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硕士研究生招生考试
《操作系统》科目大纲
(科目代码：530)
学院名称(盖章)：计算机科学与工程学院
学院负责人(签字)： 蔺想红
编 制 时 间： 2023年 6月25日
《操作系统》科目考试大纲
(科目代码：530)
第一章 操作系统概论
考核内容：
第一节 操作系统及其发展
操作系统的定义和主要特性，了解操作系统的目标；操作系统在计算机系统中的地位、作用和资源管理功能；操作系统的发展历史，理解多道程序设计的原理和优缺点；批处理、分时、实时、个人计算机、嵌入式、网络和分布式等操作系统的概念和特征。
第二节 操作系统的用户接口
操作系统为用户提供的两大类接口是程序接口和系统调用；程序接口的各种形式；系统调用的概念、实现过程、分类及其与函数调用之间的关系。
第三节 操作系统结构和运行模型
操作系统的构件、结构和运行模型。
第四节 流行操作系统简介
目前主流的操作系统。
考核要求：
了解操作系统的起源和发展。理解操作系统在计算机系统中的地位、作用和资源管理功能，多道程序设计的原理和优缺点，各种类型操作系统的概念和特征，操作系统为用户提供的接口，系统调用的概念、实现过程、分类及其与函数调用之间的关系。掌握操作系统的相关概念和主要特性以及操作系统在计算机系统中的地位。
第二章 处理器管理
考核内容：
第一节 进程及其实现
进程的引入原因；进程的定义和特征，掌握进程与程序的比较；进程控制块PCB的概念、进程的基本状态及其相互转换；进程映像的概念和组成、进程上下文的概念、组成和进程上下文的切换； 访管指令和特权指令；处理器的工作模式，工作模式的切换；原语的概念和特征；进程控制常用的创建、撤消、阻塞和唤醒原语的引起事件和执行过程。
第二节 线程及其实现
引入线程的动机；线程的概念和特征，线程与进程的关系；线程的实现。
第三节 作业管理
作业的状态及其转换；作业概念、作业与进程的关系、作业的组成；作业控制块JCB的概念、内容和作用。
第四节 处理器调度及其调度算法
处理器调度的层次以及各级调度的主要任务和功能；选择调度算法的原则和各种作业调度和进程调度算法的调度策略：先来先服务调度算法、最短作业优先调度算法、最短剩余时间优先调度算法、响应比最高者优先调度算法、优先级调度算法和轮转调度算法等；实时调度算法和多处理机调度算法。
第五节 Linux进程与线程
Linux操作系统中的进程与线程相关概念和实现技术。
考核要求：
了解操作系统引入进程和线程的原因、作业的状态及其转换，处理器调度的层次以及各级调度的主要任务和功能等。理解使用各种作业调度和进程调度算法调度作业和进程，会计算作业的周转时间和带权周转时间。掌握进程的定义和特征，进程与程序的比较、进程控制的原语，进程的三种基本状态及其相互转换，进程控制块PCB的作用，线程的概念和特征，线程与进程的关系，各种作业调度和进程调度算法的调度策略等。
第三章 进程管理
考核内容：
第一节 并发进程
程序顺序执行的概念和特征，程序并发执行的概念和特征，进程的并发性；Berstein条件的和相关问题；并发进程与时间有关的错误；进程并发执行时的两种基本制约关系：竞争和协作；进程互斥和进程同步的概念。
第二节 临界区管理
临界区和临界资源的概念和临界区的调度原则；临界区管理的软件方法和硬件设施。
第三节 信号量与PV操作
同步机制的概念和常用类型；信号量、P操作和V操作原语的执行过程与含义；使用记录型信号量机制描述进程并发执行的过程；同步机制的经典问题——五个哲学家吃通心面问题、生产者与消费者问题、读者与写者问题、理解理发师问题。
第四节 管程
管程的概念、一般形式和具体实现。
第五节 进程通信
进程通信的概念、类型和方式，了解信号、管道、消息传递、共享内存通信机制。
第六节 死锁
死锁产生的原因，掌握死锁的概念和解决方法；死锁产生的4个必要条件，理解死锁防止的策略；死锁避免的概念，熟练掌握银行家算法及其应用，学会解决相关问题；死锁定理，掌握资源分配图及其化简方法；死锁的解除方法。
考核要求：
了解前驱图和Berstein条件的意义和用途，进程并发执行的特征。理解进程的并发性，并发进程与时间有关的错误，竞争和协作，互斥和同步，临界区和临界资源，死锁产生的原因和排除方法，使用银行家算法避免死锁发生。掌握信号量的概念和含义，P操作和V操作的执行过程与含义，记录型信号量机制，用信号量解决问题，使用记录型信号量机制描述进程并发执行的过程，化简资源分配图，临界区的调度原则，哲学家问题，生产者与消费者问题，理发师问题，读者与写者问题，死锁的概念和产生的必要条件等。
第四章 存储管理
考核内容：
第一节 概述
存储管理的对象和功能；计算机系统存储器的层次结构，了解程序的编译、链接、装入和执行过程；逻辑地址空间和物理地址空间，逻辑地址和物理地址的概念；地址重定位的概念和两种方式； 存储保护的概念和方法。
第二节 连续存储空间管理
固定分区存储管理方法的基本原理、内存分配和回收方法以及优缺点；可变分区存储管理方法的基本原理，理解内存分配和回收、地址转换、存储保护和存储共享的方法以及优缺点；可变分区存储管理的内存分配算法并学会解决相关问题；连续存储管理中主存扩充的技术：覆盖、交换和移动。
第三节 分页存储管理
分页存储管理的基本原理，逻辑地址、物理地址，页表和地址转换过程；引入快表的原因和通过快表转换地址的过程；分页存储空间内存的分配和回收方法；页面共享和保护的方法；多级页表和反置页表。
第四节 分段存储管理
分段存储管理的基本原理，包括逻辑地址空间和物理地址空间的划分，段表和地址转换过程，学会计算逻辑地址和物理地址；段的共享和保护方法；分段存储管理的特点、分页和分段存储管理的异同。
第五节 虚拟存储管理
程序局部性原理；虚拟存储器的概念及其容量；分页虚拟存储管理的实现原理，包括页表的结构、地址转换过程、缺页中断和页面置换的概念，熟练掌握页面替换算法的策略和应用，能够解决实际问题；分段虚拟存储管理的实现原理，包括段表的结构、地址转换过程、段的扩充、段的共享和保护等；请求段页式虚拟存储管理的实现原理，包括逻辑地址空间和物理地址空间的划分，逻辑地址的结构、段表的结构、页表的结构、地址转换过程和优缺点等。
考核要求：
了解存储管理的功能，固定分区和可变分区存储管理的基本原理，移动技术，内存共享和保护，请求分页、段页式虚拟存储管理的实现原理等。理解可变分区存储管理的内存分配算法，分页存储管理的地址转换，分段存储管理的地址转换和页面替换算法。掌握逻辑地址空间和物理地址空间的概念，逻辑地址和物理地址的概念，地址重定位的概念和方式，分页和分段存储管理的基本原理、地址转换和优缺点，分页和分段存储管理的比较，虚拟存储器的概念和容量，页面替换算法等。
第五章 文件管理
考核内容：
第一节 文件
文件系统的概念和功能；文件的概念和命名规则；文件的分类和文件属性；文件的存取方法。
第二节 文件目录
文件系统的分层结构，层次目录结构；文件控制块FCB的概念、内容和作用；文件目录和目录文件的概念；UNIX/Linux系统中引入索引节点inode后文件目录的组织方法； 文件目录的检索方法。
第三节 文件组织与数据存储
文件逻辑结构的概念和两种基本形式：流式文件和记录式文件，了解记录格式，理解记录、键等概念；文件物理结构的概念和常用的组织方法及其优缺点。
第四节 文件系统其它功能的实现
文件系统调用的实现；文件存储空间的管理方法，包括空闲块的组织方法，空闲块的分配和回收算法等；文件共享的概念和实现方法；虚拟文件系统。
第五节 文件系统实例
Linux文件系统；Windows文件系统（选讲）。
考核要求：
了解文件系统的功能，文件的分类，文件目录的结构和检索，文件存储空间的管理，文件系统调用，文件共享等。理解位示图的组成和计算，文件目录的检索，记录的成组和分解。掌握文件的存取方法，文件的逻辑结构和物理结构。
第六章 设备管理
考核内容：
第一节 I/O硬件原理
I/O系统的概念，理解设备管理的功能；设备的分类；掌握字符设备和块设备的概念和典型设备等；I/O控制方式，包括控制过程、优缺点及其对比等；设备控制器的概念、组成和功能。
第二节 I/O软件原理和缓冲技术
I/O软件的设计目标和原则、I/O软件的组成和层次；I/O中断处理程序；I/O设备驱动程序的任务和功能；独立于设备的I/O软件的功能，用户空间的I/O软件的种类和功能；引入缓冲的目的，常用的缓冲技术，多缓冲的组织和工作过程。
第三节 驱动调度技术
磁盘的物理结构；循环排序和优化分布；磁道定位和移臂调度算法的调度策略；提前读、延迟写和虚拟盘的概念。
第四节 设备分配
设备独立性的概念、优点和实现；设备分配的方式、数据结构和分配算法。
第五节 虚拟设备
虚拟设备、SPOOLing技术的概念；SPOOLing系统的组成、实现和优点。
考核要求：
了解设备管理的功能，设备的分类，I/O软件的设计目标和层次，设备驱动程序的任务和功能。理解通道的工作过程，引入缓冲的目的，设备分配的方式、数据结构和分配算法，SPOOLing系统的组成、实现和优点。掌握字符设备和块设备、I/O控制方式、通道技术、缓冲技术、移臂调度算法、设备独立性、虚拟设备和SPOOLing技术。
第七章 网络与分布式操作系统
考核内容：
第一节 计算机网络和网络计算模式概述
计算机网络的概念、组成、功能，了解网络体系结构和网络协议；网络计算、分布式计算、网格计算、云计算等网络计算模式。
第二节 网络操作系统和分布式操作系统
网络操作系统的概念、特征和类型；分布式系统的概念、特征和功能；分布式系统和网络系统的对比；分布式进程通信、进程同步和进程迁移；分布式资源管理和文件系统。
考核要求：
了解网络和分布式环境操作系统概念。理解网络和分布式环境操作系统特征和主要功能，网络系统资源管理和网络文件系统。掌握分布式进程通信、进程同步和进程迁移的实现。
第八章 操作系统安全
考核内容：
第一节 安全性概述以及安全策略、安全模型和安全机制
操作系统安全的概念；安全需求和安全策略、访问支持策略和访问控制策略；安全模型、安全模型示例；硬件安全机制、认证机制、授权机制、加密机制、审计机制。
第二节 安全操作系统设计和开发
安全操作系统结构和设计原则；安全操作系统的开发；安全系统的评价标准。
第三节Linux安全机制
Linux的基本安全机制；SELinux；Linux安全模块。
考核要求：
了解操作系统安全的意义和作用。理解安全策略、安全模型和安全机制。掌握安全操作系统结构和设计原则。
第九章 多机系统操作系统及操作系统新进展
考核内容：
第一节 多处理器与多计算机系统
并行处理系统分类；对称多处理机、集群系统的概念，以及对操作系统支持的要求。
第二节 多核与超线程
多核处理器结构的出现和技术优势；超线程概念和技术；多核操作系统设计相关概念。
第三节 并行处理环境下的同步与调度
同步粒度的概念；并行计算环境的同步技术和方法；多处理机调度及相关技术。
第四节 其它新兴操作系统技术
考核要求：
了解并行环境下同步与调度的特点和重要性。理解多机系统对操作系统的额外要求。掌握超线程概念。
参考书目
《操作系统教程》（第5版），费祥林、骆斌编著，高等教育出版社，2014年。
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