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1、计算机操作系统期末复习指导（本科）软件与系统教研室 张献忠计算机操作系统课程是常州工学院计算机科学与技术专业的一门必修课。通过学习使学员掌握计算机操作系统的组成及基本设计原理，基本概念和相关的新概念和名词术语；了解计算机操作系统的发展特点、设计技巧和方法，对常用计算机操作系统（如Dos、Windows和UNIX/Linux）会进行基本的操作使用。该课程使用的教材为计算机操作系统（第2版），吴企渊、梁燕编著，清华大学出版社2003年8月出版。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、操作系统结构和程序设计，并附录课程实验。操作系统是计算机
2、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、涉及面广的特点。为帮助大家复习这门课程，下面按照教学大纲，对各章的重点、难点进行归纳、总结，给出解答问题的指导，最后给出练习及参考解答，供大家复习时参考。一、 各章复习要点第一章 计算机操作系统概述1、操作系统的概念操作系统（Operating System，OS）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）。从用户角度看，操作系统可以看成是对计算机硬件的扩充；从人机交互方式来看，操作系统是用户与机器的接口；从计算机的系统结构看，操作系统是一种层次、模块结构的
3、程序集合，属于有序分层法，是无序模块的有序层次调用。操作系统在设计方面体现了计算机技术和管理技术的结合。2、操作系统的发展形成了五大类型操作系统的五大类型是批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统、分布式操作系统。l 多通道批处理操作系统多道程序设计：即在系统内（内存）同时存放并运行几道相互独立的程序。多道程序设计的基础：是将运行过程进一步细化成几个小的步骤，从而实现宏观上的并行。但从微观上看，内存中的多道程序轮流地或分时地占用处理机，交替执行。多道批处理系统 = 批处理系统+多道程序设计技术l 分时与实时分时：鉴于CPU运转的高速度，把CPU的时间分成很短的时间片（例如，几十
4、至几百毫秒）进行工作。时间片的大小影响系统的响应时间，并与系统用户的数量、系统时间片的切换速度有关。实时是指计算机对于外来信息能够以足够快的速度进行处理，并在被控对象允许的时间范围内做出快速反应。实时系统对交互能力要求不高，但要求可靠性有保障。l 网络操作系统与分布式操作系统分布式操作系统是网络操作系统的更高级形式，它保持网络系统所拥有的全部功能，同时又有透明性、可靠性、高性能等。网络操作系统与分布式操作系统虽然都属于管理分布在不同地理位置的计算机，但最大的差别是：网络操作系统的工作，用户必须知道网址，而分布式系统用户则不必知道计算机的确切地址。3、操作系统的五大功能l 作业管理：包括任务、界
5、面管理、人机交互、图形界面、语音控制和虚拟现实等；l 文件管理：又称为信息管理；l 存储管理：实质是对存储“空间”的管理，主要指对主存的管理；l 设备管理：实质是对硬件设备的管理，其中包括对输入输出设备的分配、启动、完成和回收；l 进程管理：实质上是对处理机执行“时间”的管理，即如何将CPU真正合理地分配给每个任务。4、表征操作系统的属性主要有：响应系数，并发性，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，安全可靠性，可测试性等。第二章 作业管理1、基本概念作业(Job)是让计算机完成一件事或任务，可大可小，可多可少。作业步(Job steps) ：作业顺序执行的工作单元。作
6、业流(Job Stream) ：作业步的控制流程。作业类别分为终端型作业和批量型作业。2、三代用户界面l 第一代用户界面：操作命令和系统调用（一维空间）l 第二代用户界面：图形界面（二维空间）l 第三代用户界面：虚拟现实的界面元素（三维空间）3、界面管理的功能l 实现高效的人机通信l 改善计算机的可用性、可学性和有效性l 支持三维及多媒体技术l 为广大用户提供适应不同应用的众多界面构造工具及语言4、作业调度l 作业调度功能（1）采用JCB（作业控制块）表格，记录各作业状况；（2）按选定的算法，从后备作业队列中选出一部分（多道）或一个作业投入运行；（3）为被选中的作业做好运行前的准备工作，例如建
7、立相应的执行进程和分配系统资源；（4）作业运行结束的善后处理工作。l 作业调度算法（1）先来先服务（FCFS）作业平均周转时间=（作业完成时刻i-作业提交时刻i）/n个作业（2）最短作业优先：在作业内容参差很不均衡时有合理性（3）最高响应比优先响应比(系数)作业响应时间（等待运行）/作业运行时间（4）定时轮转法：按时间片分为固定时间片和不固定时间片（5）优先数法：急事先办的原则（6）事件驱动法：MS-Windows采用此算法5、Shell命令解释和控制语言 Shell是用户与操作系统交互作用的界面。作为命令解释程序它接收用户输入的命令，进行分析，创建子进程实现命令的功能，等子进程终止工作后，发
8、出提示符。此外，Shell还是一种高级程序设计语言，有变量、关键字、各种控制语句，支持函数模块，有自己的语法结构。第三章 文件管理1、文件管理的任务与功能任务：把存储、检索、共享和保护文件的手段，提供给操作系统本身和用户，以达到方便用户和提高资源利用率的目的。功能：-分配与管理外存，实现按名存取-提供合适的存储方法-文件共享、保护，解决命名冲突，控制存取权限文件的组织结构：文件、文件元素、文件系统，其中文件系统包含文件管理程序（文件和目录的集合）和所管理的全部文件。2、文件分类（1）按文件性质与用途分：系统文件、库文件、用户文件（2）按操作保护分：只读文件、可读可写文件、可执行文件（3）按使用
9、情况分：临时文件、永久文件、档案文件（4）按用户观点分：普通文件、目录文件、特殊文件（5）按存取的物理结构分：顺序（连续）文件、链接文件、索引文件（6）按文件的逻辑存储结构分：有结构文件、无结构文件（7）按文件中的数据形式分：源文件、目标文件3、文件的逻辑结构和物理结构l 文件的逻辑结构-从用户使用角度确定的文件结构-按文件名及记录号存取文件，是一维、连续的字符序列，方便存储、检索或加工-文件由若干个逻辑记录组成，并加以命名或编号l 文件的物理结构又称文件的存储结构，是指文件在存储介质上的存储组织形式，与存储介质的存储性能有关。空闲空间的管理方法主要有：空闲表法、空闲链表法、成组链接法4、文件
10、目录（1）文件目录分类：一级文件目录、二级文件目录、多级文件目录（2）文件目录的管理l 目录做成文件，文件系统便于内部统一管理，目录文件在使用时调入内存；l 在操作系统中，大量采用“表格”管理。5、文件存取控制l 解决文件保护、保密和共享l 常用的文件存取控制方法有：存取控制矩阵、用户权限表、使用口令、使用密码l Unix/Linux系统的安全性与计算机病毒简介6、文件系统的数据结构和表示UNIX或Linux操作系统中文件系统的主要特点（1）操作系统文件的目录组织是一个树形结构；（2）文件本身是无结构的字符流；（3）把外部设备的特殊文件和普通文件以及目录文件都统一在文件这一概念之下。第四章 存
11、储管理1、存储管理的基本概念l 逻辑地址与物理地址在具有地址变换机构的计算机中，允许程序中编排的地址和信息实际存放在内存中的地址有所不同。前者叫逻辑（相对）地址，后者叫物理（绝对）地址。l 重定位：将逻辑地址转换为物理地址。l 三级存储器结构辅存主存高速缓存为三级存储器结构，从辅存到高速缓存，存储器容量减小，存取时间减少，速度增加，但每位存储器成本增加了。l 虚拟存储管理虚存是由操作系统调度，采用内外存的交换技术，各道程序在必需使用时调入内存，不用的调出内存，这样好像内存容量不受限制。虚存的特点：（1）虚存容量不是无限的，极端情况受内存和外存可利用的总容量限制；（2）虚存容量还受计算机总线地址
12、结构限制；（3）速度和容量的“时空”矛盾，虛存量的“扩大”是以牺牲CPU工作时间以及内外存交换时间为代价的。l 存储管理的任务和功能任务是方便用户，提高内存资源的利用率，实现主存共享。功能主要有主存的分配和回收、地址映射、主存扩充、内存的共享和保护技术2、分区分配存储管理分为固定分区、可变分区、可重定位分区、多重分区。内存“扩充”技术：l 交换：由操作系统做，用户不知道。l 覆盖：由用户控制，操作系统提供覆盖机制。内存保护技术：保护系统工作区和用户作业区，特别是如何防止系统区被破坏。方法有存储保护键、界限寄存器3、请求页式存储管理（1）页式存储管理实现原理基于程序在运行时不需要一开始都装入内存
13、（局部性原理），更不应该把最近较长一段时间内不用的程序装入内存。（2）页表的作用是将逻辑页号转换为物理块号。（3）页面淘汰算法 先进先出算法(FIFO)、循环检测法、最近最少使用页面先淘汰（LRU）、最不经常使用的页面先淘汰（LFU）、最近没有使用页面先淘汰（NUR）、最优淘汰算法（OPT）等。（4）页式存储管理的优、缺点 优点：l 虛存量大，适合多道程序运行，用户不必担心内存不够的调度操作；l 内存利用率高，不常用的页面尽量不留在内存；l 不要求作业连续存放，有效地解决了“碎片”问题。与分区式相比，不需移动作业；与多重分区比，无零星碎片产生。缺点：l 要处理页面中断、缺页中断处理等，系统开销
14、较大；l 有可能产生“抖动”；l 地址变换机构复杂，为提高速度采用硬件实现，增加了机器成本。4、段式、段页式存储管理段式、页式存储管理的对比表参考教材117页。段页式存储管理特点：l 每一段分若干页，再按页式管理，页之间不要求连续；l 用分段方法分配管理作业，用分页方法分配管理内存；l 兼有段式和页式管理的优点，系统复杂和开销增大，一般在大型机器上才使用。第五章 设备管理1、设备管理的任务和功能l 设备管理的任务（1）按用户需求提出的要求接入外部设备，系统按一定算法分配和管理控制，而用户不必关心设备的实际地址和控制指令；（2）尽量提高输入输出设备的利用率，例如发挥主机与外设以及外设与外设之间的
15、真正并行工作能力。l 设备管理的功能（1）分配设备（2）控制和实现真正的输入输出操作（3）对输入输出缓冲区进行管理（4）在一些较大系统中实现虚拟设备技术2、外部设备分类（1）按系统和用户分：系统设备、用户设备（2）按输入输出传送方式分（UNIX或Linux操作系统）：字符型设备、块设备（3）按资源特点分：独享设备、共享设备、虚拟设备（4）按设备硬件物理特性分：顺序存取设备、直接存取设备（5）按设备使用分：物理设备、逻辑设备、伪设备l 设备I/O方式：询问、中断、通道l I/O设备分配算法：先来先服务（FCFS）、按优先级进行分配3、外部设备的安装 设备驱动程序的作用、分类、使用。 CPU与外部信息的交换：程序直接控制方式、中断控制方式、DMA方式和通道方式 总线与接口：PC系统总线、标准接口类型、USB接口4、设备管理技术（1）I/O设置缓存理由l 解决信息的到达率和离去率不一致的矛盾；l 缓存起
