操作系统(本科)期末复习指导

一、复习重点和要求第1章操作系统概述考核学生对操作系统的定义、主要功能、主要类型、操作系统的特征以及分时概念等内容的学习情况。【掌握】1.操作系统的概念操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。记忆要点：操作系统是什么——是系统软件；操作系统管什么——控制和管理计算机系统内各种资源；操作系统有何用——扩充硬件功能，方便用户使用。2.操作系统的主要功能操作系统的五大主要功能：存储管理、进程和处理机管理、文件管理、设备管理、用户接口管理。【理解】1.操作系统的特征：并发、共享和异步性。理解模拟：并发——“大家都前进了”；共享——“一件东西大家用”；异步性——“你走我停”，“走走停停”。2.操作系统的主要类型操作系统的主要类型有：多道批处理系统、分时系统、实时系统、网络操作系统、个人机操作系统、分布式系统和嵌入式操作系统。UNIX系统是著名的分时系统。3.分时概念：主要是指若干并发程序对CPU时间的共享。【了解】1.操作系统的形成；2.分时和实时操作系统的特点，见教材16页；3.操作系统在计算机系统中的地位：是裸机之上的第一层软件，是建立其他所有软件的基础。4.操作系统结构设计：整体结构、层次结构、虚拟机结构和客户机-服务器结构。5.操作系统为用户提供的三种用户接口：图形用户接口、命令行接口和程序接口。系统调用是操作系统内核与用户程序、应用程序之间的接口。在UNIX/Linux系统，系统调用以C函数的形式出现。第2章进程管理考核学生对进程定义、进程的状态及其转换、进程的组成、竞争条件和临界区、进程的同步与互斥、信号量和Ｐ、Ｖ操作及其一般应用、死锁的概念和产生死锁的必要条件等内容学习情况。【掌握】1.进程的定义：进程是程序在并发环境中的执行过程。进程与程序的主要区别。进程最基本的属性是动态性和并发性。2.进程的状态及其转换进程的3种基本状态是：运行态、就绪态和阻塞态。掌握教材33页的进程状态及其转换图。3.进程的同步与互斥的概念。可以简单理解为：同步是协作，互斥是竞争。4.信号量和Ｐ、Ｖ操作及其一般应用。运用信号量机制和Ｐ、Ｖ操作，解决并发进程一般的互斥和同步问题。解决此类问题的一般方式：①根据问题给出的条件，确定进程有几个或几类；②确定进程间的制约关系——是互斥，还是同步；③各相关进程间通过什么信号量实现彼此的制约，标明信号量的含义和初值；④用P、V操作写出相应的代码段；⑤验证代码的正确性：设以不同的次序运行各进程，是否能保证问题的圆满解决。切忌按固定顺序执行各进程。【理解】1.多道程序设计概念及其优点。2.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。3.Linux进程管理的基本命令：ps、kill、sleep。4.理解进程临界资源和临界区的概念，进程进入临界区的调度原则。信号量概念，P、V操作执行的动作。5.死锁的概念；死锁的4个必要条件：互斥条件、不可抢占条件、占有且申请条件、循环等待条件。【了解】1.Linux进程结构，见教材41页图。2.进程间的3种高级通信：共享内存、管道文件和消息传递。第3章处理机调度考核学生对作业状态、作业调度和进程调度的功能、性能评价标准、常用调度算法、Linux常用调度命令、中断处理过程、shell命令执行过程等内容的学习情况。【掌握】1.作业调度和进程调度的功能作业调度的功能见教材73页，进程调度的功能见教材74页。在一般操作系统中，进程调度是必须具备的。2.常用调度算法掌握三种基本调度算法（先来先服务法、时间片轮转法、优先级法）的实现思想，并能进行评价指标的计算。要求：能利用图表形式列出各作业或进程的有关时间值，如到达时间、运行时间、开始时间、完成时间等，利用评价公式计算出各指标的值，如周转时间、带权周转时间、平均周转时间、平均带权周转时间。【理解】1.作业的四种状态：提交、后备、执行和完成。2.作业调度与进程调度的关系，见教材75页。简单比喻：作业调度是演员上场前的准备，进程调度是让演员上场表演。3.调度性能评价标准评价调度算法的指标：吞吐量、周转时间、带权周转时间、平均周转时间和平均带权周转时间。4.Linux系统的进程调度方式、策略和常用调度命令：nohup，at，batch，jobs，fg，bg。5.中断处理过程：保存现场、分析原因、处理中断和中断返回。6.shell命令的一般执行过程。【了解】1.调度的三个级别：高级调度、中级调度和低级调度，其中高级调度又称作业调度，低级调度又称进程调度。2.调度策略的选择，见教材77页。3.中断概念中断是指CPU对系统发生的某个事件做出的一种反应，它使CPU暂停正在执行的程序，保留现场后自动执行相应的处理程序，处理该事件后，如被中断进程的优先级最高，则返回断点继续执行被“打断”的程序。第4章存储管理考核学生对重定位、分区法、分页的概念、虚拟存储概念、请求分页存储管理技术、常用页面置换算法、Linux中的存储管理技术以及抖动等内容的学习情况。【掌握】1.掌握以下概念：逻辑地址、物理地址、逻辑地址空间、物理地址空间、重定位、静态重定位、动态重定位、碎片、虚拟存储器。2.分区法分区法分为固定分区法和动态分区法两种。要掌握其基本原理、数据结构、地址转换、内存空间的分配与释放、分配算法、优点和缺点。3.分页技术掌握分页存储管理的基本方法，如地址表示、从逻辑地址到物理地址的转换、数据结构等。4.虚拟存储器虚拟存储器（VirtualMemory）是用户能作为可编址内存对待的虚拟存储空间，它使用户逻辑存储器与物理存储器分离，是操作系统给用户提供的一个比真实内存空间大得多的地址空间。虚拟存储器的基本特征：虚拟扩充、部分装入、离散分配、多次对换。此外，虚拟存储器的容量不是无限大的，它主要受到地址的字长和外存容量的限制5.请求分页技术请求分页存储管理技术是在单纯分页技术基础上发展起来的，二者根本区别在于请求分页提供虚拟存储器。实现请求分页，系统必须提供一定容量的内存和外存，以及支持分页机制，还需要有页表机制、缺页中断机构以及地址转换机构。6.常用页面置换算法能应用先进先出法（FIFO）、最佳置换法（OPT）、最近最少使用置换法（LRU）的实现思想计算页面淘汰序列、缺页次数以及缺页率。【理解】1.重定位把逻辑地址转变为内存物理地址的过程称作重定位。根据重定位的时机，分为静态重定位和动态重定位。理解它们的概念、实现思想和优缺点。2.抖动。见教材128页，理解抖动的含义，与页面置换算法的关系。3.Linux中的存储管理技术Linux系统采用了请求分页存储管理技术和对换技术。【了解】1.存储器层次了解典型的存储器层次结构：寄存器、高速缓存、内存、磁盘、磁带。2.用户程序的地址空间用户程序的主要处理阶段：编辑、编译、链接、装入和运行。3.对换技术的实现思想。第5章文件系统考核学生对文件的分类、文件系统的功能、文件的逻辑组织和物理组织、文件的目录结构、文件存储空间的管理、文件的存取控制等内容的学习情况。【掌握】1.文件系统的功能一般说来，文件系统应具备以下功能：文件管理、目录管理、文件存储空间的管理、文件的共享和保护、提供方便的接口。2.文件的逻辑组织和物理组织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。3.文件的目录结构文件目录的基本组织方式有单级目录、二级目录、树形目录和非循环图目录。4.文件存储空间的管理文件存储空间的管理是对外存空间中空闲盘块的管理。对空闲盘块的管理方式主要有：空闲盘块表、空闲块链接、位示图和空闲块成组链接等。【理解】1.文件的分类按用途分为：系统文件、库文件、用户文件；按文件中的数据形式分为：源文件、目标文件、可执行文件；按存取权限分为：只读文件、读写文件、可执行文件；按保存时间分为：临时文件、永久文件；在UNIX/Linux和MS-DOS系统中，文件分为普通文件、目录文件和特殊文件。而普通文件又分为ASCII文件和二进制文件两种。2.文件的存取控制为了实现文件系统的安全，文件需要保护和保密。对文件的存取控制可分别由存取类型来设定，如读、写、执行等，也可以通过命名、口令、存取权限或者加密的方法实现对文件的保护和保密。要理解UNIX/Linux系统对文件存取权限的规定。3.Linux文件系统的一般概念。【了解】1.文件的链接Linux具有为一个文件起多个名字的功能，称为链接。文件链接是实现文件共享的有效途径，分为硬链接和符号链接。2.文件的备份和恢复文件信息可能因硬件或软件的故障而遭到损坏，为此必须加强对文件系统的可靠性管理，如文件系统的备份和必要时的恢复。备份就是把硬盘上的文件转储到其他外部介质上做一个副本。备份策略有完全备份、增量备份和更新备份。按照备份时机分为定期备份和不定期备份。3.EXT2文件系统EXT2是Linux使用的文件系统。了解EXT2的物理布局。4.虚拟文件系统Linux系统提供了虚拟文件系统（VFS）。通过VFS将不同文件系统的实现细节隐藏起来。Linux文件系统可以根据需要随时装卸，从而实现文件存储空间的动态扩充。5.管道文件Linux系统的管道文件独具特色。管道文件按FIFO方式工作，它是同族进程间进行大量信息传送的有力工具。第6章设备管理考核学生对设备管理功能、设备分配技术、缓冲技术、SPOOLing系统、设备驱动程序概念、磁盘调度和管理等内容的学习情况。【掌握】1.设备管理的功能操作系统中设备管理的功能简单地说就是：监视设备状态；进行设备分配；完成I/O操作；缓冲管理与地址转换。2.设备分配技术设备分配技术主要有：独占分配、共享分配和虚拟分配。独占分配适用于独占设备，系统效率低；共享分配适用于高速、大容量直接存储的共享设备，设备的利用率较高；虚拟分配技术利用共享设备去实现独占设备的功能，从而使独占设备“感觉上”成为可共享的、快速的I/O设备。3.设备驱动程序概念设备驱动程序是控制设备动作（如设备的打开、关闭、读、写等）的核心模块，用来控制设备上数据的传输。4.磁盘调度算法常用的磁盘调度算法有：先来先服务法、最短寻道时间优先法和电梯法。重点掌握前两种磁盘调度算法。【理解】1.设备独立性设备独立性是设备管理要达到的目标之一，就是说，用户程序应与实际使用的物理设备无关，由操作系统考虑因实际设备不同而需要使用不同的设备驱动程序等问题。2.SPOOLing系统实现虚拟分配最成功的技术是SPOOLing（外部设备联机并行操作），也称假脱机技术。SPOOLing系统用常驻内存的进程去模拟一台外围机，用一台主机就可完成脱机技术中需用三台计算机完成的工作。系统一般分为存输入、取输入、存输出、取输出4个部分。理解SPOOLing系统的功能和实现思想。3.缓冲技术理解引入缓冲技术的主要目的和缓冲区的设置方式。4.Linux常用设备安装和管理，如网卡的简单配置。【了解】1.设备分类和标识了解设备的一般分类：存储设备（块设备），输入/输出设备（字符设备）。2.处理I/O请求的步骤参照教材193页的图6-7，了解系统处理用户I/O请求的步骤。第7章现代操作系统发展考核学生对现代操作系统发展、嵌入式和分布式操作系统的一般知识的学习情况。【了解】1.嵌入式操作系统的概念、功能和特性嵌入式操作系统是嵌入式系统中使用的操作系统。作为一种操作系统，它具有一般操作系统的基本功能，但是，由于嵌入式操作系统的硬件平台和应用环境与一般操作系统不同，所以它有自身的特点，其的最大特点就是可定制性。2.分布式操作系统的概念、功能和特性。分布式操作系统是配置在分布式系统上的共用操作系统。分布式操作系统实施系统整体控制，对分布在各节点上的资源进行统一管理，并且支持对远程进程的通信协议。分布式操作系统要求实现用户面前的虚拟单处理机系统到具体的分布式系统的映射。它有如下三个基本功能：进程管理；通信管理和资源管理。3.未来操作系统应具有的新特征。更强的分布式处理能力，更高的安全性和可靠性，符合开放式模型，更方便的用户界面。二、复习方法和建议1．复习方法