目录

第一章 操作系统引论

1. 理解操作系统的目标

2. 理解 OS 的作用

3. 理解操作系统的功能

4. 深入理解多道、并发 OS 的含义

5. 掌握多道批处理 OS、分时 OS、实时 OS 的基本特性，掌握分时 OS 基本特点

和响应时间概念和公式 T=n q。

6. 了解 OS 设计目的

7. 理解 OS 的基本特性及含义：并发性、共享性、虚拟性、异步性

8. 理解 OS 的进程、内存、IO、文件、接口模块的基本功能

9. 理解 OS 内核概念，了解什么是微内核和强内核，

10. 了解 OS 结构设计(模块、分层、微内核的基本概念)

11. 理解中断、异常基本概念

第九章 接口

1.理解内核态和用户态的概念

2.复习云班课发布的录课视频（2.1 操作系统接口概述 ，2.2Linux 系统调用机制）：

3.深入理解用户态执行库函数（如 fwrite）经过系统调用 write 再到内核执行对应服务例程 sys_write 的整个详细具体过程。

4.理解系统调用概念，理解操作系统处理系统调用的具体过程

5.理解系统调用和库函数的区别？

6.理解本章发布的作业

第二章 进程的描述与控制

一、进程概念及控制

1. 理解进程概念

2. 理解进程并发执行的四大特征及含义

3. 理解 PCB 概念，了解 PCB 存储的基本信息，知道一个进程对应一个 PCB，PCB是进程的唯一标志，伴随着进程的生命期存在。

4. 理解进程和程序的区别

5. 理解进程的基本特征

6. 理解进程的三种基本状态，及典型转换关系和时机

7. 了解进程控制块的组织形式

8. 理解进程控制

9. 理解进程创建、撤销、唤醒、阻塞的基本过程和时机。

10. 理解进程上文切换的具体过程。理解切换过程中 CPU 现场需要保存哪些数据。

二、进程的同步与互斥

1. 理解进程之间的两种相互制约关系

2. 理解临界资源、临界区、信号量、记录型信号量（重点），了解 and 信号量、了解记录集信号量

3. 结合实验代码理解经典的同步问题（生产者-消费者、读写问题、哲学家问题）

4. 理解分桔子苹果问题、get-copy-put 问题。

5. 了解进程通信概念、了解高级通信和低级通信概念、了解高级通信的基本形式和基本含义，理解消息缓冲区机制。

6. 理解线程概念、特征、TCB

第三章 进程调度和死锁

1. 理解进程调度概念

2. 理解处理机高级-中级-低级调度

3. 理解常见处理机调度策略基本思想、特点、性能分析（时间片轮转 RR--甘特图、FCFS 、 SJF 、 优先权、高响应比、抢占式、非抢占式），了解多级反馈算法，参考云班课发布的录课视频理解。

4. 熟练使用时间片轮转 RR--甘特图、FCFS 、 SJF 、 优先权、高响应比算法。计算作业/进程的周转时间和平均周转时间。

5. 死锁理解

1）产生死锁的原因  

2）产生死锁的 4 个必要条件

3）处理死锁的基本方法有哪几种，了解原理和特点

4）死锁的预防（具体策略）

5）死锁的避免（银行家算法）

6）了解死锁的检测（基本策略）

7）了解死锁的解除（基本策略）

第四章+第五章 内存管理

1. 理解虚拟存储器概念和特征

2. 理解地址重定位，静态重定位、动态重定位概念

3. 了解静态链接基本含义，了解动态链接的基本含义

4. 理解早期动态分区内存管理原理，包括：内存分配策略（FF BF WF 算法策略）、内存回收策略

5. 理解内存管理中快表的作用

6. 深入理解请求分页管理原理、地址变换机构工作过程、地址变换过程（会计算虚拟地址转换为物理地址）

7. 深入理解缺页中断处理过程

8. 了解请求分页中的内存分配策略，包括固定分配局部置换、可变分配全局置换、可变分配局部置换的基本策略

9. 理解请求分段管理原理、地址变换机构、地址变换过程

10. 了解请求段页式管理原理

11. 理解页面置换算法策略（FIFO ,OPT,LRU,CLOCK(NRU) ）

12. 了解抖动概念、了解工作概念

13. 理解程序局部性原理

14. 了解二级页表

第六章 设备管理

1. 理解设备控制器功能和基本组成

2. 理解三种 I/O 控制方式的基本原理和特征，重点掌握中断和 DMA 控制方式

3. 了解缓冲管理基本原理（单缓冲、双缓冲， 缓冲池）

4. 了解设备分配基本工作原理

5. 理解 I/O 软件层次，每层功能和功能间的关系。

6. 了解 Spooling 技术（基本原理和组成）。

7. 理解驱动程序的基本功能。

第七章 文件管理

1. 理解文件系统逻辑组织

2. 理解文件系统模型

3. 深入理解这些概念：FCB、Inode、内存 inode、外存 inode、目录文件、目录项（FCB 即目录中的一项）、盘块、扇区

4. 深入理解 open()系统调用作用，操作系统做了什么？fd 的作用。参考录课视频理解。

5. 理解文件目录管理策略（重点树目录顺序查询过程）

第八章 磁盘存储器的管理

1. 深入理解文件外存的组织方式（连续、链接、单级索引、增量式索引的原理），重点增量式索引的原理。

2. 理解文件存储空间管理策略（空闲表（链表）、位示图），重点位示图

3. 了解提高磁盘 I/O 速度的途径

4. 了解文件的共享方式（基于索引结点和基于符号链接）

熟练掌握算法：

1. 进程同步

2. 死锁中银行家算法

3. 进程调度算法（时间片轮转 RR、FCFS、SJF、优先权、高响应比），计算进程周转时间和平均周转时间

4. 请求分页、请求分段中虚拟地址到逻辑地址映射计算。

5. 存储管理中，动态分区管理 FF BF WF 算法。P140

6. 页面置换算法（FIFO ,OPT,LRU,CLOCK(NRU) ）

7. 磁盘调度算法（FIFO ,SSTF, SCAN）

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每章标题后的内容为SPOC的选择题内容。

第一章 操作系统引论

目标是能理解真实操作系统的运转甚至可以写一个操作系统

操作系统可以管理CPU、内存、网卡、键盘、显卡等硬件

进程管理就是管理CPU

通过命令使用计算机就是操作系统的一个接口

操作系统并不是一种应用软件。应用软件需要在操作系统这一系统软件上运行，应用软件一般由多个程序组成。程序是一组按照特定顺序组织的指令，用来完成某个特定的任务。

学习操作系统可以搞定并发性

在有一台处理机CPU和两台输入输出设备IO1和IO2，且能够实现抢先式多任务并行工作的多道程序环境内，投入运行优先级由高到低的P1、P2、P3 三个作业。它们使用设备的先后顺序和占用设备时间分别是：

 作业P1:IO2(30ms),CPU(10ms),IO1(30ms),CPU(10ms)

 作业P2:IO1(20ms),CPU(20ms),IO2(40ms)

 作业P3:CPU(30ms),IO1(20ms)

在控制程序介入时间可以忽略不计的假设下，作业P1、P2、P3 从投入到完成所用的时间分别是多少？三个作业从投入运行到全部完成，CPU、IO1和IO2的利用率分别是多少？

CPU并不是在每个时钟周期都检查是否有中断

中断处理和子程序调用都需要压栈以保护现场，中断处理一定会保存而子程序调用不需要保存其内容的是程序状态字。中断处理需要保存和恢复的现场信息包括：程序计数器、通用寄存器以及程序状态字寄存器等关键寄存器的内容。

程序状态字一般包括条件码、中断允许/禁止位、内核/用户态位。一般由硬件保存。

中断模型是一种C/S结构。

中断的引入并不是为了支持设备和设备之间的并行操作。而是为了支持CPU和设备之间的并行操作

对系统调用进行优化，是因为系统调用的实现从用户态切换到内核态，执行完系统调用程序后又从内核态切换回用户态，代价很大。

可加装的内核模块在内核运行时可加载和卸载，是开发一个新的文件系统，驱动程序的基本机制。

普通开发者会使用到操作系统的系统调用，这是提供给编程人员的接口。

CPU运行现场指在程序的执行过程中任一时刻状态信息的集合，处理器的状态放在程序状态字（PSW寄存器）。

1. 理解操作系统的目标

2. 理解 OS 的作用

3. 理解操作系统的功能

4. 深入理解多道、并发 OS 的含义

5. 掌握多道批处理 OS、分时 OS、实时 OS 的基本特性，掌握分时 OS 基本特点

和响应时间概念和公式 T=n q。

6. 了解 OS 设计目的

7. 理解 OS 的基本特性及含义：并发性、共享性、虚拟性、异步性

8. 理解 OS 的进程、内存、IO、文件、接口模块的基本功能

9. 理解 OS 内核概念，了解什么是微内核和强内核，

10. 了解 OS 结构设计(模块、分层、微内核的基本概念)

11. 理解中断、异常基本概念

第九章 接口

Linux系统的系统调用是通过0x80中断实现的（软中断）

DOS系统的系统调用是通过21H中断号实现的

系统调用与一般函数调用的最大不同是系统调用存在用户态和内核态的转换，而一般函数没有。

想查看程序调用了那些系统调用，可以使用strace命令

以fwirte函数调用为例，它的实现过程是：在用户态fwrite函数在glibc库中调用系统调用write()，然后在内核态，查找系统调用表syscall table，找到对应的系统调用服务例程为sys_write,然后在内核执行该例程

1.理解内核态和用户态的概念

2.复习云班课发布的录课视频（2.1 操作系统接口概述 ，2.2Linux 系统调用机制）：

3.深入理解用户态执行库函数（如 fwrite）经过系统调用 write 再到内核执行对应服务例程 sys_write 的整个详细具体过程。

4.理解系统调用概念，理解操作系统处理系统调用的具体过程

5.理解系统调用和库函数的区别？

6.理解本章发布的作业

第二章 进程的描述与控制

在单处理机系统中，处于运行状态的进程最多只有一个

进程状态的转换中，不能从就绪到阻塞

某进程在运行过程中需要等待从磁盘上读入数据，此时该进程的状态转换是从运行变为阻塞

原语是若干条机器指令组成，不可被中断

支持多道程序设计的操作系统在运行过程中，不断地选择新进程运行来实现CPU的共享，但有新进程进入就绪状态不是引起操作系统选择新进程的直接原因。

进程并不是指令的集合。

状态变化中，等待到运行是不可能发生的

一个运行的进程用完了分配给它的时间片后还没运行完，它的状态变为就绪态

多道程序环境下，操作系统分配资源以进程为基本单位

操作系统通过PCB对进程进行管理

在支持多线程的系统中，进程P创建的若干个线程不能共享的是进程P中某线程的栈指针。

TCB中不应拥有的内容是内存地址空间。TCB中的主要信息包括线程标识、线程状态、调度参数、现场、链接指针，其中现场信息主要包括通用寄存器、指令计数器PC以及用户栈指针，对于操作系统支持的线程，TCB中还应包含系统栈指针。

创建新进程的过程：申请空白PCB，为新进程分配资源，初始化进程控制块，将新进程插入就绪队列。并不是在创建时就为它分配CPU并运行。

进程处于浅度睡眠（interruptible sleep）状态并不是不可由其他进程通过信号和时钟中断唤醒。 可中断睡眠是因为进程等待某些条件（如操作硬盘）而主动放弃CPU，进入睡眠队列，等待被唤醒。在这种状态下，进程可以相应外部的中断或信号，如果收到合适的中断或信号，进程就会从睡眠队列中移除，重新进入就绪队列等待被调度。

信号是一种软件中断，是异步的，可以在任何时候发生，是可以被进程屏蔽的，是可靠的，可以保证被发送和接收。

时钟中断是一种硬件中断，是同步的，只能在固定的时间间隔发生，必须被响应和处理，是不可靠的，可能因为系统负载过高而丢失或延迟。

wait和signal操作是信号量的两个基本操作，用来实现进程间的同步和互斥。wait操作表示进程请求一个资源，如果资源可用，则信号量的值减一；如果资源不可用，则进程阻塞，直到资源可用。Signal操作表示进程释放一个资源，信号量的值加一，并唤醒等待该资源的进程。

临界区是访问和操作共享数据的代码段。对临界资源应采取互斥访问方式，来实现共享。

关于读者写者问题，如果有多个读者，需要设一个共享变量来计数，这个共享变量是临界资源

两个进程合作完成一个任务，在并发执行中，一个进程要等待其合作伙伴发来信息，或者建立某个条件后再向前执行，这种关系是进程间的同步关系

同步分为直接同步和间接同步，如生产者消费者 （主动wait生产者的产品）与读者写者模型（被动接收缓冲区的数据）

解决进程间的直接制约和间接制约两种基本关系，往往运用对信号量进行wait-signal的通信原语。

关于生产者消费者问题，当只有生产者、消费者、缓冲区都只有一个时，它们之间只有同步关系，不需要互斥信号量。如果三者都是多个时，因为可能存在对某个缓冲区的竞争访问，需要同步与互斥。

生产者消费者问题可以通过AND信号量解决

Signal和wait操作的正确描述：

signal (semaphore  *S){  S->value++; //先加1再判断 if  (S->value<=0 ) wakeup(S->list);

       wait(semaphore  *S){  S->value--;  if  (S->value<0 ) block(S->list);  }

       为实现消息缓冲队列通信，在PCB中增加消息队列首指针mq，消息队列直接制约信号量mutex以及消息队列资源型信号量sm三个数据项

       管程是操作系统中的一种同步机制，由共享资源的数据及其在该数据上的一组操作组成。

一、进程概念及控制

1. 理解进程概念

2. 理解进程并发执行的四大特征及含义

3. 理解 PCB 概念，了解 PCB 存储的基本信息，知道一个进程对应一个 PCB，PCB是进程的唯一标志，伴随着进程的生命期存在。

4. 理解进程和程序的区别

5. 理解进程的基本特征

6. 理解进程的三种基本状态，及典型转换关系和时机

7. 了解进程控制块的组织形式

8. 理解进程控制

操作系统内核是系统硬件的首次延伸，通过执行各种原语操作来实现对进程的控制功能（创建、调度、通讯、撤销等）。

9. 理解进程创建、撤销、唤醒、阻塞的基本过程和时机。

10. 理解进程上文切换的具体过程。理解切换过程中 CPU 现场需要保存哪些数据。

二、进程的同步与互斥

1. 理解进程之间的两种相互制约关系

2. 理解临界资源、临界区、信号量、记录型信号量（重点），了解 and 信号量、了解记录集信号量

3. 结合实验代码理解经典的同步问题（生产者-消费者、读写问题、哲学家问题）

4. 理解分桔子苹果问题、get-copy-put 问题。

5. 了解进程通信概念、了解高级通信和低级通信概念、了解高级通信的基本形式和基本含义，理解消息缓冲区机制。

6. 理解线程概念、特征、TCB

第三章 进程调度和死锁

       不适宜采用不可抢占处理机的优先数调度算法的系统是实时系统，可能延误高优先数的紧急任务。

       在采用等长时间片轮转处理机调度算法的分时操作系统中，各终端用户（一般拥有不同数量进程）所占有处理机的时间总量是与终端进程数有关的。

       在分时系统中，进程调度除了采用时间片轮转算法，还可以结合可剥夺CPU的动态优先数调度算法。（要求响应速度及时）

       在非剥夺调度方式下，运行进程执行V原语后，其状态不变。

       运行进程执行V原语后，可能唤醒等待队列上的进程，但是在非剥夺调度方式下，不会抢夺正在运行进程对CPU的控制权

       若在T1时刻进程P1运行，T2时刻进程P2运行，且P1≠P2，则在时刻T1和时刻T2期间之内发生过中断，执行了处理机调度程序

       中断是系统由用户态转换为内核态的必要条件。

       假设就绪队列中有10个进程，系统将时间片设为400ms，CPU进行进程切换要花费20ms。则系统开销所占的比率约为5%（每一个进程都需要切换一次）

       当一个位于后备队列中的作业被选中调入内存时，按照其作业步的顺序，依次为每个作业建立对应的主进程，并为它分配必要的资源，然后提交给进程管理模块由进程调度程序管理

       为作业创建进程后进入就绪队列，等待进程调度程序的调度

       当一个作业的作业控制块等表格填写完毕后，任务作业的JCB就连成一串作为外存的后备队列

      

1. 理解进程调度概念

2. 理解处理机高级-中级-低级调度

3. 理解常见处理机调度策略基本思想、特点、性能分析（时间片轮转 RR--甘特图、FCFS 、 SJF 、 优先权、高响应比、抢占式、非抢占式），了解多级反馈算法，参考云班课发布的录课视频理解。

4. 熟练使用时间片轮转 RR--甘特图、FCFS 、 SJF 、 优先权、高响应比算法。计算作业/进程的周转时间和平均周转时间。

5. 死锁理解

1）产生死锁的原因  

2）产生死锁的 4 个必要条件

3）处理死锁的基本方法有哪几种，了解原理和特点

4）死锁的预防（具体策略）

5）死锁的避免（银行家算法）

6）了解死锁的检测（基本策略）

7）了解死锁的解除（基本策略）

第四章+第五章 内存管理

界限寄存器存储保护是一种用来防止进程越界访问内存的方法。它的基本思想是设置基址寄存器和限长寄存器两个寄存器，分别存放进程的起始地址和长度。这两个寄存器是CPU的一部分，用户不能修改它们的值，只能由操作系统在进程创建或切换时进行设置。在每次访问内存时，都要检查访问地址是否在合法范围内，即“基址寄存器值≤访问地址≤基址寄存器值+限长寄存器值”。如果不在该范围内，则不允许访问，并产生错误中断。

设三个目标模块A、B、C，起始地址都是0，长度分别是L、M、N，这三个模块按A、B、C顺序采用静态链接方式链接在一起后，则模块C的起始地址变换为L+M

在多用户环境中为了实现多用户之间的隔离，必须采取存储保护方法。

把空闲最多的分区分配给新作业，这是WF最坏适应算法

优点是能尽量减少小碎片的产生，查找效率高（该算法要求将所有空闲分区按容量从大到小排列，查找时只需查看第一个分区是否满足），缺点是容易破坏大的空闲分区。

在可变分区存储管理系统中，某一个作业完成后，系统回收其主存空间，并与相邻空间合并，为此需要修改空闲区表，造成空闲区数减1的情况是有上邻接空闲区，也有下邻接空闲区

某计算机采用二级页表的分页存储管理方式，按字节编址，页大小为2^10字节，页表项大小为2字节，逻辑地址结构为： 页目录号 页号 页内偏移量 ，逻辑地址空间大小为2^16页，则表示整个逻辑地址空间的页目录表中包含表项的个数至少是128

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| 页目录表        |     |     页目录        |     |  二级页表       |     |     物理帧        |

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| 页目录地址    |->|二级页表地址| ->| 物理帧号        | ->| 数据                |

| 有效位             |    | 有效位             |    | 有效位             |    |                               |

| 修改位             |    | 修改位             |    | 修改位             |    |                            |

| 访问位             |    | 访问位             |    | 访问位             |    |                            |

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页面高速缓存是一种硬件机制，专门用来支持地址转换。

在页式存储管理方案中，采用页表实现地址变换

页式存储管理是一种将内存和作业分成大小相等的单位（页）来进行管理的方法。它将作业中的每个页面映射到内存中的任意一个物理帧中，以实现动态分配和重定位。

有一系统采用页式存储管理，有一作业大小是8KB，页大小是2KB，依次装入内存的第7、9、A、5块，试将虚地址1ADDH转换成内存地址。

先将虚地址转为二进制，按照页大小（2^11）进行划分，由页号对应物理块号，将物理块号与页内偏移量进行拼接，再转回十进制得出结果。

虚地址是指作业中的逻辑地址，由页号和页内偏移量组成，物理帧号表示该地址所在的物理帧编号，页内偏移量表示该地址在页面中的位置。

内存地址则由物理帧号和页内偏移量组成。

       在页式存储管理系统中，地址寄存器长度为24位，其中页号占14位，则主存的分块大小为2^10字节。

       通常CLOCK置换算法只有一位访问位，而一种改进的版本则通过一个访问位A和一个修改位M来选出淘汰的页。如果已访问，则A为1，如果已修改，则M为1，最佳被淘汰页为A=0，M=0。

       淘汰时访问位的优先级高于修改位。

      

       CPU访问的是虚拟地址

       分段存储管理系统中，地址长度为32位，其中段号占8位，则最大段长是2^24字节

       在请求分页内存管理的页表表项中，其中状态位供程序访问时参考，修改位供置换页面时参考，访问位供置换算法在选择换出页面时参考，外存始址供调入页面时参考

      

       在请求分页系统中，凡未装入过内存的页都应从文件区调入，已运行过的页主要是从页面缓冲池调入，有时也可从对换区调入。

       地址寄存器为24位，则虚拟存储器可管理的空间为？

       2^24的寻址空间，即16MB

       分页机制是在保护模式下开启的

      

1. 理解虚拟存储器概念和特征

2. 理解地址重定位，静态重定位、动态重定位概念

3. 了解静态链接基本含义，了解动态链接的基本含义

4. 理解早期动态分区内存管理原理，包括：内存分配策略（FF BF WF 算法策略）、内存回收策略

5. 理解内存管理中快表的作用

6. 深入理解请求分页管理原理、地址变换机构工作过程、地址变换过程（会计算虚拟地址转换为物理地址）

7. 深入理解缺页中断处理过程

8. 了解请求分页中的内存分配策略，包括固定分配局部置换、可变分配全局置换、可变分配局部置换的基本策略

9. 理解请求分段管理原理、地址变换机构、地址变换过程

10. 了解请求段页式管理原理

11. 理解页面置换算法策略（FIFO ,OPT,LRU,CLOCK(NRU) ）

12. 了解抖动概念、了解工作概念

13. 理解程序局部性原理

14. 了解二级页表