操作系统大纲.docx

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操作系统大纲

操作系统考试大纲

一、课程的性质及其设置目的

1、课程的性质与特点

操作系统导论是计算机科学及相关专业的一门专业基础课。

操作系统研究如何提高计算机系统资源的利用率，以及如何更方便用户使用计算机系统的问题和解决方法。

通过本课程的学习，使学生了解和掌握基本操作系统的基本原理和基本方法，学会在计算机应用系统开发选择适当的操作系统和软件环境，并初步掌握操作系统的设计与分析技术。

2、基本要求

本课程的考试对应考者进行以下水平测试：

（1）对操作系统中基本概念的识记、理解能力；

（2）对操作系统基本类型的理解能力；

（3）对操作系统基本功能和问题的理解水平；

（4）对操作系统各类基本算法的掌握水平；

（5）对操作系统基本操作和应用的掌握水平；

（6）对操作系统结构和设计方法的掌握水平；

二、课程内容和考核目标

第一部分总论

第一章简介

本章介绍了操作系统的基本概念、发展历史、基本功能和结构、基本类型。

1、知识点

（1）基本概念：

计算机系统、硬件系统、软件系统、操作系统、监控程序、批处理系统、分时系统、实时系统、时间片、多道程序设计、SPOOLing、用户接口等。

（2）计算机系统的层次结构。

（3）操作系统的形成与发展。

（4）操作系统的分类。

（5）操作系统的功能。

2、考核要求

（1）熟悉本章中各种基本概念和术语。

（2）理解操作系统的定义、分类方法和功能。

第二章计算机系统结构

本章介绍了计算机系统结构、硬件环境、硬件保护方法，着重介绍了输入输出过程和存储结构的层次。

1、知识点

（1）基本概念：

硬件系统、软件系统、中断、命令、中断处理、断点、外围设备、输入、输出、主存、辅存、缓存、管态、目态、特权指令、用户接口、系统调用、计算机网络、等。

（2）对中断处理的基本过程描述。

（3）对基于中断的输入过程描述。

（4）对CPU执行指令的过程描述。

（5）设置管态\目态的作用解释。

（6）基于基址寄存器和限长寄存器的存储保护原理。

2、考核要求

（1）理解计算机系统的层次结构。

（2）理解中断处理过程。

（3）理解输入\输出过程。

（4）掌握地址变换与存储保护原理。

（5）理解缓存的作用及多级缓存的一致性问题。

第三章操作系统结构

本章介绍了操作系统组成、功能、服务、结构、设计与实现问题，着重介绍了系统调用原理和操作系统结构发展过程。

1、知识点

（1）基本概念：

系统调用、消息、分层结构、内核、微内核、虚拟机、移植、通信等。

（2）对消息传递通信的基本过程描述。

（3）对层次结构的描述。

（4）对微内核结构的描述。

（4）对虚拟机的描述。

（5）操作系统设计目标。

（6）策略与机制分离原理。

2、考核要求

（1）理解操作系统的层次结构。

（2）理解操作系统的微内核结构。

（3）理解消息传递通信过程。

（4）掌握策略与机制分离原理。

第二部分进程管理

第四章进程

本章介绍了进程概念、表示、状态与转移、进程控制、进程通信、线程、进程调度。

1．知识点

（1）基本概念：

多道程序设计、进程、代码段、数据段、栈、程序计数器、进程状态、就绪状态、运行状态、阻塞状态、进程控制块、就绪队列、阻塞队列、可再入程序、线程、上下文切换、进程派生、父进程、子进程、进程家族树、socket、远程过程调用、进程调度、长程调度、中程调度、短程调度等。

（2）多道程序设计原理。

（3）进程概念。

（4）进程状态。

（5）进程控制块。

（6）进程队列。

（7）可再入程序。

（8）进程通信。

（11）进程调度

2．考核要求

（1）理解基本概念。

（2）理解多道程序设计原理。

（3）理解进程概念与程序的关系。

（4）掌握进程三种基本状态的关系。

（5）理解进程控制块的组成与作用。

（6）掌握进程队列的组织方法。

（7）理解进程上下文切换的过程。

（8）掌握进程创建的方法。

（9）理解进程通信的本质。

（10）掌握消息传递系统的原理。

（11）掌握C/S系统中远程进程通信的socket方法。

（12）理解RPC的原理。

第五章线程

本章介绍了线程概念及模型。

1、知识点

（1）基本概念：

LWP、多线程、用户级线程、内核级线程、多对一模型、一对一模型、多对多模型、Pthreads、线程创建、线程通信、线程调度等。

（2）多线程技术。

（3）多线程的优点。

（4）多对一模型的特点。

（5）一对一模型的特点。

（6）多对多模型的特点。

（5）可变分区管理。

（6）简单的Pthreads线程库的应用。

（7）Pthreads线程库实现多线程应用。

2、考核要求

（1）掌握基本概念。

（2）理解线程与进程的联系与区别。

（3）掌握多线程技术编程。

（4）掌握多线程技术优于多进程技术的条件。

（5）掌握用户级线程技术。

（6）理解各种线程模型。

第六章CPU调度

本章介绍了CPU调度的基本概念与算法。

1、知识点

（1）基本概念：

CPU峰周期、I/O峰周期、非剥夺式/剥夺式调度、分派器、吞吐量、周转时间、等待时间、响应时间、优先级、时间片、调度算法等。

（2）CPU峰周期与I/O峰周期交替出现的过程描述。

（3）FIFO算法。

（4）SJF算法（非剥夺式/剥夺式）。

（5）CPU峰周期的指数平滑方法。

（6）优先级调度。

（7）RR调度。

（8）多级队列调度的描述。

（9）多级反馈队列调度的描述。

2、考核要求

（1）掌握基本概念。

（2）理解CPU峰周期与I/O峰周期交替出现的原因。

（3）掌握各种调度算法。

第七章进程同步

本章介绍了进程同步的概念与相关方法，包括竞态、临界区互斥、进程协作。

1、知识点

（1）基本概念：

竞态、临界区、TS指令、SWAP指令、信号量、忙等待、生产者-消费者模型、管程、死锁、饥饿、原子操作等。

（2）竞态的发生过程与条件。

（3）互斥机制的基本要求。

（4）软件实现互斥的方法描述。

（5）用TS或SWAP指令实现互斥的方法。

（6）忙等待信号量的相关操作描述。

（7）实现阻塞型信号量的结构及相关操作描述。

（8）用信号量实现生产者-消费者问题。

（9）用信号量实现读者-写者问题。

（10）用信号量互斥问题。

（11）管程的封装思想与实现。

2、考核要求

（1）掌握基本概念。

（2）理解竞态的发生过程与条件。

（3）理解互斥机制的基本要求。

（4）掌握软件实现互斥的方法。

（5）掌握用TS或SWAP指令实现互斥的方法。

（6）掌握忙等待信号量的相关操作描述。

（7）掌握实现阻塞型信号量的结构及相关操作描述。

（8）掌握用信号量实现进程同步的方法。

（9）掌握用信号量解决经典进程同步问题。

（10）理解管程的封装思想与实现。

第八章死锁

本章介绍了死锁的概念与相关方法，包括死锁模型、死锁的必要条件、死锁的预防与避免等。

1、知识点

（1）基本概念：

死锁、资源分配图、分配边/请求边、安全序列、安全状态、银行家算法等。

（2）死锁的基本模型。

（3）死锁发生的过程和后果。

（4）用资源分配图描述系统资源分配状态。

（5）用资源按序分配防止死锁。

（5）用资源分配图发现死锁。

（6）判断系统资源分配是否安全的方法。

（7）银行家算法的思想与描述。

（8）应用银行家算法。

2、考核要求

（1）掌握基本概念。

（2）理解死锁的基本模型。

（3）掌握分析死锁发生的过程。

（4）掌握用资源分配图描述系统资源分配状态。

（5）掌握用资源按序分配防止死锁。

（5）掌握用资源分配图发现死锁。

（6）掌握判断系统资源分配是否安全的方法。

（7）理解银行家算法的思想与描述。

（8）掌握银行家算法的应用。

第三部分存储管理

第九章存储管理

本章介绍了存储管理的基本功能与方法，包括存储保护、地址转换及主存空间的分配和回收方法和相关的数据结构，重点介绍了分区管理、页式管理、段式管理和段页式管理。

1、知识点

（1）基本概念：

地址、地址空间、逻辑地址、物理地址、地址挷定、动态加载、动态链接、覆盖、交换、碎片、分区表、页表、页面、段表等。

（2）存储管理功能。

（3）地址挷定（重定位）。

（4）固定分区管理。

（5）可变分区管理。

（6）页式管理。

（7）段式管理。

（8）虚拟存储器。

2、考核要求

（1）掌握基本概念。

（2）理解重定位的方法和硬件要求。

（3）掌握固定分区管理的原理和存储保护方法。

（4）掌握可变分区管理的分配和回收过程、三种分配算法和重定位移动技术。

（5）掌握页式管理中的分页和分块方法、多级页表结构、地址转换过程，分配和回收方法。

（6）掌握段的定义、段式逻辑地址结构、段表结构与作用和地址转换过程。

第十章虚拟存储

本章介绍了虚拟存储管理的基本功能与方法，包括虚拟存储器概念、请求分页方法和工作集理论等。

1、知识点

（1）基本概念：

虚拟存储器、缺页中断、访问串、内存映像文件、页置换、belady异常、抖动、程序局部性、工作集窗口、工作集、缺页率

（2）虚拟存储的硬件组成。

（3）请求分面数据结构。

（4）地址变换过程。

（5）缺页中断的处理过程。

（6）基于缺页率的性能分析。

（7）FIFO页面置换算法。

（8）最佳页面置换算法。

（9）LRU页面置换算法及各种近似实现。

（10）程序局部性与工作集模型描述。

2、考核要求

（1）掌握基本概念。

（2）理解虚拟存储的硬件组成原理。

（3）掌握请求分面数据结构。

（4）掌握地址变换过程。

（5）掌握缺页中断的处理过程。

（6）掌握基于缺页率的性能分析。

（7）掌握FIFO页面置换算法。

（8）掌握最佳页面置换算法。

（9）掌握LRU页面置换算法及各种近似实现。

（7）理解程序局部性、工作集模型。

第三部分文件管理

第十一章文件系统接口

本章介绍了文件系统的功能和接口，包括文件概念、文件操作、文件目录、文件保护、文件共享等。

1、知识点

（1）基本概念：

文件、文件名、文件控制块、目录、树型目录、键、记录、存取权限等。

（2）文件系统功能。

（3）文件操作、文件打开过程。

（4）文件目录及组织结构、目录搜索效率分析。

（5）文件共享方法。

（6）文件保护。

2、考核要求

（1）理解基本概念。

（2）理解文件功能。

（3）掌握文件操作过程。

（4）掌握目录结构与内容、目录结构与文件存取的影响、树型目录的组织方法。

（5）掌握文件共享的方法。

（6）掌握文件保护的方法。

第十二章文件系统实现

本章介绍了文件系统的实现技术，包括文件系统结构与组成、虚拟文件系统、文件目录实现、文件组织与存储分配、外存管理、文件系统恢复技术、NFS等。

1、知识点

（2）基本概念：

逻辑文件系统、文件控制块、引导块、分区表块、超级块、主文件表、根分区、i-结点、系统级打开文件表、文件名柄、虚拟文件系统、hash表、FAT表、索引块、直接块、间接块、位示图、磁盘缓存、事务、日志等。

（2）文件系统分层结构描述。

（3）文件系统盘结构。

（4）活动文件表的组织结构与作用。

（5）多分区中文件系统的装载描述与访问。

（6）虚拟文件系统层次结构。

（7）文件目录的链式实现。

（8）各种文件存储空间组织方法。

（9）Unix文件i-node结构与文件组织方法。

（10）各种外存空闲存储空间组织方法。

（11）成组与分解操作。

（12）文件系统一致性。

（13）日志文件系统的恢复技术。

2、考核要求

（1）理解基本概念。

（2）理解文件系统分层结构。

（3）掌握一种文件系统盘结构描述。

（4）理解活动文件表的组织结构与作用。

（5）理解多分区中文件系统的装载描述与访问。

（6）理解虚拟文件系统层次结构。

（7）掌握文件目录的链式实现。

（8）掌握各种文件存储空间组织方法。

（9）掌握Unix文件i-node结构与文件组织方法。

（10）掌握各种外存空闲存储空间组织方法。

（11）理解成组与分解操作。

（12）理解文件系统一致性。

（13）理解日志文件系统的恢复技术。

第四部分设备管理

第十三章I/O系统

本章介绍了设备管理的基本功能和方法，包括设备分配、磁盘调度、设备驱动和虚拟设备等。

1、考核知识点

（1）基本概念：

字符设备、块设备、独占设备、设备绝对号、相对号、寻道时间、延迟时间、传送时间、通道、通道地址字、虚拟设备，SPOOLing系统、输入井等。

（2）独占设备的分配。

（3）设备独立性描述。

（4）磁盘驱动调度。

（5）外围设备的驱动。

（6）虚拟设备。

2、考核要求

（1）理解基本概念。

（2）掌握独占设备的分配方法。

（3）理解磁盘驱动调度的意义、移臂调度与旋转调度的区别、掌握各种调度算法。

（4）理解通道输入\输出的工作过程。

（5）理解实现虚拟设备的目的、硬件条件和实现原理，掌握SPOOLing系统的组成

三、有关说明与实施要求

1、教材和参考资料

教材：

（1）《操作系统概念》第六版，A.Silberschatz主编

（2）《计算机操作系统教程》，张尧学等编

2、考试方式

闭卷、笔试，时间为120分钟。

3、题型结构

（1）名词解释

（2）填空

（3）简答

（4）分析计算

（5）简单编程

四、题型举例

（1）名词解释题

例进程互斥。

（2）填空题

例计算机系统由和两个子系统组成。

。

（3）简答题

例现代操作系统为什么要采用多道程序设计技术？

（4）分析计算题

例设有两个优先级相同的进程P1、P2如下。

已知信号量S1、S2的初值为0，有三个共享的变量x,y,z，其中z初值为2，试问P1、P2并发运行结束后X、Y、Z的可能的值各为多少？

为什么？

进程P1的程序：

{y=1；z=y+2；V（S1）；z=y+x；P（S2）；y=z+x；}

进程P2的程序：

{x=1；y=z+2；P（S1）；x=y+z；V（S2）；z=x+y；}

（5）简单编程

例编写一个程序，实现一个进程在运行期间创建一个子进程,子进程输出一行文字后结束，父进程等待子进程结束后也输出一行文字并终止。