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操作系统1.操作系统的概述操作系统不但是硬件与所有其他软件之间的接口，而且是整个计算机系统的控制和管理中心。所有计算机都是由硬件和软件俩部分组成，其中硬件是构成电脑系统的物理实体和物理装置，软件是那些为了运行和管理维修电脑而人工编制的各种程序的集合，没有软件只有硬件的组合的计算机成为裸机。操作系统的特性（并发性，共享性,随机性），操作系统的主要功能：进程管理（主要对处理机管理）,存储管理，设备管理，文件管理，用户和操作系统的接口。操作系统的类型：单用户操作系统，批处理操作系统，实时操作系统，网络操作系统和分布式操作系统。批处理操作系统的特点是吞吐量搞，但也存在着周转时间长，用户使用不方便的缺点。分时操作系统的特点（同时性，独立性，及时性，交互性）实时操作系统的特点：及时性，可靠性，数据保护用于管理分布式计算机系统的操作系统成为分布式操作系统，高可靠性，可用性和可扩展性，并具有容错能力。2.进程，线程，进程间通信的基本概念程序的顺序执行就是程序执行按其语句的书写顺序依次进行，顺序程序的特点就是程序的顺序性，封闭性和可再现性。程序的并发执行是若干个程序同时在系统中执行，从宏观上看，系统中的多个程序都同时得到执行么并发执行的特点是：并发性和共享性。程序在并发执行与顺序执行的不同：失去封闭性，程序与计算机不再一一对应，并发程序在执行期间可以相互制约进程就是一个程序在给定活动空间和初始环境下，在一个处理机上的执行过程，它具有动态性，并发性，调度性，异步性，结构性。进程的三种基本状态：运行，就绪，等待进程并非固定出于某个状态，它将随着自身的推进和外界条件的变化而发生变化，进程通常表示为程序段，数据集合和进程控制块（PCB）PCB是用来描述进程当前的状态，本身特性的数据结构，是进程组成中最关键的一部分，其中含有进程的描述信息和控制信息，是进程动态特征的集中反应它是系统对进程施行识别和控制的依据，每个进程都有唯一的进程控制块，操作系统根据PCB对进程是实施控制和管理，PCB是进程存在的唯一标志，PCB组织方式：线性方式，链接，索引。进程管理包括：创建进程，撤销进程，挂起进程，回复进程，改变进程优先级，封锁进程，唤醒进程，调度进程。同步是进程共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系，这些进程在执行时间次序上必须遵循确定的规律。互斥指的是俩个进程在逻辑上本来完全独立毫无关系，只是由于竞争同一个物理资源而相互制约.共享资源如果一次仅允许一个进程使用，那这类共享资源就称为临界资源。互斥进程必须遵循以下原则，才能保证对临界资源的安全使用。1.一次只能允许一个进程进入空闲的临界区2.如已有进程进入临界区，其他进程需等待3.进程在临界区应限定时间4.无法进入临界区的进程，应当让出CPU用锁操作原语可实现互斥，信号量及信号量上的P操作和V操作是一种解决同步，互斥问题的更通用的方法。进程通信是指进程间的信息交换，高级进程通信方式可归并为三类：1.共享存储器方式2.管道文件，即管道线3.消息传递方式：直接通信方式和间接通信方式死锁是指计算机系统中多个进程因竞争资源而造成一种僵局，即多个进程无限期的等待永远不会发生呢个的条件这样一种系统状态，在计算机系统中产生死锁的原因可归纳为俩点：多个进程竞争资源和进程推进顺序非法。死锁的必要条件：互斥条件，不可抢占条件，部分分配条件，循环等待条件。死锁预防：预先静态分配法，有序资源使用法预防死锁的几种策略中都施加了较强的限制条件，从而保证死锁一定不会发生但其却降低资源利用率，避免死锁的策略中，所施加的限制条件较弱，有可能获得较好的系统性能，银行家算法是最具有代表性的死锁避免算法，死锁的避免的缺点是增加了系统开销。最常用的检测死锁的方法就是对资源分配图进行化简。死锁解除办法有俩种：一种是强制性地从系统中撤销进程并剥夺它们的资源给剩余的进程使用，另一种是使用一个有效的挂起和接触挂起的机构来挂起一些进程。线程是比进程更小的能独立运行的基本单位，引入线程的目的是为了提高系统内程序并发执行速度，从而进一步提高系统的吞吐量。进程好似任务调度的单位，也是系统资源的分配单位，而线程是进程中的一条执行路径。计算机存储分为外存储器（外存）和内存储器（内存）。我们在系统中采用三级存储器结构解决cpu访问数据时CPU与内存，外存与内存在传递信息交换过程中的速度差问题。其中，Cache（高速缓存器）是为了解决CPU和主存之间速度匹配问题而设置的，它的出现缓解了内存压力及内外存存取速度不匹配的矛盾。存储管理的功能：1。内存空间的分配与回收2.逻辑地址到物理地址的转换3.内存信息的共享与保护主要的存储管理技术：分区管理，页式管理，段式管理，段页式管理。实存管理：1.单一连续区分配：最简单的存储分配方法，整个主存区域的用户空间均归为一个用户作业使用。2.分区管理其思想为将存储器空间分成若干个分区，每个分区放一个作业，分区法通常有：固定分区法（简单，一个分区只能装入一道作业，内存利用率差）动态分区法（可变分区法），可重定位分区分配（碎片整理）3.兑换是指系统把内存中暂时不能运行的进程换出到外存上，腾出空间，把具备运行条件的进程从外存换入内存。分页存储管理：1.虚拟存储器用以完成用笑的内存实现大的虚拟空间中程序的运行工作，它的思路是将大量的作业暂时不使用的部分放在外存上，将它们运行部分装入内存，虚拟器具有的基本特征是：虚拟扩充，部分装入，离散分配，多次对换2.分页的概念：分页存储管理：逻辑空间分页，内存空间分页。系统为每个进程建立一个页表，一个页号对应一个快号，系统以页为单位给作业分配帧，帧之间可以是不连续的，这样可以减少内存碎片，逻辑地址编号由俩部分组成：页号p和页內位移d快表;在地址变换机构中增加一个由高速寄存器组成的小容量的相联存储器，构成一张所谓的快表，用来存放当前访问最频繁的少数活动页的页号。分段存储管理：分段式存储管理是将作业按逻辑上有完整意义的段划分，每段都有自己的名字，以段为单位分配内存并进行内外存交换。分页和分段的区别：页是信息的物理单位，段是信息的逻辑单位。页的大小是由系统固定的，段的长度由程序内容确定的，是可变的。分页的地址空间是一维的，分段的地址空间是二维的。段式和页式存储各有其优缺点，分页系统能有效的提高内存的利用率，而分段系统则能很好的满足用户需要。段页式存储管理：在段页式虚拟存储器中，把程序按逻辑结构分段以后，再把每段分成固定大的页，用段表和页表进行两级管理，程序对主存的调入调出奥胡斯按页面进行的，但它又可按段实现共享和保护，它兼取页式和段式系统的优点，它的缺点是在地址映像过程需要多次查表。设备管理：设备分类按工作特性可把他们分为存储设备和输入输出设备。按设备的共享属性可分为独立设备，共享设备和虚拟设备。按设备的从属关系可分为系统设备和用户设备按设备的运行速度有告诉设备，中速设备，低速设备缓冲技术：引入缓冲的目的，缓和CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾，提高他们之间的并行性，减少对CPU的中断次数，放宽CPU对中断响应时间的要求。I/O系统的结构不同规模的计算机系统，I/O系统结构也有差别，主机I/O和微机I/O设备管理的主要目标是使用方便，与设备无关，效率高，管理统一。操作系统的设备管理要具有如下一下功能：监视设备状态，进行设备分配，完成I/O操作，缓冲管理与地址交换。设备分配技术：根据设备的使用性质可将设备分成独占设备，共享设备和虚拟设备。独占性设备分配算法有：先来先服务(FCFS),按优先级（Priority）SPOOLing即外部设备联机并行操作，它是关于慢速字符设备如何与计算机主机交换信息的一种技术，通常也称作假脱机技术，是一种预输入，缓输出和转储的管理技术。SPOOLing系统由四个部分组成：存输入部分，取输入部分，存输出部分，取输出部分。SPOOLing系统的优点：各作业的执行，在时间可以重叠，大大提高了系统的利用率，缺点是占用内存空间和磁盘空间，增加了系统的复杂性。文件是被命了名的数据（字符）的集合体。文件的属性有文件类型，文件长度，物理位置，文件的存取控制，建立日期。按用途文件可分为：系统文件，库文件，用户文件按文件中的数据形式分：源文件，目标文件，可执行文件按保存时间分临时文件，永久文件按文件逻辑结构分记录式文件和流式文件按物理结构分顺序文件，链接文件，索引文件UNIX和MS-DOS系统中的文件非为普通文件，目录文件，特别文件文件系统的功能有文件管理，目录管理，文件存储空间管理，文件的共享和保护，提供方便的接口。文件结构逻辑结构：记录式文件和流式文件物理结构：顺序结构，链接结构和索引结构文件的存取方法有顺序存取，随机直接存取和索引存取文件控制块是系统在管理文件时所必须信息的数据结构，是文件存在的唯一标志。文件控制块的有序集合称作文件目录，文件目录最基本的功能是将文件爱你名转换为该文件在外存的物理位置。文件目录的组织有集中方式：一级目录结构，二级目录结构，树型目录结构。文件的存储空间管理也就是操作系统的外存可用空间的管理，即对空闲块的组织和管理问题，目前常用的管理技术有空闲空间表法，空闲块链接法，位示图法和成组链接法。文件的存取控制可以通过文件的共享，保护和保密来体现。文件共享是指系统允许多个用户（进程）共同使用某个或某些文件。保护机制是通过限制文件存取的类型来实现受控共享，常见的保护机制有命名，口令，存取控制，密码，硬保护。文件的后备是指为了防止可能出现的软，硬件故障，把硬盘上的文件在其他外部存储介质上做一副本，后备方法有全量转储，增量转储。后备种类有定期后备，不定期后备。文件的恢复只指利用后备文件恢复原先保存的文件或文件系统。Internet基础Internet即国际计算机互联网，又叫国际计算机信息资源网，它是位于世界各地并且彼此相互通信的一个大型计算机网络，Internet网络采用的协议是TCP/IP。有如下特点：采用TCP/IP协议，采用分组交换技术，采用路由器作为网络互联设备。起源于20世纪七十年代，美国国防部高级计划研究局建立的一个实验性的网络ARPANET。因特网主要组成部分：通信线路，路由器，客户机和服务器，信息资源。Internet具有分级的网络结构：一般可分为三层，最下面一层为校园网和企业网，中间为地区网络，最上一层为全国骨干网。主要功能：信息传播，通信联络，资料检索，专题讨论。主要服务：服务，电子邮件（Email），文件传输FTP，远程登录Telnet，新闻组NewsGroup，电子布告栏（BBS）Gopher搜索，文件搜寻。TCP/IP是Internet使用的基本通信协议，通常说TCP/IP是Internet协议族，而不单单是TCP和IP.TCP/IP通常被认为是一个四层协议系统，TCP/IP协议遵守四层的模型概念：应用层，传输层，互联层和网络接口层。其中互联层包括的互联协议有网际协议IP，地址解析协议ARP，网际控制消息协议ICMP，互联组管理协议IGMP。传输层包括的协议TCP(传输控制协议)，UDP（用户数据协议）。应用层包括的协议：Telnet远程登录，FTP文件传输协议，SMTP,SNMP.地址解析协议（ARP）：用于获得在统一物理网络中的主机的硬件地址，地址解析就是将主机IP地址映射为硬件地址的过程。反向地址解析协议（RARP）：实现MAC地址到IP地址的转换。IP是网络互联协议的简称。IP协议提供的是一种无连接的，不可靠的尽力发送的服务。IP协议主要就是负责在主机地址间寻址并为数据包设定路由。ICMP是一个差错报告协议，它能检测出并报告一些基本的差错，在一定程度上给出出错原因。ICMP报文可分为以下三类：差错报告报文，控制报文，请求/应答报文。IGMP提供一种动态参与和离开多点传送组的方法。IGMP与ICMP都是使用IP服务的逻辑高层协议。TCP是传输层协议，实现端到端通信。TCP是一种可靠的面向连接传送服务。TCP对话通过三次握手来初始化。TCP采用滑动窗口机制，来实现流量控制。TCP/UDP中引入了端口的概念来标识传输层协议和应用程序之间的数据接