2021-2022-1学期 20212420 《网络空间安全专业导论》第五周学习总结

第十章，操作系统
一，操作系统的角色。
1，应用软件：帮助我们解决现实世界的问题的程序。

2，系统软件： 管理计算机系统并与硬件进行交互的程序。

3， 操作系统： 管理计算机资源并为系统交互提供界面的系统软件。

4，引导计算机：计算机硬件是靠电线连接的，初始时载入永久性存储器(ROM)中存储的一小组系统指令。这些指令将从二级存储器(通常是硬盘)中载入大部分系统软件。最终将载入操作系统软件的所有关键元素，执行启动程序。

术语“引导”来自于“靠自己的努力振作起来”这一思想，这也正是计算机开机后它所作的事情。

二，内存，进程与CPU管理。

1，多道程序设计：同时在主存中驻留多个程序，由它们竞争CPU的技术。

2.内存管理：了解主存中载有多少个程序以及它们的位置的动作。

3，进程：程序执行过程中的动态表示法。

4.进程管理：了解活动进程的信息的动作。

5 .CUP调度：确定主存中的哪个进程可以访问CPU以便执行的动作。

三，批处理。

批处理如图所示：

四，分时。

a，分时：为多个交互用户同时共享CPU时间的系统。

b，虚拟机：分时系统创建的每个用户都有专有机器的假象。

c，主机：一个大型的多用户计算机，通常与早期的分时系统相关。

d，哑终端：在早期的分时系统中用于访问主机的一套显示器和键盘。

注意： 1，系统允许多个用户同时与计算机进行交互。 2.在分时系统中，每个用户都不必主动竞争资源。操作系统负责在幕后管理资源(包括CPU)共享。

五，内存管理。

1在以前的介绍中，所有程序在执行时都储存在主存中，这些程序引用的数据也都存储在主存中。

2.操作系统必须采用下列技术：

a，跟踪一个程序驻留在内存的什么位置以及是如何驻留的。

b，把逻辑程序地址转换成实际的内存地址。

3.但我们却并不确切地知道程序载入了主存中的什么位置，解决方法是使用两种地址——逻辑地址和物理地址。

a，逻辑地址：对一个存储值的引用，是相对于引用它的程序的。 b，物理地址：主存储设备中的真实地址。

4.在编译程序时，对标识符(如变量名)的引用将被转化成逻辑地址。当程序最终载入内存时，每个逻辑地址将被转换成对应的物理地址。

地址联编:逻辑地址和物理地址间的映射。

5，单块内存管理

a.单块内存管理:把应用程序载入一段连续的内存区域的内存管理方法。

除了操作系统外，单块内存管理一次只能处理一个程序。进行地址联编所要做的也只是把操作系统的地址考虑在内。

b.在这种内存管理机制中，逻辑地址只是一个相对于程序起始位置的整数值。也就是说，创建逻辑地址就像将程序载入地址是0的主存中一样。因此，要生成物理地址，只要用逻辑地址加上程序在物理主存中的起始地址即可。 3.单块内存管理法的优点在于实现和管理都很简单，但却大大浪费了内存空间和CPU时间。应用程序一般不可能需要操作系统剩余的所有空间，而且在程序等待某些资源的时候，还会浪费CPU的时间。

6，分区内存管理

有两种划分内存的方法，即固定分区法和动态分区法。

a，使用固定分区法，主存将被划分为特定数目的分区。这些分区的大小不一定要相同，但在操作系统初始引导时他们的大小就固定了。作业将被载入空间足够容纳它的分区。OS具有一个地址表，存放了每个分区的起始地址和长度。 b，使用动态分区法，将根据程序的需要创建分区。当载入程序时，将从主存划分出一块刚好能容纳程序的空间，留下一块新的、小一些的空白分区，以便之后供其他程序使用。操作系统将维护一个分区信息灬，不过在动态分区中，地址信息会随着程序的载入而清除和改变。

注意：固定分区和动态分区的地址联编基本上是一样的。与单块内存管理法一样，逻辑地址是相对于0起始点的整数。当CPU开始运行一个程序时，OS将把程序的分区起始地址存储到基址寄存器中。同样，分区的长度将被存入界限寄存器。

固态分区法：把内存分成特定数目的分区以载入程序的内存管理方法。

动态分区法：根据容纳程序的需要对内存分区的内存管理方法。 基址寄存器：存放当前分区的起始地址的寄存器。 界限寄存器：存放当前分区的长度的寄存器。

对于一个新程序，下面有三种常用的分区选择法：

a，最先匹配，即把第一个足够容纳程序的分区分配给它。

b，最佳匹配，即把最小的能够容纳程序的分区分配给它。

c，最差匹配，即把最大的能够容纳程序的分区分配给它。

注意：压缩：在动态分区中，作业可以在内存中移动，以创建较大的空白分区。

7，页式内存管理

a，页式内存管理需要跟踪分配的内存，还要解析地址，从而给操作系统增加了很多负担。但是，这种方法提供的好处值得做出这些牺牲。

b，在页式内存管理法中，主存被分成小的大小固定的存储块，叫做帧。进程被划分为页。在执行程序是，进程的页将被载入分散在内存中的各个未使用的帧中，因此，一个进程的页可能是四处散落的，无序的，与其他进程的页混合在一起。为了掌握进程页的分别，操作系统需要为内存中的每个进程维护一个独立的页映射表(PMT),把每个页映射到载入它的帧。

c，页式内存管理系统中的逻辑地址与分区系统中的一样，都是从一个相对于程序起始点的整数值开始。但这个地址被转换成两个值--页编号和偏移量。用页面大小除逻辑地址得到的上是页编号，余数是偏移量。 4.请求分页：页式内存管理法的扩展，只有当页面被引用（请求）是才会被载入内存。 页面交换：把一个页面从二级存储设备载入内存，通常会使另一个页面从内存中删除。 虚拟内存：由于整个程序不必同时处于内存而造成的程序大小没有限制的假想。 系统颠簸：频繁的页面交换造成的低效处理

六，进程管理

1，进程状态

a，在操作系统的管理下，进程会经历几种状态，即进入系统，准备执行，执行，等待资源以及执行结束。

b，进程状态：在操作系统的管理下，进程经历的概念性阶段。 c，分析进程的每个状态会发生那些事情：

**在创建阶段，将创建一个新进程。

**运行状态下的进程是当前CUP执行的进程。它的指令将按照读取-执行周期被处理。

**等待状态下的进程是当前在等待资源（除CUP以外的资源）的进程。

**终止状态下的进程已经完成了它的执行。

2，进程控制块

1.操作系统必须为每个活动进程管理大量的数据。这些数据通常存储在称为进程控制块(PCB)的数据结构中。 2.进程控制块：操作系统管理进程信息使用的数据结构。 3.上下文切换：当一个进程移出CPU时，另一个进程取代它时发生的寄存器信息交换。

七，CPU调度

1.所谓CUP调度，就是确定把那个处于准备就绪阶段的进程移入运行状态。 2.非抢先调度：当当前执行的进程自愿放弃了CPU时发生的CPU调度。

3.抢先调度：当操作系统决定照顾另一个进程而抢占当前执行进程的CPU资源是发生的CPU调度。

4.周转周期：从进程进入准备就绪状态到它最终完成之间的时间间隔，是评估CPU调度算法的标准。

5,先到先服务

a,在先到先服务调度方法中，进程按照它们到达运行状态的顺序转移到CPU。 b,在调度方法中，每个进程将依次访问CPU。 c,由于我们假设所有进程同时到达，所以每个进程的周转周期等于它的完成时间。事实上，进程并非同时到达的。

6,最短作业优先

最短作业优先CPU调度算法将查看所有处于准备就绪状态的进程，并分派一个具有最短服务时间的。和FCFS一样，它通常被实现为非抢先算法。

7,轮询法

1.CPU的轮询法将把处理时间平均分配给所有准备就绪的进程。 2.时间片(或时间量子)：在CPU轮询算法中分配给每个进程的时间量。 3.CPU的轮询算法可能是应用最广泛的。他一般支持所有的作业，被认为是最公平的算法。

第十一章，文件系统和目录
一，文件系统

1，文件：数据的有名集合，用于组织二级存储设备。 2，文件系统：操作系统为它管理的文件提供逻辑视图。 3，目录：文件的有名分组。

二，文本文件和二进制文件

1，文本文件：包含了字符的文件。 2，二进制文件：包含特定格式的数据的文件，要求给位串一个特定的解释。

三，文件类型

1，文件类型：文件（如Java程序或Microsoft文档）中存放的关于类型的信息。

2，文件扩展名：文件名中说明文件类型的部分。

四，文件操作

在操作系统协助下，可以对文件进行下列操作：

**创建文件

**删除文件

**打开文件

**关闭文件

**从文件中读取数据

**把数据写入文件

**重定位文件中的当前文件指针

**把数据附加到文件结尾

**删减文件（删除它的内容)

**重命名文件

**复制文件

五，文件访问

1，顺序文件访问：以线性方式访问文件中的数据的方法。 2，直接文件访问：通过指定逻辑记录编号直接访问文件中的数据的方法。

六，文件保护

在多用户系统中，文件保护的重要性居于首要地位。也就是说，除非是特许的，否则我们不想让一个用户访问另一个用户的文件。确保合法的文件访问是操作系统的责任。不同操作系统管理文件保护的方式不同。无论哪种情况，文件保护机制都决定了谁可以使用文件，以及为什么目的而使用文件。

七，目录

1，目录树

目录树：展示文件系统的嵌套目录组织的结构。 跟目录：包含其他所有目录的最高层目录。 工作目录：当前活动的子目录。

注意：包含其他目录的目录叫作父目录，被包含的目录叫子目录。

目录树如图所示：

2，路径名

路径（path）：文件或子目录在文件系统中的位置的文本名称。 绝对路径（absolute path):从根目录开始，包括所有后继子目录的路径。 相对路径（relative path）：从当前工作开始的路径。

3.磁盘调度

a，磁盘调度：决定先满足哪个磁盘I/O请求的操作。 b，磁盘调度算法：先到先服务磁盘调度法、最短寻道时间优先磁盘调度法、SCAN磁盘调度法

**先到先服务磁盘调度法 FCFS算法按照当前请求到达的顺序处理它们，并不考虑读写头的当前位置。

**最短寻道时间优先磁盘调度法 通过尽可能少的读写头移动满足所有未解决的请求。这种方法可能会在满足一个请求后改变读写头的移动方向。

**SCAN磁盘调度法 在磁盘调度法中没有上下移动，而是读写头向轴心移动，然后再向盘边缘移动，就这样在轴心和盘片边缘来回移动。与其他算法不同的是，我们要决定读写头最初移动的方向。