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操作系統(tǒng)原理課程大綱一、課程性質(zhì)及其設(shè)置目的與要求(一)課程性質(zhì)、地位與任務(wù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,計(jì)算機(jī)的硬、軟件資源越來越豐富,用戶也要求能更方便、更靈活地使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。為了增強(qiáng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的處理能力以及方便用戶有效地使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng),操作系統(tǒng)已成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分。因此,操作系統(tǒng)原理計(jì)算機(jī)軟件及其相關(guān)專業(yè)的主要專業(yè)必修課程。本課程從操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)資源管理的觀點(diǎn)出發(fā),闡述如何對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的硬、軟件資源進(jìn)行管理,使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致地、有效地為用戶服務(wù),充分發(fā)揮資源的使用效率,提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。一個(gè)從事計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的工作者,當(dāng)他掌握了操作系統(tǒng)的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法后,將有利于他利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開發(fā)各種應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件,初步具備從事操作系統(tǒng)分析、擴(kuò)展和設(shè)計(jì)的知識(shí)和能力。(二)課程基本要求掌握操作系統(tǒng)對(duì)各種資源的管理方法和操作系統(tǒng)各部分程序之間的關(guān)系后,才能真正掌握操作系統(tǒng)的工作原理以及了解操作系統(tǒng)在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用。通過本課程的學(xué)習(xí),要求:1.了解操作系統(tǒng)的組成部分,掌握操作系統(tǒng)的基本原理、基本概念,了解操作系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法。2.理解操作系統(tǒng)的基本原理在UNIX/LINUX/Windows中的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)技術(shù)。(三)本課程與有關(guān)課程的聯(lián)系操作系統(tǒng)是管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源和控制程序執(zhí)行的一種系統(tǒng)軟件,它直接擴(kuò)充裸機(jī)(不配有任何軟件的計(jì)算機(jī))的功能,為程序的執(zhí)行提供良好的環(huán)境。所以,在學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)之前應(yīng)該先學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)組成原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)論、高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)、匯編語言程序設(shè)計(jì)等課程。在這些先行課的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)本課程符合循序漸進(jìn)的規(guī)律,這樣不僅容易理解課程內(nèi)容,而且能正確地把操作系統(tǒng)的各部分程序有機(jī)地聯(lián)系起來。二、課程內(nèi)容與考核目標(biāo)第1章 計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)(一)課程內(nèi)容1.計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.CPU寄存器3.指令執(zhí)行4.中斷5.存儲(chǔ)器的層次6.Caching7.I/O方式(二)學(xué)習(xí)目的與要求了解計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成與工作原理;各部件工作原理及特點(diǎn);程序狀態(tài)字,中斷的原理與作用,各種I/O方式的過程與特點(diǎn)。重點(diǎn)是:CPU指令執(zhí)行微動(dòng)作,CPU的執(zhí)行狀態(tài)、特權(quán)指令、程序狀態(tài)字的內(nèi)容與作用,中斷機(jī)構(gòu)的組成與工作原理,操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的要求。(三)考核知識(shí)點(diǎn)與考核要求1.計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng),要求達(dá)到“識(shí)記”層次。計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由哪些部分組成。2 CPU寄存器,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次以Intel 80386為例,說明該CPU寄存器哪些是通用的(用戶程序可使用的),哪些是專用的(不可直接操作的)?說明專用的寄存器的內(nèi)容及作用。以Intel 80386為例,說明該CPU的指令分為哪幾大類,尋址方式有哪幾種?哪些是特權(quán)指令?3.指令執(zhí)行,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。以算術(shù)運(yùn)算指令為例,說明指令執(zhí)行主要的步驟。說明指令計(jì)數(shù)器寄存器在程序的執(zhí)行過程中的作用和指令執(zhí)行前后內(nèi)容如何變化。以Intel 80386為例,說明程序狀態(tài)字的基本內(nèi)容和作用。4.中斷原理,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。說明中斷機(jī)制的作用。根據(jù)指令執(zhí)行周期說明中斷響應(yīng)發(fā)生時(shí)機(jī)。以Intel 80386為例,說明其中斷機(jī)制的主要組成部件及其在中斷過程中的作用。以Intel 80386為例,說明其中斷響應(yīng)時(shí),在CPU控制權(quán)轉(zhuǎn)移給中斷處理程序前,程序狀態(tài)字和程序計(jì)數(shù)器保存在何處?什么叫中斷向量?以Intel 80386為例,說明其中斷向量的組織方式和保存位置。以Intel 80386為例,說明其中斷響應(yīng)時(shí),CPU控制權(quán)怎樣轉(zhuǎn)移給中斷處理程序的?說明中斷處理程序的一般結(jié)構(gòu)。說明多重嵌套中斷中處理器的控制流轉(zhuǎn)移過程。5.存儲(chǔ)器層次,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。存儲(chǔ)器基本層次結(jié)構(gòu)有哪幾層。從容量、速度、價(jià)格和CPU訪問其內(nèi)容的頻率這幾個(gè)方面,說明存儲(chǔ)器層次從上到下的變化規(guī)律。存儲(chǔ)器為什么要層次化?6.CACHING,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。什么是CACHE?為什么存儲(chǔ)器分層化是CACHING技術(shù)的體現(xiàn)?列舉CACHING技術(shù)在計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)中的一些典型應(yīng)用設(shè)CPU從高速緩存中存取一個(gè)字的時(shí)間為t1,而CPU從內(nèi)存中存取一個(gè)字的時(shí)間為t2,CPU從高速緩存中存取命中率為r,如果數(shù)據(jù)沒有命中,則數(shù)據(jù)從內(nèi)存復(fù)制到高速緩存的時(shí)間為t3,說明該CACHING技術(shù)的效率。7.I/O方式,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。說明CPU同步程序控制I/O方式過程說明中斷控制I/O方式過程說明DMA控制I/O方式過程說明通道控制I/O方式過程從CPU利用率、CPU與設(shè)備通信方式和CPU與設(shè)備的并行程度這三個(gè)方面說明四種I/O方式各自的特點(diǎn)第2章 操作系統(tǒng)概述(一)課程內(nèi)容1.操作系統(tǒng)的目的和功能2.操作系統(tǒng)發(fā)展。3.操作系統(tǒng)主要理論和模型4.現(xiàn)代操作系統(tǒng)的特征。5.LINUX/UNIX/WINDOWS特征。(二)學(xué)習(xí)目的與要求了解操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用;各類操作系統(tǒng)的特點(diǎn);作業(yè)控制語言和系統(tǒng)功能調(diào)用的作用,進(jìn)程與線程概念,操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)是:操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的要求;操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用;各類操作系統(tǒng)的特點(diǎn);系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)原理,微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。(三)考核知識(shí)點(diǎn)與考核要求1. 操作系統(tǒng)目的與功能,要求達(dá)到“識(shí)記”層次。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由哪些部分組成。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有哪些硬件資源和軟件資源。操作系統(tǒng)的目的是什么。操作系統(tǒng)的有哪些主要功能。為什么操作系統(tǒng)要具有易擴(kuò)展性2.操作系統(tǒng)的發(fā)展,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。裸機(jī)時(shí)代使用計(jì)算機(jī)的操作特點(diǎn)是什么聯(lián)機(jī)操作的含義。監(jiān)控程序的主要功能是什么?它解決了什么什么問題?多道批處理系統(tǒng)為什么能提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的利用率,它要求硬件系統(tǒng)有什么特征?脫機(jī)操作的含義。分時(shí)系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)?它的硬件環(huán)境和應(yīng)用環(huán)境各有什么特點(diǎn)?實(shí)時(shí)系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)?它的硬件環(huán)境和應(yīng)用環(huán)境各有什么特點(diǎn)?3.操作系統(tǒng)的理論與模型,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。為什么進(jìn)程模型是操作系統(tǒng)理論的核心?為什么進(jìn)程的存儲(chǔ)空間要隔離?進(jìn)程不能直接使用計(jì)算機(jī)物理地址空間?操作系統(tǒng)要面臨哪些安全威協(xié)?要提供哪些安全義務(wù)?資源調(diào)度和管理的主要考慮動(dòng)因素是什么?4.現(xiàn)代系統(tǒng)系統(tǒng)的特征,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次?,F(xiàn)代操作系統(tǒng)有哪些主要特征?操作系統(tǒng)為什么要提供“系統(tǒng)功能調(diào)用”。庫過程子程序調(diào)用與系統(tǒng)調(diào)用有什么差別?試從效率、安全和可擴(kuò)展性三個(gè)方面評(píng)價(jià)各自的好壞。5 UNIX/LINUX/WINDOWS的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)UNIX屬于哪一種操作系統(tǒng),傳統(tǒng)UNIX的結(jié)構(gòu)屬于哪一種操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?LINUX屬于哪一種操作系統(tǒng),LINUX的結(jié)構(gòu)屬于哪一種操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?WINDOWS屬于哪一種操作系統(tǒng),WINDOWS的結(jié)構(gòu)屬于哪一種操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?試從效率、安全和可擴(kuò)展性三個(gè)方面評(píng)價(jià)UNIX/LINUX/WINDOWS操作系統(tǒng)。第3章 進(jìn)程描述與控制(一)課程內(nèi)容1.進(jìn)程的概念。2.進(jìn)程模型。3.進(jìn)程描述。4進(jìn)程控制(二)學(xué)習(xí)目的與要求通過本章學(xué)習(xí)應(yīng)該掌握多道程序設(shè)計(jì)是如何提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)效率的;進(jìn)程和程序有什么區(qū)別;進(jìn)程的基本狀態(tài)以及狀態(tài)變化;進(jìn)程控制,操作系統(tǒng)的代碼執(zhí)行方式。重點(diǎn)是:多道程序設(shè)計(jì),進(jìn)程模型,進(jìn)程控制。(三)考核知識(shí)點(diǎn)與考核要求1.什么是進(jìn)程,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。什么是多道程序設(shè)計(jì)。多道程序設(shè)計(jì)為什么能提高處理器的工作效率。多道程序設(shè)計(jì)對(duì)算題量和算題時(shí)間的影響。2. 進(jìn)程與進(jìn)程控制塊,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。什么叫進(jìn)程操作系統(tǒng)為什么要關(guān)注程序的執(zhí)行過程。說明進(jìn)程與程序的區(qū)別與聯(lián)系。進(jìn)程的基本狀態(tài)有哪些?根據(jù)進(jìn)程狀態(tài)變化基本模型圖,描述一個(gè)進(jìn)程生命周期的典型經(jīng)歷。根據(jù)有進(jìn)程交換(掛起狀態(tài))的模型,描述一組進(jìn)程生命周期的典型經(jīng)歷。描述一個(gè)進(jìn)程生命周期的狀態(tài)變化時(shí),操作系統(tǒng)所做的工作。3.進(jìn)程描述,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。進(jìn)程控制塊典型元素有哪些?描述一個(gè)進(jìn)程生命周期的典型經(jīng)歷與進(jìn)程控制塊的內(nèi)容的聯(lián)系。進(jìn)程控制塊有何作用進(jìn)程映像有哪些內(nèi)容?4.進(jìn)程控制,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。為什么CPU要有多種執(zhí)行模式。操作系統(tǒng)內(nèi)核的典型功能有哪些?以一個(gè)具體的CPU為例,說明執(zhí)行模式反映在什么位置,描述硬件是如何實(shí)現(xiàn)執(zhí)行模工切換的。進(jìn)程創(chuàng)建的主要工作有哪些?模式切換過程大致如何?進(jìn)程切換過程大致如何?進(jìn)程切換與模式切換有何關(guān)系?進(jìn)程隊(duì)列主要有哪些?結(jié)合進(jìn)程生命周期的典型經(jīng)歷,描述進(jìn)程在隊(duì)列的進(jìn)出情況。進(jìn)程撤銷的主要工作有哪些?操作系統(tǒng)自身功能代碼的有幾種執(zhí)行方式??jī)?nèi)核方式執(zhí)行有何特點(diǎn)?用戶空間子程序調(diào)用方式執(zhí)行有何特點(diǎn)?用戶空間進(jìn)程方式執(zhí)行有何特點(diǎn)?第4章 線程、微內(nèi)核和對(duì)稱多處理(一)課程內(nèi)容1.進(jìn)程與線程2.對(duì)稱多處理3.微內(nèi)核(二)學(xué)習(xí)目的與要求通過本章學(xué)習(xí)應(yīng)該掌握多線程技術(shù)是如何提高多道程序設(shè)計(jì)方法的效率;進(jìn)程和線程有什么區(qū)別和聯(lián)系;線程的基本狀態(tài)以及狀態(tài)變化;線程控制,微內(nèi)核操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),SMP概念。重點(diǎn)是:線程模型,微內(nèi)核的操作系統(tǒng)工作原理。(三)考核知識(shí)點(diǎn)與考核要求1.進(jìn)程和線程概念,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。傳統(tǒng)進(jìn)程模型的雙重作用是什么?多線程環(huán)境中,進(jìn)程的作用是什么?線程的實(shí)體有哪些內(nèi)容?為什么多線程比多進(jìn)程更有效率?列舉幾種更適用多線程技術(shù)的單用戶多任務(wù)系統(tǒng)例子線程狀態(tài)主要有哪些?如果一個(gè)程序中包含了多個(gè)遠(yuǎn)程過程調(diào)用,說明單處理器的環(huán)境中,用線程進(jìn)行遠(yuǎn)程過程調(diào)用可以加快程序的執(zhí)行。用戶級(jí)線程有哪些特點(diǎn)??jī)?nèi)核級(jí)線程有哪些特點(diǎn)?2.對(duì)稱多處理,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。對(duì)稱多處理結(jié)構(gòu)有哪些特點(diǎn)?3.微內(nèi)核,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。什么叫內(nèi)核?微內(nèi)核的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)?操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展主要分為幾種結(jié)構(gòu)?試從效率、安全和可擴(kuò)展性三個(gè)方面評(píng)價(jià)各種結(jié)構(gòu)的好壞。第5章 并發(fā):互斥與同步(一)課程內(nèi)容1.并發(fā)原理。2.互斥硬件支持3.信號(hào)量4.管程5.消息傳遞。6.讀者-寫者問題。(二)學(xué)習(xí)目的與要求理解在多道程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中經(jīng)常有多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行,并發(fā)進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)資源時(shí)會(huì)出現(xiàn)與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤;掌握用PV操作實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的互斥和同步,以保證系統(tǒng)的安全;了解采用信箱方式的進(jìn)程通信;怎樣防止和避免死鎖的發(fā)生。重點(diǎn)是:分析與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤;用PV操作實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的同步與互斥;解決死鎖問題的方法。(三)考核知識(shí)點(diǎn)與考核要求1.并發(fā)原理,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。進(jìn)程的順序性指什么?進(jìn)程的并發(fā)性指什么?競(jìng)態(tài)是怎樣的一種現(xiàn)象?產(chǎn)生的原因是什么?能夠分析兩個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行中產(chǎn)生競(jìng)態(tài)(與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤)的時(shí)序。臨界區(qū)是什么?說明臨界區(qū)互斥模型基本結(jié)構(gòu)。說明解決相關(guān)臨界區(qū)互斥方案的要求。說明軟件實(shí)現(xiàn)臨界區(qū)互斥各種方案,分析各種方案的可行性及局限性2.互斥硬件支持,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。說明關(guān)中斷為什么能實(shí)現(xiàn)臨界區(qū)互斥及這種方案的局限性說明TS指令的功能,描述利用TS指令實(shí)現(xiàn)臨界區(qū)互斥方案,分析這種方案的可行性及局限性說明EXCH指令的功能,描述利用EXCH指令實(shí)現(xiàn)臨界區(qū)互斥方案,分析這種方案的可行性及局限性“忙等待”方式是指什么?對(duì)CPU利用率有何影響?3.信號(hào)量“原語”是怎樣的一種過程說明信號(hào)量的基本結(jié)構(gòu),描述P、V操作的流程說明信號(hào)量的值的取值范圍及相應(yīng)的阻塞隊(duì)列狀態(tài),描述P、V操作各自在資源管理中的含義。說明信號(hào)量實(shí)現(xiàn)臨界區(qū)互斥的方案,分析方案的可行性,說明信號(hào)量方案的優(yōu)點(diǎn)什么叫進(jìn)程同步?說明信號(hào)量實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步的方案。說明生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題的基本模型,說明用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)有限緩沖模型的方案。如果生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題的信號(hào)量實(shí)現(xiàn)有限緩沖模型的方案中交換了信號(hào)量P操作的順序,是否產(chǎn)生死鎖,分析發(fā)生死鎖所要求的進(jìn)行并發(fā)時(shí)序。4.管程說明引進(jìn)管程的主要原因說明管程的基本性質(zhì)說明Hore管程的實(shí)現(xiàn)方案,分析方案的可行性,說明其比信號(hào)量方案更優(yōu)越之處說明條件變量與信號(hào)量的異同5.消息傳遞。說明進(jìn)程同步和互斥的本質(zhì)是進(jìn)程之間傳遞信息說明消息傳遞過程中,消息在不同的存儲(chǔ)空間的位置變化描述實(shí)現(xiàn)進(jìn)程通信的基本原語發(fā)送(send)和接收(receive)的流程。說明消息傳遞過程中send操作和receive操作的作用說明消息傳遞中發(fā)送進(jìn)程與接收進(jìn)程同步的幾種組合方式。說明可以用消息傳遞實(shí)現(xiàn)發(fā)送進(jìn)程與接收進(jìn)程的協(xié)作同步。說明可以用消息傳遞實(shí)現(xiàn)發(fā)送進(jìn)程與接收進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)臨界區(qū)互斥。6.讀者-寫者問題。說明讀者-寫者問題的基本要求,描述用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)的讀者優(yōu)方案,說明方案為什么是讀者優(yōu)先的。說明寫者優(yōu)先的具體含義,描述用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)的寫者優(yōu)方案。第6章 并發(fā):死鎖與饑餓(一)課程內(nèi)容1.死鎖原理。2.死鎖預(yù)防3.死鎖避免4.死鎖檢測(cè)5.綜合的死鎖策略6.哲學(xué)家就餐問題。7. UNIX/LINUX/WINDOWS操作系統(tǒng)的并發(fā)機(jī)制(二)學(xué)習(xí)目的與要求理解在多道程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中經(jīng)常有多個(gè)進(jìn)程死鎖或饑餓的本質(zhì)原因,掌握一些預(yù)防和避免死鎖的方法,了解現(xiàn)代操作系統(tǒng)驪死鎖的綜合策略。重點(diǎn)是:死鎖條件,分析死鎖產(chǎn)生的時(shí)序;資源按預(yù)分配方法、安全狀態(tài)概念與銀行家算法思想。(三)考核知識(shí)點(diǎn)與考核要求1.死鎖原理。死鎖是怎樣產(chǎn)生的說明二個(gè)進(jìn)程的聯(lián)合進(jìn)程圖與死鎖的關(guān)系說明資源分配圖與死鎖的關(guān)系2.死鎖預(yù)防說明破壞互斥條件的可能性說明破壞占有且等待條件的如何實(shí)現(xiàn)說明破壞不可剝奪條件的可能性說明資源按序分配方法的要點(diǎn),證明該方法能破壞環(huán)路條件3.死鎖避免說明進(jìn)程啟動(dòng)拒絕的要點(diǎn)安全狀態(tài)是怎樣的資源分配狀態(tài)?說明銀行家算法的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。描述銀行家算法的基本流程。說明銀行家算法的局限性。4.死鎖檢測(cè)說明死鎖檢測(cè)與銀行家算法的異同,這種方法有什么局限性?5.綜合的死鎖策略說明現(xiàn)代操作系統(tǒng)中如何對(duì)待死鎖問題?為什么現(xiàn)代操作系統(tǒng)并不常發(fā)生死鎖的現(xiàn)象?6.哲學(xué)家就餐問題。說明哲學(xué)家就餐問題的基本約束條件用信號(hào)量解決哲學(xué)家就餐問題時(shí),每個(gè)哲學(xué)家都統(tǒng)一先左后右拿筷子,分析死鎖是怎樣發(fā)生的。7. UNIX/LINUX/WINDOWS操作系統(tǒng)的并發(fā)機(jī)制說明UNIX操作系統(tǒng)的并發(fā)機(jī)制有哪些?說明相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用如何使用?說明LINUX操作系統(tǒng)的并發(fā)機(jī)制有哪些?說明相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用如何使用?說明WINDOWS操作系統(tǒng)的并發(fā)機(jī)制有哪些?說明相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用如何使用?第7章 內(nèi)存管理(一)課程內(nèi)容1.內(nèi)存管理的需求2.內(nèi)存分區(qū)。3.分頁4.分段(二)學(xué)習(xí)目的與要求明確存儲(chǔ)管理的職能是對(duì)主存儲(chǔ)器中的用戶區(qū)域進(jìn)行管理;理解在不同的管理方式下主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、如何實(shí)現(xiàn)地址變換、存儲(chǔ)保護(hù)、存儲(chǔ)共享、主存空間的分配和收回;比較各種管理方式的特點(diǎn)。重點(diǎn)是:各種方法解決的主要問題和存在的不足、邏輯地址空間及其結(jié)構(gòu)、各種管理方式下的地址轉(zhuǎn)換過程,實(shí)現(xiàn)共享的可能性;可變分區(qū)方式的主存分配算法。(三)考核知識(shí)點(diǎn)與考核要求1.內(nèi)存管理的需求,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。說明內(nèi)存管理的基本功能說明程序加載與鏈接的各種方式工作原理。進(jìn)程映像的內(nèi)存地址信息保存在何處 進(jìn)程為什么要重定位,這項(xiàng)工作有幾種做法? 以80386為例,說明地址重定位各種方式及相應(yīng)部件工作流程。 為什么保護(hù)工作難于在編譯期間解決,而應(yīng)該由硬件完成?說明存儲(chǔ)保護(hù)工作的基本要求說明存儲(chǔ)共享的含義及意義。 說明物理主存地址空間的一般結(jié)構(gòu)。 說明怎樣的邏輯地址空間更有利于軟件開發(fā)和程序運(yùn)行時(shí)刻的共享。 2.內(nèi)存分區(qū)。分區(qū)方法著重解決內(nèi)存管理中的哪個(gè)問題?從對(duì)多道程序支持的靈活性、內(nèi)存利用率、重定位方式等幾個(gè)方面,說明固定分區(qū)方法的特點(diǎn)從對(duì)多道程序支持的靈活性、內(nèi)存利用率、重定位方式等幾個(gè)方面,說明可變分區(qū)方法的特點(diǎn)解釋碎片、壓縮、內(nèi)碎片和外碎片的含義從空閑塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織方式、內(nèi)存塊選擇方式和算法時(shí)間效率三個(gè)方面、說明首次適應(yīng)、鄰近適應(yīng)、最壞適應(yīng)和最佳適應(yīng)放置算法的特點(diǎn)說明靜態(tài)重定位是何時(shí)進(jìn)行、怎樣完成的?結(jié)合硬件原理圖,說明動(dòng)態(tài)重定位何時(shí)進(jìn)行、怎樣完成的? 3.分頁分頁方法著重解決分區(qū)方法中存在的哪個(gè)問題?解釋頁和頁框的含義,兩者的大小有何關(guān)系?說明頁表的結(jié)構(gòu)及作用。結(jié)合頁表說明進(jìn)程存儲(chǔ)空間的分配與回收工作。說明頁的大小為什么必須是2的整數(shù)冪及邏輯地址如何分解為頁號(hào)和頁內(nèi)偏移量結(jié)合頁表和硬件原理圖,用一些具體的數(shù)值說明邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址(重定位)何時(shí)進(jìn)行、怎樣完成的?并說明對(duì)程序執(zhí)行速度的影響。說明頁式方法中如何實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)保護(hù)。說明頁式方法中如何實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)共享的理論可能性與現(xiàn)實(shí)困難。4.分段分段方法著重解決分頁方法中存在的哪個(gè)問題?解釋段,段號(hào)和段內(nèi)偏移量的含義說明段表的結(jié)構(gòu)與作用。結(jié)合段表說明進(jìn)程存儲(chǔ)空間的分配與回收工作。說明段式方法中邏輯地址空間的結(jié)構(gòu)及優(yōu)點(diǎn)結(jié)合段表和硬件原理圖,用一些具體的數(shù)值說明邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址(重定位)何時(shí)進(jìn)行、怎樣完成的?并說明對(duì)程序執(zhí)行速度的影響。說明段式方法中如何實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)保護(hù)。說明段式方法中如何實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)共享的。第8章 虛擬存儲(chǔ)器(一)課程內(nèi)容1.硬件和控制結(jié)構(gòu)2.操作系統(tǒng)軟件3. UNIX/LINUX/WINDOWS操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理(二)學(xué)習(xí)目的與要求明確虛擬存儲(chǔ)管理的基本思想及技術(shù);理解相關(guān)硬件的基本結(jié)構(gòu)和工作原理、頁式虛擬內(nèi)存方法的實(shí)現(xiàn)、段式虛擬內(nèi)存方法的實(shí)現(xiàn)、段頁式虛擬內(nèi)存方法的實(shí)現(xiàn);操作系統(tǒng)虛擬存儲(chǔ)軟件中算法。重點(diǎn)是:動(dòng)態(tài)加載原理、局部性原理、缺頁中斷處理過程、頁式地址轉(zhuǎn)換及TLB加速的原理、多重頁表的原理、頁替換算法、工作集模型。1.硬件和控制結(jié)構(gòu),達(dá)到“綜合應(yīng)用”層次。說明虛擬存儲(chǔ)需要的兩個(gè)前提技術(shù)說明動(dòng)態(tài)加載的思想及優(yōu)點(diǎn)說明虛擬存儲(chǔ)概念說明程序局部性原理說明虛擬分頁在頁式管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所做的擴(kuò)展項(xiàng)目及用途結(jié)合頁表和硬件原理圖,說明邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址的原理。結(jié)合MMU中多級(jí)頁表的硬件原理圖,說明邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址的原理及多級(jí)頁表的優(yōu)點(diǎn)。說明TLB加速的原理及效率分析說明虛擬分段在段式管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上所做的擴(kuò)展項(xiàng)目及用途結(jié)合段表和硬件原理圖,說明邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址的原理。說明虛擬分段加分頁在頁和段式管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上所做的擴(kuò)展項(xiàng)目及用途結(jié)合段表、頁表和硬件原理圖,說明虛擬分段加分頁中邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址的原理。說明虛擬分段加分頁的優(yōu)點(diǎn)2.操作系統(tǒng)軟件,達(dá)到“綜合應(yīng)用”層次。說明OPT、LRU、FIFO和時(shí)鐘算法的原理解釋工作集概念說明利用工作集模型理論管理進(jìn)程駐留集的策略3. UNIX/LINUX/WINDOWS操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理說明UNIX/LINUX/WINDOWS虛擬地址空間結(jié)構(gòu)說明UNIX/LINUX/WINDOWS進(jìn)程的內(nèi)存描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第9章 CPU調(diào)度(一)課程內(nèi)容1.處理器調(diào)度類型。2.調(diào)度算法。7. UNIX/LINUX/WINDOWS操作系統(tǒng)的調(diào)度(二)學(xué)習(xí)目的與要求明確在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中是把用戶要求處理的一項(xiàng)工作稱為一個(gè)作業(yè)的,作業(yè)可分為批處理作業(yè)和交互式作業(yè)兩大類;了解操作系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)作業(yè)調(diào)度和控制作業(yè)執(zhí)行的;區(qū)分作業(yè)調(diào)度與進(jìn)程調(diào)度、剝奪式調(diào)度與非剝奪式調(diào)度。重點(diǎn)是:兩種控制方式;批處理作業(yè)的調(diào)度算法。(三)考核知識(shí)點(diǎn)與考核要求1.處理器調(diào)度類型,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。解釋作業(yè)、脫機(jī)作業(yè)和聯(lián)機(jī)作業(yè)解釋CPU三種調(diào)度的內(nèi)容和各自的目標(biāo)說明CPU三種調(diào)度的關(guān)系2.調(diào)度算法,要求達(dá)到“簡(jiǎn)單應(yīng)用”層次。說明FCFS調(diào)度算法的思想和特點(diǎn)說明SPN調(diào)度算法的思想和特點(diǎn)說明SPT調(diào)度算法的思想和特點(diǎn)說明HRRN調(diào)度算法的思想和特點(diǎn)說明HRRN調(diào)度算法的如何將FCFS和SPN統(tǒng)一為一體中,達(dá)到了取長(zhǎng)補(bǔ)短的目的。說明RR調(diào)度算法的思想和特點(diǎn)說明時(shí)間片長(zhǎng)短對(duì)RR算法性能的影響,并與FCFS之間的在一定條件下可同化說明HPF調(diào)度算法的思想和特點(diǎn)說明優(yōu)先級(jí)設(shè)置的兩種方式各自的特點(diǎn),并與SPN之間的在一定條件下可同化說明MP調(diào)度算法的思想和特點(diǎn)說明各種調(diào)度算法的對(duì)短進(jìn)程的響應(yīng)時(shí)間、周轉(zhuǎn)時(shí)間的變化趨勢(shì)3. UNIX/LINUX/WINDOWS操作系統(tǒng)的調(diào)度,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。說明LINUX操作系統(tǒng)的調(diào)度算法的思想和特點(diǎn)說明UNIX操作系統(tǒng)的調(diào)度算法的思想和特點(diǎn)說明WINDOWS操作系統(tǒng)的調(diào)度算法的思想和特點(diǎn)第11章 輸入/輸出與文件管理(一)課程內(nèi)容1.I/O設(shè)備2.I/O功能的組織3.操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)4.I/O緩沖5.磁盤調(diào)度。6.RAID7.虛擬設(shè)備。(二)學(xué)習(xí)目的與要求要求了解設(shè)備管理與文件管理的合作關(guān)系,文件管理在確定了文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和信息存放的存儲(chǔ)空間物理地址后,還必須由設(shè)備管理實(shí)現(xiàn)信息的物理存取。在多道程序設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,要把有限的外圍設(shè)備盡可能地供多用戶共享。因此,要求理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是怎樣實(shí)現(xiàn)設(shè)備的分配、調(diào)度以及提供虛擬設(shè)備的。重點(diǎn)是:設(shè)備的分配;磁盤的驅(qū)動(dòng)調(diào)度;SPOOL系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)思想。(三)考核知識(shí)點(diǎn)與考核要求1.I/O設(shè)備,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。說明I/O設(shè)備一般由哪兩部分組成及信號(hào)/信息流說明I/O設(shè)備的CPU可訪問部分的基本組成解釋獨(dú)占設(shè)備與共享設(shè)備。2.I/O功能的組織,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次??刂圃O(shè)備和內(nèi)存或CPU之間的數(shù)據(jù)傳送的方式有哪幾種說明程序控制(Programmed I/O)的I/ O過程/信息流和同步時(shí)序說明中斷方式(Interrupt-driven I/O)的I/ O過程/信息流和同步時(shí)序說明DMA(Direct Memory Access)的I/ O過程/信息流和同步時(shí)序說明I/O傳送控制方式的發(fā)展過程解釋周期竊取技術(shù)的原理3.操作系統(tǒng)設(shè)計(jì),要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。說明操作系統(tǒng)I/O軟件設(shè)計(jì)主要考慮的目標(biāo)。說明實(shí)現(xiàn)“設(shè)備獨(dú)立性”的基本方法說明操作系統(tǒng)I/O軟件分層結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)說明操作系統(tǒng)I/O軟件分層結(jié)構(gòu)的主要功能模塊說明脫機(jī)外圍設(shè)備操作過程。說明實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)同時(shí)外圍設(shè)備操作(SPOOL系統(tǒng))的目的。說明實(shí)現(xiàn)SPOOL系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)及硬件條件。說明SPOOL系統(tǒng)“預(yù)輸入程序”的功能說明SPOOL系統(tǒng)“井管理程序”的功能說明SPOOL系統(tǒng)“緩輸出程序”的功能。以打印機(jī)的SPOOL系統(tǒng)為例,說明為什么能提高獨(dú)占設(shè)備的利用率和縮短作業(yè)的執(zhí)行時(shí)間。4.I/O緩沖,要求達(dá)到“簡(jiǎn)單應(yīng)用”層次。說明引進(jìn)緩沖的原因。說明緩沖的一般原理。說明單向緩沖與雙向緩沖的差別。說明單向單緩沖相關(guān)操作一般原理如果設(shè)備D與進(jìn)程P之間采用單向單緩沖B進(jìn)行N個(gè)數(shù)據(jù)輸入操作,每個(gè)數(shù)據(jù)占一個(gè)緩沖區(qū),設(shè)備用T1時(shí)間產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)并寫入B,進(jìn)程從B讀入數(shù)據(jù)(時(shí)間忽略)后用T2時(shí)間處理這一數(shù)據(jù),說明其效率分析模型說明單向雙緩沖相關(guān)操作一般原理如果設(shè)備D與進(jìn)程P之間采用單向雙緩沖(B1和B2)進(jìn)行N個(gè)數(shù)據(jù)輸入操作,每個(gè)數(shù)據(jù)占一個(gè)緩沖區(qū),設(shè)備用T1時(shí)間產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)并寫入(B1或B2),進(jìn)程從(B1或B2)讀入一個(gè)數(shù)據(jù)(時(shí)間忽略)后用T2時(shí)間處理這一數(shù)據(jù),說明其效率分析模型說明單向多緩沖相關(guān)操作一般原理如果設(shè)備D與進(jìn)程P之間采用單向多緩沖(B1Bk)進(jìn)行N個(gè)數(shù)據(jù)輸入操作,每個(gè)數(shù)據(jù)占一個(gè)緩沖區(qū),設(shè)備用T1時(shí)間產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)并寫入(B1Bk),進(jìn)程從(B1Bk)讀入一個(gè)數(shù)據(jù)(時(shí)間忽略)后用T2時(shí)間處理這一數(shù)據(jù),說明其效率分析模型說明緩沖池的結(jié)構(gòu)5.磁盤調(diào)度,要求達(dá)到“簡(jiǎn)單應(yīng)用”層次。說明訪問磁盤時(shí)如何指明讀寫位置。說明訪問磁盤操作主要有哪幾個(gè)階段及所花的時(shí)間的相對(duì)長(zhǎng)短說明對(duì)磁盤進(jìn)行驅(qū)動(dòng)調(diào)度的目的。磁盤的驅(qū)動(dòng)調(diào)度分為哪兩種。說明FIFO調(diào)度算法的思想及特點(diǎn)。說明LIFO調(diào)度算法的思想及特點(diǎn)。說明SSTF調(diào)度算法的思想及特點(diǎn)。說明SCAN調(diào)度算法的思想及特點(diǎn)。說明C-SCAN調(diào)度算法的思想及特點(diǎn)。說明N-step-SCAN調(diào)度算法的思想及特點(diǎn)。6.RAID,要求達(dá)到“識(shí)記”層次。說明RAID的基本特點(diǎn)和兩個(gè)目標(biāo)。說明RAID0的基本特點(diǎn)和所達(dá)到的目標(biāo)。說明RAID1的基本特點(diǎn)和所達(dá)到的目標(biāo)。說明RAID2的基本特點(diǎn)和所達(dá)到的目標(biāo)。說明RAID3的基本特點(diǎn)和所達(dá)到的目標(biāo)。說明RAID4的基本特點(diǎn)和所達(dá)到的目標(biāo)。說明RAID5的基本特點(diǎn)和所達(dá)到的目標(biāo)。說明RAID6的基本特點(diǎn)和所達(dá)到的目標(biāo)。第12章 文件系統(tǒng)(一)課程內(nèi)容1.文件和文件系統(tǒng)。2.文件的存儲(chǔ)介質(zhì)。3.文件的組織。4.存儲(chǔ)空間的分配。5.文件目錄。6.文件的保護(hù)和保密。7.文件的使用。(二)學(xué)習(xí)目的與要求理解操作系統(tǒng)是怎樣為用戶提供文件的“按名存取”功能;怎樣管理用戶文件的存儲(chǔ)。檢索、共享和保護(hù);操作系統(tǒng)要求用戶怎樣使用文件。重點(diǎn)是:邏輯文件與物理文件之間的轉(zhuǎn)換;文件目錄結(jié)構(gòu);基本的文件操作及其使用。(三)考核知識(shí)點(diǎn)與考核要求1.文件和文件系統(tǒng),要求達(dá)到“識(shí)記”層次。1.1 文件的定義和分類。1.2 文件系統(tǒng)的功能。2.文件的存儲(chǔ)介質(zhì),要求達(dá)到“識(shí)記”層次。2.1 文件的存儲(chǔ)介質(zhì):磁帶、磁盤。2.2 存儲(chǔ)介質(zhì)的物理單位:卷。2.3 存儲(chǔ)介質(zhì)的分塊。3.文件的組織,要求達(dá)到“綜合應(yīng)用”層次。 什么是文件的邏輯結(jié)構(gòu) 邏輯文件的類型主要有哪幾種 說明邏輯記錄的主健的作用 文件的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)有哪幾種順序文件的特點(diǎn)有哪些鏈接文件的特點(diǎn)有哪些索引文件的特點(diǎn)有哪些3.5 記錄的成組與分解。4.存儲(chǔ)空間的分配,要求達(dá)到“識(shí)記”層次。怎樣用“位示圖”實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)空間的分配。說明UNIX系統(tǒng)的空閑塊成組鏈接方法。5.文件目錄,要求達(dá)到“簡(jiǎn)單應(yīng)用”層次。5.1 目錄項(xiàng)的主要內(nèi)容。5.2 一級(jí)目錄結(jié)構(gòu)不允許文件重名。5.3 二級(jí)或樹形目錄結(jié)構(gòu)的必要性。5.4 絕對(duì)路徑和相對(duì)路徑。6.文件的保護(hù)和保密,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。6.1 區(qū)分文件的保護(hù)和保密。6.2 文件的保護(hù)措施。6.3 文件的保密措施。7.文件的使用,要求達(dá)到“領(lǐng)會(huì)”層次。7.1 存取方法與文件存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)介質(zhì)特性間的關(guān)系。7.2 基本文件操作:建立、打開、讀寫、關(guān)閉、刪除的作用。7.3 用戶請(qǐng)求使用文件的操作步驟。三、有關(guān)說明和實(shí)施要求(一)關(guān)于“課程內(nèi)容與考核目標(biāo)”中有關(guān)提法的說明在大綱“考核知識(shí)點(diǎn)與考核要求” 中,提出了“識(shí)記”、“領(lǐng)會(huì)”、“簡(jiǎn)單應(yīng)用”、“綜合應(yīng)用四個(gè)能力層次,它們之間是遞進(jìn)等級(jí)關(guān)系,后者必須建立在前者基礎(chǔ)上,它們的含義是:1.識(shí)記:要求能夠識(shí)別和記憶本大綱規(guī)定的知識(shí)點(diǎn)的主要內(nèi)容(如定義、公式、原則。重要結(jié)論、方法、步驟及特征、特點(diǎn)等),并能做出正確的表述、選擇和判斷。2.領(lǐng)會(huì):要求能領(lǐng)悟和理解大綱規(guī)定的知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)涵與外延,熟悉其內(nèi)容要點(diǎn)和它們之間的區(qū)別與聯(lián)系,做出正確的解釋、說明和論述。3.簡(jiǎn)單應(yīng)用:要求能運(yùn)用大綱規(guī)定的少量知識(shí)點(diǎn)分析和解決一般應(yīng)用問題。4.綜合應(yīng)用:要求能運(yùn)用大綱規(guī)定的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)綜合分析和解決較復(fù)雜的應(yīng)用問題。(二)學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)操作系統(tǒng)是隨著計(jì)算

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