文档介绍：该【操作系统前2章主要知识点 】是由【莫比乌斯】上传分享，文档一共【10】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【操作系统前2章主要知识点 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。操作系统前2章主要知识点
绪论
1操作系统印象
1)操作系统作为仲裁者(协调者):使多个应用程序/用户高效,公平地一起工作;
保护用户不互相干扰。例子:并发,存储保护,文件系统,网络
2)操作系统作为幻觉制造者:提供硬件的高层界面,取消硬件限制,提供无限的内存、无限的CPU
3)操作系统作为管理者:有效合理地分配资源,保护用户不受侵犯,提供安全、保密措施
4)操作系统作为历史教员:学****过去,预测未来
5)操作系统作为标准服务提供者:提供每个用户需要的标准工具,如标准库、窗口系统
2操作系统提供的服务:
程序创建和执行
存取I/O设备
控制对文件的存取
系统存取
错误检测和回应
统计
第1章计算机网络概述
1计算机网络在信息时代的作用
21世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化,它是一个以网络为核心的信息时代。
网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。
网络是指“三网”,即电信网络、有线电视网络和计算机网络。
发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。
2新型网络的基本特点
网络用于计算机之间的数据传送,而不是为了打电话。
网络能够连接不同类型的计算机,不局限于单一类型的计算机。
所有的网络结点都同等重要,因而大大提高网络的生存性。
计算机在进行通信时,必须有冗余的路由。
网络的结构应当尽可能地简单,同时还能够非常可靠地传送数据。
3电路交换的特点
电路交换必定是面向连接的。
电路交换的三个阶段:建立连接/通信/释放连接
电路交换传送计算机数据效率低
4分组交换的原理
在发送端,先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。
每一个数据段前面添加上首部构成分组。
分组交换网以“分组”作为数据传输单元。
依次把各分组发送到接收端(假定接收端在左边)。
最后,在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。
注:网络随时接受主机发送的分组(即数据报)网络为每个分组独立地选择路由。
网络尽最大努力地将分组交付给目的主机,但网络对源主机没有任何承诺。
网络不保证所传送的分组不丢失,也不保证按源主机发送分组的先后顺序,以及在时限内必须将分组交付给目的主机。
当网络发生拥塞时网络中的结点可根据情况将一些分组丢弃;
5分类IP地址:每一类地址都由两个固定长度的字段组成,其中一个字段是网络号net-id,它标志主机(或路由器)所连接到的网络,而另一个字段则是主机号host-id,它标志该主机(或路由器)。
6路由器转发分组的步骤:
先按所要找的IP地址中的网络号net-id把目的网络找到。
当分组到达目的网络后,再利用主机号host-id将数据报直接交付给目的主机。
按照整数字节划分net-id字段和host-id字段,就可以使路由器在收到一个分组时能够更快地将地址中的网络号提取出来。
7IP网络的重要特点:
每一个分组独立选择路由。
发往同一个目的地的分组,后发送的有可能先收到(即可能不按顺序接收)。
当网络中的通信量过大时,路由器就来不及处理分组,于是要丢弃一些分组。
因此,IP网络不保证分组的可靠地交付。
IP网络提供的服务被称为:尽最大努力服务(besteffortservice)
8分组交换的优点
高效:动态分配传输带宽,对通信链路是逐段占用。
灵活:以分组为传送单位和查找路由。
迅速:不必先建立连接就能向其他主机发送分组;充分使用链路的带宽。
可靠:完善的网络协议;自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。
9计算机网络的定义
计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合。
因特网(Internet)是“网络的网络”。
10网络从作用范围进行分类:
广域网WAN(WideAreaNetwork)
局域网LAN(LocalAreaNetwork)
城域网MAN(MetropolitanAreaNetwork)
接入网AN(AccessNetwork)
11计算机网络的主要性能指标
“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”。“带宽”单位是“比特每秒”b/s(bit/s)。
发送时延(传输时延):发送数据时,数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。
12计算机网络的体系结构
计算机网络中的数据交换必须严格遵守事先约定好的规则。
这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题(同步含有时序的意思)。
为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即网络协议(networkprotocol),简称为协议。
协议在计算机网络中起着非常重要的作用。
13网络协议的三要素
语法数据与控制信息的结构或格式。
语义需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应。
同步事件实现顺序的详细说明。
14五层协议的体系结构
应用层(applicationlayer)
运输层(transportlayer)
网络层(networklayer)
数据链路层(datalinklayer)
物理层(physicallayer)
15面向连接服务与无连接服务
面向连接服务(connection-oriented)
面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。
无连接服务(connectionless)
两个实体之间的通信不需要先建立好连接。是一种不可靠的服务。这种服务常被描述为“尽最大努力交付”(besteffortdelivery)或“尽力而为”。
16应用层的客户-服务器方式
在TCP/IP的应用层协议使用的是客户-服务器方式。
计算机的进程(process)就是运行着的计算机程序。为解决具体应用问题而彼此通信的进程称为“应用进程”。
客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。
客户是服务请求方,服务器是服务提供方。
客户端:在进行通信时临时成为客户,但它也可在本地进行其他的计算。
被用户调用并在用户计算机上运行,在打算通信时主动向远地服务器发起通信。
可与多个服务器进行通信。
不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。
服务器端:在共享计算机上运行。当系统启动时即自动调用并一直不断地运行着。
专门用来提供某种服务的程序,可同时处理多个远地或本地客户的请求。
被动等待并接受来自多个客户的通信请求。
一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。
应当注意
使用计算机的人是“用户”(user)而不是“客户”(client)。客户和服务器都指的是进程,即计算机软件。
由于运行服务器进程的机器往往有许多特殊的要求,因此人们经常将主要运行服务器进程的机器(硬件)不严格地称为服务器。例如,“这台机器是服务器。”意思是:“这台机器(硬件)主要是用来运行服务器进程(软件)。”
因此,服务器(server)一词有时指的是软件,但也有时指的是硬件。
17电子邮件的发送和接收过程
(1)发信人调用用户代理来编辑要发送的邮件。用户代理用SMTP把邮件传送给发送端邮件服务器。
(2)发送端邮件服务器将邮件放入邮件缓存队列中,等待发送。
(3)运行在发送端邮件服务器的SMTP客户进程,发现在邮件缓存中有待发送的邮件,就向运行在接收端邮件服务器的SMTP服务器进程发起TCP连接的建立。
(4)TCP连接建立后,SMTP客户进程开始向远程的SMTP服务器进程发送邮件。当所有的待发送邮件发完了,SMTP就关闭所建立的TCP连接。
(5)运行在接收端邮件服务器中的SMTP服务器进程收到邮件后,将邮件放入收信人的用户邮箱中,等待收信人在方便时进行读取。
(6)收信人在打算收信时,调用用户代理,使用POP3(或IMAP)协议将自己的邮件从接收端邮件服务器的用户邮箱中的取回(如果邮箱中有来信的话)。
18“三次握手”
第二章网络操作系统概论
1操作系统的目标:
1)方便性(用户的观点):
提供良好的、一致的用户接口,弥补硬件系统的类型和数量差别
2)有效性(系统管理人员的观点):
管理和分配硬件、软件资源,合理地组织计算机的工作流程.
3).可扩充性
随着VLSI技术和计算机技术的迅速发展,计算机硬件和体系结构也随之发展,对OS提出了更高的功能和性能要求。
4)开放性:各种类型的计算机硬件系统,出自不同的厂家,要使之通过网络加以集成化并能协调工作,实现应用程序的可移植性和互操作性。要求具有同一的开放环境。
操作系统的五大管理功能:处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和作业管理。
3操作系统的定义
操作系统是合理组织计算机的工作流程,有效控制和管理计算机系统的各类资源,并方便用户使用计算机的程序集合。
4操作系统的形成与发展
1)第一代1945–1955电子管计算机
手工操作阶段:硬件非常昂贵,没有操作系统
工作方式:用户既是程序员,又是操作员;
编程语言:为机器语言;
输入输出:纸带或卡片;
工作特点:用户独占全机,资源不共享CPU利用率低;
主要矛盾:计算机处理能力的提高,手工操作的低效率(造成浪费);
提高效率的途径:专门的操作员,批处理
第二代1955–1965单道批处理系统
晶体管,批处理系统
利用磁带把若干个作业分类编成作业执行序列,每个批作业由一个专门的监督程序(Monitor)自动依次处理。
可使用汇编语言开发。
存在问题:CPU和I/O设备使用忙闲不均(取决于当前作业的特性)。对计算为主的作业,外设空闲;对I/O为主的作业,CPU空闲。人机矛盾仍然存在。
第三代1965–1980多道程序批处理系统
集成电路(IC)和多道程序设计
为进一步提高资源的利用率和系统的吞吐量,引入多道程序批处理系统操作系统终于代替人工成了计算机系统的“管家”。
其发展进入了成熟期(成功):
一群计算机迷(Tomson,Ritchie)在贝尔实验室发展出了UNIX。这个时期的典型代表
第四代1980–现在
VLSI,个人计算机,网络操作系统
操作系统的使用界面也从字符界面变成了图形界面。
操作系统的结构除了有序分层的模块化结构外,还出现了虚拟机结构和客户/服务器加微内核结构等。
微机操作系统、并行操作系统、分布式操作系统、网络操作系统和嵌入式操作系统等相继产生。
5操作系统的类型
多道批处理操作系统
分时系统
实时系统
网络操作系统
分布式操作系统
嵌入式操作系统
6多道批处理操作系统
多道:内存中同时存放几个作业,引入多道程序设计。
1)运行方式:宏观上并行运行:都处于运行状态,但都未运行完;
微观上串行运行:各作业交替使用CPU;
2)多道处理系统的特征
优点:(1)资源利用率高(2)作业吞吐量大(3)系统开销小
缺点:(1)用户交互性差(用户不能与自己作业对话)(2)作业平均周转时间长
7分时操作系统
1)一台主机上连接多个键盘显示终端,用户可以各自的终端,以交互方式使用计算机,共享计算机软硬资源。
2)分时:指若干并发程序对CPU时间的共享,通过系统软件实现。指多个用户分享使用同一台计算机。两个或多个事件按时间片轮流使用计算机系统中的某一资源。
3)实现思想:每个用户在各自的终端上以问答方式控制程序运行,系统把中央处理器的时间划分成时间片,轮流分配给各个联机终端用户,每次服务一个时间片。每个用户只能在极短时间内执行,若时间片用完,而程序还未做完,则挂起等待下次分得时间片。
CTSS是最早的分时操作系统,Unix是目前广泛使用的一个分时操作系统
分时操作系统特点:多路性、交互性、独占性、及时性
8实时操作系统
1)实时系统则是指系统对特定输入做出反应的速度足以控制发出实时信号的对象,或者说计算机能够实时地响应外部事件的请求,在规定的短时间内完成对该事件的处理,并控制所有实时设备和实时任务协调一致地运行。
2)实时系统的特征
除了多路性,独占性外,还有下面的特征
(1)稍弱的交互性:它仅允许操作人员访问系统中某些特定的专用服务程序,一般不许写入或修改现有程序,不象分时系统那样能向终端用户提供数据处理和资源共享等服务。
(2)实时性:对及时性的要求比分时系统要高,常以控制对象所能接受的延迟时间来确定,可以是秒级,也可以是毫秒级,甚至是微秒级。
(3)可靠性:常采用多级容错措施,以保证系统的安全可靠。
3)实时操作系统分类:实时过程控制、实时通信(信息)处理
※说明
批处理系统、分时系统和实时系统是三种基本的操作系统类型。而一个实际的操作系统,可能兼有三者或其中两者的功能。例如,在VAX-11系列机上所配置的VMS操作系统,便是一个兼有分时、实时和批处理功能的操作系统。
9单用户操作系统
1)单用户单任务操作系统
在同一段时间内仅为一个用户提供服务。由于一个用户独占整个计算机系统,操作系统资源管理的任务变得不重要,为用户提供良好的工作环境成了这类操作系统最主要的目标。如MS-DOS、CP/M等。
2)单用户多任务操作系统
只允许一个用户上机,但允许将一个用户程序分为若干任务,使他们并发执行。Windows9x就是图形用户界面的单用户多任务操作系统的典型代表。
10网络操作系统
1)网络操作系统是在通常操作系统功能的基础上提供网络通信和网络服务功能的操作系统。网络操作系统为网上计算机进行方便而有效的网络资源共享,提供网络用户所需各种服务的软件和相关规程的集合。三大阵营:UNIX、WindowsNT、Netware等
11分布式操作系统*
1)基于两种环境:多处理器系统、多计算机系统,是网络操作系统的更高级的形式,
保持了网络操作系统的全部功能。
2)分布式系统概念:指由多***立分散的计算机,经互连网络连接而成的系统。
“一个分布式系统是若干个独立的计算机的集合,但是对该系统的用户来说,感觉该系统就像一台计算机一样。”硬件方面:每台计算机都是独立、自主的计算机;软件方面:用户感觉在独占系统。
3)分布式操作系统特征:
(1)是一个统一的操作系统
(2)资源进一步共享
(3)透明性:共享与分布对用户是透明的
(4)自治性:处于分布式系统的多个主机处于平等地位,无主从关系
(5)处理能力增强、速度更快、可靠性增强
4)分布式系统的主要优缺点
优点:性价比高、可可扩展性强、适合分布式的应用等。
缺点:需要复杂的软件、存在潜在的通信瓶颈、数据安全性较弱等。
12网络和分布式的区别
(1)分布具有各个计算机间相互通讯,无主从关系;网络有主从关系
(2)分布式系统资源为所有用户共享;而网络有限制地共享
13嵌入式操作系统
1)在各种设备、装置或系统中,完成特定功能的软硬件系统,它们是一个大设备
装置或系统中的一部分,这个大设备、装置或系统可以不是“计算机”。由于它们被嵌入在各种设备、装置或系统中,因此称为嵌入式系统。
嵌入式操作系统,是运行在嵌入式智能芯片环境中,对整个智能芯片以及它所操作、控制的各种部件装置等等资源进行统一协调、调度、指挥和控制的系统软件。
2)典型嵌入式操作系统的特性
完成某一项或有限项功能;不是通用型的;
在性能和实时性方面有严格的限制;
能源、成本和可靠性通常是影响设计的重要因素;
占有资源少、易于连接;
系统功能可针对需求进行裁剪、调整和生成,以便满足最终产品的设计要求。
14操作系统的特征:并发性、共享性、虚拟性、异步性
1)并发与并行
并发(Concurrence):是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
并行(Parallel):是指两个或多个事件在同一时刻发生。
单处理机系统中采用多道程序技术后,可以实现硬件之间的并行操作和程序之间的并发执行。
并发程序要达到“在同一时间间隔内进行”,也需要相应的硬件或软件支持。
每一时刻仅能执行一道程序,所以微机上这多道程序是交替和顺序执行的,但从宏观上看,在一段时间间隔内这两道程序同时运行。并发和并行都需要多道程序技术的支持。
2)共享性
共享:是指计算机系统中的各种硬、软件资源都可以为多个用户同时使用。
共享可分互斥共享和同时共享两种方式。
互斥共享也叫顺序共享:是指多个进程互斥地或者排他性地使用某个资源。同时共享又叫并发共享:是指在一段时间内,多个程序可以同时使用系统中的某个资源。这里的“同时”是个宏观概念,微观上,这多个进程是交替使用该资源。
并发与共享是现代操作系统的两个最基本特征,它们之间是相辅相成、互为依存的。
一方面,资源共享是以程序(进程)并发执行为条件的,如果系统不允许并发执行,自然存在资源共享问题;另一方面,程序并发执行以资源共享为基础,如果系统不能对资源共享实施有效管理,则也必将影响到程序的并发执行,甚至根本无法并发执行。
只有系统能够高度并发,资源才能充分共享;也只有资源被充分共享,系统才能更好地并发。
3)虚拟性
在操作系统中所谓的虚拟:是通过某种技术物理上的一个实体映射为逻辑上的多个对应物。前者是实际存在的,后者是虚的,是感觉性的存在。如WINDOWS操作系统使用了虚拟存储技术,它把外部存储器映射为用户自由使用的“无限大”的内存空间,即虚拟内存,这样保证了需要内存空间比实际内存空间大的程序能正常运行。
4)异步性—不确定性
所谓异步是指内存中的多个进程都按照各自独立的、不可预知的速度向前推进。这是由于它们共享资源、并发执行的缘故。
内存中的每个进程什么时候执行,向前推进速度快慢,共需多少时间都是由执行的现场所决定。很有可能先进入内存的作业后完成,后进入内存的作业先完成。但同一程序在相同的初始数据下,无论何时运行都应获得同样的结果。所以,异步运行方式是运行的。
15现代操作系统的特点
1)微内核结构:只给内核分配最基本的功能,可简化实现,提供灵活性;
2)多线程:把执行一个应用程序的进程划分成可以同时运行的多个线程。提高程序的执行效率。
对称多处理:有多个处理器共享同一个主存储器和I/O设备,可以执行相同的功能。提高并行性、可靠性
分布式操作系统
面向对象设计:提高模块独立性,便于扩展
16常用的操作系统
微软Windows操作系统
UNIX
IBM大型计算机操作系统OS/390
LINUX