12级信息安全技术专业考试大纲.docx
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12级信息安全技术专业考试大纲
《操作系统原理》考试大纲
一、课程性质及其设置目的与要求
（一）课程性质、地位与任务
随着计算机技术的迅猛发展，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，操作系统原理是计算机软件及其相关专业的主要专业必修课程。
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，提高计算机系统的服务质量。
（二）课程基本要求
掌握操作系统对各种资源的管理方法和操作系统各部分程序之间的关系后，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。
通过本课程的学习，要求：
1.了解操作系统的组成部分，掌握操作系统的基本原理、基本概念，了解操作系统的基本设计方法。
2.理解操作系统的基本原理在UNIX/LINUX/Windows中的应用和实现技术。
（三）本课程与有关课程的联系
操作系统是管理计算机系统资源和控制程序执行的一种系统软件，它直接扩充裸机（不配有任何软件的计算机）的功能，为程序的执行提供良好的环境。
所以，在学习操作系统之前应该先学习计算机组成原理、数据结构、高级语言程序设计、汇编语言程序设计等课程。
在这些先行课的基础上学习本课程符合循序渐进的规律，这样不仅容易理解课程内容，而且能正确地把操作系统的各部分程序有机地联系起来。
（四）试题类型
试题题型有选择题、填空题、简答题和应用题。
选择题：
给出一些有关计算机操作系统的特点，要求学生从题后给出的供选择的答案中选择合适的答案，这类题目主要考擦学生对计算机操作系统概念和管理方法的相关知识的掌握程度。
填空题：
填空题是要求同学们自己给出正确的答案，没有被选选项，难道要比选择题大，字写错也算不正确。
简答题：
是对一些比较重要的概念和陈述要求给出简答，体现出对于一些原理和理论的理解和领悟。
应用题：
考擦学生综合运用所学知识的能力。
如用P、V操作解决较简单的进程间同步问题，不同调度算法的周转时间计算问题等。
四种题型所占分数比例为：
选择题30%、填空题15%、简答题15%、应用题40%。
（五）考核形式
采用期末考核与平时成绩相结合的方式。
其中平时考核和作业完成情况给分，占总成绩的15%。
期末考试采用闭卷考试，占总成绩的70%，考试时间120分钟。
以上两个成绩累计60分以上才可以通过
二、考核的内容和要求
第1章操作系统概述
（一）课程内容
1.操作系统的目的和功能
2.操作系统发展。
3.操作系统主要理论和模型
4.现代操作系统的特征。
5.LINUX/UNIX/WINDOWS特征。
（二）学习目的与要求
了解操作系统在计算机系统中的作用；各类操作系统的特点；作业控制语言和系统功能调用的作用，进程与线程概念，操作系统结构。
重点是：
操作系统对计算机硬件的要求；操作系统在计算机系统中的作用；各类操作系统的特点；系统调用的实现原理，微内核结构的特点。
（三）考核知识点与考核要求
1.操作系统目的与功能，要求达到“识记”层次。
计算机系统由哪些部分组成。
计算机系统有哪些硬件资源和软件资源。
操作系统的目的是什么。
操作系统的有哪些主要功能。
为什么操作系统要具有易扩展性
2.操作系统的发展，要求达到“领会”层次。
裸机时代使用计算机的操作特点是什么
联机操作的含义。
监控程序的主要功能是什么？
它解决了什么什么问题？
多道批处理系统为什么能提高计算机系统的利用率，它要求硬件系统有什么特征？
脱机操作的含义。
分时系统有哪些特点？
它的硬件环境和应用环境各有什么特点？
实时系统有哪些特点？
它的硬件环境和应用环境各有什么特点？
3.操作系统的理论与模型，要求达到“领会”层次。
为什么进程模型是操作系统理论的核心？
为什么进程的存储空间要隔离？
进程不能直接使用计算机物理地址空间？
操作系统要面临哪些安全威协？
要提供哪些安全义务？
资源调度和管理的主要考虑动因素是什么？
4.现代系统系统的特征，要求达到“领会”层次。
现代操作系统有哪些主要特征？
操作系统为什么要提供“系统功能调用”。
库过程子程序调用与系统调用有什么差别？
试从效率、安全和可扩展性三个方面评价各自的好坏。
5．UNIX/LINUX/WINDOWS的结构特点
UNIX属于哪一种操作系统，传统UNIX的结构属于哪一种操作系统结构？
LINUX属于哪一种操作系统，LINUX的结构属于哪一种操作系统结构？
WINDOWS属于哪一种操作系统，WINDOWS的结构属于哪一种操作系统结构？
试从效率、安全和可扩展性三个方面评价UNIX/LINUX/WINDOWS操作系统。
第2章进程描述与控制
（一）课程内容
1.进程的概念。
2.进程模型。
3.进程描述。
4进程控制
（二）学习目的与要求
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；进程和程序有什么区别；进程的基本状态以及状态变化；进程控制，操作系统的代码执行方式。
重点是：
多道程序设计，进程模型，进程控制。
（三）考核知识点与考核要求
1.什么是进程，要求达到“领会”层次。
什么是多道程序设计。
多道程序设计为什么能提高处理器的工作效率。
多道程序设计对算题量和算题时间的影响。
2.进程与进程控制块，要求达到“领会”层次。
什么叫进程
操作系统为什么要关注程序的执行过程。
说明进程与程序的区别与联系。
进程的基本状态有哪些？
根据进程状态变化基本模型图，描述一个进程生命周期的典型经历。
根据有进程交换（挂起状态）的模型，描述一组进程生命周期的典型经历。
描述一个进程生命周期的状态变化时，操作系统所做的工作。
3.进程描述，要求达到“领会”层次。
进程控制块典型元素有哪些？
描述一个进程生命周期的典型经历与进程控制块的内容的联系。
进程控制块有何作用
进程映像有哪些内容？
4.进程控制，要求达到“领会”层次。
为什么CPU要有多种执行模式。
操作系统内核的典型功能有哪些？
以一个具体的CPU为例，说明执行模式反映在什么位置，描述硬件是如何实现执行模工切换的。
进程创建的主要工作有哪些？
模式切换过程大致如何？
进程切换过程大致如何？
进程切换与模式切换有何关系？
进程队列主要有哪些？
结合进程生命周期的典型经历，描述进程在队列的进出情况。
进程撤销的主要工作有哪些？
操作系统自身功能代码的有几种执行方式？
内核方式执行有何特点？
用户空间子程序调用方式执行有何特点？
用户空间进程方式执行有何特点？
第3章线程、微内核和对称多处理
（一）课程内容
1.进程与线程
2.对称多处理
3.微内核
（二）学习目的与要求
通过本章学习应该掌握多线程技术是如何提高多道程序设计方法的效率；进程和线程有什么区别和联系；线程的基本状态以及状态变化；线程控制，微内核操作系统的结构特点，SMP概念。
重点是：
线程模型，微内核的操作系统工作原理。
（三）考核知识点与考核要求
1.进程和线程概念，要求达到“领会”层次。
传统进程模型的双重作用是什么？
多线程环境中，进程的作用是什么？
线程的实体有哪些内容？
为什么多线程比多进程更有效率？
列举几种更适用多线程技术的单用户多任务系统例子
线程状态主要有哪些？
如果一个程序中包含了多个远程过程调用，说明单处理器的环境中，用线程进行远程过程调用可以加快程序的执行。
用户级线程有哪些特点？
内核级线程有哪些特点？
2.对称多处理，要求达到“领会”层次。
对称多处理结构有哪些特点？
3.微内核，要求达到“领会”层次。
什么叫内核？
微内核的操作系统结构有什么特点？
操作系统结构发展主要分为几种结构？
试从效率、安全和可扩展性三个方面评价各种结构的好坏。
第4章并发：
互斥与同步
（一）课程内容
1.并发原理。
2.互斥硬件支持
3.信号量
4.管程
5.消息传递。
6.读者-写者问题。
（二）学习目的与要求
理解在多道程序设计的系统中经常有多个进程并发执行，并发进程竞争资源时会出现与时间有关的错误；掌握用PV操作实现进程的互斥和同步，以保证系统的安全；了解采用信箱方式的进程通信；怎样防止和避免死锁的发生。
重点是：
分析与时间有关的错误；用PV操作实现进程的同步与互斥；解决死锁问题的方法。
（三）考核知识点与考核要求
1.并发原理，要求达到“领会”层次。
进程的顺序性指什么？
进程的并发性指什么？
竞态是怎样的一种现象？
产生的原因是什么？
能够分析两个程序并发执行中产生竞态（与时间有关的错误）的时序。
临界区是什么？
说明临界区互斥模型基本结构。
说明解决相关临界区互斥方案的要求。
说明软件实现临界区互斥各种方案，分析各种方案的可行性及局限性
2.互斥硬件支持，要求达到“领会”层次。
说明关中断为什么能实现临界区互斥及这种方案的局限性
说明TS指令的功能，描述利用TS指令实现临界区互斥方案，分析这种方案的可行性及局限性
说明EXCH指令的功能，描述利用EXCH指令实现临界区互斥方案，分析这种方案的可行性及局限性
“忙等待”方式是指什么？
对CPU利用率有何影响？
3.信号量
“原语”是怎样的一种过程
说明信号量的基本结构，描述P、V操作的流程
说明信号量的值的取值范围及相应的阻塞队列状态，描述P、V操作各自在资源管理中的含义。
说明信号量实现临界区互斥的方案，分析方案的可行性，说明信号量方案的优点
什么叫进程同步？
说明信号量实现进程同步的方案。
说明生产者-消费者问题的基本模型，说明用信号量实现有限缓冲模型的方案。
如果生产者-消费者问题的信号量实现有限缓冲模型的方案中交换了信号量P操作的顺序，是否产生死锁，分析发生死锁所要求的进行并发时序。
4.管程
说明引进管程的主要原因
说明管程的基本性质
说明Hore管程的实现方案，分析方案的可行性，说明其比信号量方案更优越之处
说明条件变量与信号量的异同
5.消息传递。
说明进程同步和互斥的本质是进程之间传递信息
说明消息传递过程中，消息在不同的存储空间的位置变化
描述实现进程通信的基本原语发送（send）和接收（receive）的流程。
说明消息传递过程中send操作和receive操作的作用
说明消息传递中发送进程与接收进程同步的几种组合方式。
说明可以用消息传递实现发送进程与接收进程的协作同步。
说明可以用消息传递实现发送进程与接收进程的实现临界区互斥。
6.读者-写者问题。
说明读者-写者问题的基本要求，描述用信号量实现的读者优方案，说明方案为什么是读者优先的。
说明写者优先的具体含义，描述用信号量实现的写者优方案。
第5章并发：
死锁与饥饿
（一）课程内容
1.死锁原理。
2.死锁预防
3.死锁避免
4.死锁检测
5.综合的死锁策略
6.哲学家就餐问题。
7.UNIX/LINUX/WINDOWS操作系统的并发机制
（二）学习目的与要求
理解在多道程序设计的系统中经常有多个进程死锁或饥饿的本质原因，掌握一些预防和避免死锁的方法，了解现代操作系统骊死锁的综合策略。
重点是：
死锁条件，分析死锁产生的时序；资源按预分配方法、安全状态概念与银行家算法思想。
（三）考核知识点与考核要求
1.死锁原理。
死锁是怎样产生的
说明二个进程的联合进程图与死锁的关系
说明资源分配图与死锁的关系
2.死锁预防
说明破坏互斥条件的可能性
说明破坏占有且等待条件的如何实现
说明破坏不可剥夺条件的可能性
说明资源按序分配方法的要点，证明该方法能破坏环路条件
3.死锁避免
说明进程启动拒绝的要点
安全状态是怎样的资源分配状态？
说明银行家算法的主要数据结构。
描述银行家算法的基本流程。
说明银行家算法的局限性。
4.死锁检测
说明死锁检测与银行家算法的异同，这种方法有什么局限性？
5.综合的死锁策略
说明现代操作系统中如何对待死锁问题？
为什么现代操作系统并不常发生死锁的现象？
6.哲学家就餐问题。
说明哲学家就餐问题的基本约束条件
用信号量解决哲学家就餐问题时，每个哲学家都统一先左后右拿筷子，分析死锁是怎样发生的。
7.UNIX/LINUX/WINDOWS操作系统的并发机制
说明UNIX操作系统的并发机制有哪些？
说明相关的系统调用如何使用？
说明LINUX操作系统的并发机制有哪些？
说明相关的系统调用如何使用？
说明WINDOWS操作系统的并发机制有哪些？
说明相关的系统调用如何使用？
第6章内存管理
（一）课程内容
1.内存管理的需求
2.内存分区。
3.分页
4.分段
（二）学习目的与要求
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主要的数据结构、如何实现地址变换、存储保护、存储共享、主存空间的分配和收回；比较各种管理方式的特点。
重点是：
各种方法解决的主要问题和存在的不足、逻辑地址空间及其结构、各种管理方式下的地址转换过程，实现共享的可能性；可变分区方式的主存分配算法。
（三）考核知识点与考核要求
1.内存管理的需求，要求达到“领会”层次。
说明内存管理的基本功能
说明程序加载与链接的各种方式工作原理。
进程映像的内存地址信息保存在何处
进程为什么要重定位，这项工作有几种做法？
以80386为例，说明地址重定位各种方式及相应部件工作流程。
为什么保护工作难于在编译期间解决，而应该由硬件完成？
说明存储保护工作的基本要求
说明存储共享的含义及意义。
说明物理主存地址空间的一般结构。
说明怎样的逻辑地址空间更有利于软件开发和程序运行时刻的共享。
2.内存分区。
分区方法着重解决内存管理中的哪个问题？
从对多道程序支持的灵活性、内存利用率、重定位方式等几个方面，说明固定分区方法的特点
从对多道程序支持的灵活性、内存利用率、重定位方式等几个方面，说明可变分区方法的特点
解释碎片、压缩、内碎片和外碎片的含义
从空闲块数据结构组织方式、内存块选择方式和算法时间效率三个方面、说明首次适应、邻近适应、最坏适应和最佳适应放置算法的特点
说明静态重定位是何时进行、怎样完成的？
结合硬件原理图，说明动态重定位何时进行、怎样完成的？
3.分页
分页方法着重解决分区方法中存在的哪个问题？
解释页和页框的含义，两者的大小有何关系？
说明页表的结构及作用。
结合页表说明进程存储空间的分配与回收工作。
说明页的大小为什么必须是2的整数幂及逻辑地址如何分解为页号和页内偏移量
结合页表和硬件原理图，用一些具体的数值说明逻辑地址转换为物理地址（重定位）何时进行、怎样完成的？
并说明对程序执行速度的影响。
说明页式方法中如何实现存储保护。
说明页式方法中如何实现存储共享的理论可能性与现实困难。
4.分段
分段方法着重解决分页方法中存在的哪个问题？
解释段，段号和段内偏移量的含义
说明段表的结构与作用。
结合段表说明进程存储空间的分配与回收工作。
说明段式方法中逻辑地址空间的结构及优点
结合段表和硬件原理图，用一些具体的数值说明逻辑地址转换为物理地址（重定位）何时进行、怎样完成的？
并说明对程序执行速度的影响。
说明段式方法中如何实现存储保护。
说明段式方法中如何实现存储共享的。
第7章虚拟存储器
（一）课程内容
1.硬件和控制结构
2.操作系统软件
3.UNIX/LINUX/WINDOWS操作系统的内存管理
（二）学习目的与要求
明确虚拟存储管理的基本思想及技术；理解相关硬件的基本结构和工作原理、页式虚拟内存方法的实现、段式虚拟内存方法的实现、段页式虚拟内存方法的实现；操作系统虚拟存储软件中算法。
重点是：
动态加载原理、局部性原理、缺页中断处理过程、页式地址转换及TLB加速的原理、多重页表的原理、页替换算法、工作集模型。
1.硬件和控制结构，达到“综合应用”层次。
说明虚拟存储需要的两个前提技术
说明动态加载的思想及优点
说明虚拟存储概念
说明程序局部性原理
说明虚拟分页在页式管理的数据结构所做的扩展项目及用途
结合页表和硬件原理图，说明逻辑地址转换为物理地址的原理。
结合MMU中多级页表的硬件原理图，说明逻辑地址转换为物理地址的原理及多级页表的优点。
说明TLB加速的原理及效率分析
说明虚拟分段在段式管理的数据结构上所做的扩展项目及用途
结合段表和硬件原理图，说明逻辑地址转换为物理地址的原理。
说明虚拟分段加分页在页和段式管理的数据结构上所做的扩展项目及用途
结合段表、页表和硬件原理图，说明虚拟分段加分页中逻辑地址转换为物理地址的原理。
说明虚拟分段加分页的优点
2.操作系统软件，达到“综合应用”层次。
说明OPT、LRU、FIFO和时钟算法的原理
解释工作集概念
说明利用工作集模型理论管理进程驻留集的策略
3.UNIX/LINUX/WINDOWS操作系统的内存管理
说明UNIX/LINUX/WINDOWS虚拟地址空间结构
说明UNIX/LINUX/WINDOWS进程的内存描述数据结构
第8章CPU调度
（一）课程内容
1.处理器调度类型。
2.调度算法。
3.UNIX/LINUX/WINDOWS操作系统的调度
（二）学习目的与要求
明确在计算机系统中是把用户要求处理的一项工作称为一个作业的，作业可分为批处理作业和交互式作业两大类；了解操作系统是如何实现作业调度和控制作业执行的；区分作业调度与进程调度、剥夺式调度与非剥夺式调度。
重点是：
两种控制方式；批处理作业的调度算法。
（三）考核知识点与考核要求
1.处理器调度类型，要求达到“领会”层次。
解释作业、脱机作业和联机作业
解释CPU三种调度的内容和各自的目标
说明CPU三种调度的关系
2.调度算法，，要求达到“简单应用”层次。
说明FCFS调度算法的思想和特点
说明SPN调度算法的思想和特点
说明SPT调度算法的思想和特点
说明HRRN调度算法的思想和特点
说明HRRN调度算法的如何将FCFS和SPN统一为一体中，达到了取长补短的目的。
说明RR调度算法的思想和特点
说明时间片长短对RR算法性能的影响，并与FCFS之间的在一定条件下可同化
说明HPF调度算法的思想和特点
说明优先级设置的两种方式各自的特点，并与SPN之间的在一定条件下可同化
说明MP调度算法的思想和特点
说明各种调度算法的对短进程的响应时间、周转时间的变化趋势
3.UNIX/LINUX/WINDOWS操作系统的调度，，要求达到“领会”层次。
说明LINUX操作系统的调度算法的思想和特点
说明UNIX操作系统的调度算法的思想和特点
说明WINDOWS操作系统的调度算法的思想和特点
第9章输入/输出与文件管理
（一）课程内容
1.I/O设备
2.I/O功能的组织
3.操作系统设计设计
4.I/O缓冲
5.磁盘调度。
6.RAID
7.虚拟设备。
（二）学习目的与要求
要求了解设备管理与文件管理的合作关系，文件管理在确定了文件的存储结构和信息存放的存储空间物理地址后，还必须由设备管理实现信息的物理存取。
在多道程序设计的计算机系统中，要把有限的外围设备尽可能地供多用户共享。
因此，要求理解计算机系统是怎样实现设备的分配、调度以及提供虚拟设备的。
重点是：
设备的分配；磁盘的驱动调度；SPOOL系统的实现思想。
（三）考核知识点与考核要求
1.I/O设备，要求达到“领会”层次。
说明I/O设备一般由哪两部分组成及信号/信息流
说明I/O设备的CPU可访问部分的基本组成
解释独占设备与共享设备。
2.I/O功能的组织，要求达到“领会”层次。
控制设备和内存或CPU之间的数据传送的方式有哪几种
说明程序控制（ProgrammedI/O）的I/O过程/信息流和同步时序
说明中断方式（Interrupt-drivenI/O）的I/O过程/信息流和同步时序
说明DMA（DirectMemoryAccess）的I/O过程/信息流和同步时序
说明I/O传送控制方式的发展过程
解释周期窃取技术的原理
3.操作系统设计，要求达到“领会”层次。
说明操作系统I/O软件设计主要考虑的目标。
说明实现“设备独立性”的基本方法
说明操作系统I/O软件分层结构的主要优点
说明操作系统I/O软件分层结构的主要功能模块
说明脱机外围设备操作过程。
说明实现联机同时外围设备操作（SPOOL系统）的目的。
说明实现SPOOL系统的一般结构及硬件条件。
说明SPOOL系统“预输入程序”的功能
说明SPOOL系统“井管理程序”的功能
说明SPOOL系统“缓输出程序”的功能。
以打印机的SPOOL系统为例，说明为什么能提高独占设备的利用率和缩短作业的执行时间。
4.I/O缓冲，要求达到“简单应用”层次。
说明引进缓冲的原因。
说明缓冲的一般原理。
说明单向缓冲与双向缓冲的差别。
说明单向单缓冲相关操作一般原理
如果设备D与进程P之间采用单向单缓冲B进行N个数据输入操作，每个数据占一个缓冲区，设备用T1时间产生一个数据并写入B，进程从B读入数据（时间忽略）后用T2时间处理这一数据，说明其效率分析模型
说明单向双缓冲相关操作一般原理
如果设备D与进程P之间采用单向双缓冲（B1和B2）进行N个数据输入操作，每个数据占一个缓冲区，设备用T1时间产生一个数据并写入（B1或B2），进程从（B1或B2）读入一个数据（时间忽略）后用T2时间处理这一数据，说明其效率分析模型
说明单向多缓冲相关操作一般原理
如果设备D与进程P之间采用单向多缓冲（B1…Bk）进行N个数据输入操作，每个数据占一个缓冲区，设备用T1时间产生一个数据并写入（B1…Bk），进程从（B1…Bk）读入一个数据（时间忽略）后用T2时间处理这一数据，说明其效率分析模型
说明缓冲池的结构
5.磁盘调度，，要求达到“简单应用”层次。
说明访问磁盘时如何指明读写位置。
说明访问磁盘操作主要有哪几个阶段及所花的时间的相对长短
说明对磁盘进行驱动调度的目的。
磁盘的驱动调度分为哪两种。
说明FIFO调度算法的思想及特点。
说明LIFO调度算法的思想及特点。
说明SSTF调度算法的思想及特点。
说明SCAN调度算法的思想及特点。
说明C-SCAN调度算法的思想及特点。
说明N-step-SCAN调度算法的思想及特点。
6.RAID，要求达到“识记”层次。
说明RAID、RAID0、RAID1、RAID2、RAID3、RAID4、RAID5、RAID6的基本特点和两个目标。
第10章文件系统
（一）课程内容
1.文件和文件系统。
2.文件的存储介质。
3.文件的组织。
4.存储空间的分配。
5.文件目录。
6.文件的保护和保密。
7.文件的使用。
（二）学习目的与要求
理解操作系统是怎样为用户提供文件的“按名存取”功能；怎样管理用户文件的存储。
检索、共享和保护；操作系统要求用户怎样使用文件。
重点是：
逻辑文件与物理文件之间的转换；文件目录结构；基本的文件操作及其使用。
（三）考核知识点与考核要求
1.文件和文件系统，要求达到“识记”层次。
1.1文件的定义和分类。
1.2文件系统的功能。
2.文件的存储介质，要求达到“识记”层次。
2.1文件的存储介质：
磁带、磁盘。
2.2存储介质的物理单位：
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