软件架构设计：操作系统

一、操作系统概述

1. 操作系统的定义
   • 操作系统是管理计算机硬件与软件资源的系统软件，为用户和应用程序提供接口。
2. 操作系统的功能
   • 进程管理：进程的创建、调度、同步和通信。
   • 内存管理：内存的分配、回收和保护。
   • 文件管理：文件的存储、检索和共享。
   • 设备管理：设备的分配、驱动和控制。
   • 用户接口：命令行接口（CLI）和图形用户接口（GUI）。
3. 操作系统的类型
   • 批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统、分布式操作系统。

二、进程管理

1. 进程与线程
   • 进程：程序的一次执行，拥有独立的内存空间。
   • 线程：进程内的执行单元，共享进程的内存空间。
2. 进程状态
   • 新建、就绪、运行、阻塞、终止。
3. 进程调度
   • 调度算法：
     • 先来先服务（FCFS）。
     • 最短作业优先（SJF）。
     • 优先级调度。
     • 时间片轮转（RR）。
     • 多级反馈队列（MFQ）。
4. 进程同步与通信
   • 同步机制：信号量、互斥锁、条件变量。
   • 通信机制：管道、消息队列、共享内存、套接字。
5. 死锁
   • 死锁条件：互斥、占有并等待、非抢占、循环等待。
   • 死锁处理：预防、避免（银行家算法）、检测与恢复。

三、内存管理

1. 内存分配方式
   • 连续分配：单一连续区、固定分区、动态分区。
   • 非连续分配：分页、分段、段页式。
2. 分页与分段
   • 分页：将内存分为固定大小的页，提高内存利用率。
   • 分段：按逻辑模块划分内存，便于共享和保护。
3. 虚拟内存
   • 原理：通过分页技术扩展内存空间。
   • 页面置换算法：
     • FIFO（先进先出）。
     • LRU（最近最少使用）。
     • OPT（最佳置换算法）。
4. 内存保护
   • 通过基址寄存器和界限寄存器实现内存保护。

四、文件管理

1. 文件系统
   • 文件结构：逻辑结构（顺序文件、索引文件）、物理结构（连续分配、链式分配、索引分配）。
   • 目录结构：单级目录、两级目录、树形目录、图形目录。
2. 文件操作
   • 创建、删除、打开、关闭、读写、定位。
3. 磁盘调度
   • 调度算法：
     • 先来先服务（FCFS）。
     • 最短寻道时间优先（SSTF）。
     • 扫描算法（SCAN）。
     • 循环扫描算法（C-SCAN）。

五、设备管理

1. 设备分类
   • 按传输速率：低速设备、中速设备、高速设备。
   • 按共享性：独占设备、共享设备、虚拟设备。
2. I/O控制方式
   • 程序控制、中断控制、DMA（直接存储器访问）。
3. 设备分配
   • 静态分配、动态分配。
4. 设备驱动
   • 设备驱动程序的作用和实现。

六、操作系统安全

1. 安全机制
   • 用户认证、访问控制、加密技术。
2. 访问控制
   • 自主访问控制（DAC）、强制访问控制（MAC）。
3. 安全威胁
   • 病毒、蠕虫、木马、拒绝服务攻击（DoS）。

七、常见考点与题型

1. 选择题：
   • 考察基本概念，如进程状态、调度算法、内存管理方式等。
2. 计算题：
   • 计算页面置换算法的缺页率、磁盘调度算法的寻道时间等。
3. 分析题：
   • 分析死锁条件、进程同步问题、文件系统设计等。

八、备考建议

1. 掌握核心概念：
   • 理解进程管理、内存管理、文件管理、设备管理等基本原理。
2. 熟悉计算题型：
   • 练习页面置换算法、磁盘调度算法等计算题。
3. 结合实际应用：
   • 了解现代操作系统的实现技术，如虚拟内存、多线程等。
4. 多做真题：
   • 通过历年真题熟悉考试题型和难度。