• 操作系统与网络原理整理笔记


    作业要求一:整理操作系统博客
    为何要有操作系统
    答:
    操作系统可以用来管理系统资源,控制程序执行,改善人机界面,提供各种服务,合理的组织计算机工作流程和为用户使用计算机提供良好的运行环境.
    操作系统的位置
    答:
    位于计算机硬件与应用软件之间,管理硬件资源时处于内核态,应用程序员写的应用程序调用系统接口时处于用户态.
    操作系统的功能
    答:
    1)管理处理机
       1) 进程控制:创建和撤销进程以及控制进程的状态转换
       2) 进程同步:协调、互斥访问临界资源,协调执行进度
       3) 进程通信:进程间的信息交换
       4) 进程调度:按一定的算法从进程就绪队列中选出一个进程,把处理机分配给它,使之运行
           存储器管理任务
       5) 为多道程序的并发执行提供良好的环境
       6) 便于用户使用存储器
       7) 提高存储器的利用率
       8) 为尽量多的用户提供足够大的存储空间
       9) 内存分配:静态分配/动态分配、连续分配、费连续分配
     10) 内存保护:系统内存空间、用户内存空间
     11) 地址映射:逻辑地址->物理地址
     12) 内存扩充:虚拟存储技术
    2)管理存储器
       1) 为多道程序的并发执行提供良好的环境
       2) 便于用户使用存储器
       3) 提高存储器的利用率
       4) 为尽量多的用户提供足够大的存储空间
       5) 内存分配:静态分配/动态分配、连续分配、费连续分配
       6) 内存保护:系统内存空间、用户内存空间
       7) 地址映射:逻辑地址->物理地址
       8) 内存扩充:虚拟存储技术
    3)管理输入/输出设备
       1) 为用户分配I/O设备
       2) 完成用户程序请求的I/O操作
       3) 提高处理机和I/O设备的利用率
       4) 改善人机界面
       5) 缓冲管理
       6) 设备分配
       7) 设备处理:启动设备,中断处理
       8) 虚拟设备功能
       9) RAID技术,磁盘调度
    4)管理数据文件
       1) 管理用户文件和系统文件
       2) 管理文件的存储空间
       3) 保证文件数据的安全
       4) 方便用户使用文件
       5) 文件目录管理
       6) 文件的逻辑组织与访问方式
       7) 存储空间的管理:文件的物理组织,空闲磁盘空间的管理
       8) 文件共享与安全
    5)管理接口服务
       1) 操作系统为用户提供的人机交互界面
       2) 命令接口:Unix、DOS
       3) 图形化用户接口:Windows
       4) 程序接口:系统调用的形式共用户编程使用。
    操作系统的发展
    答:
    A1)手工操作(无操作系统)
       一. 诞生时间:
       1946年第一台计算机诞生--20世纪50年代中期,还未出现操作系统,计算机工作采用手工操作方式。
       二. 工作方式:
         程序员将对应于程序和数据的已穿孔的纸带(或卡片)装入输入机,然后启动输入机把程序和数据输入计算机内存,接着通过控制台开关启动程序针对数据运行;计算完毕,打印机输出计算      结果;用户取走结果并卸下纸带(或卡片)后,才让下一个用户上机。
       三. 使用特点:
       1). 用户独占全机。不会出现因资源已被其他用户占用而等待的现象,但资源的利用率低。
       2). CPU 等待手工操作。CPU的利用不充分。
       四. 突出问题:
       20世纪50年代后期,出现人机矛盾:手工操作的慢速度和计算机的高速度之间形成了尖锐矛盾,手工操作 方式已严重损害了系统资源的利用率(使资源利用率降为百分之几,甚至更低),      不能容忍。唯一的解决办法:只有摆脱人的手工操作,实现作业的自动过渡。

    A2)批处理系统
       一. 批处理系统工作方式 :
            批处理系统是加载在计算机上的一个系统软件,在它的控制下,计算机能够自动地、成批地处理一个或多个用户的作业(这作业包括程序、数据和命令)。
      二. 批处理系统分类:
           一. 联机批处理系统
                首先出现的是联机批处理系统,即作业的输入/输出由CPU来处理。
                主机与输入机之间增加一个存储设备——磁带,在运行于主机上的监督程序的自动控制下,计算机可自动完成:成批地把输入机上的用户作业读入磁带,依次把磁带上的用户作业读入               主机内存并执行并把计算结果向输出机输出。完成了上一批作业后,监督程序又从输入机上输入另一批作业,保存在磁带上,并按上述步骤重复处理。
                监督程序不停地处理各个作业,从而实现了作业到作业的自动转接,减少了作业建立时间和手工操作时间,有效克服了人机矛盾,提高了计算机的利用率。
                但是,在作业输入和结果输出时,主机的高速CPU仍处于空闲状态,等待慢速的输入/输出设备完成工作: 主机处于“忙等”状态。
          二.脱机批处理系统
              为克服与缓解:高速主机与慢速外设的矛盾,提高CPU的利用率,又引入了脱机批处理系统,即输入/输出脱离主机控制。
              这种方式的显著特征是:增加一台不与主机直接相连而专门用于与输入/输出设备打交道的卫星机。
              其功能是:
              1)从输入机上读取用户作业并放到输入磁带上。
              2) 从输出磁带上读取执行结果并传给输出机。
            这样,主机不是直接与慢速的输入/输出设备打交道,而是与速度相对较快的磁带机发生关系,有效缓解了主机与设备的矛盾。主机与卫星机可并行工作,二者分工明确,可以充分发挥主         机的高速计算能力。
            脱机批处理系统:20世纪60年代应用十分广泛,它极大缓解了人机矛盾及主机与外设的矛盾。IBM-7090/7094:配备的监督程序就是脱机批处理系统,是现代操作系统的原型。
            不足:每次主机内存中仅存放一道作业,每当它运行期间发出输入/输出(I/O)请求后,高速的CPU便处于等待低速的I/O完成状态,致使CPU空闲。

    A3)多道批处理系统
           20世纪60年代中期,在前述的批处理系统中,引入多道程序设计技术后形成多道批处理系统(简称:批处理系统)。
    它有两个特点:
         (1)多道:系统内可同时容纳多个作业。这些作业放在外存中,组成一个后备队列,系统按一定的调度原则每次从后备作业队列中选取一个或多个作业进入内存运行,运行作业结束、退出运行和后备作业进入运行均由系统自动实现,从而在系统中形成一个自动转接的、连续的作业流。
         (2)成批:在系统运行过程中,不允许用户与其作业发生交互作用,即:作业一旦进入系统,用户就不能直接干预其作业的运行。
    批处理系统的追求目标:提高系统资源利用率和系统吞吐量,以及作业流程的自动化。
    批处理系统的一个重要缺点:不提供人机交互能力,给用户使用计算机带来不便。
    虽然用户独占全机资源,并且直接控制程序的运行,可以随时了解程序运行情况。但这种工作方式因独占全机造成资源效率极低。
    一种新的追求目标:既能保证计算机效率,又能方便用户使用计算机。 20世纪60年代中期,计算机技术和软件技术的发展使这种追求成为可能.

    A4)分时系统
           由于CPU速度不断提高和采用分时技术,一台计算机可同时连接多个用户终端,而每个用户可在自己的终端上联机使用计算机,好象自己独占机器一样。
    分时技术:把处理机的运行时间分成很短的时间片,按时间片轮流把处理机分配给各联机作业使用。
    若某个作业在分配给它的时间片内不能完成其计算,则该作业暂时中断,把处理机让给另一作业使用,等待下一轮时再继续其运行。由于计算机速度很快,作业运行轮转得很快,给每个用户的印象是,好象他独占了一台计算机。而每个用户可以通过自己的终端向系统发出各种操作控制命令,在充分的人机交互情况下,完成作业的运行。
    具有上述特征的计算机系统称为分时系统,它允许多个用户同时联机使用计算机。
    特点:
         (1)多路性。若干个用户同时使用一台计算机。微观上看是各用户轮流使用计算机;宏观上看是各用户并行工作。
         (2)交互性。用户可根据系统对请求的响应结果,进一步向系统提出新的请求。这种能使用户与系统进行人机对话的工作方式,明显地有别于批处理系统,因而,分时系统又被称为交互式系统。
         (3)独立性。用户之间可以相互独立操作,互不干扰。系统保证各用户程序运行的完整性,不会发生相互混淆或破坏现象。
         (4)及时性。系统可对用户的输入及时作出响应。分时系统性能的主要指标之一是响应时间,它是指:从终端发出命令到系统予以应答所需的时间。
           分时系统的主要目标:对用户响应的及时性,即不至于用户等待每一个命令的处理时间过长。
    分时系统可以同时接纳数十个甚至上百个用户,由于内存空间有限,往往采用对换(又称交换)方式的存储方法。即将未“轮到”的作业放入磁盘,一旦“轮到”,再将其调入内存;而时间片用完后,又将作业存回磁盘(俗称“滚进”、“滚出“法),使同一存储区域轮流为多个用户服务。
    多用户分时系统是当今计算机操作系统中最普遍使用的一类操作系统。

    A5)实时系统
           虽然多道批处理系统和分时系统能获得较令人满意的资源利用率和系统响应时间,但却不能满足实时控制与实时信息处理两个应用领域的需求。于是就产生了实时系统,即系统能够及时响应随机发生的外部事件,并在严格的时间范围内完成对该事件的处理。
    实时系统在一个特定的应用中常作为一种控制设备来使用。
    实时系统可分成两类:
        (1)实时控制系统。当用于飞机飞行、导弹发射等的自动控制时,要求计算机能尽快处理测量系统测得的数据,及时地对飞机或导弹进行控制,或将有关信息通过显示终端提供给决策人员。当用于轧钢、石化等工业生产过程控制时,也要求计算机能及时处理由各类传感器送来的数据,然后控制相应的执行机构。
        (2)实时信息处理系统。当用于预定飞机票、查询有关航班、航线、票价等事宜时,或当用于银行系统、情报检索系统时,都要求计算机能对终端设备发来的服务请求及时予以正确的回答。此类对响应及时性的要求稍弱于第一类。
    实时操作系统的主要特点:
       (1)及时响应。每一个信息接收、分析处理和发送的过程必须在严格的时间限制内完成。
       (2)高可靠性。需采取冗余措施,双机系统前后台工作,也包括必要的保密措施等。

    A6)通用操作系统
         操作系统的三种基本类型:多道批处理系统、分时系统、实时系统。
    通用操作系统:具有多种类型操作特征的操作系统。可以同时兼有多道批处理、分时、实时处理的功能,或其中两种以上的功能。
    例如:实时处理+批处理=实时批处理系统。首先保证优先处理实时任务,插空进行批处理作业。常把实时任务称为前台作业,批作业称为后台作业。
    再如:分时处理+批处理=分时批处理系统。即:时间要求不强的作业放入“后台”(批处理)处理,需频繁交互的作业在“前台”(分时)处理,处理机优先运行“前台”作业。
    从上世纪60年代中期,国际上开始研制一些大型的通用操作系统。这些系统试图达到功能齐全、可适应各种应用范围和操作方式变化多端的环境的目标。但是,这些系统过于复杂和庞大,不仅付出了巨大的代价,且在解决其可靠性、可维护性和可理解性方面都遇到很大的困难。
    相比之下,UNIX操作系统却是一个例外。这是一个通用的多用户分时交互型的操作系统。它首先建立的是一个精干的核心,而其功能却足以与许多大型的操作系统相媲美,在核心层以外,可以支持庞大的软件系统。它很快得到应用和推广,并不断完善,对现代操作系统有着重大的影响。
    至此,操作系统的基本概念、功能、基本结构和组成都已形成并渐趋完善。

    A7)个人计算机操作系统
         个人计算机上的操作系统是联机交互的单用户操作系统,它提供的联机交互功能与通用分时系统提供的功能很相似。
    由于是个人专用,因此一些功能会简单得多。然而,由于个人计算机的应用普及,对于提供更方便友好的用户接口和丰富功能的文件系统的要求会愈来愈迫切。

    A8)网络操作系统
         计算机网络:通过通信设施,将地理上分散的、具有自治功能的多个计算机系统互连起来,实现信息交换、资源共享、互操作和协作处理的系统。
    网络操作系统:在原来各自计算机操作系统上,按照网络体系结构的各个协议标准增加网络管理模块,其中包括:通信、资源共享、系统安全和各种网络应用服务。
    A9)分布式操作系统
         表面上看,分布式系统与计算机网络系统没有多大区别。分布式操作系统也是通过通信网络,将地理上分散的具有自治功能的数据处理系统或计算机系统互连起来,实现信息交换和资源共享,协作完成任务。——硬件连接相同。
    但有如下一些明显的区别:
      (1)分布式系统要求一个统一的操作系统,实现系统操作的统一性。
      (2)分布式操作系统管理分布式系统中的所有资源,它负责全系统的资源分配和调度、任务划分、信息传输和控制协调工作,并为用户提供一个统一的界面。
      (3)用户通过这一界面,实现所需要的操作和使用系统资源,至于操作定在哪一台计算机上执行,或使用哪台计算机的资源,则是操作系统完成的,用户不必知道,此谓:系统的透明性。
     (4)分布式系统更强调分布式计算和处理,因此对于多机合作和系统重构、坚强性和容错能力有更高的要求,希望系统有:更短的响应时间、高吞吐量和高可靠性。

    多道技术
    答:
    允许在内存中存放多道(空间上复用)作业,并把具备运行条件的所有作业排成一个队列,让他们一次轮流的获得一个时间片(时间上的复用)来运行

    作业要求二:整理网络基础博客
    什么是互联网协议及为何要有互联网协议

    osi五层模型
    答:
       1) 物理层:通过传输介质发送和接收二进制比特流。
    属于物理层定义的典型规范如RJ-45等。
       2) 数据链路层:数据的封装成帧、数据的透明传输、数据的差错检测。
    数据链路层协议的代表包括:PPP、帧中继等。
       3) 网络层:负责对子网间的数据包进行路由选择,为分组交换网上的不同主机提供通信服务。
    网络层协议的代表包括:IP、ICMP、IGMP等。
       4) 传输层:负责向两个主机中进程之间的通信提供服务。运输层还要处理端到端的差错检测(与数据链路层不同)、拥塞 控制、流量控制等问题。运输层协议的代表包括:TCP、UDP等。
       5) 应用层:为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。
       应用层协议的代表包括:FTP、HTTP、SNMP等。

    数据如何在网络各层之间传输
    答:
       物理层,数据链路层,网络层属于OSI模型的低三层,负责创建网络通信连接的链路,传输层,会话层,表示层和应用层是OSI模型的高四层,具体负责端到端的数据通信。当然,并不是所有通信都是要经过OSI的全部七层,如物理接口之间的转接,只需要物理层中进行即可;而路由器与路由器之间的连接则只需网络层以下的三层。

    在网络各层之间,数据是以什么单位进行传输的
    答:
       在物理层数据的传输单位称为比特;在数据链路层数据的传输单元称为帧; 在网络层数据的传输单元称为数据包;在传输层数据的传输单元称为报文段。
    用户上网流程
    答:
       网络客户端—本地DNS服务((本地DNS会定期从根服务器备份全球DNS的登记信息,也可以先登记本地解析的域名,然后再报备给全球根DNS服务器登记)查缓存,没有去全球根DNS查询,)—去根DNS查询服务器(返回域名种类服务器地址)—域名种类服务器(返回域名所属种类服务地址)—域名种类.com服务器返回IP地址给客户端
    作业要求三:安装linux操作系统
    安装linux操作系统
    预习linux操作系统命令

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