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计算机网络实用技术计算机网络实用技术杨开平巫山县师资培训中心wssfykp@163.com计算机网络实用技术计算机网络实用技术第一章操作系统概论1、操作系统的定义：计算机操作系统是与计算机硬件紧密相关的一层系统软件，由一整套分层次的控制程序（模块）组成，统一管理计算机系统的所有资源，包括处理器、存储器、输入输出设备以及其它系统软件、应用程序和数据文件等。操作系统合理地组织计算机系统工作流程，有效地利用计算机系统资源为用户提供一个功能强大、界面良好、使用方便的工作环境，让用户无需了解硬件细节，而是直接利用逻辑命令就能灵活方便地使用计算机。操作系统为计算机软硬件功能的进一步扩展提供了一个支撑平台。1、操作系统的形成与发展。2、操作系统与计算机硬件、软件的关系：硬件是计算机系统资源的基础，包括可摸可见的各种计算机设备和相关部件；操作系统是与硬件紧密结合的一层系统软件，为其它系统软件、应用软件和用户提供与硬件的接口，操作系统屏蔽了使用硬件的细节，担当起统一管理硬件资源的角色。计算机软件产品的分类，总体上包括系统软件和应用软件两大类。系统软件是计算机能够完成正常使用和软件开发工作所需要配置的基本软件。操作系统归于系统软件之列，并且是其它系统软件的基础。当今操作系统的发展趋势是“微内核”，即尽量把一些非基本的操作移出操作系统核心，以增进操作系统的稳定性和可靠性，因此，把操作系统和其它系统软件进行严格的界定是困难的。一般区分原则是把操作系统软件包中包括的全部软件都可以认为是操作系统软件。1、操作系统的分类：按照用户数来分，可分为单用户（如MS-DOS）和多用户（如Unix）操作系统；按照可同时执行的任务数来分，可以分为单任务（如MS-DOS）和多任务（如Windows）操作系统；按照运行操作系统的计算机硬件来分，可分为主机+终端（如Unix）、微机（如Windows）、嵌入式（如WindowsCE3.0）和掌上电脑操作系统（如PalmOS）等；从操作系统所具备的功能特性的角度来看，操作系统大致可分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、通用操作系统、网络操作系统或分布式操作系统。2、各类操作系统的特点：（1）批处理操作系统：批处理操作系统所追求的目标是作业周转时间短、系统吞吐量大、处理器资源使用效率高。批处理操作系统又称为作业流处理系统，分为“单道批”和“多道批”两种。（2）分时操作系统（TSOS：timeslotoperatingsystem）是一种单主机、多终端体系结构，即多个用户利用终端设备共享一个主机。典型的分时操作系统如VAX/VMS等。（3）实时操作系统（TOS：real-timeoperatingsystem）能够及时响应和处理用户操作请求，并在规定的时间内将处理结果反馈给用户。与其他操作系统相比，实时操作系统的最大特征在于其实时性和专用性。根据应用领域的区分，实时操作系统分为实时控制和实时信息处理两类。（4）通用操作系统（COS：combinationoperatingsystem）是指现代操作系统，除同时具有上述三类操作系统的功能特征外，还有更多的其他功能。对现代通用操作系统的发展起着重大影响的是Unix操作系统和Windows操作系统。（5）网络操作系统（NOS：networkoperatingsystem），多种适用于网络环境下的操作系统的统称。网络操作系统除具有一般操作系统所具有的功能之外，还必须具备网络通信和网络资源管理的功能，以保证能够对多台计算机及其设备之间的信息传递和资源共享进行有效的管理。（6）分布式操作系统是近年来发展起来的更高水平的网络操作系统，它更倾向于一种“单机化的多处理机”结构，所有的系统资源虽然分布在不同的计算机上，但都是“透明”的，运行的程序可能在本地，也可能在其他计算机上，由分布式操作系统自行决定。2、操作系统的特性：操作系统具备了程序并发、资源共享和独立随机可访问三大特征。（1）程序的并发：在操作系统中，我们把一个功能上独立的程序的一次执行称为一个进程，每一个进程都需要占用一部分系统资源，包括占用处理器时间、内存、输入输出设备等。若某一段时间内同时有两个或两个以上进程在运行，则称为“程序的并发”。（2）资源共享：资源的共享是指计算机的软硬件资源为多个拥有授权的用户或程序所共用，以提高这些资源的利用率。（3）独立随机可访问：在多任务环境下执行的每一个进程在逻辑上具有独立性和随机性。如果有充分的资源保障，每一个进程都会独立的完成并且其执行速度与其它进程无关，进程执行的起始和结束时间也是独立的并且是随机发生的。这种独立和随机性形成了对操作系统的客观要求，即必须具备同时处理多个随机并发进程的能力，操作系统的系统管理程序要保证对资源的访问的独立性和随机性。3、操作系统的功能：（1）处理机管理：处理机管理是操作系统最主要任务之一，其主要功能是对中央处理机的使用进行调度分配，最大限度地提高它的处理能力。操作系统通过对进程的管理实现对处理机的管理，包括进程创建、进程执行、进程通信、进程撤销、进程等待和进程优先级控制等。（2）存储管理：存储管理指对内存及其扩展空间的管理。由于内存资源的紧缺性，存储管理的目标是为程序设计者提供方便、安全和足够的存储空间。存储管理的主要功能包括：①为每一个进程分配内存并保护每一个获得内存空间的进程不被其他进程破坏；②将分配给各个进程的逻辑地址空间正确地映射为相应的物理地址空间；③利用虚拟内存管理实现扩大内存空间的效果；④进程完成或撤销时及时回收分配出去的内存，以供其它进程使用。存储管理的主要方法有：①分区式存储管理；②页式存储管理；③段式与段页式存储管理。（3）设备管理：设备管理指对计算机外围设备的管理。通常设备管理技术包括中断、输入输出缓存、通道技术和设备的虚拟化等技术。设备管理的主要任务可以归纳为：①按照用户的要求和设备的类型控制设备工作、完成用户的输入输出操作；②当多个进程同时请求某一独享设备时，按照一定的策略对设备进行分配和管理，以保证系统有条不紊的工作；③充分利用系统的通道和中断功能等来提高设备的使用效率。（4）文件管理：大量的程序、文档、数据以文件形式保存在外存中。文件管理系统是操作系统中专门负责存取和管理外存中文件的那部分软件的集合。（5）作业管理：作业是用户所提供的一个完整计算任务，包括运行应用程序所需要的数据以及控制应用程序执行的指令集合。。作业控制的两种方式是：批处理和交互式终端控制。随着计算机系统的网络化，对操作系统的要求越来越高。现代操作系统除了具备上述管理功能之外，还具有网络通信、服务和网络资源管理、安全机制等功能。3、操作系统的体系结构：是指操作系统运行过程中，各功能模块之间相互调用、相互联系的一种关系，它是随着软件技术的进步而发展变化的。第二章操作系统的基本原理1、计算机四大系统资源的管理机制：处理器、存储器、外围设备和文件四大资源的管理。2、进程（1）、进程是指一个可并发执行的程序（或程序段）在给定的工作空间和数据集合上的一次执行过程。它是操作系统进行资源分配和调度的一个独立或基本单位。（2）、进程是动态的，它由操作系统创建并独立地执行，在执行过程中可能因某个条件不足而被暂时“阻塞”，当条件满足时又被“唤醒”并继续执行，直到任务完成而“撤销”。因此，进程有生命期，并在不同的状态之间动态地转换。（3）、进程的并发特征是指一个进程能和其它进程并行执行，但各进程在逻辑上又相对独立，同时各进程的执行速度是不可预知的、异步的。因此，系统必须为进程提供同步机构，以确保进程能协调操作和共享资源。（4）、一个进程至少要对应一个或多个程序。不同的进程可以调用同一个程序，但该程序必须在不同的数据集合上执行。（5）、程序和进程的关系在于：程序是指令的有序集合，是静态的。程序的执行过程才是进程。3、线程：在现代操作系统中，为了进一步提高进程的并发性，引入了线程（Thread）的概念。简单地说，一个进程可以包含多个线程，此时线程成为处理器调度的基本单位。4、页式存储：页式存储基本原理是预先把内存物理空间分成大小相等的存储“块”，比如每块为1k字节，并编上号码，同时把要运行程序的逻辑地址空间分成与“块”大小相同的“页”，也编上号码。当把程序调入内存时，恰好把程序的某一“页”装入内存某一“块”，而且可以见缝插针地将若干连续的页装入分散的不连续的块中。由于页和块大小相等，所以除了最后一页可能小于块之外，其余都很合适，这样每一个内存碎片的大小不会超过一“块”的大小。页式虚拟存储就是把内存和外存作为一个整体连续起来划分成块。在一个进程运行前，不必将其所有页装入内存，而只需先装入当前要运行的若干页。在运行过程中。一旦发现所需要的程序页不在内存时，便请求系统分配存储块，然后将所需页从外存调入，并在页表中登录新调入的页号与对应的块号。这一调度过程在操作系统控制下自动实现的，用户无须干预。5、虚拟存储：当所运行进程需要较大的内存空间，而内存空间又有限时，存储管理提供虚拟存储的功能，将内存和大容量外存有机地结合起来，建立虚拟内存（VM：VirtualMemory），从而大大地扩展程序可运行空间。虚拟存储的概念可从两个角度来理解。从逻辑存储空间角度看，程序的大小不定，经过编译连接后的目标程序地址多是从零地址开始的一维连续或二维段页式地址。这是一种虚拟地址或逻辑地址，它们都不是程序运行时的真正物理地址。我们把程序逻辑地址的全体所对应的存储器称为虚拟存储器，简称虚存。虚存地址空间大小有可能会超过实际物理内存空间。从程序设计者角度看，虚拟存储器就是把内存和外存作为一个整体连续起来划分，当内存空间不足时，参与当前运行的部分程序可以暂存在外存中，一旦需要及时调入内存，而已经在内存中的部分程序目前可能不再使用，可以保存到外存。这样程序设计者不必忧虑内存是否够用，因为有巨大容量的外存可供使用。虚拟存储管理的工作就是及时恰当地调入调出当前程序，为进程提供“透明”的存储空间。6、段式存储管理：段式存储把其地址空间在逻辑上划分成若干个段（segment），如代码段、数据段、共享段等，这时用户程序的逻辑地址空间可以看成二维空间，其中一维是段号，另一维是段内从0开始的地址。利用连续可变分区或可重定位分区管理方式，为每一个段分配一个连续分区，而各段之间可以不连续。“段”成为程序的逻辑单位，它是由程序设计人员规定的，其长度随程序的不同而不同。在分段存储管理中对每个进程需要建立一个进程段表，记录该进程各段的段号与段起始地址的对应关系。在硬件上需要设立段表地址寄存器来保存进程的段表在内存中的起始地址和段表长度，每个段都需要一个这样的段表地址寄存器。7、段页式存储管理：段页式存储管理综合了段式和页式存储技术的特点。在这种管理方式下，程序在地址空间中先分段，然后将每一段再分页，这样，同一段中的各页可以不连续存放，也不需要整段同时调入内存。8、覆盖与交换：所谓覆盖技术，就是使一个程序的若干个数据段或程序段按照时间先后占用内存空间的某一部分。交换技术（swapping）是另外一种扩展内存空间的技术。当多个程序并发执行时，将暂时不需要的程序送到外存中，剩余空间用来装载新的需要即将投入运行的程序。9、设备的输入/输出方式：（1）、程序查询方式（2）、中断控制方式（3）、直接存储器存取方式（4）、通道处理方式10、设备管理技术：（1）、缓冲区技术（2）、假脱机技术（3）、设备虚拟化技术11、设备的分配：设备分配程序根据相应的分配策略或算法来为不同的进程分配设备。为了高效利用外设资源，首先必须对所有外设有一个清楚的描述，包括它们的类型、标识、当前占用状况等，这就是设备分配时的数据结构，称为设备状态描述表列。其次设备的分配必须遵循一定的分配原则和策略。（1）、设备状态描述表列（2）、设备的分配原则和策略（3）、设备输入输出进程控制12、文件结构：文件是一个在逻辑上具有完整意义的一组相关信息的有序集合。文件的结构即文件的组织形式，可分为逻辑结构和物理结构。文件的逻辑结构从用户的角度看是独立于文件物理特性的一种组织形式，它