### 计算机操作系统知识点解析
#### 一、操作系统引论
**1. 设计现代OS的主要目标**
设计现代操作系统的四个主要目标包括方便性、有效性、可扩充性和开放性。
- **方便性**：指的是操作系统应该易于使用，提供友好的用户界面，使用户能够方便地访问和使用计算机资源。
- **有效性**：要求操作系统能够高效地利用计算机资源，提高系统的整体性能。
- **可扩充性**：操作系统应该能够适应硬件的发展和技术的进步，以便于添加新的功能和服务。
- **开放性**：操作系统需要支持多种标准和协议，以便与其他系统和应用程序进行互操作。
**2. OS的作用表现**
操作系统的三个重要作用分别为：
- **作为用户与计算机硬件系统之间的接口**：提供图形用户界面或者命令行界面，让用户能够更直观地与硬件交互。
- **作为计算机系统资源的管理者**：负责分配和管理处理器时间、内存空间、外部设备等资源。
- **实现了对计算机资源的抽象**：通过将复杂的底层硬件资源抽象化，为用户提供更简单易用的接口。
**7. 实现分时系统的关键问题及解决方案**
- **关键问题**：分时系统需要确保用户可以在终端上实时输入命令，并得到及时响应。
- **解决方案**：
- 设置一个多路卡来同时接收来自多个终端的输入。
- 为每个终端分配缓冲区存储用户输入的命令。
- 将所有用户作业直接加载到内存中，并为每个作业分配一个时间片。
- 在每个时间片内，只允许一个作业运行，确保所有作业都能在一个合理的时间间隔内得到处理。
**12. 分时系统与实时系统的比较**
- **交互性**：分时系统具有较强的交互能力，而实时系统的交互能力相对较弱。
- **及时性**：实时系统的及时性更高，因为它需要满足严格的响应时间要求。
- **可靠性**：实时系统对可靠性的要求高于分时系统，特别是在安全相关的应用中尤为重要。
**13. 操作系统的特征及其最基本特征**
- **特征**：并发性、共享性、虚拟性、异步性。
- **最基本特征**：并发性和共享性，其中并发性是最核心的特征之一。
**18. 操作系统的异步性特征原因**
在多道程序环境下，进程并发执行时，由于资源分配和使用上的不确定性，导致进程的执行呈现出“走走停停”的特点，这种不确定性和非线性执行使得进程的执行顺序难以预测，这就是操作系统的异步性特征。
#### 二、进程管理
**2. 前趋图示例**
对于以下四条语句构建的前趋图如下：
```
S1: a := x + y;
S2: b := z + 1;
S3: c := a - b;
S4: w := c + 1;
```
前趋图如下所示：
```
S1
|
V
S3
/ | \
/ | \
/ V \
S4 | S4
\ | /
\ | /
S4
```
**3. 程序并发执行产生间断性的原因**
程序并发执行时，多个进程共享资源并相互合作，这导致了进程间的相互制约关系，从而使得进程执行呈现间断性。
**4. 程序并发执行失去封闭性和可再现性的原因**
在并发环境中，多个程序共享系统资源，资源的状态可能被任意程序改变，导致程序运行失去封闭性，进而影响可再现性。
**5. 引入进程概念的原因及其影响**
- **原因**：为了使程序能够在多道程序环境下并发执行，并对这些程序进行控制和描述。
- **影响**：引入进程概念后，使得程序能够并发执行，提高了系统的资源利用率和效率。
**6. 进程与程序的比较**
- **动态性**：进程有生命期，而程序只是静态指令集。
- **并发性**：进程可以与其他进程并发执行，而程序本身不具备并发性。
- **独立性**：进程是独立运行的基本单位，程序依赖于进程来运行。
**7. PCB的作用及其作为进程存在标志的原因**
- **PCB的作用**：PCB记录了描述和控制进程所需的所有信息，它是进程实体的一部分，是操作系统管理和调度进程的基础。
- **作为进程存在标志的原因**：操作系统通过PCB感知进程的存在，没有PCB，操作系统就无法识别和管理进程。
**8. 进程状态转换的典型原因**
- **就绪状态到执行状态**：当进程调度器为处于就绪状态的进程分配处理器时，进程变为执行状态。
- **执行状态到阻塞状态**：当前进程因某些事件（如请求外部资源）无法继续执行时，会从执行状态转变为阻塞状态。
- **执行状态到就绪状态**：当进程执行完其时间片或者主动放弃处理器时，会从执行状态转变为就绪状态，等待下一次调度。
