操作系统课程辅导

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1、操作系统课程辅导第一章 操作系统引论一、 什么是操作系统操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。解释：资源的概念 被计算机系统工作时所引用的一切客体都称为资源。这里所说的客体可能是处理机、设备、内存、外存等硬件，也可能是程序、数据、信息等软件。为了资源可以被引用，资源都有名字。控制资源的使用，有两条资源管理命令：申请资源和释放资源。我们约定：申请命令在程序使用资源前发出，如果所申请的资源可以使用，则程序可立即得到该资源的使用权，称为程序占有该资源或把这个资源分配给申请它的程序。释放命令在程序使用资源后发出，表

2、示程序放弃对于资源的使用权，称为程序释放该资源或把这个资源由占有它的程序处收回。操作系统需要管理的资源一般多是下面三种类型：单一资源-由一个资源实体组成的资源。如一台打字机、一台处理机等。根据单一资源被占用的情况，分为“空闲”和“工作”两个状态。有限资源-由若干个相同的单一资源组成的资源集合。它的使用限制与集合中元素的个数有关，它可以被多次占用，也可以被不同的程序同时占用。如内存是由多个单一资源即单元构成的，是有限资源。无穷资源-由无限多个相同单一资源组成的资源集合。如果有限资源中的元素个数多到充分够用，可以看作由无穷多个单一资源所组成。如当内存的容量无限大时，可以看成是无穷资源。二、 操作系

3、统的主要功能操作系统主要有五大功能：存储器管理内存分配、地址映射、内存保护和内存扩充。处理机管理作业和进程调度、进程控制和进程通信。设备管理缓冲区管理、设备分配、设备驱动和设备无关性。文件管理文件存储空间的管理、文件操作的一般管理、目录管理、文件的读写管理和存取控制。用户界面管理命令界面、程序界面和图形界面。三、 操作系统的特征操作系统的特征就是：并发、共享、异步性。其中，并发是指两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行，注意，这是一个宏观上的概念。共享是指计算机系统中的资源被多个任务使用，例如共享内存、打印机等。异步与同步的概念相反，表示各程序在执行过程中“走走停停”的性质。四、 操作系统的

4、类型一般来说，把操作系统分为如下几个类型：多道批处理系统、分时系统、实时系统、个人机系统、网络操作系统和分布式操作系统。其中前三种是操作系统的常用分类，随着个人计算机时代的到来，以及计算机技术与通信技术的结合，才形成了个人机系统和网络操作系统，而分布式操作系统是比网络操作系统层次更高的操作系统，它使得网络用户在使用网络资源时，不需了解网上资源的位置，如同使用本地资源一样方便、快捷，这是分布式操作系统与网络操作系统的根本差别。这一节要弄清“分时”和“实时”的概念，分时系统和实时系统的使用特点及应用领域。五、 操作系统的用户界面操作系统的用户界面是操作系统与使用者的接口，现代操作系统通常提供三种界

5、面：命令界面、图形界面和系统调用界面以UNIX操作系统为例，它提供了上述三种用户界面。UNIX命令的格式： 命令名 选项 参数例如：$ ls l /user 命令中，ls是命令名（列文件目录），l为一个选项(表示以长格式显示)，/user为一个参数（表示显示user下的文件）。SCO UNIX的图形界面，请参考教材28页。系统调用是操作系统内核与用户程序、应用程序之间的接口。在UNIX系统中，系统调用以C函数的形式出现的。它只能在C程序中使用，不能做为命令在终端输入。六、 操作系统的发展历程计算机从诞生至今的50多年里，计算机操作系统从无到有，经历了手工操作阶段、早期批处理阶段、多道批处理阶段

6、，进而形成了分时、实时、个人机、网络、分布式以及多处理器等多个种类的操作系统。这里要知道“批处理”、“多道”的含义，理解其设计思想。七、 操作系统的体系结构操作系统是一个系统软件，为各种应用程序提供服务。这样一个大软件，它的结构一般有三种：单块结构、层次结构和微内核结构。八、教学要求(1) 牢固掌握操作系统的定义：操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。记忆要点：操作系统是什么是核心系统软件； 操作系统管什么控制和管理系统内各种资源； 操作系统有何用扩充硬件功能，方便用户使用。(2) 牢固掌握操作系统的五大主

7、要功能：存储器管理、处理机管理、设备管理、文件管理、用户接口管理。(3) 清楚地了解操作系统所处的地位：是裸机之上的第一层软件，是建立其他所有软件的基础。(4) 记住操作系统的基本特征：并发、共享和异步性。理解模拟：并发“大家都前进了”； 共享“一件东西大家用”； 异步性“你走我停”。(5) 记住并理解操作系统的主要类型：多道批处理系统、分时系统、实时系统、个人机系统、网络系统和分布式系统。UNIX系统是著名的分时系统。(6) 理解分时概念：主要是指若干并发程序对CPU时间的共享。(7) 记住并明白UNIX命令行的一般格式：命令名选项 参数(8) 了解现代操作系统为用户提供的三种使用界面：命令

8、界面、图形界面和系统调用界面。(9) 了解分时系统和实时系统的特点。第二章 进程管理一、 进程的概念进程是操作系统最基本的概念之一，引入这个概念，对于我们理解、描述和设计操作系统具有重要意义。这里我们把进程定义为：程序在并发环境中的执行过程。这里要注意进程与程序的关系，认识到它们是完全不同的概念，同时又有密切的联系。进程基本的五大特征是动态性、并发性、调度性、异步性和结构性。二、 进程的状态及其转换进程执行时的间断性决定了进程可能具有多种状态，事实上，运行的进程有三种基本状态：运行态：进程分配到必要的资源，在处理机上执行时的状态。就绪态：进程分配到必要的资源，还没有获得在处理机上执行的状态。阻

9、塞态：或称等待态，进程的执行受到了阻塞而处于暂停状态。进程的动态性质决定了进程的状态不是固定的，它随着自身的推进和外界条件的变化而不断变化。进程状态之间的转换主要体现为：就绪进程被调度进入运行态，运行状态受阻塞转入阻塞状态，阻塞状态在阻塞消除后进入就绪状态等待调度，不能直接返回运行状态。在分时系统中，当时间片到期，正在执行的进程返回到就绪状态等待下一次调度。进程状态及其转换图见教材44页图2-6。三、 进程的同步与互斥进程的同步与互斥是指进程在推进时的相互制约关系。在多道程序系统中，由于资源共享与进程合作，这种进程间的制约称为可能。为了保证进程的正确运行以及相互合作的进程之间交换信息，需要进程

10、之间的通信。进程之间的制约关系体现为：进程的同步和互斥。进程同步：它主要源于进程合作，是进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系。为进程之间的直接制约关系。在多道环境下，这种进程间在执行次序上的协调是必不可少的。进程互斥：它主要源于资源共享，是进程之间的间接制约关系。在多道系统中，每次只允许一个进程访问的资源称为临界资源，进程互斥就是保证每次只有一个进程使用临界资源。临界资源和临界区：一次只允许一个进程使用的共享资源称为临界资源，如打印机、公共变量等；而在每个进程中访问临界资源的程序段称为临界区。进程进入临界区要满足一定的条件，以保证临界资源的安全使用，系统的正常运行。四、 多道程序设计

11、进程之间的制约关系是由于多道程序设计带来的，什么是多道程序设计呢？多道程序设计是在一台计算机上同时运行两个或更多个程序。多道程序打破了单道程序“闭关自守”的局面，计算机系统中的软、硬件资源为几道程序所共享，使得整个系统进入并发执行状态。多道程序设计思想带来了进程的同步和互斥等通信问题，同时也提高了系统资源利用率，增加了作业的吞吐量。五、 进程的组成进程通常由程序、程序所需数据和进程控制块（PCB）三部分组成。如45页图2-7。PCB描述进程的执行情况。它与进程共存亡：创建进程、产生PCB、撤消进程、系统回收PCB。它包含进程的描述信息和控制信息，例如进程名、特征信息、进程状态信息、调度优先权、

12、通信信息、中断现场保护、程序和数据地址等等。PCB是进程存在的唯一标志。也是系统管理和控制进程的依据。六、 进程管理的基本命令进程的管理主要包括创建进程、撤消进程、挂起进程、恢复进程、改变进程优先级、封锁进程、唤醒进程、调度进程等。在UNIX系统中，进程的状态分为10种。相关的基本命令有：ps检查系统中当前存在的进程的状态。sleep使进程暂停执行一段时间（参数单位为秒）。&使键入的命令进入后台运行。wait等待后台进程结束。kill终止一个进程的运行。nice以不同的优先级执行一条命令。七、 信号量和P、V操作在多道系统中，信号量机制是一种有效的实现进程同步与互斥的工具。信号量的值表示系统中

13、某类资源的数目。若它大于0，则表示系统中当前可用资源的数量；若它小于0，表示系统中等待使用该资源的进程数目，即在该信号量队列上排队的PCB的个数。信号量的值是可变的，由P、V操作来改变。PV操作是对信号量进行处理的操作过程，而且信号量只能由P、V操作来改变。P操作是对信号量减1，意味着请求系统分配一个单位资源，若系统无可用资源，则现进程变为阻塞状态。V操作是对信号量加1，意味着释放一个单位资源，加1后若信号量小于等于零，则从就绪对列中唤醒一个进程，执行V操作的进程继续执行。同步和互斥都可以通过P、V操作来实现，而生产者-消费者问题则是它们的结合点。具体实现见教材64页。八、 进程间的通信进程通

14、信是指进程间的信息交换。P、V操作做为进程的同步与互斥工具因信息交换量少，效率太低，称为低级通信。而高级通信则以较高的效率传送大批数据。高级通信方式主要有：共享存储器、消息传递和管道文件。九、教学要求(1) 理解多道程序设计概念及其优点；(2) 牢固掌握进程的概念程序在并发环境中的执行过程。(3) 深入理解进程最基本的属性是动态性和并发性。(4) 掌握进程与程序的主要区别。(5) 掌握进程的基本状态：运行态、就绪态、阻塞态。在什么条件下发生状态转换？(6) 理解进程的一般组成，应深入理解进程控制块的作用。每个进程有惟一的进程控制块。(7) 掌握进程同步与互斥的概念。简单理解：同步是伙伴，互斥是

15、竞争。(8) 掌握进程临界资源和临界区的概念，理解进入临界区的原则。(9) 理解信号量概念，P、V操作执行的动作。(10) 能用信号量和P、V操作实现简单的进程互斥或同步。解决此类问题的一般方式：根据问题给出的条件，确定进程有几个或几类；确定进程间的制约关系是互斥，还是同步；各相关进程间通过什么信号量实现彼此的制约，标明信号量的含义和初值。用P、V操作写出相应的代码段。验证代码的正确性：设以不同的次序运行各进程，是否能保证问题的圆满解决。切忌 按固定顺序执行各进程。(11) 理解进程的生存过程创建-运行-阻塞-终止。第三章 处理机管理一、 作业调度和进程调度的功能处理机调度的目的是选出作业或进

16、程并分配处理机。处理机调度可分为三级：作业调度（高级调度）、进程挂起与对换（中级调度）和进程调度（低级调度）。作业调度程序的主要功能是审查系统是否能满足用户作业的资源要求以及按照一定的算法来选取作业。主要有：记录系统中各个作业的情况；按照某种调度算法从后备作业队列中挑选作业；为选中的作业分配内存和外设等资源；为选中的作业建立相应的进程；作业结束后进行善后处理工作。进程调度的任务就是决定就绪队列中哪个进程将获得处理机，并实际执行将处理机分配给该进程的操作。它的主要功能是：保存将放弃CPU进程的现场；根据一定的调度算法，从就绪队列中挑选一个待运行进程；为选中的进程恢复现场，并把CPU的控制权交给该

17、进程。二、 作业调度的常用算法先来先服务法（FCFS）-如同排队买票，先来先做时间片轮转法（RR）-轮流坐庄优先级法-优先级别高的急事先办掌握常用三种调度算法的基本思想及优缺点。了解其他调度算法：短作业优先法、最短剩余时间优先法、多级队列法、多级反馈队列法等。三、 处理机调度级别处理机调度是操作系统的主要功能之一，它的实现策略决定了操作系统的类型，其调度算法的优劣直接影响整个系统的性能。 处理机调度的任务是选出待分派的作业或进程，为之分配处理机。一般来说，处理机调度可分为三个级别，分别是高级调度、中级调度和低级调度。高级调度又称作业调度，作业就是用户程序及其所需的数据和命令的集合，作业管理就是

18、对作业的执行情况进行系统管理的程序的集合。作业调度程序的主要功能是审查系统是否能满足用户作业的资源要求以及按照一定的算法来选取作业。引入中级调度的主要目的是为了提高内存的利用率和系统吞吐量，使得暂时不运行的进程从内存对换到外存上。 低级调度又称进程调度，其主要功能是根据一定的算法将CPU分派给就绪队列中的一个进程。进程调度是操作系统中最基本的一种调度，其调度策略的优劣直接影响整个系统的性能。四、 调度性能的评价不同的调度算法有不同的特性，往往适用于某一类进程的运行。一般来说，评价CPU调度算法的常用准则有：（1）CPU利用率（2）吞吐量-单位时间内CPU完成作业的数量。（3）周转时间-从作业提

19、交到作业完成的时间间隔。（4）就绪等待时间（5）响应时间-从提交第一个请求到产生第一个响应所用的时间。五、 UNIX常用调度命令nohup：以忽略挂起和退出的方式执行指定的命令。at：指定命令执行的时间。batch：命令执行的优先级低于at命令。jobs：显示当前shell下正在运行哪些作业（后台作业）。fg： 把指定的后台作业移到前台。bg：把前台进程换到后台执行。六、了解shell命令的执行过程。七、教学要求(1) 掌握作业调度和进程调度的功能。在一般操作系统中，进程调度是必须具备的。(2) 理解作业的四种状态：提交、后备、执行和完成。(3) 理解作业调度与进程调度的关系。简单比喻：作业调

20、度是演员上场前的准备，进程调度是让演员上场表演。(4) 掌握常用调度算法的评价指标：吞吐量、周转时间、平均周转时间、带权周转时间和平均带权周转时间。 (5) 掌握三种基本调度算法的实现思想，并能进行评价指标的计算。可以利用图表形式列出各作业或进程的有关时间值，如到达时间、运行时间、结束时间等，利用评价公式计算出各指标的值。(6) 了解一般shell命令的执行过程。第四章 存储器管理一、 存储器的层次三级存储器结构，参看教材99页图4-2。理解高速缓存器是为了提高计算机运算速度、增强处理能力而采用的技术，它的出现缓解了内存的压力及内、外存存取速度不匹配的矛盾。二、 用户程序的主要处理阶段用户的源

21、程序（用高级语言或汇编语言编写的程序）进入计算机系统，到该程序在计算机上运行，主要经历5个处理阶段。1、 编辑阶段利用计算机提供的编辑程序，入UNIX中的vi，将用户编好的程序输入到计算机内。生成源程序文件，如：file1.c。2、 编译阶段把源程序经过翻译或汇编处理，生成目标代码。编译过程即把高级语言翻译成计算机理解的低级语言。目标代码文件为file1.o。3、 连接阶段将编译后得到的一组目标模块以及它们所需的库函数装配成一个完整的装入模块。4、 装入阶段将装入模块放入分到的内存区中。这时需要进行重定位，即将装入模块的逻辑地址转变为内存的实际物理地址。 5、 运行阶段运行可执行的程序file

22、1.exe。三、 存储器管理的相关概念-逻辑地址、物理地址、重定位逻辑地址-用户程序经编译后，每个目标模块以0为基地址进行的顺序编址。逻辑地址又称相对地址，相对基地址而言，。物理地址-内存中各物理存储单元的地址从统一的基地址进行的顺序编址。物理地址又称绝对地址，它是数据在内存中的实际存储地址。重定位-把逻辑地址转变为内存的物理地址的过程。根据重定位时机的不同，又分为静态重定位（装入内存时重定位）和动态重定位（程序执行时重定位）。四、 实存管理1、 单一连续区分配最简单的存储分配方法是单一连续分区，即整个主存区域的用户空间均归一个用户作业使用。2、 分区管理由于多道程序设计技术的产生，几个作业得

23、以共享主存储区，因此可以采取分区法分配内存。分区法通常有：（1）固定分区在系统建立时确定每个分区的大小及分区的个数；（2）动态分区在转入作业时确定分区的个数及每个分区的大小；回收分区时，合并相邻空闲分区从而避免分区越来越小；（3）可重定位分区在装入作业时，根据需要及时地将空闲存储区拼接在一起，以消除碎片，满足作业对存储空间的要求；解决碎片的方法是移动所有的占有区域，以使所有的空闲区域连成一片，这个过程称作紧凑。紧凑的开销很大，因为它不仅要修改被移动进程的地址信息，而且要复制进程空间，所以如不必要，尽量不做紧凑；通常仅在系统接收到进程所发出的申请命令，且每个空闲区域单独均不能满足，但所有空闲区域

24、的和能够满足时才进行一次紧凑。3、 对换当主存空间不能满足作业要求时，通过对换技术来解决。对换是指系统把内存中暂时不能运行的进程换出到外存上，腾出空间，把具备运行条件的进程从外存换入内存。对换是以时间来换取空间，减少对换的信息量和时间是设计时要考虑的问题 。五、 虚存组织虚拟存储器（Virtual Memory）是一种存储管理技术，用以完成用小的内存实现在大的虚空间中程序的运行工作。虚拟存储器是由操作系统提供的一个假想的特大存储器。虚拟存储器所具有的基本特征是：（1）虚拟扩充：不是物理上、而是逻辑上扩充了内存容量；（2）部分装入：每个作业不是全部一次性地装入内存，而是只装入一部分；（3）离散分

25、配：不必占用连续的内存空间，而是见缝插针；（4）多次对换：所需的全部程序和数据要分成多次调入内存。1、 页式存储组织页式存储管理的基本原理是将逻辑地址空间分成大小相同的页，将存储地址空间分块，页和块的大小相等，通过页表进行管理。页式系统的逻辑地址分为页号和页内位移量。页表包括页号和块号数据项，它们一一对应。根据逻辑空间的页号，查找页表对应项找到对应的块号，块号乘以块长，加上位移量就形成存储空间的物理地址。每个作业的逻辑地址空间是连续的，而映象到内存空间后就不一定连续了。此外，页表中还包括状态位（指示该页面是否在内存中）、外存地址、改变位（该页的内容在内存中是否修改过）、引用位（最近是否被引用）

26、等。页式存储管理的动态地址转换过程是：进程运行时，其页表地址已在系统的动态地址转换机构中的基本地址寄存器中，执行的指令访问逻辑地址（p，d）时，首先根据页号p查页表，由状态位可知，这个页是否已经调入主存。若调入主存，则可直接将虚地址转换为实地址，如果该页未调入主存，则产生缺页中断，以装入所虚的页。利用快表可加速地址转换。参见教材119页图4-19。2、 段式存储组织段式存储管理的基本原理是逻辑地址空间分段，一个作业是由若干个具有逻辑意义的段，如主程序、子程序、数据段、栈段等组成的。在分段系统中，允许作业占据主存中许多分离的分区，段内连续，段有段号，但段长可以相同，通过段表进行管理。段式系统的逻

27、辑地址由段号和段内位移量两项组成。段表由若干表目组成，每一表目有段号、段长、在主存中的首地址、存取方式和状态位等项。作业访问虚存时，根据地址空间的段号，查找段表对应段号找到段的首地址，首地址加上位移量就是存储空间的物理地址。段式系统的动态地址转换过程与页式系统的动态地址转换类似。另外，要注意分页与分段存储管理的区别。3、 段页式存储组织汲取页式管理和段式管理的长处，可以形成段页式存储管理。在逻辑上，形成作业分段，段内分页，分配、管理地址空间。在物理上，内存分块，分配、管理存储空间。系统为每个作业建立一张段表，为每段建立一张页表。其地址转换过程见教材128页图4-25所示。六、 虚存管理-置换算

28、法虚存中的置换算法只要指内存中页面、段的选择、换出算法。好的置换算法能适当降低页面更换频率。有4种常用的页面置换算法：（1）先进先出法（FIFO）：先进入内存的页先被换出内存。（2）最佳置换法（OPT）：选择将来不再被使用，或在最远的将来才被访问的老页换出。（3）最近最少使用置换法（LRU）：选择最近最久没有使用过的页面换出。注意：OPT算法考查将要被访问的页面，而LRU算法考查已访问过的页面。从时间上考虑，前者是向前看的，后者是向后看的。（4）最近未使用置换法（NUR）七、 了解UNIX系统在内存管理上采用的请求分页和对换技术。八、教学要求(1) 理解三级存储器结构：高速缓存、内存、外存。(

29、2) 记住用户程序的主要处理阶段：编辑、编译、连接、装入、运行。(3) 结合1.1.2节，理解存储器管理的功能：内存分配、地址映射、内存保护、内存扩充。(4) 牢固掌握以下概念：逻辑地址、物理地址、可重定位地址、重定位、静态重定位、动态重定位、碎片、虚拟存储器。(5) 理解虚拟存储器的基本特征：虚拟扩充、部分装入、离散分配、多次对换。(6) 掌握分页和分段概念，二者的主要区别。(7) 掌握分页存储管理技术的实现思想，如何实现从逻辑地址到物理地址的转换。(8) 理解分段存储管理技术的实现思想。(9) 理解对换技术的实现思想。(10) 理解页面置换的先进先出法；了解最佳置换法（OPT）和最近最少使

30、用置换法（LRU）。第五章 文件系统一、 文件的结构逻辑组织和物理组织文件的结构是指文件的组织形式。从用户的观点所看到的文件组织形式称为文件的逻辑组织（或文件的逻辑结构）；从系统设计人员考虑的文件在存储器上的实际存放方式称为文件的物理组织（或文件的物理结构）。1、 文件的逻辑组织文件的逻辑组织是为了方便用户使用。一般文件的逻辑结构可以分为两种，即有结构的记录式文件和无结构的流式文件。记录式文件由记录组成，即文件内的信息划分为若干个相关的记录，以记录为单位组织和使用信息。记录式文件又按其各个记录的长度是否相同，分为定长记录文件和变长记录文件。流式文件的内部不再划分记录，由一组相关信息组成有序字符

31、流。其长度按字节计算。在UNIX系统中，所有的文件都看做流式文件。用户对文件的存取方法有顺序存取和随机存取两类*顺序存取方法记录按某种顺序排序，并按顺序依次访问记录。如欲存取记录Ri，必须先通过记录1到i-1。这样的记录文件称为顺序文件。顺序文件常用于成批处理，对于查询或更新某个记录的请求处理性能不佳。*随机存取方法（直接存取）文件的随机存取没有访问顺序的限定，可以随意读写记录或信息块。在这种方法中，存取时通过计算地址直接访问记录；另外还有索引文件组织方式，索引文件是对文件的记录按记录号建立索引，其本身是顺序文件，每个表项存有指向该记录在逻辑地址空间中首地址的指针。查找记录时，先查找索引，再根

32、据地址指针得到记录的逻辑位置。2、 文件的物理组织文件的物理组织侧重于提高存储利用率和减少存取时间。文件的存储设备通常划分为大小相同的物理块，物理块是分配和传输信息的基本单位。文件的物理组织是指文件在存储设备上的存储方法。它涉及文件分配策略和文件存储设备的组块策略，决定文件信息在存储设备上的存储位置，常用的文件分配策略有：*连续文件又称顺序文件，它在文件建立时预先分配一个连续的物理块集，然后，按照逻辑文件中信息的顺序，依次把信息顺序存储到物理块中。它的存取速度较快，但不利于文件的动态扩充，还可能出现存储上的碎片。*串连文件这是按单个物理块逐个进行。每个物理块中设有一个指针，指向下一个物理块的地

33、址，这样，所有文件所占的物理块都被链接起来，形成一个链接队列。串连文件克服了连续文件的缺点，但不利于文件的随即存取。*索引文件这是另一种对文件存储不连续分配的方法，系统为每个文件建立一张索引表，索引表中每一表项指出逻辑块与之对应的物理块号。索引文件具备连续文件和串连文件的优点，不足之处是增加的索引表带来了额外的空间开销。*多重索引文件多重索引文件采用间接索引方式，解决了单一索引表结构空间开销大的不足，使得使用灵活方便。UNIX采用这种文件结构。二、 文件控制块和文件目录1、 文件控制块（FCB）文件控制块是系统在管理文件时所必需信息的数据结构，是文件存在的唯一标志。它包括相应文件的基本属性，大

34、致有：基本信息：如文件名、文件类型等；位置信息：如存储位置、文件大小等；保护信息：如口令、所有者、访问权限等；使用信息：如使用次数、使用时间等。2、 文件目录文件控制块的有序集合称为文件目录，文件目录也被组织成文件，就称为目录文件。文件目录的基本功能是实现文件名与其存放位置的映射。对文件目录的主要操作有：查找文件、建立文件、删除文件、列目录、后备文件等。一般目录结构形式有单级目录结构、二级目录结构、树型目录结构和非循环图目录结构。*单级目录结构即一级目录结构，这时文件系统的全部文件都登记在一个目录中。其优点是简单，缺点是查找速度慢、不能重名、不利于共享。*二级目录结构文件系统将目录分为两级，主

35、目录说明用户目录的属性，用户目录则反映本用户文件的属性等。二级目录结构提高的查找速度和重名问题，但仍不利于文件共享。*树型目录结构即多级目录结构，这时将第一级目录作为系统目录，称为根目录。目录树中的非叶节点指出目录文件，即子目录。这里引出了路径的概念，注意区分绝对路径和相对路径。树型目录结构层次和隶属关系清晰，便于实现不同级别的存取保护和文件系统的动态装卸。缺点是只能实现用户级的临时共享。*非循环图目录结构这是树型目录结构的推广。通过链接的方式，允许一个文件或目录在多个父目录中占有项目，但不构成环路。主要优点是实现共享。UNIX的文件系统就是这种结构。三、 文件的分类和文件系统的功能文件管理是

36、操作系统中用户与外围存储设备之间的接口，是负责管理和存取文件信息的软件机构。文件是指具有名称的一组数据的集合。文件可以按照不同的特征进行分类。按其用途分为系统文件、库文件、用户文件；按文件中的数据形式分为源文件、目标文件、可执行文件；按存取权限分为只读文件、读写文件、可执行文件；按保存时间分为临时文件、永久文件；按文件的内部构造和处理方式分为普通文件、目录文件、特别文件。文件系统的主要功能为文件管理、目录管理、文件存储空间的管理、文件的共享和保护、提供方便的用户接口。四、 文件存储空间的管理文件的存储空间管理也就是操作系统的辅存可用空间的管理。即对空闲块的组织和管理问题。目前常用的管理技术有：

37、空闲空间表法、空闲块链接法、位示图法和成组链接法。*空闲空间表法文件系统建立空闲空间表，在文件的分配和回收时，调整空闲空间表。此方法适合连续文件的存放，缺点是易产生存储上的碎片。*空闲块链接法使用链表把空闲块组织在一起，当申请者需要空闲块时，分配程序从链首开始摘取所需的空闲块。反之，管理程序把回收的空闲块逐个的挂入链首。缺点是效率较低，链较长。*位示图法使用一个向量描述整个磁盘，向量的每一位表示一个物理块的状态，如0表示空闲块，1表示该块已使用。*成组链接法空闲块成组链接，建立空闲块专用栈，空闲块分配时按组进行，一组的空闲块分配完了，再使用下一组；回收时次序相反，入栈一组空闲块后，够成一组。这

38、种方法兼备了空闲空间表法和空闲块链接法的优点，UNIX系统使用这种空闲块管理策略。五、 文件系统的安全性文件保护是指文件免遭由于文件主或其他用户的错误操作造成破坏；文件保密是指未经文件主授权的用户不得访问该文件。对文件的保密是对文件的共享要求引起的。常见的保护机制有：*命名：文件名保密*口令：文件带口令，口令通过才能进一步操作*存取控制：划分用户的身份，规定不同身份用户的存取控制权限（读、写、执行）。如UNIX系统对文件主、同组用户、其他用户的权限划分。*密码：对文件加密文件的后备就是把硬盘上的文件在其他外部的存储介质上做一个副本。为了防止可能出现的软硬件故障，文件系统需要后备。文件后备的方法

39、有：全量转储和增量转储。后备的种类分为定期后备和不定期后备。文件的恢复是指利用后备文件恢复原先保存的文件或文件系统。六、 UNIX文件系统的主要操作1、 UNIX系统文件分为普通文件、目录文件和特别文件。常用操作命令有：cat、 more、 head、 tail、 cp、 mv、 rm 等；2、 UNIX的文件目录采用带链接的树型结构。常用目录命令有：mkdir、 rmdir、 ls、 copy、 cd、 chmod等；3、 UNIX文件系统的结构为成组链接法，参考教材176页；4、 管道文件（pipe）是利用系统调用创建、按FIFO方式在同族进程间进行大量信息传送的文件。七、教学要求(1)

40、牢固掌握文件、文件系统、目录概念。(2) 了解文件系统的功能。(3) 掌握文件的逻辑组织和物理组织的概念，以及相应的组织形式。(4) 掌握目录的基本组织方式，特别是UNIX系统的目录结构。(5) 了解文件存储空间的管理。(6) 理解路径名和文件链接的概念。(7) 理解文件存取控制的作用及UNIX系统中采取的办法。(8) 记住UNIX系统中文件的分类，对文件和目录的基本操作命令,如cat,more,ls,cp,cd,rm。第六章 设备管理设备管理的目的是为了合理地利用外部设备并方便用户。其功能包括记录设备状态进行设备的分配和回收、管理设备缓冲区、进行I/O调度等。一、 设备分类按照输入输出功能可

41、以分为输入/输出设备、存储设备；按照信息传递特性可以分为块设备、字符设备；按照资源分配关系可以分为独占设备、共享设备、虚拟设备；按照设备所属关系可以分为系统设备、用户设备。二、 缓冲技术缓冲技术是为了解决CPU和I/O设备之间速度的不匹配矛盾，提高它们之间的并行性，减少对CPU的中断次数，利用存储设备，在传输过程中进行数据的暂时存储。缓冲技术可以采用硬件缓冲和软件缓冲两种。硬件缓冲是利用专门的硬件寄存器作为缓冲区，软件缓冲是利用操作系统的管理，采取在内存中划出一个区域来充当缓冲器。根据缓冲器的多少可以分为单缓冲、双缓冲和多缓冲。三、 设备管理的功能设备管理要达到用户使用方便，提高设备独立性，提

42、高CPU和外设之间的使用效率的目标，为此，设备管理的功能有：监视设备状态、进行设备分配、完成输入/输出操作、缓冲管理和地址转换。四、 设备分配技术根据设备的使用性质及资源分配关系，可将设备分成独占设备、共享设备和虚拟设备三种。独占设备不能共享的设备，即一段时间只能由一个进程独占。如打印机、读卡机、磁带机等。独占分配技术是把独占设备固定地分配给一个进程，直至该进程完成输入/输出操作并释放它为止。共享设备可由若干进程同时共享的设备，如磁盘机等。共享分配技术保证多个进程可以同时方便地直接存取一台共享设备。共享提高了设备的利用率。虚拟设备利用某种技术把独占设备改造成可由多个进程共享的设备。虚拟分配技术

43、就是利用共享设备去模拟独占设备，从而使独占设备称为可共享的、快速I/O的设备。实现虚拟分配的最有名的技术是SPOOLing技术，即假脱机技术。常用的设备分配算法有：先来先服务、优先级高的优先服务等。五、 SPOOLing系统假脱机技术（SPOOLing技术）是在通道技术和多道程序设计基础上产生的，它由主机和相应的通道共同承担作业的输入输出工作，利用磁盘作为后援存储器，实现外围设备同时联机操作。SPOOLing系统由专门负责I/O的常驻内存的进程以及输入井、输出井组成；它将独占设备改造为共享设备，实现了虚拟设备功能。注：通道技术是指专门建立的一套硬件管理机构，及一台小处理机，它能快速地在内存储器

44、和外存储器或外部设备之间交换信息。六、 处理I/O请求的步骤在UNIX系统中，处理用户提出的I/O请求的主要过程见教材197页图6-5，包括：用户进程发出I/O请求；接受I/O请求执行系统调用，系统由用户态转到核心态；设备驱动进程运行设备驱动程序；I/O完成后，由通道产生中断信号。七、 UNIX常用设备安装和管理这一节中主要介绍了打印机和终端的安装和管理，要清楚设备安装的主要步骤，设备管理的主要方面。八、教学要求(1) 了解设备的一般分类：存储设备（块设备），输入/输出设备（字符设备）。(2) 理解使用缓冲技术的目的和缓冲区的设置方式。(3) 掌握设备管理功能：监视设备状态 ，进行设备分配 ，

45、完成I/O操作，缓冲管理与地址转换。(4) 掌握常用设备分配技术：独占分配，共享分配，虚拟分配。(5) 了解SPOOLing系统的功能和实现思想。(6) 了解处理I/O请求的步骤。(7) 记住UNIX系统中安装打印机的主要步骤。第七章 中断和信号机构一、 中断的概念及类型中断技术是计算机系统结构的一个重要突破，它使并发操作成为可能。中断改变了处理器执行指令顺序，CPU暂停当前程序的执行，保护好被中断程序的现场信息；相应中断请求，执行中断处理程序；中断处理完毕后，CPU返回断点，继续执行被中断了的当前程序。产生中断的原因为外部条件时，称为外部中断，也称硬中断，如掉电、设备运行完成、设备故障、时钟

46、中断等。产生中断的原因为内部条件时，称为内部中断，也称软中断，一种是由于运行程序发生意外而产生，如溢出、操作地址错误等；另一种是运行程序需要产生的，如系统调用。二、 中断的一般处理过程中断处理一般分为中断响应和中断处理两个步骤。中断响应由硬件实施，中断处理主要由软件实施。*中断响应中断响应顺序执行的动作是终止当前程序的执行；保存原程序的断点信息；转到相应的处理程序。*中断处理中断处理过程大致分为四个阶段：保存被中断程序的现场；分析中断原因；转入相应处理程序进行处理；恢复被中断程序现场（即中断返回）。三、 系统调用的实施过程系统调用的实施过程示例见218页图7-3。主要有；系统调用对应的汇编指令

47、trap；执行到trap指令，处理机由用户态改变为核心态；查系统调用入口表，转去执行相应的处理程序；若有I/O操作，则经由文件系统处理后，再转去设备驱动；I/O完成后，发中断信号，转入中断处理；系统调用执行完后，调度原进程继续运行。四、教学要求(1) 理解中断、中断源、中断请求等概念。(2) 理解中断响应概念和完成的工作。(3) 理解中断处理的一般过程。(4) 通过系统调用的实施举例，了解操作系统各部分如何协调动作。(5) 了解信号机构的工作原理。第八章 死锁一、 死锁的概念所谓死锁（Deadlock）是指多个进程循环等待它方占有的资源而无限期地僵持下去的局面。产生死锁的根本原因可归结为两点：

48、（1）竞争资源。为多个进程所共享的资源不足，引起它们对资源的竞争而产生死锁。（2）进程推进顺序不当。进程运行过程中，请求和释放资源的顺序不当，而导致进程死锁。二、 产生死锁的必要条件产生死锁的四个必要条件：互斥条件在一段时间内某资源仅为一个进程占有。不可抢占条件进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺。占有且申请条件当进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。循环等待条件发生死锁时，必然存在一个进程-资源的环形链。三、 死锁的预防和避免预防死锁：要求进程申请资源时遵循某种协议，以破坏产生死锁的四个必要条件中的一个或几个，来防止发生死锁。避免死锁：在资源的动态分配过程中，使用某种算法来

49、防止系统进入不安全状态，从而避免死锁的发生。避免死锁的著名算法是银行家算法。四、 死锁的检测与恢复检测死锁方法允许系统运行过程中发生死锁。但通过系统所设置的检测机构可以及时检测出死锁的发生，并精确地确定与死锁有关的进程和资源。解除死锁是与检测死锁配套的一种设施，用于将进程从死锁状态下解脱出来。常用的方法是撤消一些进程，以释放资源，再将它们分配给已处于阻塞状态的进程，使之转为就绪状态以继续运行。五、教学要求（1） 掌握死锁的概念和产生死锁的根本原因。（2） 理解产生死锁的必要条件以下四个条件同时具备：互斥条件、不可抢占条件、占有且申请条件、循环等待条件。（3） 记住解决死锁的一般方法，掌握死锁的

50、预防和死锁的避免二者的基本思想。（4） 掌握死锁的预防策略中资源有序分配策略。（5） 理解进程安全序列的概念，理解死锁与安全序列的关系。（6） 了解银行家算法。（7） 了解资源分配图。（8） 了解死锁的检测及恢复的思想。第九章 现代操作系统技术与系统管理一、 操作系统“代”的划分操作系统从诞生到现在大致可划分为以下三代：第一代操作系统采用无序模块结构第二代操作系统采用层次结构第三代操作系统采用微内核结构二、 微内核结构微内核是操作系统的小核心，它将各种操作系统共同需要的核心功能提炼出来，形成操作系统的基本功能。微内核操作系统模型见238页图9-1。需要弄清的概念，客户机（Client）-服务器

51、（Server）、进程（Process）-线程（Thread），微内核结构中进程与传统进程的不同，进程与线程的关系。微内核结构的特点。三、 网络操作系统的功能网络操作系统（NOS）是使网络上各计算机能方便有效地共享网络资源，为网络用户提供所需的各种服务的软件和通信协议的集合。它的功能主要有：网络通信、资源管理、网络服务和网络管理。四、 操作系统本地化的方式操作系统本地化的工作分为两种方式：外挂式中文支持平台和开放式系统软件平台COSA。了解主要的操作系统产品，见教材247页表9-1。五、 系统管理员的职责是保证系统平稳地操作和执行各种需要特权的任务。主要工作见248页，共六个方面。六、 未来操

52、作系统的展望未来操作系统应具有以下新的特征，如更强的分布式处理能力、更高的安全性和可靠性、符合开放式模型、更方便的用户界面。七、教学要求(1) 理解操作系统代的划分。(2) 理解微内核的概念，了解微内核结构的特点。(3) 理解现代操作系统中客户与服务器的概念。(4) 理解线程的概念，它与进程的关系和区别。特别是传统操作系统中的进程概念与现代操作系统中的进程概念不同简单说，传统操作系统中进程具有分配资源、调度运行两大功能，而现代操作系统中进程只作为分配资源单位，线程才作为调度运行单位。(5) 理解网络操作系统的定义和功能。(6) 理解系统管理员的职责。总结：学习计算机操作系统需牢记操作系统的定义

53、：即操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件，是用户与计算机之间的接口。这句话中体现了两层含义：管理与服务，操作系统对计算机进行资源管理（处理机-包括进程和作业、存储器、文件、设备），对外向用户提供良好界面的服务。实际上，操作系统体现了计算机技术与管理技术的结合。在管理资源时，操作系统使用了队列（如进程队列）、树（如目录）、表（如页表、段表等）等数据结构，使用的管理方法在我们的生活中都能看到，大家在学习时要多比较，多体会，才能活学或用，不至于枯燥。从动态的观点考查操作系统，它的基本特征是多任务并行和多用户资源共享。其中，共享是目的，是为了提高资源的利用率，并行是手段，通过多任务并行来实现资源共享。可以认为操作系统由若干个进程与一个系统核心组成，在核心的组织、管理与协调下，进程并行运行，从而合理地组织计算机的工作流程所以，我们可以从不同的角度考查一个操作系统，按资源管理的观点、进程的观点、分层结构的观点或用户的观点。