2019-2020-1学期 20192405《网络空间安全专业导论》第五周学习总结
第10章 操作系统
10.1 操作系统的角色
应用软件：帮助我们解决现实世界问题的程序。
系统软件：管理计算机系统并与硬件进行交互的程序。
操作系统（os）：管理计算机资源并为系统交互提供界面的系统软件。
一台计算机通常只有一个活动的操作系统。（计算机可以具备两个或多个操作系统，开机时可以选择操作系统，这种配置称为双引导或多引导系统，但任何时候都只有一个操作系统在控制计算机。）
计算机硬件是靠电线连接的，在初始时就载入ROM中储存的一小组系统指令。
引导计算机：让载入操作系统软件的所有关键元素，执行启动程序，提供用户界面，系统就准备就绪了。
智能手机，平板电脑等移动设备所运行的操作系统都是量身定做。（内存限制，更小的外围设备）
操作系统负责管理资源（资源由使用它们的程序共享），确保每个程序都能得到执行机会。
多个并发执行的共享主存，一次使用CPU，竞争使用输入/输出设备机会。
10.1.1 内存，进程与CPU管理
多道程序设计：同时在主存中驻留多个程序，有它们竞争CPU的技术。
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。
进程（process）：程序执行过程中的动态表示法。
进程管理：了解活动进程的信息的动作。
CPU调度:确定主存中哪个进程可以访问CPU以便执行的动作。
操作系统自身也是必须执行的程序，要把os进程排入竞争CPU的队列中。
10.1.2 批处理
- 作业：程序和系统指令集合在一起。
- 一个分批包含一组需要相同或相似资源的作业，这样操作员就不必反复地载入和准备相同的资源。
- 现代操作系统中的批处理概念允许用户把一组OS命令定义为一个批文件，以控制一个大型程序或一组交互程序的处理。
- 分时（timesharing）:多个交互用户同时共享CPU时间的系统。
- 虚拟机（virtual machine）:分时系统创建的每个用户都有专有机器的假象。
- 主机（mainframe）:一个大型的多用户计算机，通常与早期的分时系统相关。
- 哑终端（dumb terminal）:在早期的分时系统中用户用于访问主机的一套显示器和键盘。
- 每个用户由主机上运行的一个登录进程表示。
- CPU时间由所有用户创建的所有进程共享，每个进程将顺次得到一小段CPU时间。
- 小型机成为分时系统的基础硬件平台。
- 微型机第一次采用单个的集成芯片作为CPU，成为真正可以放在书桌上的计算机，从而引发了个人计算机（PC）的想法。
- 实时系统（real-time system）:应用程序的特性决定了响应时间至关重要的系统。
- 响应时间（response time）:收到信号和生成响应之间的延迟时间。
10.1.3 分时
10.1.4 其他OS要素
10.2.1 单块内存管理
单块内存地址：把应用程序载入一段连续的内存区域的内存管理方法。（整个应用程序被载入一大块内存，进行地址联编只需把操作系统的地址考虑在内，一次处理一个程序）
物理地址=逻辑地址+载入程序内存的地址
优点：实现和管理都很简单
缺点：大大浪费了内存空间和CPU的时间
10.2.2 分区内存管理
固定分区法：将主存划分为特定数目的分区，分区大小不一定相同，但在操作系统初始引导时大小就固定了。
动态分区法：根据程序的需要创建分区。
动态分区信息表中地址信息会随着程序的载入和清除而改变。
基址寄存器：存储程序的分区起始地址。
界限寄存器：存储程序的分区的长度。
-最先匹配：把第一个足够容纳程序的分区分配给它。
-最佳匹配：把最小的能够容纳程序的分区分配给它。
-最差匹配：把最大的能够容纳程序的分区分配给它。
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。
在动态分区中，最差匹配常常是最有用的，它留下了最大可能的空白分区，以容纳之后的其他程序。
10.2.3 页式内存管理
缺点:需要跟踪分配的内存，还要解析地址。
在页式内存管理法中，内存被分为小的大小固定的存储块，叫帧。进程被分化为页。
页：大小固定的一部分进程，存储在内存帧中。
页映射表（PMT）：操作系统用于记录页和帧之间的关系的表。
页和帧都是从0开始编号，简化地址。
逻辑地址除以页面大小得到的商是页编号，余数是偏移量。
逻辑地址<页编号，偏移量>
两种无效逻辑地址：一种是越过了进程的界限，一种是偏移量大于帧大小。
分页的优点：不必把进程存储在连续的内存空间中。（把为进程寻找一大块可用空间的问题转化成寻找足够多的小块内存）
请求分页：页式内存管理法的扩展，只有当页面被引用（请求）时才会被载入内存。
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。（任何时候CPU都只访问进程的一个页面）
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象。
系统颠簸：频繁的页面交换造成的低效处理。
10.3 进程管理
操作系统必须管理的另一个重要资源是每个进程使用的CPU时间。
10.3.1 进程状态
进程状态：在操作系统的管理下，进程历经的概念性阶段。
进入系统，准备执行，等待资源，执行，执行结束。
进程可能中断以便另一个进程能够获得CPU资源。
正在运行的进程还可以请求一个为准备好的资源或请求I/O读取新引用的部分进程，而自身被转移到等待状态。
两种结果：得到足够的CPU时间以完成它的处理，正常终止；或生成一个无法解决的错误，异常终止。
得到等待资源后，等待中的进程转移到准备就绪状态。
10.3.2 进程控制块
进程控制块（PCB）：操作系统管理进程信息使用的数据结构。
每个状态由一个PCB列表表示，处于该状态的每个进程对应一个PCB。
PCB在创建进程时创建，一直保持到进程终止。
每次程序中断时，它的程序计数器的值将被保存，以便当它再次进入运行状态时可以从中断处开始执行。
上下文切换：当一个进程移出CPU，另一个进程取代它时发生的寄存器信息交换。
PCB要维护关于CPU调度的信息，内存管理信息，核算信息。
10.4 CPU调度
CPU调度算法将决定把CPU给予哪个进程，以便能够运行它。
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。
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资源时发生的CPU调度。
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。
10.4.1 先到先服务
- 该调度方法是非抢先的。
- 一旦进程获得了CPU的访问权，那么除非它强制请求转入等待状态，否则将一直占用CPU。
- 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，它也是非抢先算法。
- CPU轮询法将把处理时间平均分配给所有准备就绪的进程。
- 时间片（time slice）:在CPU轮询算法中分配给每个进程的时间量。
- 轮询算法是抢先的。
- 它一般支持所有的作业，被公认为是最公平的算法。
10.4.2 最短作业优先
10.4.3 轮询法
第11章 文件系统和目录
11.1 文件系统
- 磁盘上的数据都存储在文件中，这是在电子媒介上组织的一种机制。
- 文件（file）：数据的有名集合，用于组织二级存储设备。
- 文件系统（file system）:操作系统为它管理的文件提供的逻辑视图。
- 目录（directory）：文件的有名分组。
- 可以把文件看作位序列、字节序列、行序列或记录序列。
- 文本文件（text file）:包含字符的文件。
- 二进制文件（binary file）：包含特定格式的数据的文件，要求给位串一个特定的解释。
- 文件类型（file type）:文件（如Java程序或Microsoft文档）中存放的关于类型的信息。
- 文件扩展名（file extension）:文件名中说明文件类型的部分。
- 在操作系统协助下，可以对文件进行下列操作：
1.创建文件
2.删除文件
3.打开文件
4.关闭文件
5.从文件中读取数据
6.把数据写入文件
7.重定位文件中的当前文件指针
8.把数据附加到文件结尾
9.删减文件（删除它的内容）
10.重命名文件
11.复制文件
11.1.1 文本文件和二进制文件
11.1.2 文件类型
11.1.3 文件操作
11.1.4 文件访问
顺序文件访问（sfa）：以线性方式访问文件中的数据的方法。
直接文件访问（dfa）：通过指定逻辑记录编号直接访问文件中的数据的方法。
11.1.5 文件保护
owner：可读，可写/删除，不可执行
Group：可读，不可写/删除，不可执行
World：不可读，不可写/删除，不可执行
11.2 目录
对于任何指定的文件，目录中存放有文件名，文件类型，文件存储在硬盘上的地址以及文件的当前大小。目录还存放文件的保护设置的信息，以及文件是何时创建的，何时被最后修改的。
11.2.1 目录树
包含其他目录的目录叫作父目录，被包含的目录叫作子目录。
目录树：展示文件系统的嵌套目录组织的结构。
根目录：包含其他所有目录的最高层目录。
嵌套的目录结构允许存在多个同名文件，但不同目录或子目录下的文件则可以是同名的。
工作目录：当前活动的子目录。
11.2.2 路径名
路径：文件或子目录在文件系统中的位置的文本名称。
绝对路径：从根目录开始，包括所有后继子目录的路径。
相对路径:从当前工作目录开始的路径。
通常用操作系统变量PATH指定这组路径，该变量存放的字符串中包含多个绝对路径名。
- 盘I/O请求的操作。
- 这一方法将通过尽可能少的读写头移动满足所有未解决的请求。
- 这种方法只是在磁盘调度法中没有上下移动，而是读写头向轴心移动，然后再向盘片边缘移动，就这样在轴心和盘片边缘之间来回移动
- 这种算法的一些变体能用各种方法提高它的性能。
11.3.1 先到先服务磁盘调度法
11.3.2 最短寻道时间优先磁盘调度法
11.3.3 SCAN磁盘调度法
另一种变体则是最小化到轴心和到盘片边缘的移动极限。