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1、操作系统教程(第4版)复习大纲,计算机系统的层次结构,操作系统的定义、目标、作用、功能,操作系统的资源管理技术,操作系统三个最基础抽象,虚拟计算机,从两个角度、两种方法、四种观点、围绕六个问题研究和观察操作系统,研究和观察操作系统的不同角度、方法和观点,围绕六个问题研究操作系统,什么是操作系统?为什么要操作系统?操作系统是做什么的?操作系统是如何做的?操作系统是如何使用的?操作系统是如何构造的?,管理资源的观点,管理资源的观点(1),资源管理的观点是一种对操作系统功能的由底到上的观察的观点。在底层操作系统对软、硬件资源进行资源抽象 、实现资源分配、控制资源共享 。硬件资源包括处理机、主存储器、
2、输入输出设备，相应地，操作系统中就有处理机管理、存储器管理、设备管理功能；软件资源包括文件或信息，相应地，在操作系统中就有文件管理功能。,管理资源的观点(2),处理器管理(1),处理器管理(2)中断分类,处理器管理(3)中断用法,处理器管理(4) Linux内核中断处理的流程,处理器管理(5) Linux下半部分实现机制,处理器管理(6) Windows陷阱调度框架,处理器管理(7) Windows IRQL,处理器管理(8),多道技术,处理机管理(9),处理机管理(10)(a)Linux进程的核心栈和PCB(b)Linux进程的虚存映象,处理机管理(11),处理器管理(12),处理器管理(1
3、3),处理器管理(14),处理器管理(15),处理器管理(16),处理器管理(17),Linux2.6 O(1)调度算法,处理器管理(17),存储管理(1),存储管理(2)地址转换与存储保护程序的编译、链接、装入和执行,存储管理(3),存储管理(4),存储管理(5),存储管理(6),虚拟存储器的概念图,存储管理(7),存储管理(8)请求分页虚存地址转换过程,存储管理(9),存储管理(10),存储管理(11),存储管理(12),存储管理(13),存储管理(14),存储管理(15)Linux虚存管理,设备管理(1),设备管理(2),设备管理(3),设备管理(4),设备管理(5),设备管理(6),L
4、inux磁盘驱动调度算法,Linus调度算法,最终期限调度算法,预期调度算法,设备管理(7),设备管理(8),文件管理(1),文件管理(2),文件管理(3),文件管理(4)虚拟文件系统组成,超级块(super block)对象-代表一个文件系统。索引节点(inode)对象-代表一个文件。目录项(dentry)对象-代表路径中的一个组成部分。文件(file)对象-代表由进程已打开的一个文件。,UNIX类文件系统,UNIX类文件系统使用四种相关的抽象概念：文件、目录项、索引节点和安装点。文件(file)文件是由文件名标识的有序字节串，典型的配套文件操作有读、写、创建和删除等。目录项(dentry)
5、是文件路径名中的一部分，例如“/home/fei/fei1.c”，其中/、home、fei和fei1.c都是目录项。索引节点(inode)是存放文件控制信息的数据结构，又分磁盘块中的inode和主存中活动的inode。安装点(mount point)文件系统被安装在一个特定的安装点上，所有的已安装文件系统都作为根文件系统树中的叶子出现在系统中。Linux的Ext2和Ext3是UNIX类文件系统。Windows的FAT和NTFS属于非UNIX类,文件管理(4),文件管理(5),文件管理(6),文件管理(7),网络和通信管理,服务用户的观点,服务用户的观点(1),服务用户的观点(2)操作系统提供的
6、共服务,服务用户的观点(3)操作系统提供的用户接口,服务用户的观点(4)系统调用定义和作用,服务用户的观点(5)系统调用的分类和实现,库函数,服务用户的观点(6)应用程序、库函数、系统调用的调用关系链,服务用户的观点(7) 系统调用的处理过程,System Call,用户程序,系统调用处理子程序,取系统功能号找入口地址表相应入口地址,结束处理恢复现场,A0,A1,Ai,An,保护CPU现场,陷入指令,系统调用陷入机构,入口地址表,服务用户的观点(8)系统程序,服务用户的观点(9)操作接口,服务用户的观点(10) UNIX/Linux系统程序、库函数、系统调用分层关系,进程交互的观点,进程交互的
7、观点,操作系统可看作由多个独立运行的进程(用户进程和系统进程)及一个对诸进程控制和协调的内核所组成。用户进程完成用户作业的要求，每个系统进程实现操作系统提供的特定功能。内核心控制和协调进程运行，解决并发进程之间的同步、通信和死锁问题。这是一种动态观察操作系统的方法，把进程/线程在系统中执行的本质过程、内在联系和状态变化揭示出来。,进程交互的观点(1),进程交互的观点(2),进程交互的观点(3),进程交互的观点(4),进程交互的观点(5),进程交互的观点(6),虚拟机的观点,虚拟机的观点,虚拟机或扩展机的观点，是对操作系统功能的一种自顶向下的俯视。安装操作系统的计算机极大地扩展了原计算机的功能，
8、把用户面对的一个包含有各种硬软部件的计算机系统的操作和使用由复杂变得简单，从低级操作上升为高级操作，把基本功能扩展为复杂功能。因此，在裸机上配置操作系统之后，对用户来说好像是一个扩展了的机器，即一台虚拟机，虚拟机的扩展包括系统资源功能和数量上的扩展。,虚拟机(1),虚拟机器(2),虚拟机器(3),虚拟机器(4),虚拟机(5),虚拟机(6)整体式结构操作系统,虚拟机(7)层次式结构的操作系统,虚拟机(8)虚机器结构的操作系统运行CMS的VM/370虚机器结构,虚拟机(9)客户/服务器与微内核结构的操作系统,虚拟机(10)分层结构内核和微内核结构对比,虚拟机(11) Linux单内核结构操作系统,
9、虚拟机(12)Windows2003客户/服务器结构,操作系统运行模型(1)非进程内核模型,操作系统运行模型(2)OS功能(函数)在用户进程内执行的模型,操作系统运行模型(3)进程上下文切换和模式切换,操作系统运行模型(4)OS功能(函数)作为独立进程执行的模型,操作系统的安全性(1),操作系统的安全性(2)可信计算基,操作系统的安全性(3),操作系统的安全性(4),操作系统的安全性(5),操作系统的安全性(6),操作系统的安全性(7),操作系统的安全性(8),操作系统的安全性(9),分布式操作系统,操作系统核心知识单元及知识点,操作系统核心知识单元,OS1-操作系统概述OS2-操作系统原理O
10、S3-并发性OS4-调度和分派OS5-内存管理OS6-设备管理OS7-安全与保护OS8-文件管理,核心知识单元OS1和知识点,OS1-OS概述OS定义OS作用OS目标OS分类OS特性 OS功能OS资源管理技术OS在计算机系统中的地位研究OS的不同观点,核心知识单元OS2和知识点,OS2-OS原理特权指令、访管指令和原语处理器状态、状态转换和PSW时钟机制、硬件时钟、软件时钟中断机制：概念和分类、技术和实现API1-程序接口和系统调用API2-操作接口和系统程序OS构件，内核分类、功能、属性和特性单内核结构和C/S及微内核结构,核心知识单元OS3和知识点,OS3并发性多道程序，作业、进程/线程，
11、及联系和区别并发性与顺序性，并发进程与时间有关的错误进程互斥与临界区、临界资源实现临界区管理的硬件设施及软件解法进程同步与同步机制，经典同步问题及其求解同步机制信号量和PV操作，信号量的物理含义同步机制管程，进程和管程的联系和区别 进程通信：低级通信和高级通信死锁概念、防止、避免及检测与解除方法资源分配图、死锁定理死锁与饥饿,核心知识单元OS4和知识点,OS4-调度和分派进程状态及队列管理选择调度算法的原则处理器调度层次:高级、中级和低级调度处理器调度模型调度算法与应用领域的关系进程/线程调度和上下文切换剥夺方式和非剥夺方式调度 进程/线程调度时机作业/低级调度算法实时调度和多处理器调度算法,
12、核心知识单元OS5和知识点,OS5-主存管理存储器的层次结构逻辑地址与物理地址地址转换与存储保护 相联存储器与快表分区、所用数据结构及分配算法分页和分段、所用数据结构及分配算法多级页表、反置页表虚拟存储器原理及硬/软件支撑下的实现方法请求分页、请求分段和请求段页式虚存管理主存分配、清除和各种替换算法 程序局部性原理、系统颠簸和工作集模型,核心知识单元OS6和知识点,OS6-设备管理设备管理的功能I/O控制方式I/O软件 具有通道的I/O工作原理缓冲技术 驱动调度技术设备独立性设备分类设备分配虚拟设备的实现原理,核心知识单元OS7和知识点,OS7-安全与保护操作系统的安全性:策略、模型和机制安全
13、需求和安全策略 访问支持策略与访问控制策略自主访问控制策略与强制访问控制策略基于访问控制矩阵和基于格的安全模型 硬件安全机制 认证机制、授权机制、加密机制和审计机制、最小特权机制,核心知识单元OS8和知识点,OS8-文件系统文件系统功能文件存取方法 FCB、文件目录、目录文件目录结构及文件查找文件的逻辑结构和物理结构文件的共享、保护和保密记录的成组和分解主存映射文件虚拟文件系统文件系统调用及其执行过程文件空间的管理方法,OS知识单元OS9和知识点(1),OS9-网络和分布式操作系统 计算机网络、功能及其组成网络体系结构和通信协议OSI/RM和TCP/IP网络操作系统的网络管理和控制功能分布式操作系统的特征和功能分布式系统中的进程通信机制(消息传递、RPC与SOCKET)集中分布式和完全分布式资源管理投标算法、由近及远算法及回声算法,OS知识单元OS9和知识点(2),OS9-网络和分布式操作系统 逻辑时钟与事件排序Lamport同步算法Ricard同步算法令牌环算法分布系统中死锁的预防和检测集中式的死锁检测分布式的死锁检测分布式文件系统数据迁移、计算迁移和进程迁移,
