的输入T2是可以并行的，依次类推，如图（b）所示。系统对每一块数据的处理时间为：Max（C，T）+M。因为，当T>C时，处理时间为M+T;当T<C时，处理时间为M+C。本题每一块数据的处理时间为15+5=20，Docl文件的处理时间为20*10+1。

5
双缓冲工作方式基本方法是在设备输入时，先将数据输入到缓冲区1，装满后便转向缓冲区2。此时系统可以从缓冲区1中提取数据传送到用户区，最后由系统对数据进行处理，如图（c）所示。
双缓冲可以实现对缓冲区中数据的输入T和提取M，与CPU的计算C，三者并行工作，如图（d）所示。从图中可以看出，双缓冲进一步加快了I/O的速度，提高了设备的利用率。在双缓冲时，系统处理一块数据的时间可以粗略地认为是Max（C，T）。如果C<T，可使块设备连续输入；如果C>T，则可使系统不必等待设备输入。本题每一块数据的处理时间为15，釆用双缓冲需要花费的时间为15*10+5+1=156。

5-10

6

C在块设备输入时，假定从磁盘把一块数据输入到缓冲区的时间为T，缓冲区中的数据传送到用户工作区的时间为M，而系统处理（计算）的时间为C，如图（a）所示。
当第一块数据送入用户工作区后，缓冲区是空闲的，可以传送第二块数据。这样第一块数据的处理C1与第二块数据的输入T2是可以并行的，如图（b）所示，依次类推。系统对毎一块数据的处理时间为：Max（C，T）+M。因为当T>C时，处理时间为本题每一块数据的处理时间为10+5=15，Doc1文件的处理时间为15*10+2=152。

7
双缓冲工作方式基本方法是在设备输入时，先将数据输入到缓冲区1，装满后便转向缓冲区2。此时系统可以从缓冲区1中提取数据传送到用户区，最后由系统对数据进行处理，如图（c）所示。
双缓冲可以实现对缓冲区中数据的输入T和提取M，与CPU的计算C，三者并行工作，如图（c）所示。从图中可以看出，双缓冲进一步加快了I/O的速度，提高了设备的利用率。在双缓冲时，系统处理一块数据的时间可以粗略地认为是Max（C，T）。如果C<T，可使块设备连续输入；如果C>T，则可使系统不必等待设备输入。本题每一块数据的处理时间为10，采用双缓冲需要花费的时间为10*10+5+2=107。

8
A当进程请求读磁盘时，操作系统先进行移臂调度，再进行旋转调度。由于系统刚完成了 10号柱面的操作，当前移动臂在13号柱面上，若系统采用SCAN （扫描）调度算法，则系统响应柱面序列为15→20→30→8→6→5→2。
按照旋转调度的原则进程在15号柱面上的响应序列为⑦→⑩→①，因为进程访问的是不同磁道上的不同编号的扇区，旋转调度总是让首先到达读写磁头位置下的扇区先进行传送操作。进程在20号柱面上的响应序列为②→④，或④→②。对于②和④可以任选一个进行读写，因为进程访问的是不同磁道上具有相同编号的扇区，旋转调度可以任选一个读写磁头位置下的扇区进行传送操作。
从上分析可以得出按照SCAN （扫描）调度算法的响应序列为⑦⑩①②④③⑨⑧⑤⑥。

9
若系统采用CSCAN （单向扫描）调度算法，在返程时是不响应用户请求的，因此系统的柱面响应序列为15→20→30→2→5→6→8。
可见，按照CSCAN （单向扫描）调度算法的响应序列为⑦⑩①②④③⑥⑤⑧⑨。

10
D访问一个数据块的时间应为寻道时间加旋转延迟时间及传输时间。根据题意，每块的旋转延迟时间及传输时间共需102ms，磁头从一个磁道移至另一个磁道需要10ms，但逻辑上相邻数据块的平均距离为10个磁道，即读完一个数据块到下一个数据块寻道时间需要100ms。通过上述分析，本题访问一个数据块的时间应为202ms，而读取一个100块的文件共需要20200ms。

11
C因为系统使用的是单缓冲区，且顺序处理9个记录，每个记录处理时间为3ms，加上读写时间，总的时间就超过3ms了。而磁盘旋转一圈的时间为27ms，也就是说，当系统读取第0个记录后，正在处理的过程中，磁盘已经旋过了第1个记录。那么，要读取第1个记录，就需要磁盘再次旋转到第1个记录（即磁盘旋转1圈后，27+3=30ms）。同理，要读取第2个记录时，也需要等30ms。这样，要读取后面8个记录，需要8×30=240ms，同时加上处理第0个记录的时间（3ms）和处理第8个记录的时间（3ms），共需246ms。

12
B对于第二种情况，若对信息进行分布优化的结果如下所示:
从上表可以看出，当读出记录R1并处理结束后，磁头刚好转至R2记录的开始处，立即就可以读出并处理，因此处理9个记录的总时间为：
9X （3ms （读记录）+3ms （处理记录））=9X6ms=54ms

13
因为先来先服务是谁先请求先满足谁的请求，而最短寻找时间优先是根据当前磁臂到要请求访问磁道的距离，谁短满足谁的请求，故先来先服务和最短寻找时间优先算法可能会随时改变移动臂的运动方向。