### 操作系统(汤子瀛)课后习题答案解析
#### 1. 设计现代OS的主要目标
现代操作系统的设计目标主要包括以下四个方面：
- **方便性**：使得计算机系统易于使用，用户能够轻松地与系统交互。
- **有效性**：高效地利用系统资源，如处理器、内存等，以提升整体性能。
- **可扩充性**：能够随着技术的发展和需求的变化进行扩展，以适应新的应用和服务。
- **开放性**：具备良好的兼容性和可移植性，使得系统可以在不同的硬件平台上运行。
#### 2. OS的作用
操作系统在计算机系统中扮演着至关重要的角色，具体可以从以下几个方面理解：
- **作为用户与硬件之间的接口**：操作系统提供了一套用户友好的界面，如图形用户界面(GUI)或命令行界面(CLI)，使得用户可以通过简单的命令或点击操作来使用计算机。
- **作为系统资源的管理者**：操作系统负责管理和调度系统资源，包括但不限于处理器、内存、输入/输出设备、数据和程序等。
- **作为扩充机器**：通过提供高级功能和服务，操作系统可以被看作是对硬件基础的一种扩充，增加了更多功能和便利性。
#### 3. 推动多道批处理系统形成和发展的主要动力
多道批处理系统的形成和发展主要是为了应对以下需求：
- 提高**计算机资源利用率**：通过同时处理多个任务，最大化利用系统资源。
- 增加**系统吞吐量**：单位时间内处理的任务数量，提高系统的整体效率。
#### 4. 脱机I/O与联机I/O的区别
- **脱机I/O**：旨在解决人机矛盾以及CPU与I/O设备之间的速度不匹配问题。例如，使用外围机将用户程序和数据预先从低速设备输入到磁带上，然后再由CPU从磁带高速读取到内存中，以减少CPU等待时间。
- **联机I/O**：输入输出操作直接在主机控制下进行，通常用于实时交互或高速数据处理。
#### 5. 分时系统形成和发展的主要动力
分时系统的发展主要是为了满足用户的交互需求，包括但不限于：
- **更好的人机交互**：用户可以直接与系统交互，而无需长时间等待。
- **资源共享**：多个用户可以同时共享同一台主机。
- **用户上机便捷性**：简化用户上机流程，提高使用效率。
#### 6. 实时任务与实时系统的类型
- **实时任务**：根据执行特性，可以分为周期性实时任务和非周期性实时任务；按照对截止时间的要求，则分为硬实时任务和软实时任务。
- **实时系统**：主要分为实时控制系统和实时信息处理系统。前者主要用于工业控制等领域，后者则应用于数据处理、金融交易等场景。
#### 7. 实现多道程序应解决的问题
实现多道程序化涉及以下几个关键问题：
- **处理机管理**：如何合理分配处理器时间，实现多任务之间的切换。
- **内存管理**：为每个程序分配合适的内存空间，并确保数据安全。
- **I/O设备管理**：协调多道程序对输入输出设备的访问。
- **文件管理**：组织和管理文件系统，支持数据持久存储。
- **作业管理**：调度和控制作业的执行顺序。
#### 8. 单道与多道批处理系统的对比
- **单道批处理系统**：具有自动性、顺序性和单道性特点，但资源利用率较低。
- **多道批处理系统**：资源利用率高，系统吞吐量大，但平均周转时间较长且缺乏交互能力。
#### 9. 实现分时系统的关键问题及其解决方案
- **关键问题**：及时接收和及时处理用户请求。
- **解决方案**：采用多路复用技术接收用户输入，并确保所有用户作业都能得到及时响应。
#### 10. 引入实时操作系统的原因
引入实时操作系统是为了满足实时控制和信息处理领域对系统响应时间和精度的严格要求。
#### 11. 操作系统的四大特征
- **并发**：多个任务可以同时运行。
- **共享**：资源可以被多个任务共同使用。
- **虚拟**：通过分时等技术实现资源的虚拟化。
- **异步性**：不同任务的执行速度不同，彼此独立运行。
其中，**并发**和**共享**是最基本的特征。
#### 12. 内存管理的主要功能
- **内存分配**：静态分配和动态分配两种方式。
- **内存保护**：防止程序访问不属于自己的内存空间。
- **地址映射**：将逻辑地址转换为物理地址。
- **内存扩充**：通过虚拟存储技术增加可用内存。
内存管理的主要任务在于合理分配内存资源，确保程序运行时的安全性和效率。
