2021-2022——1學期20212304《網絡空間安全導論》第五周學習總結

《計算機科學概論》第10,11章學習總結

目錄

• 《計算機科學概論》第10,11章學習總結
  • 第十章：抽象資料類型與子程式
    • 10.1作業系統的角色
    • 10.2記憶體管理
    • 10.3程序管理
  • 第十一章：檔案系統和目錄
    • 11.1檔案系統
    • 11.2目錄
    • 10.3磁盤排程
  • 收獲
  • 問題即解決過程

第十章：抽象資料類型與子程式

10.1作業系統的角色

應用軟體：幫助我們解決顯示問題的程式。

系統軟體：管理計算機系統并與硬體進行互動的程式。

作業系統：管理計算機資源并為系統互動提供界面的系統軟體。

一台計算機通常隻有一個活動的作業系統，在系統運作中負責控制工作。

引導計算機：系統載入指令準備就緒的過程。

雙/多引導系統：計算機可以具備兩個或更多個作業系統，使用者可以在開機時選擇使用哪個。不過任何時候都隻有一個作業系統在控制計算機。

多道程式設計：同時在主存中駐留多個程式，由它們競争CPU的技術。

記憶體管理：了解主存中有多少程式以及它們的位置的動作。

程序：程式執行過程中的動态表示法。

程序管理：了解活動程序的資訊的動作。

CPU排程：确定主存中的哪個程序可以通路CPU以便執行的動作。

作業：程式和系統指令的集合。(在傳遞程式時，使用者需要為執行程式所需的系統軟體或其他資源提供一套單獨的指令)

一個分批包含一組需要相同或相似資源的作業。

分時：多個互動使用者同時共享CPU時間的系統。

虛拟機：分時系統建立的每個使用者都有專有機器的假象。

主機：一個大型的多使用者計算機，通常與早期的分時系統相關。

啞終端：在早期的分時系統中使用者用于通路主機的一套顯示器和鍵盤。

實時系統：應用程式的特性決定了響應時間至關重要的系統。

響應時間：收到信号和生成響應之間的延遲時間。

10.2記憶體管理

• 作業系統必須執行的任務：
  • 跟蹤一個程式駐留在記憶體的什麼位置以及是如何駐留的
  • 把邏輯位址轉換成實際的記憶體位址

邏輯位址：對一個存儲值的引用，是相對于引用它的程式的。它使程式可以在記憶體中移動，或者每次載入不同的位置。

地理位址：主儲存設備中的真實位址。

位址聯編：邏輯位址和地理位址間的映射。

1.單塊記憶體管理：把應用程式載入一段連續的記憶體區域的記憶體管理方法。

邏輯位址是相對于0起始點的整數。

優點：實作和管理都很簡單。

缺點：大大浪費了記憶體空間和CPU時間。

2.分區記憶體管理：

固定分區法：把記憶體分成特定數目的分區以載入程式的記憶體管理方法。這些分區的大小不一定要相同，但在作業系統初始引導是它們的大小就固定了。

動态分區法：根據容納程式的需要對記憶體分區的記憶體管理方法。

無論是固定分區還是動态分區，任何時候記憶體都是被劃分為一組分區，有些是空的，有些配置設定給了程式。

基址寄存器：存放目前分區的起始位址的寄存器。

界限寄存器：存放目前分區的長度的寄存器。

• 三種常用的分區選擇法：

  （1）最先比對：即把第一個足夠容納程式的分區配置設定給它。（适用于固定分區）

  （2）最佳比對：即把最小的容納程式的分區配置設定給它。（适用于固定分區）

  （3）最差比對：即把最大的容納程式的分區配置設定給它。（适用于動态分區）

壓縮：在動态分區中，作業在記憶體中移動以建立較大的空白分區的過程。

3.頁式記憶體管理

頁式記憶體管理法：把程序劃分為大小固定的頁，載入記憶體時存儲在幀中的記憶體管理方法。

幀：大小固定的一部分主存，用于存放程序頁中。

頁：大小固定的一部分程序，存儲在記憶體幀中。

頁映射表：作業系統用于記錄頁和幀之間的關系的表。

頁編号：頁面大小除以邏輯位址得到的商。

偏移量：頁面大小除以邏輯位址的餘數。

• 兩種無效的邏輯位址：（1）越過了程序的界限（2）偏移量大于幀大小

請求分頁：頁式記憶體管理法的擴充，隻有當頁面被引用(請求)時才會被載入記憶體。

分頁的優點在于不必再把程序存儲在連續的記憶體空間中。這種分隔程序的能力把為程序尋找一大塊可用空間的問題轉化成了尋找足夠多的小塊記憶體。

頁面交換：把一個頁面從二級儲存設備載入記憶體，通常會使另一個頁面從記憶體中删除。

虛拟記憶體：由于整個程式不必同時處于記憶體而造成的程式大小沒有限制的現象。

系統颠簸：連續的頁面交換造成的低效處理。

10.3程序管理

程序狀态：在作業系統的管理下，程序曆經的概念性階段。

• 準備就緒狀态下的程序等待使用CPU的機會，其執行沒有任何障礙；

  等待狀态下的程序是目前在等待資源(除CPU以外的資源)的程序。

• 可能同時有多個程序處于準備就緒或等待狀态，但隻有一個程序處于運作狀态。

程序控制塊(PCB)：作業系統管理程序資訊使用的資料結構。

• 程序在執行過程中被中斷時，它的程式計數器的值将被保護起來，以便當它再次進入運作狀态時可以從中斷處開始執行。

上下文切換：當一個程序移出CPU，另一個程序取代它時發生的寄存器資訊交換。

CPU排程：确定把哪個處于準備就緒狀态的程序移入運作狀态。

1.非搶先排程：當目前執行的程序自願放棄了CPU時發生的CPU排程。

2.搶先排程：當作業系統決定照顧另一個程序而搶占目前執行程序的CPU資源時發生的CPU排程。

周轉周期：從程序進入準備就緒狀态到它最終完成之間的時間間隔，是評估CPU排程算法的标準。

• 三種CPU排程：

  （1）先到先服務(FCFS)：程序按照它們到達運作狀态的順序轉移到CPU。（非搶先）

  （2）最短作業優先(SJN)：将檢視所有處于準備就緒狀态的程序，并分派一個具有最短(基于估算的未來資訊)服務時間的。（非搶先）

  （3）輪詢法：将把處理時間平均配置設定給所有準備就緒的程序。

時間片：在CPU輪詢算法中配置設定給每個程序的時間量。

第十一章：檔案系統和目錄

11.1檔案系統

檔案：資料的有名集合，用于組織二級儲存設備。

檔案系統：作業系統為它管理的檔案提供的邏輯視圖。

目錄：檔案的有名分組。

文本檔案：包含字元的檔案。

二進制檔案：包含特定格式的資料的檔案。

計算機上的所有資料最終都是以二進制數字的形式儲存的。

用文本編輯器可以建立、檢視和修改文本檔案的内容，要求給位串一個特定的解釋。

檔案類型：檔案中存放的關于類型的資訊。

檔案擴充名：檔案名中說明檔案類型的部分。

改變檔案擴充名不會改變檔案中的資料或它的内部格式。

一個打開的檔案總要有一個目前檔案指針（一個位址），說明下一次讀寫操作要發生在什麼位置。

順序檔案通路：以線性方式通路檔案中的資料的方法。

直接檔案通路：通過指定邏輯記錄編号直接通路檔案中的資料的方法。

檔案通路的方法定義了重定位目前檔案指針的方法，它們與存儲檔案的裝置的實體限制無關。

UNIX作業系統中的三類檔案保護設定：

檔案保護機制決定了誰可以使用檔案以及為什麼目的而使用檔案。

11.2目錄

大多數作業系統都用檔案表示目錄。目錄檔案存放的是關于目錄中的其他檔案的類型。

目錄樹：展示檔案系統的嵌套目錄組織的結構。

根目錄：包含其他所有目錄的最高層目錄。

工作目錄：目前活動的子目錄。

路徑：檔案或子目錄在檔案系統中的位置的文本名稱。

絕對路徑：從根目錄開始，包括所有後繼子目錄的路徑。

相對路徑：從目前工作目錄開始的路徑。

使用相對路徑時，有時需要傳回上層的目錄，而絕對路徑不會遇到這種情況。

大多數作業系統使用兩個點（..）來表示父目錄（一個點用于表示目前工作目錄）。

10.3磁盤排程

把資料傳入或傳出二級儲存設備是一般的計算機系統的首要瓶頸。

1. 先到先服務磁盤排程法：不是最有效，卻最容易實作。

2. 最短尋道時間優先磁盤排程法：通過盡可能少的讀寫頭移動滿足所有未解決的請求。

   餓死：若已有的請求未解決，新請求不斷湧來且其位置總比早期請求所需要的柱面離目前位置更近，那麼理論上早期的請求将永遠得不到滿足。

3. SCAN磁盤排程法：讀寫頭在軸心和盤片邊緣來回移動，每個柱面都會被依次處理到。

   變體一：環形SCAN算法：把磁盤看作環，讀寫頭到達一端之後直接傳回另一端，之間不再處理請求。這樣可減少平均等待時間。

   變體二：LOOK磁盤排程算法：最小化到軸心和到盤片邊緣的移動限制。

收獲

問題即解決過程