先附上一个原版的课后习题答案的链接。
课后习题答案
1.1 什么是操作系统
操作系统：他的任务是为应用程序提供一个更好、更简单、更清晰的计算机模型，并管理贮存、磁盘等所有设备。
计算机系统总的来说分为软件和硬件，如下图所示。多数计算机有两种运行模式：内核态和用户态。软件中最基础的部分是操作系统， 它运行在内核态。操作系统具有对所有硬件的完全访问权限，可以执行机器能够运行的任何指令。 软件的其余部分运行在用户态，只能使用部分机器指令。特别指出，那些会影响机器的控制或可进行I/O操作的指令，在用户态中的程序是禁止的。 无法直接运行指令，则只能通过操作系统提供的接口来达到目的。
操作系统由硬件进行保护，防止用户试图对其进行修改。
大家都操作过Windows、Linux等操作系统，感觉这是不是就是操作系统？ 这些与用户交互的程序，实际上并不是操作系统的一部分，经它们使用操作系统来完成工作，基于图标的称为图形用户界面（GUI, Graphical User Interface）,我们所用的Windows就是这种，可以看到各种图标； 基于文本的则通常称为shell， 比如我们在Windows中使用cmd命令， 或者在Ubuntu中是Xshell等软件程序。
操作系统和普通软件（用户态）之间的主要区别是：如果用户不喜欢某个特定的电子邮件阅读器，他可以自由选择另一个，或者自己写一个，但是不能自行写一个属于操作系统一部分的时钟中断程序。这个程序由硬件保护，防止用户试图对其进行修改。
不过，在嵌入式系统（没有内核态）或解释系统（如基于Java的操作系统，它采用解释方式，而非硬件方式区分组件）， 上述区分是比较模糊的。
操作系统是一种运行在内核态的软件，但这个说法并不总符合事实， 不过操作系统概括起来主要有两个作用：
- 为应用程序提供一个资源集的清晰抽象
- 管理硬件资源
自顶向下看：操作系统为应用程序提供基本抽象，从而使应用程序在此基础上可以组合功能。
自底向上看：操作系统用来管理复杂系统的各个部分，对资源的请求进行分配，调节不同程序见相互冲突的资源请求。其中， 资源的管理有两种不同方式实现多路复用（共享）资源：时间上复用和空间上复用：
时间上复用：当一种资源在时间上复用时，就是不同程序或者用户轮流使用它，大家排队使用。CPU就是这种操作， 一个位置，大家轮流坐
空间上复用：每个程序都得到资源的一部分，从而取代了客户排队。这就是多个位置，一人坐一个。内存就是这样分配。
1.2 操作系统的历史
第一代：真空管和穿孔卡片
第二代：晶体管和批处理系统
第三代：集成电路和多道程序设计
第四代：个人计算机（大规模集成电路）
第五代：移动计算机（手机、平板等）
1.3 计算机硬件简介
1.3.1处理器
先附图，所有设备都是通过总线连接的：
计算机的大脑是cpu 。 从内存中取出指令并执行。
在每个cpu基本周期中，首先从内存中取出指令，解码以确定其类型和操作数，接着执行之，然后取值、解码并执行下一条质量，按照这一方式程序被执行完成。
每个CPU都一套可执行的专门指令集。所以x86不能执行ARM程序，ARM处理器也不能执行x86程序。
CPU内部有一些用来保存关键变量和临时数据的通用寄存器、还有一些专用寄存器，如程序计数器（PC），它保存了将要取出的下一条指令的内存地址，在指令取出之后，程序技术器就被更新以便指向后继的指令。
堆栈指针（指向当前内存中栈顶位置）、程序状态字寄存器（ PSW， 包含了条件码位、CPU优先级、内核态/用户态以及其它控制位）。
许多现代CPU通常可以同时取出多条指令。CPU取出指令执行的机制，是通过内部的取指单元、解码单元、执行单元三部分完成。当CPU执行指令n时，还可以对指令n+1解码，并读取指令n+2。这样，当执行完指令n后，无需等待，就可以直接执行n+1，然后n+2，这样的机制，称为流水线（pipeline）
intel和AMD的不同CPU设计：
1.3.2 存储器
典型的存储层次结构及其一个大概的访问时间如下：
存储系统的顶层是CPU中的寄存器，它用和CPU一样的材料制成，和CPU一样快，访问没有时延。其典型的存储容量：32位CPU为32x32位，在64位CPU中为64x64位。程序必须在软件中自行管理这些寄存器。
下一层是高速缓存，他多数由硬件控制。CPU读取数据时，高速缓存硬件检查所需要的高速缓存行是否在高速缓存中，如果是，则称为高速缓存命中。提升高速缓存命中有利于提升效率。
再下一层是主存，这是存储器系统的主力，主存通常称为随机访问存储器（RAM），过去又是称之为磁芯存储器。除了主存之外，许多计算机已经在使用少量的非易失性随即访问存储器，只读存储器（ROM）在工厂中就被编程完毕，然后再也不能被修改。
EEPROM（电可擦除可编程ROM）和闪存也是非易失性的，但是和ROM相反，他们可以擦除和重写。
下一个层次是磁盘，磁盘同RAM相比，每个二进制位的成本低两个数量级以上，所以容量大且便宜，但是读取速度低。
在任意一个给定臂的位置，每个磁头可以读取一段环形区域，称为磁道。把一个给定
臂的位置上所有磁道合并起来，组成了一个柱面。
1.3.4 I/O设备：
I/O设备就是输入输出设备，比如键盘、鼠标、打印机、硬盘灯。I/O设备一般包含两部分：设备控制器和i/o设备本身。控制器是插在电路板上的一块或一组芯片。
每一类设备控制器都是不同的，需要不同的软件进行控制，专门与控制器对话，发出命令并接收响应的软件，叫做设备驱动程序（device driver）.
实现输入输出有三种方式。
第一种，用户程序发出一个系统调用，内核将其翻译成一个对应设备驱动程序的过程调用，然后设备驱动程序启动I/O并在一个连续不断的循环中检查该设备，看该设备是否完成了工作。当I/O结束后，设备驱动程序把数据送到指定的地方，并返回，然后操作系统将控制返回给调用者。这种方式称为忙等待。缺点：占据CPU一直等待I/O的数据，直CPU一直轮询设备知道对应的IO操作完成。
第二种是通过中断机制，设备驱动程序启动设备并且让该设备在操作完成时发出一个中断。需要I/O时，先让I/O设备执行对应操作，这个时候CPU不需要等待，继续做其他事情，如果I/O执行完，拿到数据了，这个时候由中断控制器对CPU发起一个中断，处理这个I/O得到的数据。大白话就是先让CPU处理其他事情，当得到I/O数据后，告诉CPU，你先停一下现在手头上的事儿，你刚刚要的数据准备好了，现在给你，你处理下。
第三种，使用直接存储器访问芯片(DMA,Direct Memory Access)，可以控制内存和某些控制器之间的的位流，DMA得到数据时，也会对CPU发起中断。
1.3.5 总线
总线就是CPU连接其他设备的线，各种设备间的数据传输通过总线完成。刚开始那张示例图已经展示了，现在再来张总线的示例图：
1.3.6 启动计算机（的过程）
通电后，系统首先启动BIOS里面的程序， BIOS全称基本输入输出系统（Basic Input Output System）, 内部包含一些基本的参数设置，以及接下来要启动的程序，从而把系统启动起来。
1.4 操作系统大观园（各种操作系统）
操作系统有很多，主要有：大型机操作系统、服务器操作系统、多处理器操作系统、个人计算机操作系统、掌上计算机操作系统、嵌入式操作系统、传感器节点操作系统、实时操作系统、智能卡操作系统。
1.5 操作系统概念
操作系统中有很多基本概念和抽象，它们是需要理解的核心内容，主要有：进程、地址空间、文件、I/O（输入输出）、保护、shell.
1.5.1 进程
**进程：进程的本质是正在执行的一个程序。可以简单理解一个进程就是一个程序，但有时，一个程序包含多个进程。**进程是容纳运行一个程序所需要所有信息的容器。
与每一个进程相关的是地址空间，在这个地址空间中，进程可以读写，该地址空间中存放有可执行程序、程序的数据以及程序的堆栈。
与进程相关的还有资源集，通常包含：寄存器（程序计数器和堆栈指针）、打开文件的清单、突出的警报、有关进程的清单以及程序需要的其他信息。
在许多操作系统中，与一个进程有关的所有信息，除了该进程自身地址空间的内容以外，均存放在操作系统的一张表中，称为进程表，进程表是数据或链表结构，当前存在的每个进程都要占用其中一项。
一个（挂起的 ）进程：进程的地址空间以及对应的进程表项。
1.5.2 地址空间
地址空间（Address Space）是指在计算机系统中，每个进程可用的内存地址的范围或集合。在操作系统中，每个进程都有其自己的地址空间，这个地址空间是分配给进程使用的内存空间。
1.5.3 文件
文件这个概念的抽象是为了描述数据的集合，这个比较好理解。
1.5.4 I/O（输入输出）
主要是指输入输出设备，通过这些设备来输入或输出数据， 比如键盘、打印机等。键盘输入字母，就可以在硬盘或者其他位置输出文字。
1.5.5 保护
计算机有大量信息，用户希望对其进行保护。对一个文件来说，通常有三种状态，可读（只能读取，不可修改），可写（只能写入，不可读出），可读可写。
