📖 操作系统（Operating System）—— 408考研完全笔记

相关笔记 DS：进程调度、死锁、页面置换、文件索引都依赖队列、图、树和查找结构。 CO：中断、存储系统、虚拟地址转换和 CPU 执行机制是理解操作系统的硬件基础。 CN：并发、缓冲、拥塞与可靠传输问题可以和操作系统资源管理模型对照学习。 编写说明 ：本笔记严格依据全国硕士研究生招生考试计算机学科专业基础（科目代码：408/11408）考试大纲编写，融合汤子瀛《计算机操作系统》、Operating System Concepts（恐龙书）、CSAPP 与王道课程体系，力求概念严谨、表达通俗、解题实战。 考试概况 ：408统考满分150分，考试时间180分钟（3小时）。其中数据结构约45分，计算机组成原理约45分， 操作系统约35分（约

第一章 操作系统引论 1.1 操作系统的目标和作用 操作系统的四个目标 目标 说明 : : : 方便性 提供良好用户接口，使计算机更易使用 有效性 提高系统资源利用率和系统吞吐量 可扩充性 能方便地增加新功能模块，适应硬件和应用发展 开放性 遵循国际标准，通过兼容层实现软件互操作 操作系统的作用 1. OS是用户与计算机硬件之间的接口 2. OS是计算机系统资源的管理者 （处理机、存储器、I/O设备、文件） 3. OS实现了对计算机资源的抽象 （隐藏硬件细节，提供虚拟机） 推动OS发展的主要动力 不断提高计算机资源利用率 方便用户使用 器件的不断更新换代 计算机体系结构的不断发展和更新 不断提出新的应用需求 1.2 操作系统的发展过

第二章 进程的描述与控制 2.1 前趋图和程序执行 前趋图（DAG） 有向无循环图（DAG），用于描述进程间的前后关系 节点表示语句/程序段/进程，有向边表示前趋关系 程序顺序执行的特征 1. 顺序性 ：严格按顺序执行 2. 封闭性 ：程序独占全部资源，结果不受外界影响 3. 可再现性 ：输入相同→结果相同 程序并发执行的特征 1. 间断性 ：执行—暂停—执行 2. 失去封闭性 ：共享资源，执行环境被外界影响 3. 不可再现性 ：结果可能因调度顺序不同而不同 2.2 进程的描述 进程的定义 进程是程序的一次执行过程 进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位 （引入线程后，线程成为调度的基本单位） 进程的特征

第三章 处理机调度与死锁 3.1 处理机调度的层次 层次 又称 频率 功能 : : : : 高级调度（作业调度） 长程调度 最低 从外存后备队列中选择作业调入内存,创建进程 中级调度（内存调度） 中程调度/对换调度 中等 决定哪些进程可参与竞争CPU（挂起/激活） 低级调度（进程调度） 短程调度 最高（最频繁） 从就绪队列中选一个进程分配CPU ⚠️ 低级调度（进程调度）是最基本的调度 ，任何OS都必须有。多道批处理系统需要高级调度+低级调度，分时系统通常不需要高级调度。 3.2 调度的目标和准则 调度的共同目标 资源利用率高 ：CPU利用率 = CPU有效工作时间 / 总时间 公平性 平衡性 策略强制执行 不同系统的目标 系统类型

第四章 进程同步（核心考点⭐⭐⭐） 4.1 基本概念 两种制约关系 间接制约（互斥） ：多个进程因共享临界资源而互斥使用 直接制约（同步） ：多个进程因合作而需要协调推进顺序 临界资源 一次仅允许一个进程使用的资源。硬件如打印机、软件如共享变量。 临界区 进程中访问临界资源的那段代码。 同步机制应遵循的四个准则 准则 说明 : : 空闲让进 临界区空闲时，允许请求进入 忙则等待 临界区被占用时，其他请求必须等待 有限等待 保证进程在有限时间内能进入临界区（不饥饿） 让权等待 不能进入临界区的进程应释放CPU（原则上应遵循但非必须） 4.2 软件同步方法 Peterson算法（两进程互斥⭐） 满足 空闲让进、忙则等待、有限等待 （前3

第五章 存储器管理 5.1 程序的装入和链接 装入方式 方式 特点 适用 : : : 绝对装入 编译时产生绝对地址 单道程序 可重定位装入（静态重定位） 装入时一次性修改全部地址 装入后不能移动 动态运行时装入（动态重定位） 运行时借助重定位寄存器转换地址 地址可延迟到执行时变换，支持紧凑 链接方式 方式 说明 : : 静态链接 装入前将所有模块链接成完整可执行文件 装入时动态链接 装入内存时边装入边链接 运行时动态链接 运行到某模块时才链接（最灵活,节省内存） 5.2 连续分配方式 方式 说明 碎片 : : : 单一连续分配 内存分为系统区+用户区,一次只一个程序 有内碎片 固定分区分配 预先分为若干固定大小分区 内碎片 （分区内

第六章 虚拟存储器 6.1 虚拟存储器概述 局部性原理⭐ 时间局部性 ：刚访问的单元不久会被再访问（循环） 空间局部性 ：刚访问的单元附近的单元不久会被访问（顺序执行） 传统存储管理特征 vs 虚拟存储器 特征 传统 虚拟 : : : 一次性 必须一次性全部装入 多次性：允许分多次调入 驻留性 一直驻留到结束 对换性：允许换入换出 — — 虚拟性：逻辑扩大内存 虚拟存储器三大特征：多次性（最重要）、对换性、虚拟性 虚拟性以多次性和对换性为基础，多次性和对换性建立在离散分配方式上 虚拟存储器的实现方式 1. 请求分页存储管理 （最常用）：以页为单位换入/换出 2. 请求分段存储管理 ：以段为单位换入/换出 6.2 请求分页存储管理方式

第七章 输入/输出系统 7.1 I/O设备分类 分类方式 类型 示例 : : : 按 使用特性 存储设备 / 输入设备 / 输出设备 / 交互式设备 磁盘 / 键盘 / 打印机 / 显示器 按 传输速率 低速 / 中速 / 高速 键盘 / 打印机 / 磁盘 按 共享属性 独占设备 / 共享设备 / 虚拟设备 打印机 / 磁盘 / SPOOLing 按 传输单位 块设备 / 字符设备 磁盘 / 键盘 7.2 设备控制器 设备控制器的组成 1. 设备控制器与CPU的接口 ：数据线+地址线+控制线，含数据寄存器、控制/状态寄存器 2. 设备控制器与设备的接口 ：数据/控制/状态信号 3. I/O逻辑 ：对命令译码，选择设备 CPU与控制器

第八章 文件管理 8.1 文件的逻辑结构 类型 说明 : : 有结构文件（记录式） 顺序文件、索引文件、索引顺序文件、直接/哈希文件 无结构文件（流式） 字节序列,无明确结构 索引顺序文件（ISAM）补充 按关键字顺序组织主文件，并建立分层索引加速检索 插入新记录常先进入 溢出区 ，再定期重组主文件 兼顾顺序访问与按键检索，适合“读多改少”的场景 🎯 本章真题锚点与最短模板 高频题号（2009 2025） ：2009Q30/Q31、2014Q29/Q46、2015Q29、2017Q26/Q30/Q31、2018Q46、2020Q23/Q24/Q31、2022Q46、2024Q26/Q29、2025Q27/Q30/Q31 优质例题

第九章 磁盘存储器管理 9.1 外存组织方式 连续分配 目录项：文件名 + 起始盘块号 + 长度 优点：顺序访问快/支持随机访问 缺点：外碎片/需预知文件大小 链接分配 隐式链接 ：每个盘块含指向下一盘块的指针 仅支持顺序访问 显式链接（FAT） ：文件分配表放在内存中 FAT12（簇）/ FAT16（≤2048MB）/ FAT32（簇4KB,≤1TB,单文件≤4GB）/ NTFS 支持随机访问 索引分配 单级索引 ：一个索引块记录所有盘块号 多级索引 ：索引块不够时,索引块指向索引块 增量式混合索引（UNIX）⭐ ： 地址项 类型 4KB块时可寻址容量 : : : i.addr(0) i.addr(9)（经典UNIX） 直接地址

第十章 多处理机操作系统 10.1 多处理机系统类型 类型 耦合度 通信延迟 特点 : : : : 紧密耦合 共享存储器 10 50ns SMP/ASMP 松散耦合 各自OS，通过通信链路连接 10 50ms 分布式 UMA结构（4种） 结构 CPU数 特点 : : : 单总线 4 20 可加高速缓存 多总线 16 32 私有存储器 单级交叉开关 8 16 N²交叉点 多级交换网络 <100 分散流量 NUMA 多节点,3层存储：本地→群内共享→全局共享 CC NUMA ：高速缓存+目录表保证一致性 主要问题：远程访问时延 10.2 多处理机OS类型 类型 特点 优缺点 : : : 主从式 一个主处理机负责管理 简单但资源利用率低/

第十一章 虚拟化和云计算 11.1 虚拟化 VMM类型 类型 位置 示例 : : : Type1（裸金属型） 直接运行在硬件上 Xen, ESXi, KVM Type2（寄居型） 运行在宿主OS之上 VMware Workstation, VirtualBox 虚拟化前提 敏感指令 ⊆ 特权指令 （Popek Goldberg准则） 80x86不满足此条件 → Intel VT / AMD V硬件辅助 虚拟化实现方式 方式 是否需修改Guest OS 技术 : : : 全虚拟化 否 二进制翻译 半虚拟化 是（使用hypercalls） Xen的para virtualization 硬件辅助虚拟化 否 VT x,根模式/非根模式 C

第十二章 保护和安全 12.1 安全目标 CIA 目标 含义 : : 机密性(Confidentiality) 防止未授权访问 完整性(Integrity) 防止未授权修改 可用性(Availability) 合法用户能及时获得服务 12.2 安全等级（TCSEC） D → C1 → C2 → B1 → B2 → B3 → A（安全性递增） 等级 名称 特点 : : : D 最小保护 无安全特性,如MS DOS C1 自主安全保护 用户登录,访问控制 C2 受控制的访问保护 审计功能,如Windows NT B1 标记安全保护 强制访问控制 B2 结构保护 形式化安全模型 B3 安全域 可信恢复 A 验证设计 形式化验证 12.3

附录：408操作系统冲刺总览 一、408考纲变化与命题趋势（2021 2026） 年份 变化内容 命题影响 : : : : 2021 2024 操作系统核心框架稳定（进程/内存/文件/I/O） 题型相对稳定：选择+PV大题 2025 明确新增： 信号（Signal） 、 多处理机调度 ；“页框分配”表述扩展为“页框分配与回收” 2026起高概率考查新增概念辨析题 2026备考 继续强调“程序运行环境、内存映像、虚拟化、VFS” 跨章节综合题概率上升 二、应试技巧（高分版） 1. 选择题策略（20分） 先做“概念判断题”（状态转换/中断异常/文件链接），再做“计算题”（调度/分页/置换/磁盘调度）。 对计算题统一采用“先列公式→再代数