操作系统原理复习大纲.doc
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1、操作系统原理课程大纲一、课程性质及其设置目的与要求(一)课程性质、地位与任务随着计算机技术的迅猛发展,计算机的硬、软件资源越来越丰富,用户也要求能更方便、更灵活地使用计算机系统。为了增强计算机系统的处理能力以及方便用户有效地使用计算机系统,操作系统已成为现代计算机系统中不可缺少的重要组成部分。因此,操作系统原理计算机软件及其相关专业的主要专业必修课程。本课程从操作系统实现资源管理的观点出发,阐述如何对计算机系统中的硬、软件资源进行管理,使计算机系统协调一致地、有效地为用户服务,充分发挥资源的使用效率,提高计算机系统的服务质量。一个从事计算机科学技术的工作者,当他掌握了操作系统的工作原理和实现方
2、法后,将有利于他利用计算机系统开发各种应用软件和系统软件,初步具备从事操作系统分析、扩展和设计的知识和能力。(二)课程基本要求掌握操作系统对各种资源的管理方法和操作系统各部分程序之间的关系后,才能真正掌握操作系统的工作原理以及了解操作系统在整个计算机系统中的作用。通过本课程的学习,要求:1.了解操作系统的组成部分,掌握操作系统的基本原理、基本概念,了解操作系统的基本设计方法。2.理解操作系统的基本原理在UNIX/LINUX/Windows中的应用和实现技术。(三)本课程与有关课程的联系操作系统是管理计算机系统资源和控制程序执行的一种系统软件,它直接扩充裸机(不配有任何软件的计算机)的功能,为程
3、序的执行提供良好的环境。所以,在学习操作系统之前应该先学习计算机组成原理、数据结构导论、高级语言程序设计、汇编语言程序设计等课程。在这些先行课的基础上学习本课程符合循序渐进的规律,这样不仅容易理解课程内容,而且能正确地把操作系统的各部分程序有机地联系起来。二、课程内容与考核目标第1章 计算机硬件基础(一)课程内容1.计算机硬件系统2.CPU寄存器3.指令执行4.中断5.存储器的层次6.Caching7.I/O方式(二)学习目的与要求了解计算机硬件系统的组成与工作原理;各部件工作原理及特点;程序状态字,中断的原理与作用,各种I/O方式的过程与特点。重点是:CPU指令执行微动作,CPU的执行状态、
4、特权指令、程序状态字的内容与作用,中断机构的组成与工作原理,操作系统对计算机硬件的要求。(三)考核知识点与考核要求1.计算机硬件系统,要求达到“识记”层次。计算机硬件系统由哪些部分组成。2 CPU寄存器,要求达到“领会”层次以Intel 80386为例,说明该CPU寄存器哪些是通用的(用户程序可使用的),哪些是专用的(不可直接操作的)?说明专用的寄存器的内容及作用。以Intel 80386为例,说明该CPU的指令分为哪几大类,寻址方式有哪几种?哪些是特权指令?3.指令执行,要求达到“领会”层次。以算术运算指令为例,说明指令执行主要的步骤。说明指令计数器寄存器在程序的执行过程中的作用和指令执行前
5、后内容如何变化。以Intel 80386为例,说明程序状态字的基本内容和作用。4.中断原理,要求达到“领会”层次。说明中断机制的作用。根据指令执行周期说明中断响应发生时机。以Intel 80386为例,说明其中断机制的主要组成部件及其在中断过程中的作用。以Intel 80386为例,说明其中断响应时,在CPU控制权转移给中断处理程序前,程序状态字和程序计数器保存在何处?什么叫中断向量?以Intel 80386为例,说明其中断向量的组织方式和保存位置。以Intel 80386为例,说明其中断响应时,CPU控制权怎样转移给中断处理程序的?说明中断处理程序的一般结构。说明多重嵌套中断中处理器的控制流
6、转移过程。5.存储器层次,要求达到“领会”层次。存储器基本层次结构有哪几层。从容量、速度、价格和CPU访问其内容的频率这几个方面,说明存储器层次从上到下的变化规律。存储器为什么要层次化?6.CACHING,要求达到“领会”层次。什么是CACHE?为什么存储器分层化是CACHING技术的体现?列举CACHING技术在计算机硬件系统和软件系统中的一些典型应用设CPU从高速缓存中存取一个字的时间为t1,而CPU从内存中存取一个字的时间为t2,CPU从高速缓存中存取命中率为r,如果数据没有命中,则数据从内存复制到高速缓存的时间为t3,说明该CACHING技术的效率。7.I/O方式,要求达到“领会”层次
7、。说明CPU同步程序控制I/O方式过程说明中断控制I/O方式过程说明DMA控制I/O方式过程说明通道控制I/O方式过程从CPU利用率、CPU与设备通信方式和CPU与设备的并行程度这三个方面说明四种I/O方式各自的特点第2章 操作系统概述(一)课程内容1.操作系统的目的和功能2.操作系统发展。3.操作系统主要理论和模型4.现代操作系统的特征。5.LINUX/UNIX/WINDOWS特征。(二)学习目的与要求了解操作系统在计算机系统中的作用;各类操作系统的特点;作业控制语言和系统功能调用的作用,进程与线程概念,操作系统结构。重点是:操作系统对计算机硬件的要求;操作系统在计算机系统中的作用;各类操作
8、系统的特点;系统调用的实现原理,微内核结构的特点。(三)考核知识点与考核要求1. 操作系统目的与功能,要求达到“识记”层次。计算机系统由哪些部分组成。计算机系统有哪些硬件资源和软件资源。操作系统的目的是什么。操作系统的有哪些主要功能。为什么操作系统要具有易扩展性2.操作系统的发展,要求达到“领会”层次。裸机时代使用计算机的操作特点是什么联机操作的含义。监控程序的主要功能是什么?它解决了什么什么问题?多道批处理系统为什么能提高计算机系统的利用率,它要求硬件系统有什么特征?脱机操作的含义。分时系统有哪些特点?它的硬件环境和应用环境各有什么特点?实时系统有哪些特点?它的硬件环境和应用环境各有什么特点
9、?3.操作系统的理论与模型,要求达到“领会”层次。为什么进程模型是操作系统理论的核心?为什么进程的存储空间要隔离?进程不能直接使用计算机物理地址空间?操作系统要面临哪些安全威协?要提供哪些安全义务?资源调度和管理的主要考虑动因素是什么?4.现代系统系统的特征,要求达到“领会”层次。现代操作系统有哪些主要特征?操作系统为什么要提供“系统功能调用”。库过程子程序调用与系统调用有什么差别?试从效率、安全和可扩展性三个方面评价各自的好坏。5 UNIX/LINUX/WINDOWS的结构特点UNIX属于哪一种操作系统,传统UNIX的结构属于哪一种操作系统结构?LINUX属于哪一种操作系统,LINUX的结构
10、属于哪一种操作系统结构?WINDOWS属于哪一种操作系统,WINDOWS的结构属于哪一种操作系统结构?试从效率、安全和可扩展性三个方面评价UNIX/LINUX/WINDOWS操作系统。第3章 进程描述与控制(一)课程内容1.进程的概念。2.进程模型。3.进程描述。4进程控制(二)学习目的与要求通过本章学习应该掌握多道程序设计是如何提高计算机系统效率的;进程和程序有什么区别;进程的基本状态以及状态变化;进程控制,操作系统的代码执行方式。重点是:多道程序设计,进程模型,进程控制。(三)考核知识点与考核要求1.什么是进程,要求达到“领会”层次。什么是多道程序设计。多道程序设计为什么能提高处理器的工作
11、效率。多道程序设计对算题量和算题时间的影响。2. 进程与进程控制块,要求达到“领会”层次。什么叫进程操作系统为什么要关注程序的执行过程。说明进程与程序的区别与联系。进程的基本状态有哪些?根据进程状态变化基本模型图,描述一个进程生命周期的典型经历。根据有进程交换(挂起状态)的模型,描述一组进程生命周期的典型经历。描述一个进程生命周期的状态变化时,操作系统所做的工作。3.进程描述,要求达到“领会”层次。进程控制块典型元素有哪些?描述一个进程生命周期的典型经历与进程控制块的内容的联系。进程控制块有何作用进程映像有哪些内容?4.进程控制,要求达到“领会”层次。为什么CPU要有多种执行模式。操作系统内核
12、的典型功能有哪些?以一个具体的CPU为例,说明执行模式反映在什么位置,描述硬件是如何实现执行模工切换的。进程创建的主要工作有哪些?模式切换过程大致如何?进程切换过程大致如何?进程切换与模式切换有何关系?进程队列主要有哪些?结合进程生命周期的典型经历,描述进程在队列的进出情况。进程撤销的主要工作有哪些?操作系统自身功能代码的有几种执行方式?内核方式执行有何特点?用户空间子程序调用方式执行有何特点?用户空间进程方式执行有何特点?第4章 线程、微内核和对称多处理(一)课程内容1.进程与线程2.对称多处理3.微内核(二)学习目的与要求通过本章学习应该掌握多线程技术是如何提高多道程序设计方法的效率;进程
13、和线程有什么区别和联系;线程的基本状态以及状态变化;线程控制,微内核操作系统的结构特点,SMP概念。重点是:线程模型,微内核的操作系统工作原理。(三)考核知识点与考核要求1.进程和线程概念,要求达到“领会”层次。传统进程模型的双重作用是什么?多线程环境中,进程的作用是什么?线程的实体有哪些内容?为什么多线程比多进程更有效率?列举几种更适用多线程技术的单用户多任务系统例子线程状态主要有哪些?如果一个程序中包含了多个远程过程调用,说明单处理器的环境中,用线程进行远程过程调用可以加快程序的执行。用户级线程有哪些特点?内核级线程有哪些特点?2.对称多处理,要求达到“领会”层次。对称多处理结构有哪些特点
14、?3.微内核,要求达到“领会”层次。什么叫内核?微内核的操作系统结构有什么特点?操作系统结构发展主要分为几种结构?试从效率、安全和可扩展性三个方面评价各种结构的好坏。第5章 并发:互斥与同步(一)课程内容1.并发原理。2.互斥硬件支持3.信号量4.管程5.消息传递。6.读者-写者问题。(二)学习目的与要求理解在多道程序设计的系统中经常有多个进程并发执行,并发进程竞争资源时会出现与时间有关的错误;掌握用PV操作实现进程的互斥和同步,以保证系统的安全;了解采用信箱方式的进程通信;怎样防止和避免死锁的发生。重点是:分析与时间有关的错误;用PV操作实现进程的同步与互斥;解决死锁问题的方法。(三)考核知
15、识点与考核要求1.并发原理,要求达到“领会”层次。进程的顺序性指什么?进程的并发性指什么?竞态是怎样的一种现象?产生的原因是什么?能够分析两个程序并发执行中产生竞态(与时间有关的错误)的时序。临界区是什么?说明临界区互斥模型基本结构。说明解决相关临界区互斥方案的要求。说明软件实现临界区互斥各种方案,分析各种方案的可行性及局限性2.互斥硬件支持,要求达到“领会”层次。说明关中断为什么能实现临界区互斥及这种方案的局限性说明TS指令的功能,描述利用TS指令实现临界区互斥方案,分析这种方案的可行性及局限性说明EXCH指令的功能,描述利用EXCH指令实现临界区互斥方案,分析这种方案的可行性及局限性“忙等
16、待”方式是指什么?对CPU利用率有何影响?3.信号量“原语”是怎样的一种过程说明信号量的基本结构,描述P、V操作的流程说明信号量的值的取值范围及相应的阻塞队列状态,描述P、V操作各自在资源管理中的含义。说明信号量实现临界区互斥的方案,分析方案的可行性,说明信号量方案的优点什么叫进程同步?说明信号量实现进程同步的方案。说明生产者-消费者问题的基本模型,说明用信号量实现有限缓冲模型的方案。如果生产者-消费者问题的信号量实现有限缓冲模型的方案中交换了信号量P操作的顺序,是否产生死锁,分析发生死锁所要求的进行并发时序。4.管程说明引进管程的主要原因说明管程的基本性质说明Hore管程的实现方案,分析方案
17、的可行性,说明其比信号量方案更优越之处说明条件变量与信号量的异同5.消息传递。说明进程同步和互斥的本质是进程之间传递信息说明消息传递过程中,消息在不同的存储空间的位置变化描述实现进程通信的基本原语发送(send)和接收(receive)的流程。说明消息传递过程中send操作和receive操作的作用说明消息传递中发送进程与接收进程同步的几种组合方式。说明可以用消息传递实现发送进程与接收进程的协作同步。说明可以用消息传递实现发送进程与接收进程的实现临界区互斥。6.读者-写者问题。说明读者-写者问题的基本要求,描述用信号量实现的读者优方案,说明方案为什么是读者优先的。说明写者优先的具体含义,描述用
18、信号量实现的写者优方案。第6章 并发:死锁与饥饿(一)课程内容1.死锁原理。2.死锁预防3.死锁避免4.死锁检测5.综合的死锁策略6.哲学家就餐问题。7. UNIX/LINUX/WINDOWS操作系统的并发机制(二)学习目的与要求理解在多道程序设计的系统中经常有多个进程死锁或饥饿的本质原因,掌握一些预防和避免死锁的方法,了解现代操作系统骊死锁的综合策略。重点是:死锁条件,分析死锁产生的时序;资源按预分配方法、安全状态概念与银行家算法思想。(三)考核知识点与考核要求1.死锁原理。死锁是怎样产生的说明二个进程的联合进程图与死锁的关系说明资源分配图与死锁的关系2.死锁预防说明破坏互斥条件的可能性说明
19、破坏占有且等待条件的如何实现说明破坏不可剥夺条件的可能性说明资源按序分配方法的要点,证明该方法能破坏环路条件3.死锁避免说明进程启动拒绝的要点安全状态是怎样的资源分配状态?说明银行家算法的主要数据结构。描述银行家算法的基本流程。说明银行家算法的局限性。4.死锁检测说明死锁检测与银行家算法的异同,这种方法有什么局限性?5.综合的死锁策略说明现代操作系统中如何对待死锁问题?为什么现代操作系统并不常发生死锁的现象?6.哲学家就餐问题。说明哲学家就餐问题的基本约束条件用信号量解决哲学家就餐问题时,每个哲学家都统一先左后右拿筷子,分析死锁是怎样发生的。7. UNIX/LINUX/WINDOWS操作系统的
20、并发机制说明UNIX操作系统的并发机制有哪些?说明相关的系统调用如何使用?说明LINUX操作系统的并发机制有哪些?说明相关的系统调用如何使用?说明WINDOWS操作系统的并发机制有哪些?说明相关的系统调用如何使用?第7章 内存管理(一)课程内容1.内存管理的需求2.内存分区。3.分页4.分段(二)学习目的与要求明确存储管理的职能是对主存储器中的用户区域进行管理;理解在不同的管理方式下主要的数据结构、如何实现地址变换、存储保护、存储共享、主存空间的分配和收回;比较各种管理方式的特点。重点是:各种方法解决的主要问题和存在的不足、逻辑地址空间及其结构、各种管理方式下的地址转换过程,实现共享的可能性;
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- 操作系统 原理 复习 大纲
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