2024-2025-1 20241314 《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九周作业
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
作业正文	正文

教材学习内容总结

计算机科学概论（第七版）第10，11章

第10章：计算机网络
这一章通常聚焦于计算机网络的基本原理和技术，内容可能包括以下几个部分：

网络的基本概念
网络定义：什么是计算机网络，网络的功能和目的。
网络的好处：资源共享、信息通讯、协作工作等优势。
网络类型
局域网（LAN）：通常覆盖小范围，适用于家庭或办公环境。
广域网（WAN）：覆盖更大区域，通常由多个LAN连接而成，比如互联网。
个人区域网（PAN）：在个人设备之间建立的小范围网络。
网络拓扑
星型、总线型、环型拓扑等各种网络拓扑的定义和优缺点。
各种拓扑对网络性能和故障耐受性的影响。
网络协议
TCP/IP协议族：如何工作，分层模型（应用层、运输层、网络层、数据链路层）。
HTTP/HTTPS、FTP、SMTP等应用层协议的功能和用途。
IP地址：静态动态IP配置，CIDR，私有IP与公有IP的区别。
网络安全
安全威胁：如病毒、木马、拒绝服务攻击（DoS）等。
安全措施：防火墙、加密、VPN（虚拟私人网络）的基础知识。
数据隐私与保护：数据传输中的隐私保护方法。
互联网的构建
互联网基础设施：如何连接不同的网络，核心路由器、交换机的角色。
域名系统（DNS）：如何将域名转换为IP地址。
网络互联：ISPs（互联网服务提供商）的角色与运作。

第11章：数据库
这一章通常介绍数据库系统的基本原理及其应用，包括以下内容：

数据库的基本概念
什么是数据库：定义及其与其他数据存储形式（如文件系统）的比较。
数据库管理系统（DBMS）：功能和角色，提供数据管理、操控、存取工具。
数据模型
关系模型：数据以表格形式组织的基本理论（表、行、列）。
其他模型：对象数据库、层次数据库和文档数据库的介绍及其应用场景。
SQL（结构化查询语言）
基本SQL语法：如何使用SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE等命令。
查询操作：如何使用条件、排序和分组等高级查询。
连接操作：如何在多个表之间关联数据。
数据库设计
规范化：如何设计高效、无冗余的数据库结构，包括1NF、2NF、3NF的概念。
实体-关系模型（ER模型）：使用图形化方式设计和可视化数据库。
数据完整性与安全性
数据完整性约束：主键、外键和唯一约束的定义及其重要性。
访问控制：用户角色和权限管理。
备份与恢复：确保数据不丢失的方法，以及恢复数据库的策略。
数据库应用
实际案例分析：数据库在电子商务、社交媒体、银行系统等场景的应用。
大数据与 NoSQL 数据库的简介：当数据量大到关系数据库无法处理时的解决方案。

《C语言程序设计》第8章

. 指针的基本概念
定义：指针是一个变量，用于存储另一个变量的内存地址。通过指针，我们可以直接访问和操作内存中的数据。
指针类型：每个指针都有对应的数据类型，指针的类型决定了指针所能指向数据的类型。如：
int *p; - 指向整型的指针
char *p; - 指向字符型的指针
float p; - 指向浮点型的指针
2. 指针的声明和初始化
声明：指针的声明与普通变量相似，但前面加上星号（），以表示这是一个指针类型。
c
int *p; // 声明一个整型指针
初始化：指针可以通过取地址运算符（&）来初始化，指向一个已有变量的地址。
c
int var = 42;
int *p = &var; // p 现在指向 var 的地址
3. 指针的运算
地址运算：可以对指针进行算术操作，指针的加法或减法以该指针指向的数据类型大小为单位。
c
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr; // 指向数组的首元素
p++; // 现在指向 arr[1]
空指针：使用 NULL 可以初始化一个不指向任何有效内存的指针。
c
int p = NULL; // 指针 p 为空
4. 间接寻址
解引用运算符（）：用于获取指针所指向的地址的值。
c
int value = *p; // 通过 p 取得 var 的值
修改值：可以通过指针修改变量的值。
c
*p = 100; // 此时 var 的值变为 100
5. 指针与数组
数组名作为指针：数组名实际上是指向数组首元素的指针，在表达式中可以直接使用。
c
int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
int *p = arr; // p 指向 arr[0]
printf("%d", *(p + 2)); // 打印 arr[2] 的值，结果是 3
遍历数组：使用指针遍历数组中的元素。
c
for (int i = 0; i < 5; i++) {
printf("%d ", *(arr + i)); // 用指针访问数组元素
}
6. 指向指针的指针
定义：指向指针的指针可以存储指针变量的地址，通常用于动态内存分配和多级数据结构。
c
int var = 10;
int *p = &var; // p 是一个指向 int 类型的指针
int **pp = &p; // pp 是一个指向指针的指针
printf("%d", **pp); // 输出 var 的值，结果是 10
7. 动态内存分配
内存分配：使用 malloc、calloc、realloc 和 free 等函数进行动态内存管理。
示例：
c
int *arr = (int *)malloc(5 * sizeof(int)); // 动态分配一个整型数组
if (arr == NULL) {
printf("Memory allocation failed\n");
return 1; // 分配失败
}
// 填充数组
for (int i = 0; i < 5; i++) {
arr[i] = i + 1;
}
// 释放内存
free(arr);
8. 指针与函数
指针传参：通过指针传递变量的地址，使得函数可以修改传入变量的值。
c
void increment(int p) {
(p)++; // 修改指向的值
}

int main() {
int var = 5;
increment(&var); // 传递 var 的地址
printf("%d", var); // 输出修改后的值，结果是 6
}
函数指针：指向函数的指针，可以用于回调或实现动态行为。
c
void sayHello() {
printf("Hello, World!\n");
}

int main() {
void (*funcPtr)() = sayHello; // 声明一个函数指针并指向 sayHello
funcPtr(); // 调用函数
}
9. 指针的常见错误
野指针：未初始化的指针或指向已经释放的内存，这可能导致未定义行为。
内存泄漏：动态分配的内存未被释放，导致内存耗尽。
示例：
c
int *p = malloc(sizeof(int)); // 动态分配内存
// ...
free(p); // 正确释放内存
p = NULL; // 防止野指针

教材学习中的问题和解决过程

问:分时系统实现机制

答：轮转调度：采用时间片轮转（Round Robin）调度算法，每个进程在其时间片内运行，时间片到后进行上下文切换。
进程管理：通过操作系统的进程管理子系统，实现进程的创建、调度、同步和通信等功能。
中断机制：硬件和软件中断机制用于实现任务切换，它允许系统在执行某个任务时中断程序流，以执行其他任务。

问：分时系统优缺点

答：高效利用CPU：多个用户共享CPU时间，提高了资源利用率。
提升用户满意度：快速响应让用户感觉拥有更好的系统体验。
灵活性高：用户可以随时请求计算，适用于动态变化的计算需求。
缺点：

上下文切换开销：频繁的切换可能导致系统开销增大，影响整体性能。
安全问题：不当的资源共享可能导致用户数据和隐私泄露。
资源竞争：多个用户同时访问可能引发资源争用问题。

问：磁盘调度

答：磁盘调度是操作系统中处理磁盘I/O请求的一项重要机制。由于磁盘的访问速度通常比内存慢得多，合理的调度策略能够提高系统的整体性能，减少响应时间，优化磁盘的使用。

磁盘调度的基本概念
磁盘I/O请求：在计算机系统中，进程会向磁盘发出读取或写入请求。调度算法负责决定哪些请求应该被优先处理。
寻道时间：当磁头在磁盘上移动至正确的轨道所需的时间。寻道时间是影响磁盘访问速度的关键因素之一。
常用的磁盘调度算法
以下是一些常见的磁盘调度算法：

2.1 先来先服务（FCFS, First-Come, First-Served）
工作原理：磁盘请求按照到达顺序进行处理。
优点：简单易实现，公平性好。
缺点：可能导致长时间的寻道，导致较长的平均响应时间。
2.2 短作业优先（SSTF, Shortest Seek Time First）
工作原理：每次选择离磁头当前位置最近的请求处理，缩短平均寻道时间。
优点：通常能有效减少总寻道时间。
缺点：可能产生“饥饿”现象，即某些请求得不到及时处理。
2.3 扫描算法（SCAN）
工作原理：磁头在磁盘上单向移动，处理经过的所有请求，达到一端后反向移动，继续处理。
优点：响应时间相对较短，减少了极端寻道距离。
缺点：远离扫描方向的请求可能会被延迟处理。
2.4 循环扫描（C-SCAN, Circular SCAN）
工作原理：磁头在一端达到后，会快速返回到另一端，然后继续在同一方向处理请求。
优点：提供了更均匀的等待时间，所有请求在平均时间内都能被处理。
缺点：头部往返回到原始位置时会有一些时延。
2.5 最短寻道时间优先（SSTF）
工作原理：优先处理离当前磁头位置最近的请求。
优点：在一般情况下，能有效降低寻道时间。
缺点：同样可能导致“饥饿”问题。
3. 调度算法的比较
每种调度算法都有其优缺点，适用场景不同。一般来说：

若系统负载较低且请求均匀，可以使用FCFS。
高负载或需提高性能时，推荐使用SSTF或SCAN。
对平均响应时间要求较高时，可以使用C-SCAN。
4. 调度的影响因素
请求模式：连续的请求可能表现出不同的特性，与随机请求相比，更有可能被有效调度。
磁盘性能：不同磁盘的性能变化也会影响调度策略的选择。
系统负载：处理器、内存及网络的负载情况都会影响I/O请求的响应时间。