新版自考网络操作系统教材考纲.docx
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新版自考网络操作系统教材考纲
第一章：
网络操作系统概论
识记：
1、操作系统的定义。
2009年7月简述操作系统在计算机的作用和地位
操作系统是有效地组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源,合理地组织工作流程,控制程序的执行,并向用户提供各种服务功能,使得用户能够灵活、方便、有效地使用计算机，并使整个计算机系统高效地运行。
操作系统三特性：
1，并发性。
并行和并发：
并行是微观的意义，物理上这些事件是同时发生的。
并发是同一时间间隔发生的，它是宏观的概念。
2，共享性。
共享有两种形式：
互斥共享和同时共享。
在一段特定的时间内只能由某一个用户程序使用。
当这个资源正在被使用的时候，其他请求该资源的程序必须等待，同时共享：
同一段时间内可以被多个程序同时访问。
同时访问是指宏观上的同时，微观上这些程序访问这个资源有可能还是交替进行的。
2011年4月简述操作系统系统实现资源共享的两种形式3，随机性。
不能对所运行的程序的行为以及硬件设备的情况做出任何事先的假定。
2、批处理操作系统、交互式操作系统与实时操作系统的概念。
批处理操作系统分为单道和多道。
单道系统每次只将一个作业调入内存运行，不管中间发生什么事，该作业一直占用处理机（即使无事可做处理机也不能干别的），直到运行结束或出错退出。
多道系统是指系统将多个作业调入内存，允许多个程序同时存在主存之中。
由处理机以切换方式为其服务，使得多个程序可以同时执行。
这时计算机资源不再是“串行”地被一个个用户独占，而可以同时被几个用户共享，从而极大地提高了系统在单位时间内处理作业的能力。
分时操作系统指多个用户通过终端设备与计算机交互来运行各自的作业，并且共享一个计算机系统而互不干扰，每个终端可由一个用户使用，每个用户就好像拥有一台计算机。
分时系统的特点及响应时间有关的因素。
2010年7月：
用户通过终端交互地向系统提出命令请求，系统接受用户的命令之后，采用时间片轮转的方式处理用户请求，并通过交互式在终端上向用户显示结果。
常常只发出简短的命令，而很少有很长的费时的命令，所以计算机能够为许多用户提出交互式、快速的服务，同时在CPU空闲时还能运行大的后台作业。
实时操作系统的主要目标是：
在严格的时间范围内对外部请求做出反应，系统具有高度的可靠性。
特征包括：
及时性；实时性；高可靠性；高过载保护性。
3、分布式操作系统、并行操作系统的特点、区别与联系。
在集中式模式中，运算处理在主计算机里发生，终端仅作为输入/输出设备使用，通过连接两台或更多主机的方式构成了计算机网络。
将大量的计算机通过网络连结在一起，可以获得极高的运算能力及广泛的数据共享。
分布式模式中，每台计算机都有运算处理能力，多台计算机通过网络交换数据并共享资源和服务。
在分布式模式中，网络环境中的计算机不仅能共享数据、资源及服务，还能够共享运算处理能力。
4、网络操作系统发展的背景。
5、网络操作系统的定义。
除了具备操作系统的所有能力外，还具有强大的网络通信能力和广泛的网络资源共享能力。
6、网络操作系统的结构。
常见的操作系统结构有整体式结构优点：
结构紧密，界面简单直接，系统效率较高。
、层次结构和微内核（客户机/服务器）结构等。
整体式结构（优点：
结构紧密，界面简单直接，系统效率较高。
模块组合的缺点有三点：
1，转接随便，互相牵连，独立性差。
2，数据基本上作为全程量处理。
3，常以大型表格为中心，适应性比较差。
是一种相当复杂的有向图，难于对结构做出综合性的观察，可靠性、易读性和适应性都难以保证）
层次式结构（特点：
排列成若干层，各层模块单向依赖或单向调用关系，结构清晰，调用关系明确。
优点：
具有模块法的优点，对操作系统增加或替换掉一层而不影响其他层次。
分层设计原则：
1，可适应性，便于移植。
2，多种操作方式。
3，基于进程的概念。
）
微内核（客户机/服务器）结构（网络环境下分布式处理的计算环境中。
特点：
1，最基本的服务。
2，有很好的扩展性。
3，只运行它们需要的服务。
4，和硬部件有接口。
）
领会：
1、计算机系统的定义。
计算机系统是一种可以按用户的要求接收和存储信息、自动进行数据处理并输出结果信息的系统。
2、操作系统的发展，操作系统的作用。
任务之一是组织和管理计算机系统中的硬件和软件资源。
另一个重要任务是向用户提供各种服务功能。
3、进程管理，存储管理，文件管理和输入/输出管理。
进程管理主要包括进程控制、进程同步和进程间通信等几方面的内容。
进程控制主要任务是创建进程、撤销结束的进程以及控制进程运行时候的各种状态转换。
一般有两种协调方式：
互斥和同步。
存储管理三个任务：
考虑如何为多个程序分配有限的内存空间；多个程序和数据应该彼此隔离、互不侵扰；解决内存扩充的问题。
文件管理的任务：
有效地支持文件的存储、检索和修改等操作，解决文件的共享、保密和保护问题，以使用户方便、安全地访问文件。
输入/出目标：
提高效率，方便使用，方便控制。
4、网络操作系统的特点。
1，运行在核心态的内核：
基本的操作，如线程调度、虚拟存储、消息传递、设备驱动以及内核的原语操作集和中断处理等。
（微内核功能）2，运行在用户态的并以客户机/服务器方式运行的进程层：
客户机进程发出的消息，内核将消息传给服务进程。
服务进程执行相应的操作，其结果又通过内核用发消息的方式返回给客户机进程，这就是客户机/服务器的运行模式。
好处是：
1，可靠。
2，灵活。
3，适宜于分布式处理的计算环境；缺陷：
微内核本身就成为了系统的瓶颈，在一个通信频繁的系统中，微内核的往往不能提供很高的效率。
应用：
1、操作系统在计算机系统中的地位和作用
现代操作系统的主要特征。
操作系统实现（5大功能）进程管理、处理机调度、存储管理、文件管理、输入/输出管理等系统功能，并发性，共享性，随机性。
2、现代操作系统的主要特征。
2011年7月
操作系统三特性：
1，并发性。
同时存在若干运行着的程序。
2，共享性。
系统程序与多个用户程序共用系统中的各种资源。
3，随机性。
运行在一种随机的环境下进行的。
第二章：
网络操作系统的基本功能
识记：
1、操作系统的用户接口。
为方便用户使用计算机系统所建立的用户和计算机之间的联系，通常指软件接口，即在人机联系的硬件设备接口基础上开发的软件，也称为人机界面。
用户接口分为两个部分：
命令接口和系统调用。
2、进程的状态与转换、线程的概念和多线程模型。
进程三状态：
运行、就绪、等待。
在引入线程的操作系统中，线程是进程中的一个实体，是CPU调度和分派的基本单位。
线程基本上不拥有系统资源，只拥有少量在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源。
P46多线程模型。
线程可以提高系统内程序并发执行的级别，可以进一步提高系统效率。
进程是一个资源拥有者，在进程的创建、撤销和切换中，系统必须为之付出时间和空间方面的资源开销。
这样，在系统中所设置的进程数目就不宜太多，进程的切换的频率也不宜过高，以免消耗过多的系统资源。
但这也就限制了并发程度的进一步提高。
如何能使多个程序更好地并发执行，同时又尽量减少系统的开销，已成为近年来设计操作系统时所追求的重要目标。
3、调度的概念，调度的基本准则，死锁的概念。
实际上完成了将一台物理的CPU转变成多台虚拟的（或逻辑的）CPU的工作。
调度机的基本准则：
处理机的利用率，吞吐量，等待时间，响应时间。
哪些因素应该放在第一位的位置，是由系统任务目标所决定的。
由于，资源的占用有时候是互斥的，因此当一个进程提出资源申请而没有被系统满足时，在一定条件下会导致系统发生一种随机性错误——死锁（Deadlock）。
4、存储管理的概念，存储体系，内存分配方式。
存储管理的主要工作任务就是管理供用户使用那部分空间。
各种速度和容量的存储器硬件在操作系统协调之下形成一种存储器层次结构，或称存储器体系。
内存空间一般分为两个部分：
一部分是系统区，用以存放操作系统常驻内存部分，用户不能占有这部分空间;另一部分是用户区，分配给用户使用，用于装入并存放用户程序和数据，这部分的信息随时都在发生变化。
互斥共享：
当某些资源正在使用的时候，其他请求该资源的程序必须等待
同时共享:
5、文件、目录和文件系统，文件和目录的操作。
文件可以被理解为一组带标识的、在逻辑上有完整意义的信息项的序列。
为了便于对文件进行管理，设置了文件目录，用于检索系统中的所有文件。
文件系统，是操作系统中统一管理信息资源的一种软件。
它管理文件的存储、检索、更新，提供安全可靠的共享和保护手段，并且方便用户使用。
6、文件的逻辑结构、物理结构。
文件的逻辑结构就是用户所看到的文件的组织形式。
设计原则：
1，易于查找。
2，查找快捷。
3，修改方便。
4，空间紧凑。
1，流式文件就是一串有开头和结尾的连续字符。
2，记录式文件是一组有序的记录集合。
文件物理结构有顺序结构，链式结构和索引结构。
7、输入/输出管理的概念。
需要处理的信息要通过输入设备输入到计算机系统，处理后的信息也要通过输出设备从计算机系统输出。
1，按设备的使用特性分类。
2，按设备的信息组织方式分类。
3，按设备使用的可共享性分类。
输入/输出设备由物理设备和接口部分两部分组成。
领会：
1、命令行与脚本文件。
命令行输入即用户在控制台界面中输入一条命令，控制台就转入系统命令解释程序，对命令进行解释、执行，完成要求的功能，之后又转回到控制台，用户又可以继续输入命令使计算机工作。
该接口由一组命令组成，系统为脱机用户提供了命令控制语言，用户利用此语言事先考虑到的对程序的各种可能要求写一个批处理文件，连同相应的程序等一并交给系统。
系统运行该程序时，边解释控制命令边执行，直到运行结束。
2、系统调用的概念，系统调用的种类。
所谓系统调用，就是用户在程序中调用操作系统所提供的相关功能。
系统调用的主要目标是使用户（程序员）在编写程序时可以使用操作系统提供的有关设备管理、输入/输出系统、文件系统和进程控制、通信以及存储管理等方面的功能，而不必了解系统的内部结构和有关硬件细节。
引入系统调用机制的目的：
减轻用户负担；保护系统；提高系统资源利用率。
对于一般通用的操作系统而言，可将其所提供的系统调用分为以下几类。
1，进程控制类系统调用。
2，文件操作类系统调用。
3，进程通信类系统调用。
4，设备管理类系统调用。
5，信息维护类系统调用。
3、进程概念，进程的特征，进程控制，PCB概念，进程队列，进程同步的概念。
P37-43进程是具有一定独立功能的程序在某个数据集合上的一次运动活动，是系统进行资源分配的一个独立单位。
它是处理机调度的独立单位。
进程和程序的联系：
从静态的角度看，进程是由程序、数据和进程控制块（PCB）三部分组成的。
进程和程序的区别：
程序是静态的，而进程是动态的。
进程是程序的一个执行过程。
程序的存在是永久的。
而进程是为了程序的一次执行而暂时存在的。
进程有生命周期，有诞生，亦有消亡。
2011年4月进程具有两个基本属性。
首先，进程是一个可拥有资源的独立单位；其次，进程又是一个可以独立调度和分派的基本单位。
进程特性：
1，并发性。
2，动态性。
3独立性。
4，交互性。
5，异步性。
6，结构性。
操作系统利用PCB来描述进程的基本情况以及进程的运行变化过程。
进程控制块的内容可以分为调度信息和现场信息两大部分。
为了实现对进程管理，系统将所有进程的PCB排成若干队列。
进程的队列分成三类：
1，就绪队列。
2，等待队列。
3，运行队列。
进程的同步是指进程之间一种直接的协同工作关系，一些进程相互合作，共同完成一项任务。
信号量S实现互斥
进程A进程B
P（S）P（S）
临界区操作临界区操作
V（S）V（S）
------------------------------------------------------
两个信号量S1,S2实现同步（不管有多少个进程）当同步的时候不一定要p,v成对出现。
ProcessAProcessB
beginbegin
RepeatRepeat
把信息送入缓冲区P（S1）;
V（S1）;把信息从缓冲区取走
P（S2）;V（S2）;
Untilfalse;Untilfalse;
End;End;
先放入再v先p再取
P1、P2、P3、P4为具有合作关系的四个进程，P1执行三个计算操作并将结果分别存入X、Y、Z变量，P1运行结束后，P2、P3和P4分别计算X、Y、Z变量的平方值并将结果存入原变量。
利用P、V操作实现上述进程间的同步关系。
答：
begin
S1,s2,s3,semaphore;
S1:
=0;s2:
=0;s3:
0;
Cobegin;
ProcessP1
Begin;
执行计算1并将结果存入X;
V（S1）;
执行计算2并将结果存入Y;
V（S2）;
执行计算3并将结果存入Z;
V（S3）;（2分）
End;
ProcessP2
P（S1）;
X=X*X;（2分）
End;
ProcessP3
P（S2）;
Y=Y*Y;（2分）
End;
ProcessP4
P（S3）;
Z=Z*Z;（2分）
End;
Coend;
End;
typedefsemaphore;
Semaphores1=s2=s3=0;（2分）
PROCP1
执行计算1并将结果存入X;
执行计算2并将结果存入Y;
执行计算3并将结果存入Z;
V（S1）;
V（S2）;
V（S3）;（2分）
PROCP2
P（S1）;
X=X*X;（2分）
PROCP3
P（S2）;
Y=Y*Y;（2分）
PROCP4
P（S3）;
Z=Z*Z;（2分）
P1、P2、P3、P4为具有同步关系的四个进程，要求P1运行结束后P2和P3才能运行，但P2和P3之间没有先后顺序关系，P2和P3均运行结束后，P4才能运行。
利用P、V操作实现上述同步关系。
typedefsemaphore;
Semaphores1=s2=0=s3=s4=0;
PROCP1
执行P1;
V（S1）;
V（S2）;
PROCP2
P（S1）;
执行P2;
V（S3）;
PROCP3
P（S2）;
执行P3;
V（S4）;
PROCP4
P（S3）;
P（S4）;
执行P4;
4、处理机调度，调度时机、切换与过程，调度方法，死锁发生的原因。
P47-52因为进程在运行时要使用资源，在一个进程申请与释放资源的过程中，其他进程也不断地申请与释放资源。
由于资源总是有限的，因而异步前进的各个进程会因申请、释放资源顺序安排不当，造成一种僵局。
处理机调度方法有哪些？
：
2012年4月
调度算法
1，先进先出算法
2，时间片转轮算法
3，基于优先级的调度算法
4，多级队列反馈法
5、静态、动态重定位，共享与保护，虚拟存储管理，页式存储管理，缺页中断，页面分配和置换。
P57静态重定位:
在装入一个程序时,把程序中的指令地址和数据地址全部转换成物理地址。
由于地址转换工作是在程序开始执行前集中完成的，所以在程序执行过程中就无需再进行地址转换工作，这种地址转换方式称为静态重定位。
动态重定位：
在装入程序时，不进行地址转换，而是直接把程序装入到分配的主存区域中。
在程序执行过程中，每当执行一条指令时都由硬件的地址转换机构将指令中的逻辑地址转换成物理地址。
2010年4月
虚拟存储技术的基本思想是利用大容量的外存来扩充内存，产生一个比有限的实际内存空间大得多的、逻辑的虚拟内存空间，简称虚存。
存储管理部件首先把内存分成大小相等的许多块，称为页框。
页框是进行主存空间分配的物理单元。
动态装入其他页面。
当内存空间已满，而又需要装入新的页面时，则根据某种算法淘汰某个页面，以便装入新的页面。
这就是请求分页存储管理方式。
实现虚拟存储器需要以下的硬件支持：
2011年7月
1，系统有容量最够大的外存。
2，系统有一定容量的内存。
3，最主要的是，硬件提供实现虚/实地址映射的机制。
页号=逻辑地址/每块大小（位）（当页号对应状态号为1则产生缺页中断）
页内地址=逻辑地址%每块大小（位）
物理地址=块号（分配表中从页号对应）*每块大小（位）+页内地址
缺页中断：
若在页面中发现所要访问的页面不在内存，则产生缺页中断。
每次发生缺页时，如果一个经常使用的页面被置换出去，很有可能它很快又要被调入内存，带来不必要的额外开销。
2009年4月
页面分配和置换策略：
1.先进先出页面置换算法（FIFO）先进先出页面置换算法总是选择最先装入内存的一页调出，或者说把驻留在内存中时间最长的一页调出。
缺点：
最先装入的内存的一页并不一定是最不常使用的。
2.最近最少使用页面置换算法（LRU）缺点：
实现麻烦且开销比较大。
（没有出来count+1，出来count=1）3.理想页面置换算法（OPT）缺点：
一般不可能实现。
（预计后面出来的3个）
在请求分页存储管理系统中，运行一个共有7页的作业，作业执行时访问页面的顺序为：
0，5，1，3，0，1，2，5，0，4，2，6，4，3。
系统为该作业分配4块内存块且初始状态为空。
请用FIFO页面置换算法，用列表形式求出该作业执行完成后发生缺页次数和被淘汰的页号序列。
答：
先进先出：
页面走向05130125042643
时间短一页05133322044663
时间中一页0511133200446
时间中一页055511322004
时间长一页00055133220
××××√√×√××√×√×
（3分）（2分）
共发生缺页次数：
9次（3分）
被淘汰的页面序列：
0，5，1，3，2（2分）
6、文件结构和存取方法，记录式文件和流式文件。
文件的逻辑结构就是用户所看到的文件的组织形式。
设计原则：
1，易于查找。
2，查找快捷。
3，修改方便。
4，空间紧凑。
1，流式文件就是一串有开头和结尾的连续字符。
2，记录式文件是一组有序的记录集合。
文件物理结构有顺序结构，链式结构:
实质就是为每个文件构造所使用硬盘块的链表和索引结构。
1，顺序存取就是按从前到后的次序依次访问文件的各个信息项。
2，随机存取又称直接存取，即允许用户按任意的次序、直接存取文件中的任意一个记录，或者根据存取命令把读写指针移动到文件中的指定记录处读写。
文件常用的存取方法有顺序存取和随机存取等两种方式。
至于选择哪一种文件的存取方式，即取决于用户使用文件的方式，也与文件所使用的存储介质有关。
7、文件存取，文件系统实现，位示图和链表，文件的保护与共享。
文件的存取方式就是一种文件的逻辑结构和物理结构之间的映射或变换机制，它以一种逻辑清晰、使用便利的方式，把用户对逻辑文件的存取要求变换为对相关文件的物理存储块的读写请求。
建立文件的实质就是建立文件的文件控制块FCB,并建立必要的存储空间，分配空的FCB，从而建立起系统与文件的联系。
打开文件，是使用文件的第一步，任何一个文件使用前都要先打开，即把文件控制块FCB送到内存。
位示图法的基本思想是，利用一串二进制的值来反映磁盘空间的分配使用情况。
空闲块链表模式效率低，要遍历整张空闲块链表，必须读每一个物理块，这就需要大量的I/O时间。
空闲块链表法节省内存，但申请空间和回收空间的速度慢，实现效率较低。
文件破坏丢失的可能原因：
1，灾祸。
2，硬件或软件故障。
3，人为的出错。
文件系统经常采用建立副本和定时转储的方法来保护文件。
规定文件的存取权限。
1，采用树形目录结构。
2，存储控制表。
共享文件的使用者有两种情况：
1，文件可以同时使用。
2，文件不允许同时使用。
8、设备分配原则，缓冲和假脱机技术。
P79-81设备分配原则是根据设备特性、用户要求和系统配置情况决定的。
设备分配总原则：
要充分发挥设备的使用效率，尽可能地让设备忙碌，但又要避免由于不合理的分配方法造成进程死锁。
输入/输出设备与处理机速度不匹配的问题可以采用设置缓冲区的方法解决。
实现缓冲区的方法有两种。
一种是专用的硬件设置数据缓冲区，这种方法常常应用在外部设备的输入/输出控制器中。
另一种方法是在内存划分出一定容量的专用数据缓冲区，以便存放输入/输出的数据，这种设置在内存中的缓冲区又称为软件缓冲。
SPOOLing技术是多道程序设计系统中处理独占I/O设备的一种方法，它可以提高独占设备利用率并缩短单个程序的响应时间，S之所以称为虚设备技术，是因为可以使进程在所需的外部设备不存在或被占用的情况下使用该设备。
S系统主要包括输入程序模块、输出程序模块、作业调度程序三部分。
9、磁盘调度，调度算法。
P84-85当系统要访问某一个存储块时，要把磁头臂移动到指定的柱面，再等待指定扇区旋转到磁头位置下，然后让指定的磁头进行读/写，完成信息传送。
块=扇区+每个盘面扇区数×（磁头+柱面×每个柱面上的磁道数）。
每个柱面上的磁盘块为=每个盘面扇区数×每个柱面上的磁道数
柱面号=【第P块磁盘/每个柱面上的磁盘块为】柱面顺序从0开始。
磁盘的调度策略称为驱动调度。
磁盘驱动调度由移臂调度和旋转调度两部分组成。
移臂调度：
根据访问者指定的柱面位置来决定执行次序的调度，目的是尽可能的减少操作中的寻道时间。
1，先来先服务调度算法。
不考虑访问者的要求访问的物理位置，而只考虑访问者请求的先后次序。
2，最短寻找时间优先调度算法。
总是从等待访问者挑选寻找时间最短的那个请求先执行，而不管访问者到来的先后次序。
3，电梯调度算法。
4，单向扫描调度算法。
旋转调度：
对于同一个柱面中有多个访问者的读/写请求，需要有调度算法来确定为这些访问等待者服务的次序。
根据延时间来决定执行次序的调度称为旋转调度。
假定一磁盘有200个柱面，编号从外向里为0-199，当前移动臂的位置在142号柱面上，并刚刚完成了120号柱面的访问请求，如果存在以下的请求序列：
85，157，90，175，93，150，104，180，135，对移臂调度若采用电梯调度算法，为完成上述请求，计算移动臂移动磁道的总量是多少?
并写出移动臂移动的顺序。
答：
移动臂移动的顺序是：
150、157、175、180、135、104、93、90、85
移动臂移动磁道的总量是：
8+7+18+5+45+31+11+3+5＝133
应用：
1、进程状态及相互转换，进程队列。
1，运行状态：
已获得CPU，并且正在CPU上执行。
2，就绪状态：
已经具备运行条件，但由于没有获得CPU，所以尚不能运行。
3，等待状态：
等待状态也称为阻塞或封锁状态。
就绪->运行：
就绪的进程已经具备了运行的条件，但由于未能获得处理机故不能运行。
运行->就绪：
一个正在运行的进程，由于规定的运行时间片用完而使系统发出超时中断请求。
运行->等待：
除了受时间片的限制外，还受其他种种因素的影响。
例如，运行中的进程需要等待文件的输入时，控制便自动转入系统控制程序，通过信息管理程序及设备管理程序进行文件输入。
等待->就绪：
一个等待的进程在其被阻塞的原因消失后，并不能立即投入运行，它要加入申请使用处理机的就绪进程的队列。
进程队列有三类：
1，就绪队列。
2，等待队列。
3，运行队列。
进程队列的组成
进程队列可以用进程控制块的链接来形成。
常用的链接方式有两种：
单向链接和双向链接。
2，利用信号量实现进程同步与互斥。
P42-46信号量是一种特殊的变量，它的表面形式是一个整形变量附加一个队列，而且，它只能被特殊操作（P和V）。
P和V操作都是原语。
荷兰的Dijkstra把进程互斥的关键含义抽象称为信号量（Semaphore
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