计算机四级网络技术知识点.docx

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1、操作系统原理一、操作系统概述1.操作系统（1）概念：是计算机系统的一个系统软件，能有效地组织和管理计算机系统中的硬件和软件资源，合理（公平对待不同用户程序，不发生“死锁和“饥饿）组织计算机工作流程，控制程序的执行，并向用户提供各种服务功能，使用户能灵活、方便、有效地使用计算机，并使整个计算机系统高效运行；位于硬件之上，支撑软件（软件的编制和维护）之下。A.应用角度看主要作用：提供人机交互接口（提供给用户的接口是命令输入和系统调用）；B.软件开发角度看作用：软件开发的基础平台；C.安全保护角度看作用：第一道安全防线；D.系统发展角度看作用：虚拟机和扩展机（2）特性A.并发性：执行期间具有相互制约

2、关系；程序与计算不再一一对应；结果不再现并发过程失去封闭性；B.共享性：CPU、内外存储器、外部设备；C.随机性（异步性）：何时退出？假死？中断？关机？重启？（3）功能：A.进程管理：对CPU进行管理。包括进程控制（创建、撤销结束进程以及控制运行时候的各种状态转换）、进程同步（处理进程之间同步或互斥关系）、进程间通信（信息交换）和进程调度（按照一定算法从就绪队列中挑选一个进程让CPU执行它）；B.存储管理：管理计算机内存资源。包括回收与分配内存、存储保护（考虑程序可能发生越界的情况）和内存扩充（借助虚拟技术在逻辑上增加进程运行空间）；C.文件管理：文件存储空间的管理（管理/创建/删除/命名文件

3、）；文件目录管理；文件系统的安全性（读写和存取权限）D.设备管理：除CPU和内存之外的所有输入输入设备，复杂外部设备分配和故障处理。技术包括：中断技术、通道技术、虚拟设备技术和缓冲技术。E.用户接区（作业管理）：（4）常见的操作系统：Ubuntu.Windows.Unix、DOS、BSD2 .操作系统分类：按页面使用环境和功能特征（1）批处理系统：分单道批处理系统和多道批处理系统，其中多道批处理效率和吞吐量较高但缺少人机交互性；指令有特权指令和一般指令；（2）分时系统：多用户共同、交互使用系统；独占性（用户感觉）；及时性（3）实时系统：多路性，及时性，交互性，可靠性，有过载防护能力按计算机体系

4、结构分类：（1）个人操作系统（2）网络操作系统：主从关系明显；有限制共享资源；（3）分布式操作系统：统一配置，所有主机使用一个操作系统；资源共享；相互通信；（4）嵌入式操作系统：成本低交互式系统是指用户交互式地向系统提出命令请求，系统接受每个用户的命令，采用时间片轮转方式处理服务，并通过交互方式在终端上向用户显示结果。多级反馈、时间片轮转和高优先级适用于交互式操作系统。3 .操作系统结构：（1）整体式结构：功能划分成多模块；（2）层次式结构：单向调用，同层不调用；（3）微内核结构（C/S结构）：将大多数的操作系统由用户进程实现；分割成多个部分，每一部分只处理一方面的功能，如文件服务、进程服务与

5、服务器通信；特点：高可靠性、高灵活性、适合分布式处理、可移植性强、融入面向对象技术，但效率低，不适合频繁通信；微内核具备：线程调度、虚拟存储、消息传递、设备驱动、内核原语操作以及中断处理。4 .指令：（1）特权指令：包括输出指令、停机指令等，只有在监控程序才能执行特权指令，只能在内核状态（管态）下运行（屏蔽中断、关闭中断）；（2） 一般指令：用户态下运行（关机、读文件、设置时间），管态下也可以执行。如果用户程序在用户态（目态）执行特权指令，则引起访管中断，这也是CPU由用户态向核心态转换的方法。5 .（1）临界资源：（2）可重写入代码：硬盘，内存；（3）不可重用资源：时间片到时、硬件时钟到时6

6、 .三类接口可供用户使用：（1）命令接口：提供一组命令供用户间接/直接操作；（2）程序调用：一组系统调用命令组成，是操作系统提供给编程人员唯一接口，调用命令供用户程序使用；（用户编程需要打印输出，提供指令：write（）（3）图像界面接口：图标、菜单、窗口，形成一个直观易懂，使用方便的计算机操作环境，终端窗口采用命令行。7 .设备分配算法中，数据结构主要包含四个表分配顺序是：系统设备表（SDT）、设备控制表（DeT）、控制器控制表（CoCT）、通道控制表（CHCT）。8 .程序状态字（PSW,专门的寄存器指示处理器状态）（1）包含：CPU工作状态码（指明管/目态）；条件码（指令结果）；终端屏蔽

7、码（是否允许中断）；（2）状态标志：CF（有进位）、ZF（为零）、SF（符号）、OF（溢出）、TF（陷阱）、IF（中断屏蔽）、VIF（虚拟中断）、VIP（虚拟自断待决）、IOPL（Io特权级别）二、操作系统运行机制1 .CPU中的存储器（1）用户可见寄存器：主要用于各种算术逻辑指令和访问指令（数据寄存器、地址寄存器、条件码寄存器）（2）控制和状态寄存器：用于控制处理器的操作（程序计数器PC、指令寄存器IR、程序状态寄存器PSW）2 .中断与异常的分类（1）中断：（外部事件引起的）时钟中断；输入输出中断（键盘输入）；控制台中断；硬件故障中断；网卡上数据区满（数据传输完成）；（堆栈溢出）；（被0除

8、）（2）异常：（内部事件引起的）程序性中断（执行指令产生的结果）；访管指令中断（被清零）；3 .系统调用（1）概念：运行在用户态（CPU在用户程序中执行）被调用程序在系统态（CPU在系统程序中执行）；系统调用可嵌套使用，即一个被调用过程执行期间还可以调用另一个，一般可多次调用但不能无限制调用；（2）分类：进程控制类（创建/终止进程）、文件操作（打开）、进程通信类、设备管理类（请求/释放设备）、信息维护类（时间日期）；（3）参数传递：由陷入指令自带参数（只能携带几个）；通过寄存器传递参数（内存开辟专门的堆栈传递参数）；（4）一般调用在，被调用过程执行结束后，会直接返回调用程序；系统调用在结束调用

9、，首先会对所要求的进程进行优先级分析，若调用进程不具备高优先级则会产生重新调度；三、进程线程模型1.多道程序环境特点：独立性；随机性（输入输出都是随机的）；资源共享（导致执行速度制约）。2.进程（1）概念：计算机程序（指令、数据组成）关于数据集合上的一次运行活动，是资源分配的基本单位；（2）特点：并行性；独立性（独立资源分配单元）；异步性（不可预知速度的向前推行）；动态性；交往性。（3）组成：PCB、指令和数据三部分组成；（4）进程控制块（PCB）A.组成：进程名、进程号、存储信息、进程标识符、进程优先级、进程当前状态、资源清单、消息队列指针、进程队列指针、打开当前文件等调度信息和PSW、时钟

10、、界地址寄存器等现场信息；B.组织方式：线性方式、索引方式、链接方式、队列方式（就绪队列、等待队列、运行队列）；C.特征：是进程的灵魂：必须常驻内存；PCB的运行状态只可以通过操作系统读取。（5）进程控制：通过原语实现对进程在整个生命周期中各种状态间的转换；用于进程控制的原语一般有创建进程、撤销进程、挂起进程、激活进程、阻塞进程、唤醒进程以及改变进程优先级等。（6）创建进程：A.步骤：申请空白PCB；为新进程分配资源；初始化PCB；将新进程插入就绪队列末尾,B.创建进程的时机：用户登录；系统初始化；用户系统调用；初始化批处理作业。3 .进程状态及转换（1）三状态模型：运行状态、就绪状态、等待状

11、态（阻塞状态其中运行状态转换到就绪状态有3种可能性：时间片用完；进程创建完成；被调度程序强占CPU（对于非强制式是：一个进程运行结束）；运行状态转换阻塞状态：请求系统服务、启动某种操作、新数据尚未到达、无新工作可做。（2）五状态模型：运行、就绪、阻塞、创建、结束。1.inUX上进程有五种状态：运行、中断、不可中断、僵尸状态、停止状态。（3）七状态模型；运行、就绪、阻塞、创建、结束、激活（外内）、挂起（内外）。4 .线程（1）概念：进程中的实体，不能独立于进程存在；是CPU调度和分派的基本单位；不同的线程可以执行相同的程序；同一进程中各线程共享内存空间；自己不拥有系统资源，只拥有一点运行中必不可

12、少的资源；每个线程有一个标识符和一张线程描述表，记录了线程执行的寄存器和用户栈等现场；（2）特点：花费开销少、切换花费时间少、内部通信快、能独立工作；（3）线程操作含义：pthreadjoin：等待一个特定的线程退出；pthread_yield：线程让出CPU（主动释放）；pthread_creat：创建线程库函数；pthread_exit：结束一个线程的库函数5 .CPU调度分类：高级调度（创建进程）、中级调度（调入内存）、低级调度（分配CPU）。6 .调度（1）功能：记录系统中所有进程执行状态；从就绪队列中选出一个CPU分配给它；选中PCB有关现场信息（PSW、通用寄存器等）送往CPU的寄

13、存器中，让他占用执行。（2）时机：CPU资源让出来不一定调度，CPU资源占用一定不调度；可强占方式（当优先级高的进程运行存在时，立即进行调度，转让CPU资源）与不可强占方式（进程执行完毕才释放CPU）。（3）调度算法：先来先服务FCFS（不可强占）：最短时间作业算法SJF；轮转法RR；最高响应比优先算法HRRF（介于FCFS与SJF之间的折中算法，即考虑等待时间又不使长作业等待时间过长）；多级反馈队列操作系统不能在运行中动态改变进程调度算法。四、存储管理方案1 .进程互斥的解决办法：竞争各方平等协商；引入进程管理者2 .计算机中资源共享的程序可分为三个层次：（1）互斥；利用硬件解决的互斥方法简

14、单、支持多个临界区、适用范围广；不能实现“让权等待”；（2）死锁：（3）饥饿：3 .临界资源分成四个部分：（1）进入区：（P原语）；whileTS（&lock）（2）临界区：访问临界资源的一段代码;n=fetch（balance）（3）退出区：（V原语）Iock=FLASE（4）剩余区：代码其余的部分OUtPUt（IiSt）4 .进程同步机制应遵循的准则：空闲则入、忙则等待、有限等待、让权等待。5 .信号量（L）只能通过初始化和两个标准的原语来访问；（2）初始化可指定一个非负整数值，表示空闲资源总数；若为负值，其绝对值表示当前等待临界区的进程数；P（empty）V（full）（3）同步：信息量

15、empty，初始值K；信号量full,初始值0互斥：信号量mutex,初始值为1.（占用为1空闲为0）（4）系统直接通信时，发送原语：Send（receiver,message）6 .管程（1）定义了一个数据结构和能为并发进程所执行的一组操作。进程可在任何需要的时候调用管程中的过程，但它们不能在管程之外什么的过程中直接访问管程数据结构；管程能保障共享资源互斥执行；是一种同步机制；将共享变量及对共享变量的操作封装在一起（2）任一时刻中，管程中只有一个活跃进程；所有临界区转换成管程，则只许一个进程使用临界区内代码。管程本身无法保证互斥；（3）管程对象：共享的数据结构和一组操作过程。（4）为解决进程同步关系，引入条件变量，在条件变量上实施P、V操作；7 .进程间的通信（1）共享内存：用于多个进程并发执行且相互通信，适合传输大量信息；设置一个公共内存区，一组向其中写，一组从公共内存读；不需要在系统中产生多份相同的拷贝。（2）消息机制：利用内存中若干缓存区组织成队列，依赖进程或基础框架来调用实际执行的代码；缓冲区中包括：消息缓冲区、消息指针、互斥信息量、同步信息量、发送和接收原语。（3）管道通信：通过两个进程，打开一个共享文件，实现进程间的通信；字符流形式联系,不足是通信速度较慢。（4）信箱通信：发送进程