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第一章：操作系统引论
1. 操作系统的目标与作用
- 目标：
- 有效性：提高系统资源利用率，增强系统吞吐量。
- 方便性：提供用户友好的界面，简化用户操作。
- 可扩充性：支持系统功能的扩展和升级。
- 开放性：遵循国际标准，支持不同厂家设备的集成。
- 作用：
- 用户与硬件的接口：提供命令行界面、图形用户界面等。
- 系统资源的管理者：管理CPU、内存、I/O设备、文件等资源。
- 抽象层次：通过抽象层次简化硬件操作，提供统一的接口。
2. 操作系统的发展过程
- 无操作系统：
- 人工操作：用户直接操作硬件，效率低，错误率高。
- 脱机输入/输出：通过外围机进行数据传输，减少CPU空闲时间。
- 单道批处理系统：
- 监督程序：控制作业的顺序执行。
- 特点：自动性、顺序性、单道性。
- 多道批处理系统：
- 多道程序设计：同时在内存中运行多个程序，提高资源利用率。
- 特点：高资源利用率、高吞吐量、长平均周转时间。
- 分时系统：
- 多路性：支持多用户同时使用。
- 独立性：每个用户独立操作，互不干扰。
- 及时性：快速响应用户请求。
- 交互性：用户与系统进行交互操作。
- 实时系统：
- 实时性：及时响应外部事件。
- 可靠性：高可靠性，确保系统稳定运行。
3. 操作系统的基本特性
- 并发性：
- 定义：多个程序同时在系统中运行。
- 实现：通过多道程序设计和多处理机技术。
- 共享性：
- 互斥共享：资源在同一时间只能被一个进程使用。
- 同时访问：资源可以被多个进程同时访问。
- 虚拟性：
- 时分复用：通过时间片轮转实现虚拟处理机。
- 空分复用：通过空间划分实现虚拟存储器。
- 异步性：
- 定义：进程以不可预知的速度推进。
- 原因：资源竞争、进程调度等。
4. 操作系统的主要功能
- 处理机管理：
- 进程控制：创建、终止、挂起、唤醒进程。
- 调度：选择进程执行的顺序。
- 同步：协调进程间的执行顺序。
- 通信：实现进程间的信息交换。
- 存储器管理：
- 内存分配：分配和回收内存空间。
- 内存保护：防止进程间相互干扰。
- 地址映射：将逻辑地址映射到物理地址。
- 内存扩充：通过虚拟存储技术扩展内存。
- 设备管理：
- 设备分配：分配I/O设备。
- 设备驱动：控制设备操作。
- 缓冲管理：管理缓冲区，提高I/O效率。
- 文件管理：
- 文件存储：管理文件的存储和检索。
- 目录管理：组织文件目录。
- 文件保护：控制文件的访问权限。
5. OS结构设计
- 传统结构：
- 无结构OS：早期操作系统，代码混乱，难以维护。
- 模块化结构：将OS分为多个模块，每个模块负责特定功能。
- 分层式结构：将OS分为多层，每层依赖于下一层。
- 现代结构：
- 客户/服务器模式：将OS分为客户端和服务器端。
- 微内核结构：将OS核心功能最小化，其他功能通过服务器实现。
第二章：进程管理
1. 进程的基本概念
- 定义：
- 进程：程序的一次执行，包含程序代码、数据和控制信息。
- 特征：动态性、并发性、独立性、异步性。
- 状态：
- 就绪：进程已分配到除CPU外的所有资源，等待CPU调度。
- 执行：进程正在CPU上运行。
- 阻塞：进程因等待某个事件而暂停执行。
- 挂起：进程被暂时移出内存，等待重新调度。
2. 进程控制
- 创建：
- 申请PCB：为新进程分配控制块。
- 分配资源：为进程分配内存、I/O设备等资源。
- 插入就绪队列：将进程插入就绪队列，等待调度。
- 终止：
- 回收资源：回收进程占用的资源。
- 删除PCB：删除进程控制块。
- 移出队列：将进程从队列中移出。
- 阻塞与唤醒：
- 阻塞：进程因等待某个事件而暂停执行。
- 唤醒：事件发生后，将进程唤醒，插入就绪队列。
- 挂起与激活：
- 挂起：将进程移出内存，等待重新调度。
- 激活：将挂起的进程重新调入内存，插入就绪队列。
3. 进程同步
- 信号量机制：
- 定义：用于实现进程间的同步和互斥。
- 操作：wait和signal操作。
- 应用：实现进程互斥、前趋关系。
- 管程机制：
- 定义：封装共享资源和操作的程序模块。
- 特性：模块化、抽象数据类型、信息隐藏。
- 应用：实现进程同步和互斥。
4. 线程
- 定义：
- 线程：轻量级进程，减少系统开销。
- 特性：独立调度、共享资源、并发执行。
- 实现方式：
- 内核支持线程：线程的创建、调度和管理由内核支持。
- 用户级线程：线程的创建和管理在用户空间完成。
第三章：处理机调度与死锁
1. 处理机调度层次
- 高级调度：
- 定义：从外存的后备队列中选择作业调入内存。
- 功能：决定接纳多少作业、接纳哪些作业。
- 低级调度：
- 定义：从就绪队列中选择进程分配CPU。
- 功能：保存现场、选择进程、分配CPU。
- 中级调度：
- 定义：管理内存中的进程，将暂时不能运行的进程移出内存。
- 功能：提高内存利用率和系统吞吐量。
2. 调度算法
- 先来先服务：
- 定义：按到达顺序调度进程。
- 特点：简单公平，但可能饿死短作业。
- 短作业优先：
- 定义：优先调度短作业。
- 特点：降低平均周转时间，但可能饿死长作业。
- 优先级调度：
- 定义：根据优先级调度进程。
- 特点：满足紧迫任务的需求。
- 时间片轮转：
- 定义：按时间片轮转调度进程。
- 特点：适用于分时系统，保证响应时间。
- 多级反馈队列：
- 定义：综合多种调度算法的优点。
- 特点：适用于多种类型的进程。
3. 死锁
- 定义：
- 死锁：多个进程因争夺资源而无法继续执行的状态。
- 产生原因：
- 资源竞争：资源不足导致进程竞争。
- 进程推进顺序不当：请求和释放资源的顺序不当。
- 必要条件：
- 互斥条件：资源被独占。
- 请求和保持条件：进程已占有资源，又请求新的资源。
- 不剥夺条件：资源不能被强行剥夺。
- 环路等待条件：存在资源等待环路。
- 处理方法：
- 预防死锁：破坏死锁的必要条件。
- 避免死锁：通过资源分配策略避免死锁。
- 检测与解除：检测死锁状态，采取措施解除死锁。
第四章：存储器管理
1. 存储器的层次结构
- 多级存储器结构：
- 寄存器：最快，容量小，价格高。
- 高速缓存：次快，容量中等。
- 主存储器：较慢，容量较大。
- 磁盘缓存：较慢，容量大。
- 辅存：最慢，容量最大，价格低。
- 特点：
- 速度：越往上越快。
- 容量：越往下越大。
- 价格：越往上越贵。
2. 程序的装入和链接
- 装入方式：
- 绝对装入：按绝对地址装入内存。
- 可重定位装入：按相对地址装入内存，进行地址重定位。
- 动态运行时装入：在运行时动态装入和重定位。
- 链接方式：
- 静态链接：在程序运行前完成链接。
- 装入时动态链接：在装入时进行链接。
- 运行时动态链接：在运行时按需链接。
3. 存储器管理功能
- 内存分配：
- 静态分配：在程序装入时分配内存。
- 动态分配：在程序运行时动态分配内存。
- 内存保护：
- 内存保护机制：防止进程间相互干扰。
- 地址映射：
- 逻辑地址到物理地址的转换：通过地址映射机制实现。
- 内存扩充：
- 虚拟存储技术：通过请求调页和置换算法扩展内存。
第五章：设备管理
1. I/O系统
- 设备分类：
- 字符设备：如键盘、显示器。
- 块设备：如磁盘、磁带。
- I/O控制方式：
- 程序控制I/O：CPU直接控制I/O操作。
- 中断驱动I/O：通过中断机制控制I/O操作。
- DMA：通过DMA控制器控制I/O操作。
2. 缓冲管理
- 缓冲区：
- 单缓冲：一个缓冲区。
- 双缓冲：两个缓冲区，提高效率。
- 循环缓冲：多个缓冲区循环使用。
- 作用：
- 提高I/O效率：减少CPU等待时间。
- 协调I/O速度：匹配I/O设备和CPU的速度。
3. 设备分配
- 分配策略：
- 独占设备：设备被一个进程独占。
- 共享设备：设备被多个进程共享。
- 设备独立性：
- 设备独立性软件：提供统一的设备接口。
第六章：文件管理
1. 文件和文件系统
- 文件类型：
- 普通文件：文本文件、二进制文件。
- 目录文件：文件的目录结构。
- 文件系统模型：
- 层次结构：文件和目录的层次组织。
- 网络文件系统：通过网络共享文件。
2. 文件存储空间管理
- 分配方式：
- 连续分配：文件存储在连续的磁盘块中。
- 链接分配：文件存储在非连续的磁盘块中，通过指针链接。
- 索引分配：通过索引块管理文件存储。
- 存储管理：
- 空闲表法：记录空闲磁盘块。
- 位示图法：用位图表示磁盘块的使用情况。
3. 文件保护
- 访问控制：
- 权限设置：读、写、执行权限。
- 加密技术：通过加密保护文件内容。
第七章：操作系统接口
1. 用户接口
- 命令接口：
- 联机命令：用户通过命令行输入命令。
- 批处理命令：用户通过批处理文件输入命令。
- 图形用户接口：
- 窗口：提供图形化的操作界面。
- 图标：用图标表示文件和程序。
- 菜单：通过菜单选择操作。
2. 系统调用
- 功能：
- 进程控制：创建、终止、挂起、唤醒进程。
- 文件操作：打开、关闭、读、写文件。
- 通信：进程间通信。
- 实现：
- 陷入机制：通过陷入指令进入内核态。
- 系统调用表：记录系统调用的入口地址。
第八章：网络操作系统
1. 计算机网络概述
- 网络拓扑：
- 星型：中心节点连接所有其他节点。
- 环型：节点形成环形结构。
- 总线型：节点连接到一条公共总线上。
- 网络体系结构：
- OSI模型：七层模型，从物理层到应用层。
- **TCP/IP
2. 网络操作系统功能
- 资源共享：
- 文件共享：文件在不同用户间共享。
- 打印机共享：打印机在不同用户间共享。
- 网络管理：
- 用户管理：管理用户账户和权限。
- 安全管理：保护网络资源免受非法访问。
第九章：系统安全性
1. 安全技术
- 认证技术：
- 基于口令的认证：通过用户名和口令进行认证。
- 基于生物特征的认证：通过指纹、虹膜等生物特征进行认证。
- 加密技术：
- 对称加密：使用相同的密钥进行加密和解密。
- 非对称加密：使用公钥和私钥进行加密和解密。
- 访问控制：
- 访问矩阵：记录用户对资源的访问权限。
- 权限设置：设置文件和目录的访问权限。
2. 计算机病毒
- 定义：
- 计算机病毒：能够自我复制并传播的恶意程序。
- 防治：
- 杀毒软件：检测和清除病毒。
- 防火墙：防止病毒通过网络传播。
第十章：UNIX系统内核结构
1. UNIX系统概述
- 特点：
- 多用户：支持多个用户同时使用。
- 多任务：支持多个任务同时运行。
- 分层结构：内核分为多个层次。
- 内核组件：
- 进程管理：管理进程的创建、调度和终止。
- 存储器管理：管理内存的分配和回收。
- 文件系统：管理文件的存储和检索。
2. 进程描述和控制
- 进程控制块：
- 定义：记录进程的状态和控制信息。
- 内容：进程ID、状态、优先级、内存分配等。
- 进程调度：
- 调度算法：多级反馈队列调度算法。
- 调度机制：通过调度程序选择进程执行。
3. 存储器管理
- 请求调页管理：
- 定义：动态分配内存，按需调入页面。
- 算法：最佳置换算法、先进先出置换算法等。
- 虚拟存储器：
- 定义：通过虚拟地址空间扩展内存。
- 实现：通过请求调页和置换算法实现。
4. 设备管理
- 缓冲区管理：
- 定义：管理I/O缓冲区，提高I/O效率。
- 机制：单缓冲、双缓冲、循环缓冲。
- 设备驱动程序：
- 定义：控制设备操作的程序。
- 功能：实现设备的初始化、读写操作等。
5. 文件管理
- 文件系统：
- 定义：管理文件的存储和检索。
- 结构：层次结构，支持目录和文件的组织。
- 目录管理：
- 定义：管理文件目录，提供文件的组织和检索。
- 机制：文件控制块、目录项等。
- 文件保护：
- 定义：控制文件的访问权限。
- 机制：权限设置、加密技术等。
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