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操作系统考研辅导大纲解析,主讲教师：燕孝飞 2011-06,考查目标,计算机学科专业基础综合考试涵盖数据机构、计算机组成原理、操作系统和计算机网络等学科专业基础课程。要求考生比较系统地掌握上述专业基础课程的概念、基本原理和方法，能够运用所学的基本原理和基本方法分析、判断和解决有关理论问题和实际问题。,考试形式和试卷结构,一、试卷满分及考试时间 本试卷满分为150分，考试时间为180分钟 二、答题方式 答题方式为闭卷、笔试 三、试卷内容结构 数据结构 45分 计算机组成原理 45分 操作系统 35分 计算机网络 25分 四、试卷题型结构 单项选择题 80分（40小题，每小题2分） 综合应用题 70分,操作系统,【考查目标】 了解操作系统在计算机系统中的作用、地位、发展和特点。 理解操作系统的基本概念、原理，掌握操作系统设计方法与实现技术。 能够运用所学的操作系统原理、方法与技术分析问题和解决问题。,一、操作系统概述 (一)操作系统的概念、特征、功能和提供的服务 1.O的概念 操作系统（Operating System，简称OS）是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。 .S的特征 并发性、共享性、虚拟性、异步性 3.OS的功能 处理机管理 存储器管理 设备管理 文件管理 用户接口,4.OS提供的服务 1）程序执行 2） I/O操作 3）文件系统操作 4）通信 5）错误检测 6）资源分配 7）统计 8）保护,(二)操作系统的发展与分类 1.OS的发展 1）无操作系统 2）单道批处理系统 3）多道批处理系统 4）分时系统 5）实时系统,2.OS的分类 从不同角度可以不同的分类。 1）按照计算机硬件的结构和规模可分为大型机OS、中型机OS、小型机OS、微型机OS、网络OS、嵌入式OS。 2）按照系统所能同时响应的用户和任务个数分为：单用户单任务OS、单用户多任务OS、多用户多任务OS。 3）按照系统处理任务的方式分为三种基本类型：多道批处理、分时、实时OS。,(三)操作系统的运行环境 操作系统的运行环境主要包括系统的硬件环境和由其他的系统软件组成的软件环境，以及操作系统和使用它的人之间的关系。 详细内容,二、进程管理 (一)进程与线程 1. 进程概念 进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。 进程的特征：1) 结构特征 2) 动态性 3) 并发性 4) 独立性 5) 异步性 为什么要引入进程？ 进程实体包括都包括什么？ 程序顺序执行和并发执行及其特征,2.进程的状态与转换 进程的基本状态及其状态转换的原因和事件,3.进程控制 原语的概念 内核的概念 主要的进程控制原语 创建进程的过程 终止进程的过程,4.进程组织 进程控制块的作用：OS是根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理的。 进程控制块中的信息 PCB的组织方式：链接方式、索引方式,5.进程通信 什么是进程通信 高级通信、低级通信 共享存储系统； 消息传递系统：直接通信方式、间接通信方式，信箱 管道通信：管道文件、共享文件，字符流。,6.线程概念与多线程模型 线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，故又称为轻权进程，它由线程控制表、存储线程上下文的用户栈以及核心栈组成。 线程的属性：轻型实体、独立调度和分派的基本单位、可并发执行、共享进程资源。 线程和进程的比较 多线程模型：多对一、一对一、多对多,多对一模型映射多个用户线程到一个内核线程,一对一模型映射每个用户线程到一个内核线程,多对多模型允许多个用户线程映射到多个内核线程 详细内容,（二）处理机调度 1.调度的基本概念 调度和调用的区别 调度类型 调度队列模型,2.调度时机、切换与过程 调度时机： 1）在分时系统中，现行进程的时间片用完了。 2）发生了外部中断。 3）进程因等待某事件或资源而阻塞。 4）现行进程运行结束或出现异常情况。 切换与过程： 1）保存“下降“进程现场（被中断执行的进程） 2）选择将要运行的进程-”上升“进程 3）恢复”上升“过程的现场。,3.调度的基本准则 选择调度算法和调度方式的准则： 面向用户的准则（周转时间、响应时间、截止时间、优先权） 面向系统的准则,4.调度方式 抢占式调度 非抢占式调度,5.典型调度算法 先来先服务调度算法；短作业（短进程、短线程）优先调度算法；时间片轮转调度算法；优先级调度算法；高响应比优先调度算法；多级反馈队列调度算法。 了解实时调度算法,（三）进程同步 1. 进程同步的基本概念 同步 互斥 临界资源 临界区 同步机制应遵循的四个原则,2. 实现临界区互斥的基本方法 软件实现方法； 硬件实现方法。 详细,3. 信号量 信号量机制 信号量的含义 P、V操作的物理意义 信号量的应用：互斥、前趋图,4. 管程 什么是管程 管程解决生产者-消费者问题,5.经典同步问题 生产者-消费者问题；读者-写者问题；哲学家进餐问题。,(四)死锁 1. 死锁的概念 什么是死锁 死锁产生的原因 产生死锁的四个必要条件,2.死锁处理策略 预防死锁 避免死锁 检测死锁 解除死锁,3. 死锁预防 破坏四个必要条件，其中第一个不可行。 静态分配策略 有序分配策略,4.死锁避免 系统安全状态 银行家算法,5. 死锁检测和解除 死锁定理 解除的方法,三、内存管理 (一) 内存管理基础 1.内存管理概念 程序装入与链接； 逻辑地址与物理地址空间； 重定位（动态、静态） 内存保护：p15。,2. 交换与覆盖 交换：对换,3.连续分配管理方式 单一连续分配； 分区分配（固定分区、动态分区分配、可重定位分区分配）。 分区分配算法 紧凑,4.非连续分配管理方式 分页管理方式； 分段管理方式； 段页式管理方式。 分页分段的区别,(二)虚拟内存管理 1.虚拟内存基本概念 局部性原理 虚存的定义 虚存的特征,2.请求分页管理方式 页表机制 缺页中断 地址变换机构,3.页面置换算法 最佳置换算法（OPT）；先进先出置换算法（FIFO）；最近最少使用置换算法（LRU）；时钟置换算法（CLOCK）。,4.页面分配策略 内存分配策略和分配算法,5.抖动 抖动现象； 工作集,6.请求分段管理方式 段表机制 缺段中断 地址变换机构,7.请求段页式管理方式,四、文件管理 (一)文件系统基础 1. 文件概念 文件的定义 文件的类型,2. 文件结构 逻辑结构：有结构、无结构、顺序文件；索引文件；索引顺序文件。 物理结构：连续分配、链接分配、索引分配 文件存储空间（外存空间）分配算法,3. 目录结构 目录管理的要求 文件控制块和索引节点； 单级目录结构和两级目录结构；树形目录结构；图形目录结构。,4. 文件共享 共享动机：如果不实现文件共享，会造成对存储空间的极大浪费。 共享方式：基于索引结点的共享方式、利用符号链实现文件共享 共享语义：即共享文件的语义，一致性语义，它描述了多用户同时访问共享文件时的语义。特别地，这些语义规定了一个用户所修改的数据何时对另外一个用户可见。这种语义通常由文件系统的代码来实现的。,5. 文件保护 访问类型；读、写、执行、添加、删除、列表清单 访问控制：访问控制矩阵 访问控制列表,(二)文件系统实现 1. 文件系统层次结构 文件系统模型分为三个层次：,2. 目录实现 按名存取,3. 文件实现 文件的物理结构,(三）磁盘组织与管理 1. 磁盘的结构 磁盘的数据组织形式 磁盘的类型 磁盘访问时间 P359,2. 磁盘调度算法 FCFS SSTF SCAN CSCAN N-step-SCAN FSCAN,3. 磁盘的管理 磁盘格式化 引导块 坏块,五、输入输出（I/O）管理 (一) I/O管理概述 1. I/O设备 I/O设备的类型 设备控制器的组成,2. I/O管理目标 任务,3. I/O管理功能 设备分配 设备处理 缓冲管理,4. I/O应用接口 块与字符设备接口 网络设备接口,5. I/O控制方式 程序 中断 DMA 通道,(二)I/O核心子系统 1. I/O调度概念,2.高速缓存与缓冲区 区分缓冲和高速缓存 引入缓冲的原因 缓冲的类型,3. 设备分配与回收 设备分配的过程,4. 假脱机技术（SPOOLing） 什么是SPOOLing SPOOLing的组成 SPOOLing的特点,5. 出错处理,