2021-2022-1学期 20212422《计算机科学概论》第五周学习总结

本周，我学习了《计算机科学概论》第10、11章的内容，这两个章节的内容转向介绍计算机的操作系统层，主要介绍了电脑的操作系统与文件系统等相关的知识。

第十章
操作系统
思维导图

一，操作系统的角色
应用软件：帮助我们解决现实生活中的问题的程序。

系统软件：管理计算机系统并与硬件进行交互的程序。通常与硬件直接进行交互，提供的功能比硬件自身提供的多。

操作系统（英语：Operating System，简称OS)：管理计算机资源并为系统交互提供界面的系统软件。直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。

1.内存、进程与CPU管理
多道程序设计（multiprogramming）：同时在主存中驻留多个程序，由他们竞争CPU的技术。
内存管理（memory management）：了解主存中在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（process management）：了解活动进程的信息的工作。
CPU调度（CPU Scheduling）：确定主存中哪个进程可以访问CPU以便执行的动作。

2.批处理

3.分时
分时（timesharing）系统允许多个用户同时与计算机进行交互。
分时系统创建了每一个用户都专有这台计算机的假象。操作系统负责在幕后管理资源。
在分时系统中，每个用户都有自己的虚拟机，可以使用虚拟机中的所有系统资源（都是有效的），但其实这些资源是由多个用户共享的。

分时：多个交互用户同时共享CPU的系统。
虚拟机：分时系统创建的每个用户都有专有机器的假象。
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。
哑终端：在早期的分时系统中用户用于访问主机的一套显示器与键盘。

4.其他OS要素
实时系统：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：收到信号和生成相应之间的延迟时间。

二，内存管理
内存是由特定网址引用的连续的位集合。
操作系统必须采用技术来执行以下任务：
1.跟踪一个程序驻留在内存的什么位置以及是如何驻留的
2.把逻辑程序地址转换成实际的内存地址

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

地址联编：逻辑地址与物理地址之间的映射。

1.单块内存管理
概念：把应用程序载入一段连续的内存区域的内存管理方法。
优点：实现和管理都很简单。
缺点：大大浪费了内存空间和CPU时间。

2.分区内存管理
固定分区法：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。

对于一个新程序的三种常用分区方法：
1.最先匹配
2.最佳匹配
3.最差匹配

3.页式内存管理
概念：把进程分为大小固定的页，载入内存时储存在帧中的内存管理方法。
帧：大小固定的一部分主存，用于存放进程页。
页：大小固定的一部分进程，储存在内存帧中。
页映射表：操作系统用于记录页与帧之间的关系的表。

页式内存管理思想的一个重要拓展是请求分页思想

虚拟内存：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：把一个页面从二级储存设备载入内存，通常会使另一个页面从内存中删除

页面交换过多叫系统颠簸，会严重降低系统的性能。

三，进程管理
1，进程状态
概念：在操作系统的管理下，进程历经的概念性阶段。

（1）在创建阶段，将创建一个新进程。
（2）在准备就绪阶段中，进程没有任何执行障碍，只是等待使用CPU的机会。
（3）运行状态下的进程是CPU执行的进程。它的指令将按照读取-执行周期被处理。
（4）等待状态下进程是等待资源（除了CPU之外的资源）的进程。
（5）终止状态下进程处于准备就绪或等待状态，但只有一个进程处于运行状态。

2、进程控制块
进程控制块：操作系统管理进程信息使用的数据结构
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

四，CPU调度
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。
1、先到先服务（FCFS）
FCFS调度是非抢先的，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（如请求其他进程正在使用的设备），否则将一直占用CPU。

2、最短作业优先（SJN）
通常也是非抢先算法，它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。

3、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：在CPU轮询算法中分配给每个进程的时间量

第十一章
文件系统与目录

思维导图

一，文件系统
文件是可以写入二级存储设备的最小数据量。用文件组织所有信息呈现出一个统一的数据存储视图。
文件系统是操作系统提供的一个逻辑视图，使用户能够按照文件集合的方式管理数据。文件系统通常用的是目录组织文件。

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

1.文本文件和二进制文件
文本文件：包含字符的文件
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。

2.文件类型
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。
文件扩展名：文件名中说明文件类型的部分。
大多数操作系统都能识别一系列特定的文件类型。
文件名通常由点号分为两部分，即主文件名和文件拓展名。例如：family.jpg 、 MyProg.java

3.文件操作
在操作系统的协助下，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

重命名文件

复制文件

4.文件访问
顺序文件访问：以线性的方式访问文件中的数据的办法。
要求按顺序处理文件中的数据。

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。
采用此方法的文件会被概念性地划分为带编号的逻辑记录，直接访问允许用户指定记录编号，从而把文件指针设置为某个特定的记录。

5.文件保护

二，目录
1，目录树
一个文件目录还可以包含另一个目录。包含其他目录的目录叫做父目录，被包含的目录叫做子目录

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。

工作目录：当前活动的子目录
无论何时，你都可以认为自己在文件系统中的某个特定位置（即特定的子目录）工作，这个子目录叫做当前工作目录。只要在文件系统中“移动”，当前工作目录就会改变。

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。
路径可以是绝对的，也可以是相对的。要用文本指示一个特定的文件，必须说明该文件的路径，即找到这个文件所必须历经的一系列目录。

绝对路径：从根目录开始，包含所有后继子目录的路径。
绝对路径名从根目录开始，说明了沿着目录树前进的每一步，直到达到了想要的文件或目录。

相对路径：从当前工作目录开始的路径。
相对路径名则从当前工作目录开始。

绝对路径例：C:\Program Files\MS Office\WinWord.exe
相对路径例：假设当前工作目录是C:\My Documents\letters
则可使用下列相对路径名：
cancelMag.doc
applications\calState.doc

3.磁盘调度
概念：决定先满足哪个磁盘I/O请求的操作。

总结
通过学习这两章的内容，我初步了解了电脑系统与文件系统的相关知识，虽然这部分知识仍旧相对抽象，但是结合平常使用电脑的经历，这部分内容相对比较常见，例如平常使用的文件与文件拓展名等。希望在今后的学习中能不断深化我对计算机的理解。