一、操作系统概述

1.1 操作系统的概念与功能

  • 概念：操作系统（Operating System，OS）是管理计算机硬件与软件资源的系统软件，是计算机系统的核心与基石。
  • 功能：
    • 资源管理：包括处理器、内存、输入/输出设备等资源的管理。
    • 用户界面：提供用户与计算机交互的界面。
    • 程序执行：负责程序的加载、执行和终止。
    • 错误处理：处理系统中的错误和异常情况。

1.2 操作系统的分类

  • 按用途分类：
    • 系统型：通用操作系统，如Windows、Linux、Unix等。
    • 嵌入式型：用于嵌入式设备的操作系统，如Android、iOS等。
  • 按设计理念分类：
    • 单用户单任务：如早期的MS-DOS。
    • 单用户多任务：如Windows 3.x。
    • 多用户多任务：如Windows 95以后的Windows系列。

二、进程管理

2.1 进程的概念与特点

  • 概念：进程是程序在计算机上的一次执行活动，是系统能够进行运算处理的基本单位。
  • 特点：
    • 动态性：进程是动态产生、动态消亡的。
    • 并发性：多个进程可以同时运行。
    • 独立性：进程是独立的运行单位，互不干扰。

2.2 进程状态与转换

  • 进程状态：进程在生命周期中可能处于以下状态之一：
    • 创建状态：进程创建后还未启动。
    • 就绪状态：进程已准备好运行，等待CPU时间。
    • 运行状态：进程正在CPU上执行。
    • 阻塞状态：进程因等待某个事件而无法继续执行。
    • 终止状态：进程执行完毕或因错误而终止。
  • 进程状态转换：进程在不同状态之间可以相互转换。

2.3 进程同步与互斥

  • 进程同步：解决进程间的协作与协作顺序问题。
  • 进程互斥：解决进程对共享资源的互斥访问问题。

三、内存管理

3.1 内存管理的概念与功能

  • 概念：内存管理是指操作系统对计算机内存资源的管理。
  • 功能：
    • 分配与回收：根据进程需求分配内存，并在进程结束时回收内存。
    • 保护与隔离：保护进程间的内存不被互相访问。
    • 地址转换：将逻辑地址转换为物理地址。

3.2 内存分配策略

  • 固定分区分配：将内存划分为若干固定大小的区域，每个区域只能分配给一个进程。
  • 动态分区分配：根据进程需求动态分配内存。
  • 分页存储管理：将内存划分为固定大小的页面，并将进程的地址空间划分为页。
  • 分段存储管理：将内存划分为逻辑上相关的段，每个段可以独立分配和回收。

3.3 虚拟内存

  • 概念：虚拟内存是计算机系统为了扩大内存容量而采用的一种技术。
  • 功能：
    • 内存扩展：将磁盘空间作为内存使用，实现内存扩展。
    • 地址映射：将逻辑地址映射到物理地址。
    • 页面置换：在内存不足时，将部分页面移出内存，释放空间。

四、文件系统

4.1 文件系统的概念与功能

  • 概念：文件系统是操作系统用于存储和管理文件的一种机制。
  • 功能：
    • 文件存储：存储用户数据和其他程序数据。
    • 文件访问：实现对文件的读取、写入、修改等操作。
    • 文件保护：保护文件不被非法访问。

4.2 文件系统结构

  • 目录结构：文件以目录的形式组织起来，便于管理和查找。
  • 文件存储结构：包括顺序文件、索引文件、哈希文件等。

4.3 文件系统实现

  • FAT文件系统：用于早期PC操作系统，如DOS。
  • NTFS文件系统：用于Windows操作系统，具有更好的性能和安全性。
  • EXT文件系统：用于Linux操作系统，具有很好的性能和稳定性。

五、输入/输出管理

5.1 输入/输出管理的概念与功能

  • 概念：输入/输出管理是操作系统对输入/输出设备的管理。
  • 功能：
    • 设备分配：根据进程需求分配设备。
    • 设备控制：实现对设备的控制和管理。
    • 缓冲区管理：缓冲输入/输出数据，提高效率。

5.2 输入/输出设备

  • 输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等。
  • 输出设备：显示器、打印机、音响等。
  • 存储设备：硬盘、光盘、U盘等。

5.3 输入/输出控制方式

  • 程序直接控制方式：CPU直接控制输入/输出设备。
  • 中断驱动方式：CPU响应输入/输出设备的请求。
  • 直接内存访问方式（DMA）：CPU不直接控制输入/输出设备，由DMA控制器完成。

六、网络操作系统

6.1 网络操作系统的概念与功能

  • 概念：网络操作系统是指能够支持网络通信和资源共享的操作系统。
  • 功能：
    • 网络通信：实现计算机之间的通信。
    • 资源共享：实现文件、打印机、扫描仪等资源共享。

6.2 网络操作系统的类型

  • 对等网络操作系统：如Windows 95、Windows 98。
  • 非对等网络操作系统：如Windows Server、Linux。

6.3 网络操作系统的应用

  • 局域网：连接相邻建筑物内的计算机。
  • 广域网：连接远距离的计算机。

七、总结

操作系统是计算机科学的重要基础，掌握操作系统相关知识对于计算机科学考研至关重要。通过以上对操作系统408核心考点的揭秘，相信读者对操作系统有了更深入的了解。在备考过程中，要注重理论与实践相结合，不断提高自己的综合能力。祝大家在计算机科学考研中取得优异成绩！