2024-2025-1 20241328 《计算机基础与程序设计》第九周学习总结
作业信息
| 这个作业属于哪个课程 | 2024-2025-1-计算机基础与程序设计 |
|---|---|
| 这个作业要求在哪里 | 2024-2025-1计算机基础与程序设计第一周作业 |
| 这个作业的目标 | - 操作系统责任 - 内存与进程管理 - 分时系统 - CPU调度 - 文件、文件系统 - 文件保护-磁盘调度 |
教材学习内容总结
计算机科学概论（第七版）第10、11章总结
第10章：操作系统基础
1. 操作系统的概念与功能
- 操作系统定义：操作系统是管理计算机硬件和软件资源的程序，它提供用户与计算机硬件之间的接口。操作系统的主要功能是资源管理（CPU、内存、外设等）和任务调度。
- 操作系统的核心功能：
- 进程管理：管理和调度计算机上的各个进程。
- 内存管理：有效分配、回收内存，支持虚拟内存技术。
- 文件系统管理：管理存储设备中的文件，提供文件的存取、存储与保护功能。
- 设备管理：管理计算机外部设备的输入输出操作。
- 用户界面：为用户提供与计算机交互的接口。
2. 进程管理
- 进程的定义：进程是程序的一个执行实例，每个进程都有独立的内存空间和执行状态。
- 进程状态：进程有不同的状态，包括运行态、就绪态、阻塞态等。
- 进程调度：操作系统根据特定的调度算法来决定哪个进程在何时运行，常见的调度算法有：
- 先来先服务（FCFS）
- 短作业优先（SJF）
- 优先级调度
- 时间片轮转（RR）
3. 内存管理
- 内存分配：操作系统负责分配内存给进程使用，常见的内存分配方式有：
- 连续内存分配：为每个进程分配一个连续的内存块。
- 分页系统：将内存划分为固定大小的页，进程使用页来存储数据。
- 分段系统：将进程的内存划分为若干段（如代码段、数据段等）。
- 虚拟内存：通过硬盘空间模拟出比物理内存更大的内存空间，让程序看起来可以使用比实际物理内存更多的内存。
4. 文件系统
- 文件的定义与管理：文件是数据存储的基本单位，操作系统需要管理文件的创建、删除、读取和写入。
- 文件的组织方式：操作系统为文件提供目录结构，文件可以按照文件名进行组织，并支持对文件进行权限控制（如读、写、执行权限）。
- 文件存储：文件通常存储在硬盘或其他外部存储设备上，操作系统通过文件系统来访问和管理这些文件。
5. 输入输出管理
- 输入输出设备：包括键盘、鼠标、显示器、硬盘等外部设备。
- 缓冲区管理：操作系统为I/O操作提供缓冲区，以提高数据传输的效率。
- I/O调度：操作系统通过调度算法优化I/O操作的顺序，以减少等待时间，提高性能。
第11章：数据库系统
1. 数据库系统概述
- 数据库的定义：数据库是一个有组织的数据集合，通过数据库管理系统（DBMS）进行管理，提供高效的数据存储、查询、更新和管理功能。
- 数据库管理系统（DBMS）：DBMS是一种软件，它用于管理数据库中的数据，提供数据存取、管理、更新等功能，确保数据的完整性、一致性和安全性。
2. 数据模型
- 层次模型：数据以树形结构组织，记录间有父子关系，适用于层次化的数据存储。
- 网状模型：数据以图形结构组织，记录间可以有多对多的关系，比层次模型更灵活。
- 关系模型：数据以二维表格形式组织，每个表由行（记录）和列（字段）组成。关系模型是目前最常用的数据模型，关系数据库管理系统（RDBMS）采用此模型。
3. 关系数据库
- 表（Relation）：数据库中的基本存储单位。每张表包含若干列（属性）和行（记录）。
- 主键（Primary Key）：用来唯一标识每条记录的字段，保证表中每条记录的唯一性。
- 外键（Foreign Key）：用于建立表之间联系的字段，它指向另一表的主键。
- 数据完整性：包括实体完整性、参照完整性和域完整性等，保证数据在存储和操作过程中的正确性和一致性。
4. SQL语言
- SQL的定义：SQL（结构化查询语言）是一种用于访问和操作数据库的标准语言。
- 数据查询（SELECT）：从数据库中查询数据，支持过滤、排序、聚合等操作。
- 数据操作：包括插入（INSERT）、更新（UPDATE）和删除（DELETE）数据。
- 数据定义：包括创建、修改和删除表（CREATE、ALTER、DROP）。
- 数据控制：用于控制用户权限，管理数据库安全性（如GRANT、REVOKE）。
5. 数据库设计
- 实体-关系模型（ER图）：一种图形化的数据库设计工具，用来描述数据库中的实体及其之间的关系。
- 规范化：通过消除冗余数据、避免更新异常等方式，将数据库设计为符合一定规范的结构。常见的规范化范式有：
- 第一范式（1NF）：要求数据表中的每列都是原子性的。
- 第二范式（2NF）：在1NF的基础上，要求消除部分依赖。
- 第三范式（3NF）：在2NF的基础上，要求消除传递依赖。
C语言程序设计第8章：指针和数组
1. 指针基础
- 指针的定义：指针是存储内存地址的变量，指针变量的值是另一个变量的地址。通过指针可以访问和操作该地址所指向的数据。
- 指针运算：指针可以进行加法、减法操作，例如，指针加1表示指向下一个同类型数据的内存地址。
- 指针类型：指针的类型必须与所指向的数据类型一致。
2. 指针与数组的关系
- 数组名作为指针：数组名实际上是指向数组首元素的指针。
- 通过指针访问数组元素：可以通过指针运算来访问数组的元素。例如，
*(arr + i)等同于arr[i]。 - 二维数组与指针：二维数组的元素可以通过指针操作进行访问。二维数组可以视为指向指针的指针（如
int arr[3][4]可以视为int *arr[3]）。
3. 指针与函数
- 通过指针传递参数：使用指针可以传递变量的地址，使得函数能够修改传入的变量。
- 指针作为函数返回值：函数可以返回指针，返回动态分配的内存地址等。
4. 动态内存分配
- 动态内存分配函数：
malloc(size_t size)：分配一块指定大小的内存，返回该内存的指针。calloc(size_t num, size_t size)：分配指定数量和大小的内存，并初始化为0。realloc(void *ptr, size_t size)：调整已经分配内存的大小。free(void *ptr)：释放之前分配的内存。
5. 多维数组与指针
- 多维数组：多维数组本质上是指向指针的指针。二维数组可以通过指针进行遍历和访问。
..
基于AI的学习
问题 1: 操作系统的主要功能是什么？
回答：操作系统的主要功能包括进程管理、内存管理、文件系统管理、设备管理和用户接口。
问题 2: 什么是进程？进程和程序有什么区别？
回答：进程是程序的一个执行实例，具有自己的内存空间和执行状态。程序是静态的，而进程是动态的，表示程序正在运行的状态。
问题 3: 为什么需要虚拟内存？
回答：虚拟内存允许程序使用比实际物理内存更多的内存，通过将部分数据存储到硬盘来扩展内存，避免因内存不足而导致程序崩溃。
问题 4: 文件系统如何管理文件？
回答：文件系统通过目录结构来管理文件，提供文件的存储、访问、创建、删除等操作，并且对文件进行权限控制。
问题 5: 关系数据库是什么？与层次模型有什么不同？
回答：关系数据库以表格形式组织数据，通过行和列来表示。与层次模型不同，关系数据库可以处理更复杂的多对多关系，不需要像层次模型那样按树形结构组织数据。
问题 6: SQL中的INNER JOIN和LEFT JOIN有什么区别？
回答：INNER JOIN返回两个表中匹配的记录，而LEFT JOIN返回左表的所有记录，即使右表没有匹配的记录，右表部分会显示为NULL。
问题 7: 什么是数据库的规范化？为什么要进行规范化？
回答：数据库规范化是将数据表拆分成多个更小的表，以消除冗余和依赖，确保数据一致性。规范化的目的是减少数据冗余，避免数据异常。
问题 8: C语言中的指针是什么？为什么指针重要？
回答：指针是存储内存地址的变量。指针很重要，因为它可以直接操作内存、传递大型数据结构和支持动态内存分配。
问题 9: 数组和指针有什么关系？为什么数组名是指针？
回答：数组名是指向数组第一个元素的指针。数组名本质上是一个常量指针，可以通过指针访问数组的元素。
问题 10: 动态内存分配是如何工作的？如何避免内存泄漏？
回答：动态内存分配通过malloc、calloc等函数在运行时分配内存。避免内存泄漏的关键是使用free函数释放不再使用的内存。
问题 11: C语言中的指针比数组强大在哪些方面？
回答：指针比数组强大，因为指针可以进行算术运算，灵活地操作内存，且可以指向不同类型的数据。数组在编译时已固定大小，而指针可以动态分配内存。
总结
通过这次的苏格拉底式挑战，我们探讨了操作系统、数据库和C语言中的关键知识点，以下是总结：
- 操作系统：涉及进程管理、内存管理、虚拟内存、文件系统等核心功能，进程与程序的区别，以及虚拟内存对程序执行的重要性。
- 数据库：讲解了关系数据库的结构及其与层次模型的不同，SQL中的常见连接操作，以及数据库规范化的必要性。
- C语言：涵盖了指针和数组的关系，指针在内存管理中的重要作用，动态内存分配的使用以及如何避免内存泄漏。
理解这些基础知识对于深入学习操作系统原理、数据库设计和C语言编程至关重要。这些概念为更高阶的计算机科学学习打下了坚实的基础。
代码调试中的问题和解决过程
问题 1: 内存泄漏
问题描述
在使用动态内存分配（如 malloc 或 calloc）时，我有时会忘记释放内存（使用 free）。这导致程序运行一段时间后，内存逐渐被耗尽，程序变得缓慢，甚至崩溃。
解决过程
- 我首先检查了所有使用
malloc、calloc、realloc等函数分配的内存，确保每次使用完动态内存后都调用了free来释放它。 - 我使用了工具如 Valgrind 来检测程序中的内存泄漏。Valgrind 可以帮助我识别未释放的内存，并指出具体的位置。
- 我在每次内存分配后，添加了注释，提醒自己需要在适当的时机释放这些内存，避免忘记。
问题 2: 数组越界
问题描述
在处理数组时，我偶尔会出现数组越界的问题，尤其是在访问数组时，索引超过了数组的有效范围。这通常会导致未定义的行为（如程序崩溃或数据错误）。
解决过程
- 我通过仔细检查代码，确保访问数组时不会超过数组的边界。例如，在处理循环时，我会确保索引小于数组的大小。
- 使用调试器（如 GDB）来逐步调试代码，观察数组的索引和数组长度，帮助我发现越界访问的原因。
- 我还在数组访问时，加入了边界检查的代码。例如，在访问数组元素之前，我会判断索引是否在有效范围内。
其他（感悟、思考等，可选）
学习这些计算机基础知识，让我对计算机科学有了更深刻的理解。每个部分都与实际编程和系统设计紧密相关，帮助我从宏观上理解了计算机如何高效地工作。
-
操作系统让我意识到它不仅是一个“中介”，而且是计算机高效运行的核心。特别是进程管理和内存管理，原来计算机如何调度任务、分配内存，是为了让多个程序并发运行且互不干扰，背后的机制非常复杂但又至关重要。
-
数据库的学习让我看到了数据如何高效存储、检索和管理。关系数据库与其他数据模型（如层次模型）的对比，让我明白了数据结构的选择和设计对系统性能的巨大影响。而SQL的学习，更让我理解了如何用简洁的语句表达复杂的数据操作，增强了我的编程思维。
-
C语言中的指针和内存管理是最让我“震撼”的部分。通过指针操作内存，能够更加灵活地管理程序的数据结构。动态内存分配和释放，虽然看起来简单，但实际上对程序的效率和安全性至关重要。指针不仅让我更接近计算机底层，也让我更加注重资源的合理利用，避免内存泄漏等问题。
总体来说，学习这些知识不仅是了解计算机如何工作的过程，更让我意识到每一行代码背后的系统设计和优化。在日后的编程实践中，我会更加注重效率、稳定性和可维护性，这些基础知识无疑为我后续深入学习其他计算机领域（如算法、网络、分布式系统等）打下了坚实的基础。
学习进度条
| 代码行数（新增/累积） | 博客量（新增/累积） | 学习时间（新增/累积） | 重要成长 | |
|---|---|---|---|---|
| 目标 | 5000行 | 30篇 | 400小时 | |
| 第一周 | 200/200 | 2/2 | 20/20 | |
| 第二周 | 300/500 | 2/4 | 18/38 | |
| 第三周 | 500/1000 | 3/7 | 22/60 | |
| 第四周 | 300/1300 | 2/9 | 30/90 | |
| 第五周 | 400/1700 | 3/12 | 25/115 | |
| 第六周 | 500/2200 | 4/16 | 35/150 | |
| 第七周 | 500/2700 | 5/21 | 40/190 | |
| 第八周 | 400/3100 | 3/24 | 30/220 | |
| 第九周 | 300/3400 | 3/27 | 35/255 |
计划学习时间：15小时
实际学习时间：10小时
改进情况：
通过前几周的学习进度，我逐渐意识到自己在时间估算上的差距。起初，计划学习时间总是比实际花费的时间少。随着学习进度的推进，尤其是涉及到编程和调试时，实际学习时间逐渐增加。我已经开始更好地估算每周所需的时间，并逐步提高自己的计划能力。
接下来，我会继续改进估算方法，结合实际情况调整每周的学习计划，争取在接下来的几周内逐渐接近我的学习目标。
