《操作系统》自学指导书.doc

操作系统自学指导书一、课程编码及适用专业课程编码：050322211总学时：92面授学时：28自学学时：64适用专业 ：计算机科学与技术专业（函授专科）二、课程性质随着计算机技术的迅速发展，计算机的硬、软件资源越来越丰富，用户也要求能更方便、更灵活地使用计算机系统。为了增强计算机系统的处理能力以及方便用户有效地使用计算机系统，操作系统已成为现代计算机系统中不可缺少的重要组成部分。因此，操作系统课程也就成为高等学校计算机专业的重要专业基础课程。三、本课程的地位和作用 本课程从操作系统实现资源管理的观点出发，阐述如何对计算机系统中的硬、软件资源进行管理，使计算机系统协调一致地、有效地为用户服务，充分发挥资源的使用效率，提高计算机系统的可靠性和服务质量。一个从事计算机科学技术的工作者，当他掌握了操作系统的工作原理和实现方法后，将有利于他利用计算机系统开发各种应用软件和系统软件。四、学习目的与要求操作系统是计算机专业的主要专业课。通过对本课程的学习，要求考生掌握操作系统的基本结构、工作原理和实现方法;了解它与硬件和其他软件的关系;进而为分析或设计一个操作系统打下理论基础。在自学过程中，考生应掌握操作系统对各种资源的管理方法和操作系统各部分之间的联系，这样才能真正掌握操作系统的工作原理以及了解操作系统在整个计算机系统中的作用。为了能确切地学好本课程，要求学生具备:高级语言程序设计、数据结构、计算机系统结构等课程的知识。五、本课程的学习方法在学习任何一门课程时，要能做到真正学有所得，就必须:认真阅读教材，边读边做笔记;及时做习题，巩固所学内容;做好阶段总结，正确理解课程内容。但每一门课程都有自身的特殊性，对于具体课程来说，应按照课程的特点具体探讨如何进行学习。要学好 操作系统课程，关键在于弄清楚操作系统要做什么，怎么去做和为什么要这样去做。所以，如能注意如下几点，将会对操作系统课程的自学起到促进作用。(一)了解课程性质和要求在学习本课程的教材前应仔细阅读本大纲的第一部分，了解课程的性质和要求，以便在课程的学习中能紧紧围绕本课程的基本要求。(二)认真对待课程内容的学习(1)在开始阅读某章教材之前，先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点、考核要求、自学要求、重点，以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。(2)阅读教材时要逐段细读，逐句推敲，集中精力，吃透每一个知识点，对基本概念必须深刻理解，对基本原理必须彻底弄清，对设计技巧要能灵活运用。(3)根据操作系统在计算机系统中的作用，你在学习操作系统课程时应围绕如下四个中心问题:操作系统是怎样管理计算机系统中各种资源，以及保证资源的使用效率。操作系统怎样为用户提供良好的运行环境，以方便用户使用计算机系统。操作系统怎样按照用户的要求来控制程序的执行，以保证用户得到满意的服务。操作系统怎样合理分配和管理共享资源，以确保计算机系统的安全可靠。你在学习过程中根据这四个方面边学边总结，那么就可对操作系统有一个比较正确和全面的理解。(4)对于自学者来说阅读一遍书是不够的，有时阅读两三遍也没完全弄明白，这不足为奇，也不必丧失信心。想想在校学生的学习过程，他们在课前预习，课堂听老师讲解，课后复习，再做习题等。所以，要真正学好一门课反复阅读是正常现象。(5)做习题是理解、消化和巩固所学知识，培养分析问题、解决问题能力的重要环节，在做习题前应先认真仔细阅读教材，切忌根据习题选择教材内容，否则本末倒置，欲速则不达。六、自学内容与指导第一章 计算机操作系统概论（一）自学内容了解什么是操作系统，操作系统在计算机系统中的作用，操作系统要做些什么，以及各类操作系统的特点。（二）本章重点操作系统的分类、操作系统的功能和操作系统的结构。（三）本章难点操作系统功能。（四）本章考点操作系统、操作系统类型、操作系统功能。（五）学习指导1.计算机系统 (要求达到识记层次)。(1)计算机系统由哪些部分组成。(2)计算机系统中的硬件资源和软件资源。2.操作系统 (要求达到 识记层次)。(1)操作系统在计算机系统中的作用。(2)操作系统的设计目标。(3)操作系统要做些什么。3.操作系统类型 (要求达到 领会层次)。(1)区分操作系统基本类型(批处理系统、分时系统、实时系统)的特点。(2)网络操作系统与分布式操作系统的区别。4.操作系统功能 (要求达到 识记层次)。第二章 进程管理（一）自学内容通过本章学习应该掌握多道程序设计是如何提高计算机系统效率的;进程与程序有什么区别;进程的基本状态以及状态变化;进程队列及进程调度策略;中断的作用。理解 “进程”是操作系统中的基本执行单位，在多道程序设计的系统中往往同时有许多进程存在，它们要轮流占用处理器。这些交叉执行的并发进程相互之间可能是无关的，也可能是相关的。当并发进程竞争共享资源时会出现与时间有关的错误，因此，应采用进程同步与互斥手段使其合理使用共享资源，以保证系统安全。当进程间必须通过信息交换进行协作时，可用进程通信的方式达到目的。理解 “死锁”影响系统的可靠性。死锁的产生与进程对资源的需求、进程的执行速度、资源的分配策略有关。系统应采用一定的策略实现资源分配以保证系统的安全。（二）本章重点进程管理的概念，进程的控制与调度，进程协调与通信，进程管理中的安全性。分析与时间有关的错误;用P、V操作实现进程的同步与互斥;用信箱实现进程通信。死锁的防止和避免。（三）本章难点进程管理的概念，进程的控制与调度，死锁问题。（四）本章考点多道程序设计、进程、进程状态、进程控制块、进程队列、可再入程序、中断及中断响应、中断优先级和中断屏蔽、进程调度、死锁问题。（五）学习指导1.多道程序设计 (要求达到领会层次)。(1)什么是多道程序设计。(2)多道程序设计利用了系统与外围设备的并行工作能力，从而提高系统的工作效率。(3)多道程序设计对算题量和算题时间的影响。2.进程 (要求达到 领会层次)。(1)进程的定义。(2)进程是由程序、数据集和进程控制块(PCB)三部分组成。(3)进程与程序的区别及关系。3.进程状态 (要求达到领会层次)。(1)进程的三种基本状态。(2)进程的状态变化。4.进程控制块 (要求达到领会层次)。(1)进程控制块的基本内容。(2)进程控制块的作用。5.进程队列 (要求达到领会层次)。(1)进程队列的链接。(2)进程基本队列就绪队列，等待队列。(3)进程的入队和出队。6.可再入程序 (要求达到 识记层次)。(1)什么是可再入程序。(2)可再入程序的性质。7.中断及中断响应 (要求达到“领会”层次)。(1)中断的定义。(2)中断的类型。(3)中断的响应和处理。8.中断优先级和中断屏蔽 (要求达到 “识记”层次)。(1)中断优先级是硬件设计时确定的。(2)中断的嵌套处理。(3)中断屏蔽的作用。9.进程调度 (要求达到 “领会”层次)。(1)进程调度的职责。(2)进程调度算法的选择。(3)进程调度的常用算法:先来先服务、优先数法、轮转法、分级调度。(4)进程的切换。10.进程的顺序性与并发性 (要求达到 领会层次)。(1)进程的顺序性。(2)进程可同时执行的含义。(3)进程的并发性。(4)并发进程间的关系。11.与时间有关的错误 (要求达到简单应用层次)。(1)并发进程的执行速度取决于自身和进程调度策略。(2)并发进程交替使用共享资源时会出现与时间有关的错误。(3)分析并发进程中与时间有关的错误。12.相关临界区 (要求达到领会层次)。 (1)临界区的定义。(2)什么是相关临界区。(3)对相关临界区的管理要求。13.进程的互斥 (要求达到 综合应用层次)。(1)进程互斥的含义。(2)实现进程互斥的工具P、V操作。(3)用P、V操作管理相关临界区的一般形式。(4)分析进程互斥问题并用P、V操作实现进程互斥。14.进程的同步 (要求达到 综合应用层次)。(1)进程同步的含意。(2)正确使用P、V操作实现进程同步。(3)使用PV操作实现进程同步与互斥的混合问题。(4)总结用P、V操作实现进程同步与互斥时怎样定义信号量，信号量的物理含义及其作用。15.进程通信 (要求达到领会层次)。(1)进程通信的含义。(2)实现进程通信的基本原语:发送和接收。(3)利用信箱通信时发送和接收原语的功能。(4)信箱的基本结构。16.线程概念 (要求达到 识记层次)。17.死锁的产生 (要求达到 领会层次)。(1)什么叫死锁。(2)引起死锁的因素。18.死锁的防止 (要求达到简单应用层次)。(1)系统出现死锁必然同时保持的四个必要条件。(2)死锁的防止策略:静态分配、按序分配、抢夺式分配。19.死锁的避免 (要求达到 简单应用层次)。(1)安全状态。(2)区分死锁的避免与死锁的防止。(3)银行算法是怎样避免死锁的。20.死锁的检测 (要求达到领会层次)。(1)什么是死锁的检测。(2)怎样实现死锁的检测。(3)检测到死锁后的恢复工作。第三章 存储管理（一）自学内容明确存储管理的职能是对主存储器中的用户区域进行管理;理解在不同的管理方式下如何实现存储保护、地址转换、以及主存空间的分配和回收;比较各种管理方式的特点;掌握虚拟存储器的实现原理和方法。（二）本章重点各种管理方式的特点。可变分区方式的主存分配算法以及移动技术;分页式虚拟存储管理的实现以及页面调度算法;分段式虚拟存储管理的实现。（三）本章难点分页式虚拟存储管理的实现以及页面调度算法;分段式虚拟存储管理的实现。（四）本章考点重定位、固定分区存储管理、可变分区存储管理、页式存储管理、段式存储管理、虚拟存储器。（五）学习指导1.重定位 (要求达到 领会层次)。(1)区分逻辑地址与绝对地址。(2)重定位 (地址转换)的方式。(3)动态重定位的硬件支持。2.固定分区存储管理 (要求达到 领会层次)。(1)固定分区存储管理原理。(2)如何实现存储保护。(3)怎样提高主存空间利用率。3.可变分区存储管理 (要求达到 领会层次)。(1)主存空间的分配与回收。(2)常用的分配算法:最先适应算法;最优适应算法;最坏适应算法。(3)硬件的地址转换机构以及地址转换的实现。(4)移动技术的应用。4.页式存储管理 (要求达到 领会层次)。(1)如何进行分页和主存的分块。(2)作业信息按页分散存放可提高系统效率。(3)页表的构造与作用。(4)快表。(5)采用页式存储管理的地址转换过程。(6)利用位示图实现页式存储空间的分配与回收。5.段式存储管理 (要求达到 领会层次)。(1)段的划分。(2)存储空间的分配。(3)段表的构造与作用。(4)段式存储管理的地址转换。6.虚拟存储器 (要求达到领会层次)。(1)什么叫虚拟存储器。(2)虚拟存储器的实现原理。(3)分页式虚拟存储器的实现。(4)常用的页面调度算法:FIFO,LRU，LFU。(5)分段式虚拟存储器的实现。第四章 输入输出操作与设备管理（一）自学内容要求了解设备管理与文件管理的合作关系，文件管理实现文件存取前的准备工作，而文件的物理存取由设备管理实现。理解怎样实现独占设备的分配和磁盘的驱动调度;怎样实现虚拟设备。（二）本章重点重点是输入输出操作与设备的概念, 设备管理与分配。 （三）本章难点独占设备的分配、磁盘的驱动调度。（四）本章考点输入输出操作、独占设备与共享设备、独占设备的分配、磁盘的驱动调度、外围设备的启动、虚拟设备(SPOOL系统)（五）学习指导1.输入输出操作 (要求达到识记层次)。(1)什么是输入输出操作。(2)磁盘输入输出操作的信息传输单位为块。2.独占设备和共享设备 (要求达到识记层次)。(1)独占设备是指每次只能供一个作业在执行期间单独使用的设备。(2)共享设备是指几个作业在执行期间可同时使用的设备。(3)理解对共享设备可同时使用的含义。3.独占设备的分配 (要求达到领会层次)。(1)设备的绝对号与相对号。(2)设备的指定方式:绝对号;设备类、相对号。(3)“设备的独立性”的含义。(4)如何实现独占设备的分配。4.磁盘的驱动调度 (要求达到 领会层次)。(1)访问磁盘时必须给出:柱面号、磁道号、扇区号。(2)启动磁盘完成一次输入输出操作所化的时间包括:寻找时间、延迟时间、传送时间。(3)什么叫“驱动调度”？(4)对磁盘进行驱动调度的目的。(5)磁盘的驱动调度分移臂调度和 旋转调度。(6)区分各种移臂调度算法。(7)信息的优化分布。5.外围设备的启动(要求达到 识记层次)。(1)通道。(2)通道命令和通道程序。(3)通道地址字(CAW)和通道状态字(CSW)。(4)I/O中断。6.虚拟设备(SPOOL系统)(要求达到领会层次)。(1)实现虚拟设备的目的。(2)实现虚拟设备的硬件条件。(3)虚拟设备的实现原理。(4)SPOOL系统的组成和实现:预输入程序、井管理程序、缓输出程序。(5)实现虚拟设备为什么能提高系统效率。第五章 文件系统与文件管理（一）自学内容文件管理必须对用户提供“按名存取”功能，要求考生理解为实现按名存取文件管理应该做哪些工作;文件管理怎样管理用户信息的存储和检索、怎样实现文件的保护和保密;文件操作的作用以及用户如何使用文件操作。（二）本章重点逻辑文件与物理文件间的转换;文件目录;基本文件操作的作用及使用。 （三）本章难点逻辑文件与物理文件间的转换。（四）本章考点1.文件和文件名2.文件的存储介质3.文件的存取方法4.文件目录5.文件的逻辑结构6.文件的物理结构7.记录的成组与分解8.存储空间的分配与回收9.文件操作10.文件的保护与保密（五）学习指导1.文件和文件名 (要求达到 识记层次)。(1)文件是逻辑上具有完整意义的信息集合。(2)任何一个文件均有一个文件名作标识，文件名可用字符-数字串来表示。(3)按名存取的含义。2.文件的存储介质 (要求达到 领会层次)。(1)文件的存储介质、卷和块。(2)磁盘的结构。3.文件的存取方法 (要求达到 领会层次)。(1)文件的顺序存取。(2)文件的随机存取。4.文件目录 (要求达到 简单应用层次)。(1)文件目录的主要内容及其作用。(2)目录结构。(3)二级和树形目录结构。(4)目录结构对文件存取的影响。5.文件的逻辑结构 (要求达到 领会层次)。(1)什么是文件的逻辑结构。(2)逻辑文件的组织形式:流式和记录式。(3)记录式文件中的逻辑记录以及逻辑记录的长度。(4)记录式文件中的主键和次键。6.文件的物理结构 (要求达到 领会层次)。(1)什么是文件的物理结构(存储结构)。(2)逻辑文件存放在磁盘上的组织方式:顺序结构、链接结构、索引结构。(3)文件的物理结构与文件存取方法间的关系。7.记录的成组与分解 (要求达到简单应用层次)。(1)什么是记录的成组与分解。(2)利用主存缓冲区实现记录的成组与分解。(3)记录的成组与分解怎样提高系统的效率。8.存储空间的分配与回收 (要求达到简单应用层次)。(1)利用 位示图进行磁盘存储空间的分配与回收。(2)利用空闲块表进行磁盘存储空间的分配与回收。(3)了解UNIX系统的空闲块成组键接方式的管理。9.文件操作 (要求达到 领会层次)。(1)文件操作:建立、打开、读、写、关闭、删除的作用。(2)用户请求使用文件的操作步骤。10.文件的保护与保密。要求达到 领会层次。(1)区分文件的保护与保密。(2)文件的共享。(3)文件的保护措施。(4)文件的保密管理。第六章 作业管理与用户界面（一）自学内容理解计算机系统中把用户要求处理的一项工作称为一个作业，作业可分为批处理作业和交互式作业两大类;掌握操作系统是如何实现作业调度和控制作业执行的;理解作业调度与进程调度之间的关系以及各自的职责。（二）本章重点操作系统的作业管理，操作系统的用户界面;两种控制方式;批处理作业的调度算法。（三）本章难点批处理作业的调度算法。（四）本章考点1.作业和作业步2.作业控制方式3.批处理作业的调度及调度算法4.批处理作业的控制5.交互式作业的管理（五）学习指导1.作业和作业步 (要求达到 识记层次)。(1)作业的定义。(2)作业步的含义。 2.作业控制方式 (要求达到领会层次)。(1)什么是作业控制方式。(2)批处理控制方式(也称脱机控制方式或自动控制方式)。(3)交互控制方式(也称联机控制方式)。3.批处理作业的调度及调度算法 (要求达到 综合应用层次)。(1)什么是批处理作业。(2)批处理作业进入系统时必须提交:源程序、运行时的数据、用作业控制语言书写的作业控制说明书。(3)批处理作业可成批进入输入井等待处理。(4)由作业调度程序从 输入井选取可以装入主存储器的作业。(5)作业调度程序从 输入井选取作业的必要条件。(6)常用的作业调度算法。(7)结合作业调度的必要条件，运用作业调度算法，确定作业被选取的次序以及计算作业的实际完成时间和周转时间等。(8)作业调度与进程调度各自的职责和相互间的关系。4.批处理作业的控制(要求达到 领会层次)。(1)按用户提交的作业控制说明书控制作业的执行。(2)一个作业步的工作往往由多个进程的合作来完成。(3)一个作业步的工作完成后，继续下一个作业步的工作，直至作业执行结束。5.交互式作业的管理 (要求达到 领会层次)。(1)交互式作业的特点。(2)交互式作业的控制。(3)终端作业的注册和注销。第七章 UNIX操作系统基础（一）自学内容在学习操作系统基本工作原理的基础上，了解一个具体操作系统UNIX的实现方法。UNIX操作系统的概念，UNIX操作系统的结构，UNIX操作系统的基本应用。（二）本章重点重点是UNIX操作系统的概念，UNIX操作系统的基本应用。（三）本章难点建议：理论讲授的重点是UNIX操作系统的基本应用。（四）本章考点l. UNIX系统结构2.UNIX系统的进程3.UNIX系统的存储管理4.UNIX系统的文件系统5.UNIX系统的I/O系统（五）学习指导l. UNIX系统结构 (要求达到领会层次)(l)UNIX的层次结构。(2)UNIX系统的主要特点。(3)UNIX的程序员接口和用户接口。2.UNIX系统的进程 (要求达到 领会层次)(1)进程的组成。(2)进程的状态及状态转换。(3)Shell进程。(4)进程的创建。(5)进程调度算法及其实现。(6)利用管道设施pipe实现进程间的通信。3.UNIX系统的存储管理 (要求达到领会层次)。(1)对换(Swapping)技术。(2)虚拟页式存储管理技术。4.UNIX系统的文件系统 (要求达到 领会层次)。(l)UNIX系统中的逻辑文件采用流式文件组织。(2)UNIX的树形目录结构。(3)UNIX系统中的物理文件采用索引结构组织。(4)UNIX的索引节点。(5)UNIX系统中基本文件操作:建立、打开、读、写、关闭、删除等的作用。(6)文件存储空间磁盘空间的管理 (参阅第五章)。5.UNIX系统的I/O系统 (要求达到领会层次)。(1)块设备和字符设备。(2)设备文件。(3)缓冲技术。(4)块设备的管理。(5)字符设备的管理。第八章 UNIX系统管理和系统开发（一）自学内容UNIX操作系统的系统管理，UNIX操作系统的实用工具程序，UNIX操作系统中的shell。（二）本章重点重点是UNIX操作系统的实用工具程序，UNIX操作系统中的shell。 （三）本章难点UNIX操作系统中的shell。（四）本章考点UNIX操作系统中的shell（五）学习指导shell文件基本操作。说明：在自学指导要求中，提出了“识记”、“领会”、“简单应用”和“综合应用”四个能力层次，它们之间是递进等级关系，后者是建立在前者基础上，它们的含义是:(1)“识记”。能知道有关的名词、概念、知识的意义，并能正确认识和表达。(2)“领会”。能全面把握基本概念、基本原理，熟悉内容要点及相关内容的区别与联系。(3)“简单应用”。能用学过的一两个知识点分析和解决简单的问题。(4)“综合应用”。能用学过的多个知识点综合分析和解决较复杂的问题。要求中各条知识细目都是考核的内容，试题覆盖面大且加大重点内容的覆盖密度。试卷中对不同能力层次要求的评分所占的比例大致是:“识记”为20，“领会”为30，“简单应用”为30，“综合应用”为20。试题难易程度可分为四档:易、较易、较难、难。这四档在每份试卷所占的比例大致依次为2:3:3:2，且各能力层次中都存在着不同难度的试题。试题主要题型有选择题，填空题，计算题，简答题，应用题等。试卷方式为闭卷、笔试。考试时间为100分钟。评分采用百分制，60分为及格。考试时只允许带笔、橡皮和尺，答卷必须甩钢笔或圆珠笔书写，颜色为蓝色或墨色墨水，不允许使用其他颜色。七、自学进度及各章节学时安排自学周数16周，每周保证4学时，总计64学时。在自学过程中，除了保证时间外一定要做练习，独立完成布置的作业分两次寄回学校。最好将各章后面的有关习题及所介绍参考书上的有关习题也做一下。只有通过练习才能达到对所学内容理解、消化的目的，进而掌握它。各章节学时安排如下（不包括作业学时）。自学进度表周次学时内 容学习要求作业14操作系统引论重点掌握操作系统概念, 操作系统结构, 操作系统功能, 操作系统分类及特点P25 1,2,6,81624多道程序和并发处理的概念,顺序执行和并发执行特征，前趋图，P68,1,2,6,734进程,线程的概念.进程状态的变迁、进程的基本概念，进程特征，进程三种基本状态和转换，PCB，进程控制 P68,8,10,15,1844进程管理中进程的描述和控制, 进程的同步与通信理解并掌握协调和通信的原理与实施技术。 P68,22,23,24,26,28,33,34,35,37,3854进程调度,死锁调度的分类(Job Scheduling,Swapping Scheduling, Process Scheduling)，调度算法(FCFS,SJF|SPF,HRN)，计算平均周转时间T和平均带权周转时间W。 产生死锁的必要条件，预防死锁的方法，利用银行家算法避免死锁(Deadlock Avoidance)，资源分配图及死锁定理。 P101,15,7,16,17,19,2064存储管理中的存储器管理方式了解存储空间的概念和各种存储管理的方法,以及相应的硬件支持和软件支持。P142,410,14,167