计算机操作系统期末复习指导

《计算机操作系统》期末复习指导计算机操作系统课是计算机科学与技术专业的一门专业必修课。通过学习使学员掌握计算机操作系统的设计基本原理及组成；计算机操作系统的基本概念和相关的新概念、名词及术语；了解计算机操作系统的发展特点和设计技巧和方法。主要内容包括：计算机操作系统概述、作业管理、文件管理、存储管理、输入输出设备管理、进程及处理机管理、操作系统结构及程序设计。该课程使用的教材为《计算机操作系统》，汤子瀛、哲凤屏、汤小丹编著，西安电子科技大学出版社出版。操作系统是计算机系统的基本组成部分，是整个计算机系统的基础和核心。《计算机操作系统》课程是理论性和实践性都较强的课程，具有概念多、较抽象、涉及面广。为帮助大家复习《操作系统》课程，下面按照教学大纲要求，对各章的重点、难点进行归纳、总结，给出解答问题的指导，供大家复习时参考。一、学习重点和教学要求第一章计算机操作系统概述1.学习重点(1)什么是操作系统，操作系统在软件层次中的地位；操作系统的作用1.操作系统是控制和管理计算机系统的硬件和软件资源、合理地组织工作流程以及方便用户的程序集合。2.操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充，是计算机系统软件的重要组成部分。3.从用户的观点，OS看作是用户与计算机硬件系统之间的借口；从资源管理的观点看，则可以吧OS视为计算机系统资源的管理者。另外，OS实现了对计算机资源的抽象，隐藏了对硬件造作的细节，使用户能更方便的使用机器。(2)操作系统的形成和五大类型(批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系和分布式操作系统)(3)操作系统的五大功能(作业管理、文件管理、存储管理、设备管理和处理机及进程管理(4)操作系统的属性：响应比、并发性(共行性)、信息的共享、保密与保护、可扩充性、可移植性、可读性、可“生成”性、可测试性、安全可靠性等(5)操作系统的“生成”、配置、设置和引导2．教学要求(1)牢固掌握操作系统的定义：计算机操作系统是方便用户、管理和控制计算机软、硬件资源的系统(或程序集合)；清楚地了解操作系统所处的地位：是裸机之上的第一层软件，是建立其他所有软件的基础。(2)牢固掌握操作系统目前有五大类型(批处理、分时、实时、网络和分布式)和五大主要功能：界面管理、文件管理、存储管理、设备管理、进程管理。(3)理解衡量操作系统优劣的属性：响应比、并发性(共行性)、信息的共享、保密与保护、可扩充性、可移植性、可读性、可“生成”性、可测试性、安全可靠性等。(4)研究操作系统面对用户的服务观点和系统内部的管理观点。即为用户提供方便而安全的工作环境，体现“用户至上”、“服务至上”的原则；内部管理采用中断、通道、串行、并发、并行和本地远地通信等分设的各种管理部门机构；里外协作分工组织，力争达到“多快好省”。(5)考虑到cpu与外部设备在速度方面的差异，采用硬通道、缓冲区、多种队列和多种调度算法，以“小步快跑”等策略管理和控制计算机资源，平衡协调为用户服务。(6)了解现代操作系统为用户提供的三种使用界面：命令界面、系统调用界面和图形界面。一般用户通过命令、图形方式控制，编程人员通过系统调用方式控制计算机。(7)初步了解如何认识和解剖操作系统。(8)了解操作系统(Dos、Windows、Unix、Linux)版本简况。第二章作业管理1.学习重点(1)概念和术语：作业、作业步、作业同步、作业流和作业类型。(2)作业管理的任务和功能。(3)作业输入方式：联机输入、脱机输入、直接藕合、假脱机(spooling)工作和网络输入等方式。(4)用户界面的任务和功能。操作系统的三代人机交互界面(第一代用户界面，一维空间的命令行界面和编程人员在程序中的系统调用、第二代用户界面，在二维图形界面空间以及第三代用户界面，在三维虚拟现实的界面元素空间)；界面管理的功能以及用户界面的设计特点(实现高效的人机通信)。(5)作业调度功能以及作业调度算法(先来先服务、最短作业优先法、最高响应比法、优先数法、定时轮转法、事件驱动法以及各种不同类型作业搭配调度算法)。(7)操作系统常用命令分类与使用。(8)shell命令解释和控制语言特点。2.教学要求(1)掌握作业管理的任务和功能。理解关于作业调度的概念和术语。(2)掌握用户界面的功能及设计特点，能把这种基本设计思想体现在一些人机接口界面的设计中。(3)理解常用的作业调度算法的实现思想，如FCFS、SJF等。(4)理解shell命令解释和控制语言。第三章文件管理1.学习重点(1)文件管理的任务和功能。(2)操作系统文件的特点。文件的组织机构：文件元素(物理上:位、字节、块、页、盘等组成；逻辑上：有字、字段、记录、虚拟块、文件、文件目录、文件夹和文件卷等。(3)文件分类(按文件性质与用途分：系统文件、库文件；按操作保护分：只读文件、可读可写文件、可执行文件；按使用情况分：临时文件、永久文件、档案文件；按用户观点分统：普通文件、目录文件、特殊文件；按存取的物理结构分：顺序(连续)文件、链接文件、索引文件；按文件的逻辑存储结构分：有结构文件和无结构文件；按文件中的数据形式分：源文件和目标文件等。(4)文件的物理结构和逻辑结构：空闲表法、自由链表法和成组链接法。(5)文件的目录结构：一级文件目录、二级文件目录、多级文件目录，文件目录的管理，“活动文件表”。(6)文件的存取控制：存取控制矩阵、用户权限表、使用密码。(7)文件的使用：文件系统的系统调用(创建、打开、读写、关闭、刪除等)。2.教学要求(1)理解文件管理的任务和功能。(2)牢固掌握文件、文件系统的概念。(3)掌握文件系统的分类。(4)掌握文件的逻辑组织和物理组织的概念，以及相应的组织形式。(5)掌握文件系统的目录分类管理特点。(6)理解文件存取控制的作用及unix系统中采取的办法。(7)了解文件系统的系统调用，如创建、打开、读写、关闭、刪除等。(8)了解：文件系统的编程设计。第四章存储管理1.学习重点(1)存储管理的任务和功能。(2)概念：逻辑(相对)地址、物理(绝对)地址、重定位、虚拟存储、分区分配存储管理(固定分区分配、可变式动态分区分配、可重定位分区分配、多重分区分配)。(3)动态分区分配的分配算法：首次适应法、循环适应法、最佳适应法和最坏适应法。(4)内存“扩充”技术：交搎与覆盖；内存保护技术：存储保护键和界限寄存器。(5)请求页式存储管理：实现原理、页表的设计、请求淘汰搎页算法(先进先出算法、循环检测法、lru最近最少使用页面先淘汰、lfu最不经常使用的页面先淘汰、nur最近没有使用页面先淘汰、opt最优淘汰算法replacement和随机数淘汰页面算法)；页式存储管理优缺点。(6)段式存储管理特点；段页式存储管理特点。2.教学要求(1)理解内存管理的任务和功能。(2)理解三级存储器结构：高速缓存、内存、外存。(3)掌握分区存储器管理方法：内存分配、内存扩充、内存保护。(4)掌握分页和分段概念，二者的主要区别。(5)掌握页式存储管理技术的实现思想，如何实现从逻辑地址到物理地址的转换。(6)掌握解分段存储管理技术的实现思想。(7)理解页面置换的先进先出法、循环检测法和最近最少使用置换法(lru)等。(8)牢固掌握以下概念：逻辑地址、物理地址、可重定位地址、重定位、虚拟存储器。第五章输入输出设备管理1.学习重点(1)设备管理的任务和功能。(2)设备分类和使用特点：按输入输出传送方式分为字符型设备和块设备；按资源特点分为独享设备、共享设备和虚拟设备；按设备硬件物理特性分为顺序存取设备、直接存取设备；按设备使用分为物理设备、逻辑设备和伪设备。(3)设备i/o方式：询问、中断和通道技术。(4)设备分配技术和管理：设备分配算法按先来先服务和优先级队列。(5)缓冲技术：单缓冲、双缓冲、多缓冲和缓冲池等。(6)虚拟设备的技术(spooling技术)：共享打印机实例。(7)设备处理程序的功能。(8)设备处理程序特点和编制内容(设备标题、数据存储和局部过程、策略过程、中断过程、命令处理子程序)。2.教学要求(1)理解设备管理的任务和功能。(2)熟练掌握设备分类及其特点，设备的i/o方式。(3)了解外部设备的安装。(4)掌握输入输出设备的分类设计方法。(5)理解使用缓冲技术的目的和缓冲区的设置方式。(6)了解spooling系统的功能和实现思想。(7)了解输入输出设备处理程序的编程要点。(8)了解Ｉ/０控制过程。第六章进程及处理机管理1.学习重点(1)操作系统“核心”功能和特点(2)程序的顺序执行与并发执行(3)进程的定义，进程的五个基本特征，进程控制块，程序与进程的对比，进程与线程(4)进程的描述；进程的基本状态及转搎(就绪、执行、等待)(5)进程调度算法(先来先服务、rr轮转法、多级反馈轮转法和优先数法)(6)进程通信：同步与互斥、临界区、原语(加锁/开锁原语、信号量及p-v操作)、消息缓冲(7)什么是死锁？产生死锁的四个必要条件(互斥使用、保持和等待、非剥夺性、循环等待和处理)2.教学要求(1)牢固掌握进程的概念。(2)熟练掌握操作系统核心功能、核心形式。(3)掌握顺序执行与并发执行的比较。(4)熟练掌握进程的五个基本特征，掌握进程与程序的主要区别。理解进程与线程的关系。(5)掌握进程的基本状态：执行态、就绪态、等待态。在什么条件下发生状态转换？(6)理解进程的一般组成，应深入理解进程控制块的作用。每个进程有惟一的进程控制块。(7)理解常用的进程调度算法。(8)掌握进程同步与互斥的比较，简单理解为同步是伙伴，互斥是竞争。(9)理解信号量概念，p、v操作执行的动作。(10)掌握死锁的概念、死锁的必要条件、解决死锁的基本方法。第七章操作系统结构和程序设计1.学习重点(1)操作系统的编程概念和特点。(2)结构设计的目标；分层原则：自底向上或自顶向下的有序分层(全序或半序)；分块原则；模块接口法的设计步骤；模块接口法的优缺点。(3)层次模块化结构设计：层次模块模型、整体内核模型、内核进程模型、对象模型。(4)微内核体系结构主要优点。2.教学要求(1)理解计算机操作系统的内结构和外结构、用户态和核心态运行的特点：给系统以特殊权限，以利于计算机操作系统的安全可靠。(2)理解操作系统的编程特点：模块化结构、层次化结构、内核结构和有序结构。(3)了解现代计算机操作系统的基本设计思想和方法。二．本课程复习方法和考试形式1.复习方法(1)抓住重点，掌握课程的主要内容，注意知识的前后连贯。计算机操作系统课程的基本要求是记住两句话：第一句话是：计算机操作系统是方便用户，管理和控制计算机软硬件资源的系统软件(或程序集合)。第二句话是：操作系统目前有五大类型(批处理、分时、实时、网络和分布式)和五大功能(作业管理、文件管理、存储管理、设备管理和进程管理)。在复习时围绕操作系统的五大功能这一主线领会各章的主要内容，分别进行总结。操作系统中概念很多，要突出掌握重点概念，如：操作系统定义，进程、重定位、死锁等概念，要结合主教材教学要求及教材中使用的黑体字。首先对每一章讲的问题是什么要搞清楚。然后，总结一下：针对该问题引入什么概念，该概念用来解决什么基本问题，采用什么基本方法予以解决。如果能把各章知识连贯起来、并结合上机体会进行复习，效果会更好。在对于基本概念理解的基础上，掌握解决问题的方法。要注意总结自己的学习方法和效果。(2)注重上机实验和平时作业操作系统的上机实验很重要，它不仅可以加深对课本知识的理解，而且可以学到很多实际工作的经验，这对于增强动手技能和分析解决实际问题的能力、提高专业素质很有帮助。大家应尽量做全、做好实验。实验前要进行预习：准备做什么，用到哪些知识，大致会出现什么结果，心中应有数。实验时应注意出现的结果，并分析原因，特别是不正常的情况，对现象、解决办法、原因都最好记下来。解决一个问题，就增长一份才干。平时应认真、独立地完成自测题、作业。根据教学大纲要求，考试难度不会超出规定范围。对基本内容应牢固掌握，并能进行适当地灵活应用。2.考试形式操作系统期末考试是闭卷