文章目录

一、计算机网络
- （一）计算机网络的形成与发展
- （二）计算机网络的基本概念
- （三）分组交换与包交换
二、操作系统原理
- （一）操作系统概念
- （二）操作系统运行机制
- （三）进程线程模型
- （四）并发与同步

一、计算机网络

（一）计算机网络的形成与发展

Internet的前身是美国军方的Arpanet
IOS制定了OSI参考模型，作为国际认可标准
而在此之前就广泛使用的TCP/IP协议成为了业内公认标准
P2P技术区别于Web技术的C/S结构，它淡化了资源提供者和使用者的界限，扩大了网络资源的范围和深度
搜索引擎是一种运行在Web上的应用软件系统，用于搜索Web资源
传统城域网采用FDDI——双环光纤网络，一环使用、一环备用
宽带城域网是为了提高带宽、解决用户接入问题的；应该包括核心交换网和接入网
三网融合：计算机网络、电信通信网和电视传输网
无线局域网（WLAN）以微波、激光与红外等无线电波为介质，由IEEE802.11工作组制定标准，其传输技术包括：红外线、扩频、窄带微波,需要借助无线接入点AP——类似于星型拓扑
无线自组网（Ad hoc）是一种自组织、对等式、多跳的无线移动网络，不需要无线接入点AP
无线网状网（WMN）是解决无线接入”最后一公里“问题的技术方案，由IEEE802.11s工作组制定标准
蓝牙技术由爱立信公司提出蓝牙规范，后由IEEE802.15工作组制定通信标准
一些缩写：LAN——局域网、MAN——城域网、WAN——广域网、WSN——无线传感器网、WPAN——无线个人区域网

关于计算机操作系统

Windows

系统版本服务器客户机

Windows NT系列 NT Server NT WorkStation

Windows 9X 95、98、ME

Windows 2000系列 Advance、Datacenter Professional

Windows 2003系列 Web、Standard、Enterprise、Datacenter

其他 Server 2008 XP、Vista、7

Unix
用C语言开发，用于小型机环境，开源——为了各大厂商兼容，IEEE组织制定了易移植操作系统环境标准(POSIX)
Sun的发行版是Solaris、IBM的发行版是AIX、HP的发行版是HP-AX、SCO的发行版是UNIXWare

Linux
基于Intel硬件、在微型机上运行，类似于Unix；
编写内核时效仿Unix，兼容Unix工具与外壳；
同样符合POSIX标准

系统版本	服务器	客户机
Windows NT系列	NT Server	NT WorkStation
Windows 9X		95、98、ME
Windows 2000系列	Advance、Datacenter	Professional
Windows 2003系列	Web、Standard、Enterprise、Datacenter
其他	Server 2008	XP、Vista、7

（二）计算机网络的基本概念

广域网从逻辑功能上分为通信子网和资源子网
个人区域网的范围一般在10米以内
星型拓扑的中心节点是整个网络的可靠性瓶颈
环形拓扑传输延时确定,环中的每条通信线路都会成为网络可靠性的瓶颈
树形拓扑适用于汇聚数据的应用要求
网状拓扑可靠性高，所以广域网主要用网状拓扑构型
通信信道最大传输速率(bps)与信道带宽(Hz)之间的关系由奈奎斯特准则和香农定理给出
奈奎斯特准则(无噪声)：最大传输速率R_max = 2 B
香农定理(有随机热噪声-信噪比)：最大传输速率R_max = B log₂（1+S/N）
计算机通信的平均误码率要求低于10^-9，这比电话线传输的误码率要求要高，所以电话线要用于计算机通信需要采用一些差错控制技术

（三）分组交换与包交换

少了几分

二、操作系统原理

（一）操作系统概念

操作系统是硬件之上的第一层软件，能够有效地组织和管理计算机系统中的软硬件资源
操作系统特性：并发性(在多道环境下，两个及以事件在同一时间间隔内发生)；共享性(对处理器、存储器或其他外部设施及软件资源的互斥共享或同时共享)；随机性(也称异步性，由于资源的限制一个进程的执行可能是“走走停停”的)
操作系统功能：进程管理(进程控制、进程同步、进程间通信、调度)、存储管理(内存分配与回收、存储保护、内存扩充——虚拟存储)、文件管理(文件存储空间管理、目录管理——按名存取、文件系统安全性)、设备管理(缓冲管理、设备分配、设备处理)、用户接口(命令接口、程序接口、图形接口)

进程调度(低级调度)：也称低级调度，是在就绪队列中选取进程来抢占CPU
作业调度(高级调度)：从后备队列中选择合适的线程并给它分配内存
中级调度：把暂时不用的数据和指令从内存转移至外存，从而增强内存的利用效率

像数据库管理、网络管理、多媒体软件等都是基于操作系统而处于操作系统之上的层次的。

操作系统分类：
批处理操作系统(简单批处理系统——自动性、顺序性、单道性；多道批处理——提高CPU利用率、内存和IO利用率、系统吞吐量)
分时系统(多个终端交互式地使用同一个系统)
实时系统(在规定的时间内对请求做出响应——时间的强制性)
嵌入式系统（内核小、专用性强、多任务）
个人计算机操作系统(界面友好、使用方便)
网络操作系统(用于管理网络中的各种资源、为用户提供各种服务；分为C/S模式和对等模式)
分布式操作系统(由多个分散的处理器经互联网连接而成，具有分布性、并行性、透明性、共享性和健壮性等特点)
智能卡操作系统

多道批处理采用了假脱机技术(SPOOLing技术)，可将打印机这类独占设备改为共享设备，从而实现设备的虚拟分配

分时系统特点：

操作系统的发展：手工—单道—多道—分时—Unix通用—个人计算机—Android
操作系统结构：整体式结构(系统—>模块—>单一功能)；层次结构(操作系统—>系统程序层—>应用程序层)；微内核结构

整体结构模式图(可知容易产生闭环、造成混乱)
层次结构依然采用了模块化的思想，但只存在上层对下层的单向依赖

（二）操作系统运行机制

处理器由运算器、控制器、寄存器以及高速缓存构成

高速缓存利用程序局部性原理使得高速指令处理和低速内存访问能够匹配

寄存器分为用户可见寄存器(数据、地址、条件码) 与控制和状态寄存器(程序计数器、指令寄存器、程序状态字)
处理器的状态分为目态(执行非特权指令时) 和 管态(执行特权指令时)
处理器处于管态时可以执行全部指令、可以使用所有资源

程序状态字PSW：条件码(反映指令执行后的结果特征)、中断屏蔽码(指出是否允许中断)、CPU工作状态码(指明是在管态还是在目态)
各类存储器按访问速度排序：寄存器—>高速缓存—>内存RAM—>外存ROM （存疑）
硬件提供的存储保护措施：界地址寄存器(为进程设置内存空间的上下限地址)、存储键(为进程和对应的内存空间设置相同的键值)
中断的特点：随机、可恢复、自动处理
中断与正在执行的指令无关、可以屏蔽；异常与中断正好相反
处理器中的中断扫描机构在每条指令执行周期的最后时刻扫描中断寄存器，询问是否有中断信号 (允许中断的前提下)
中断类型：I/O中断、时钟中断、硬件故障中断、程序性中断(指令越权、寻址越界)、系统调用中断(又称访管中断)
I/O控制方式：通道、DMA技术、缓冲技术

通道：使CPU从I/O事物中解脱出来(几个字节产生一次中断，当数据量较大时效率仍旧不高)；提高了CPU与设备、设备与设备之间的并行度
DMA技术：系统总线中设一独立控制单元，自动控制成块的数据在内存和I/O单元间的传送
缓冲技术：解决部件之间速度不匹配的问题

时钟分为硬件时钟和软件时钟
影响中断响应次序的技术是中断优先级 和 中断屏蔽

（三）进程线程模型

顺序执行的特征：顺序性、封闭性、结果确定性、结果可复现性
多道程序的特点：独立性、随机性、资源共享性
多道程序设计是一种操作系统设计思想，在很多操作系统上得到运用，并不是某种系统特有的
并发执行的特征：程序间的制约关系(互斥、同步)、程序与计算不再一一对应、结果不可再现
进程的概念：进程是正在执行的程序(包含了程序、数据和进程控制块PCB)；程序是静态的、进程是动态的
进程的特性：并发性、动态性、独立性、交往性、异步性
进程三种基本状态：就绪状态、运行状态、等待状态(阻塞状态)

就绪状态：进程已经分配到了除CPU以外的所有必要资源
运行状态：就绪队列中的进程获得了CPU的使用权之后
等待状态：正在执行的进程因(请求I/O、申请额外空间等)而暂停运行
另有扩展的 创建状态和终止状态

由于虚拟存储技术的出现又增加了 挂起状态和激活状态
挂起状态：把一个进程从内存转到外存
激活状态：把一个进程从外存转到内存，使其在获得所需资源后能够运行

PCB表的组织方式：线性方式、索引方式、链接方式(在线性的基础上做了分类)
Unix的fork()函数，父进程通过此方法创建子进程；只执行一次调用，但会产生两次返回(父进程中返回子进程的PID，子进程中返回0)
进程的创建：创建一个PCB—>赋予进程标识符PID—>分配空间—>初始化PCB—>设置相应的链接
进程的撤销：正常结束、因故障错误被迫中止、应外界请求而终止运行
进程的阻塞：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
进程原本既是资源分配和拥有的基本单位、又是可以独立调度的基本单位
由于进程的状态频繁地改变，系统需要不断地进行资源的分配与回收、现场的保持与恢复，所以进程的数目一定不能太多；为了提高并发性，将其两个属性分开，进程只作为资源分配和拥有的基本单位，不进行频繁的切换处理，从而减少系统开支；同时引入线程作为调度和执行的基本单位
线程作为进程的一个实体而存在，同一进程的多个线程共享该进程的资源、可以并发执行又因相互制约而呈现异步性
线程实现机制：用户级线程、内核级线程、混合实现方式
Pthread是一套用户级线程库，定义了线程标准，大部分Unix系统都支持该标准
调度算法设计原则：面向用户(周转时间短)、面向系统原则(系统吞吐量高)
进程调度：FCFS(先来先服务；非抢占式，有利于长进程而不利于短进程)、SPF(短作业优先；非抢占式，有利于短进程而不利于长进程)、SRT(最短剩余时间优先；抢占式，动态版SPF)、RR(时间片轮转；保证人机交互的及时性)、最高优先级调度算法、MLF(多级反馈队列调度算法；抢占式或非抢占式，优先级递减，主流算法)

（四）并发与同步

进程互斥：多个进程共享一份资源时，一个进程占用该资源则其余进程必须等待

资源共享的程度分三个层次：互斥、死锁、饥饿
解决办法：由竞争双方平等协商、引入进程管理者

临界资源：在一段时间内只允许一个进程访问或使用的资源
临界资源访问过程：进入区、临界区、退出区、剩余区
原则：空闲让进、忙则等待、有限等待(必须保证一个进程在有效的时间内进入临界区，避免陷入死等)、让权等待(不能进入临界区则应让出处理器，避免陷入忙等)

互斥的软件实现：(平等协商)

单标志算法(只能是两个进程轮流使用资源)

双标志、先检查算法(单进程可连续多次访问资源，但容易发生冲突)

双标志、后检查算法(容易都在入口处死循环)

先修改、后检查、后修改者等待算法(完美)

硬件实现互斥的方法：(平等协商)

TS指令：每个临界区设置一个公共变量Lock(true表示正在使用，false表示空闲)，线程想要访问临界区时，若Lock为true则只能等待，反之则可以将其修改为true然后访问，访问结束后再改回false

Swap指令

信号量实现互斥的方法：(进程管理者)

进程同步：一个进程想要继续执行需要依赖别的进程提供数据或信号

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