软考-系统架构师-计算机与网络基础知识-操作系统基础知识
软件系统架构师综合的知识能力结构九个方面
- 战略规划能力
- 业务流程建模能力
- 信息数据架构能力
- 技术架构选择和实现能力
- 应用系统架构的解决和实现能力
- 基础IT只是及基础设施，资源调配的能力
- 信息安全技术支持与管理保障能力
- IT审计、治理与基本需求分析、获取能力
- 面向软件系统可靠性与系统生命周期的质量保障服务能力
文章目录
- 1.操作系统的原理、类型和结构
- 1.1操作系统的分类
- 1.2操作系统的特征
- 1.3操作系统的功能
- 2.处理机与进程管理
- 2.1进程的定义和分类：
- 2.2进程的状态转换与控制
- 2.3进程互斥、同步、PV操作
- 2.4进程通信与管程
- 2.5进程调度与死锁
- 2.6线程
- 3.存储管理
- 3.1存储管理的概念
- 3.2地址重定位
- 3.3存储管理的功能
- 3.4存储管理的方式
- 4.设备管理
- 4.1设备分类
- 4.2设备管理主要的技术
- 4.3 设备管理软件
- 4.4 数据传输控制方式
- 4.5 磁盘调度算法
- 5.文件管理
- 5.1文件的类型
- 5.2文件的结构和组织
- 5.3文件的访问方法
- 5.4文件存储设备管理
- 5.5文件控制块和文件目录
- 5.6 文件的使用
- 6作业管理
- 6.1作业管理和作业控制
- 6.2作业状态及转换
- 6.3作业调度及其常用的调度算法
- 6.4用户界面
- 7.网络操作系统
- 7.1网络操作系统
- 7.2特征
- 7.3分类
- 8.常见的操作系统
- 注：所用图片来自网络，如有侵权请联系我立即删除
1.操作系统的原理、类型和结构
操作系统定义： 计算机硬件资源包括中央处理机CPU、存储器（主存与外存）、输入输出设备。软件资源是以文件的形式保存在存储器上的程序和数据。操作系统既有效组织和管理系统中的各种软硬件资源，合理的组织计算机系统的工作流程，由控制程序的执行，并为用户使用计算机提供了一个良好的环境和友好的接口。
1.1操作系统的分类
- 单用户操作系统，批处理操作系统
- 分时操作系统，实时操作系统
- 网络操作系统和分布式操作系统
- 嵌入式操作系统
1.2操作系统的特征
操作系统的特征是并发性、共享性、虚拟性、和不确定性。
1.3操作系统的功能
进程管理、文件管理、存储管理、设备管理、作业管理。
2.处理机与进程管理
2.1进程的定义和分类：
- 进程是程序的一次执行，不同程序并发使用一个进程执行。
- PCB描述了进程的基本情况是进程存在的唯一标识。
- 程序是静态的指令序列，进程是为执行该程序的线程和保留的资源集
- 进程根据性质可以分为系统进程用户进程、父进程和子进程。
2.2进程的状态转换与控制
进程一般有两种基本状态
-
就绪运行和阻塞，三态模型
-
就绪、运行、阻塞、新建、终止，五态模型
2.3进程互斥、同步、PV操作
- 进程间的同步
异步环境下的一组并发进程之间互发消息、相互合作、互相等待使得各进程按一定的速度执行的过程称为进程同步，也即同步是使在异步环境下的各进程按一定的顺序和速度执行。 - 进程间的互斥
一组并发进程中的多个程序段必须以一个不允许交叉的顺序执行，互斥要保证临界资源在某一时刻只被一个进程访问。 - 临界资源
一次只能供给一个进程使用的资源是临界资源 - 临界区管理原则
临界区对临界资源实施操作的那段程序，互斥临界区管理的原则是有空即进、无空则等、有限等待、让权等待。 - 信号量机制
进程同步与互斥的工具 - 整形信号量与PV操作
信号量是一个整形变量，根据控制对象的不同不一样的值，分为两类公用信号量（实现互斥操作初始值1）、私用信号量（实现同步操作初始值0）
信号量S>=0表示资源可用数量，<=0表示有多少进程数在等待执行 - 利用PV操作实现进程的互斥
进入临界区域执行P退出临界区域执行V - 利用PV操作实现进程的同步
用一个信号量去进行传递消息，初始为0，产生消息变成1，然后把消息放进临界区只能有一个程序执行。
2.4进程通信与管程
- 进程通信
控制信息的交换称为低级通信，例如同步互斥通过信号量来实现属于低级；数据交换属于高级通信，高级通信有共享存储系统喝消息传递系统和管道通信。高级的通信方式有直接通信和间接通信。 - 管程
管程是由共享数据、和一组可以给并发进程执行的集合或代码以及存储权组成。管程提供了一种可以允许多进程安全有效的共享抽象数据类型的机制。
2.5进程调度与死锁
- 进程调度
确定处理器什么时候分配给哪一个进程 - 调度方式与算法
调度方式：是指当有更高优先级的进程到来时如何分配cpu，分为可剥夺和不可剥夺两种。
调度算法：常用的有排队先来先服务、时间片轮转、优先级调度、多级反馈。 - 死锁
做程序的都懂，不解释了。 - 死锁产生的原因及条件
产生原因是资源竞争和进程推进顺序不对，产生死锁的四个必要条件是互斥条件、请求保持条件、不可剥夺条件和环路条件。
解决死锁的策略，鸵鸟策略（我不管）、预防策略（破坏死锁的四个必要条件之一）、避免策略（精心的分配资源，动态回避死锁）、检测与解除死锁
2.6线程
线程是进程中的一个实体，线程可以再创建线程，线程具有就绪、运行、阻塞三种基本状态。
3.存储管理
3.1存储管理的概念
寄存器>主存>外存
寄存器一级缓存>主存>外存
- 逻辑地址
他不是主存中的真实地址，是相对于基地址而言的，又称作相对地址、程序地址或者虚拟地址。 - 物理地址
主存中各个存储单元的地址，是真实地址，也叫做绝对地址。 - 存储空间
是所有物理地址的集合。包括逻辑地址空间和物理地址空间。也是实际存放数据的地方。
3.2地址重定位
程序的逻辑地址被转换成主存的物理地址这个过程被叫做地址重新定位。有静态重定位（程序运行之前就固定了存储位置）和动态重新定位（程序运行访问之前进行地址重新定位）两种。
3.3存储管理的功能
主存储器的分配和回收，提高主存储器的利用率、存储保护、主存扩充。
3.4存储管理的方式
分区存储管理、分页存储管理、分段存储管理、段页式存储管理、虚拟存储管理。
4.设备管理
4.1设备分类
- 使用特性：输入输出、终端、脱机设备
- 资源分配：独占、共享、虚拟设备
- 从属关系：系统设备、用户设备
- 数据组织方式：块设备、字符设备
- 数据传输速率：低速、中速、高速
- 输入输出对象：人机通信、机机通信
- 交互：非交互、交互设备
4.2设备管理主要的技术
- 中断技术
- DMA技术
- 缓冲技术
- 虚拟设备与SPOOLING技术
4.3 设备管理软件
- 中断处理程序
- 设备驱动程序
- 与设备无关的系统软件
- 用户层IO软件
4.4 数据传输控制方式
- 程序控制方式
- 中断方式
- 直接存储访问方式
- 通道方式
4.5 磁盘调度算法
用于进程访问物理资源的访问规则确保平均访问时间最小，先来先服务、最短寻道时间优先、扫描算法。
5.文件管理
5.1文件的类型
- 性质用途：系统、库、用户文件
- 安全属性：只读文件、读写文件、可执行文件、不保护文件
- 组织形式：普通文件、目录文件、设备文件
- 保存期限：临时文件、档案文件、永久文件
- 信息流：输入文件、输出文件、输入输出文件
5.2文件的结构和组织
就是组织形式，也就是文件的逻辑结构，从现实来讲就是存储设备上的存贮方式被称为文件的物理结构。
文件的逻辑结构：有结构的记录文件、无结构的字符流文件
文件的物理结构：连续结构、链接结构、索引结构、多个物理块的索引表。
5.3文件的访问方法
顺序访问和随机访问，前者是一点一点读取，后者是随机从文件的哪一点开始访问。
5.4文件存储设备管理
文件存储相当于操作系统中新建了一个文件存在了电脑的磁盘上，然后由文件管理系统进行组织分配和3回收，常用的空闲空间管理办法有位图法、索引法、链接法。
5.5文件控制块和文件目录
文件控制块用于描述和控制文件的数据结构。是文件存在的唯一标识，包含基本信息、位置信息、存取控制信息和使用信息。
文件目录是文件控制块的有序集合。
5.6 文件的使用
文件系统提供了一组专门用于目录和文件管理的命令。
6作业管理
6.1作业管理和作业控制
作业是系统为完成一个用户的计算任务（或一次事务处理）所做的工作总和。
作业控制块JCB是记录与该作业有关的各种信息的登记表。JCB是作业存在的唯一标志，包括用户名、作业名、状态标志等信息。
6.2作业状态及转换
提交、后备、执行和完成
6.3作业调度及其常用的调度算法
作业调度是完成从后备状态到执行状态的转变及从执行状态到完成状态的转变。
常用的调度算法有先来先服务、短作业优先、响应比高优先、优先级调度算法和均衡调度算法。
6.4用户界面
用户界面是计算机中实现用户与计算机通信的软硬件的总称，用户界面也叫做用户接口人机界面。
常用的人机通信方法有命令语言、菜单选项、图符驱动、表格填充、视窗操作及直接操作等。
7.网络操作系统
7.1网络操作系统
网络操作系统是使网络中各计算机能方便而有效地共享网络资源，为网络用户提供各种服务和有关规则的集合。
常见的操作系统有处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理。
7.2特征
硬件独立性、多用户支持、支持网络实用程序及其管理功能、多种客户端支持、提供目录服务以及支持多种增值服务等。
7.3分类
集中模式、客户机/服务器模式和对等模式。
8.常见的操作系统
Unix、windows、Linux