2021-2022-1学期20212416《网络空间安全专业导论》第五周学习总结

Chapter10 操作系统

操作系统的 角色

• 概念
  • 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：管理计算机资源并为系统交互提供界面的系统软件
• 其它系统软件存在的意义：
  • 提供操作系统不自带的驱动程序，用于控制不常见设备，解决“拓展”问题

内存、进程与CPU管理

• 概念
  • 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
  • 内存管理：了解主存中有多少个程序以及它们的位置的动作
  • 进程：当前正在执行的程序
  • 进程管理：了解活动进程的信息的动作
  • CPU调度：确定主存中的哪个进程可以访问CPU以便执行的动作

批处理

• 将环境相同或相似的程序集中处理

分时

• 概念
  • 分时：多个交互用户同时共享cpu时间的系统
  • 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和键盘

其他OS要素

• 实时系统：必须给用户提供最少响应时间的系统
• 响应时间：收到信号和生成响应之间的延迟时间

内存管理

程序载入了主元的什么位置？

• 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：逻辑地址和物理地址间的映射

单块内存管理（一次处理一个程序）

• 把应用程序载入一段连续的内存区域

分区内存管理（驻留多个程序）

• 固定分区法：贮存被划分为特定数目的分区
• 动态分区法：根据程序的需要创建分区（运行过程中临时申请内存）
• 基址寄存器：存放当前分区起始地址的寄存器
• 界限寄存器：存放当前分区的长度的寄存器
• 分区
  • 最先匹配：把第一个可容纳它的分区给它
  • 最佳匹配：把最小的可容纳它的分区给它
  • 最差匹配：把最大的可容纳它的分区给它（让小碎片有更大机会形成大碎片）

页式内存管理

• 概念
  • 页式内存管理法：把进程划分为大小固定的页，载入内存时存储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，存储在内存帧中
  • 页映射表：操作系统用于记录页和帧之间关系的表
  • 逻辑地址的表示：<页编号，偏移量>
    物理地址的表示：帧标号*1024+偏移量
  • 请求分页：页式内存管理法的拓展，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
  • 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：连续的页面交换造成的低效处理
• 分页的优点在于不必再把进程存储在连续的内存空间中，把进程寻找一大块可用空间的问题转化成了寻找足够多的小块内存

进程状态

sequenceDiagram participant 等待 participant 准备就绪 participant 创建 participant 运行 participant 终止 等待->>准备就绪：输入/输出或事件完成 创建->>准备就绪：被接受 准备就绪->>运行：分派 运行->>准备就绪：中断 运行->>终止：退出 运行->>等待：输入/输出或事件等待 end

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的交换

CPU调度

• 概念
  • 非抢先调度：当前执行的进程自愿放弃CPU
  • 抢先调度：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
  • 周转周期：准备就绪状态与最终完成之间的时间间隔，是评估CPU算法的标准。（同时执行任务多，周期长）

先到先服务

• 非抢先
• 周转周期=完成时间-到达时间

最短作业优先

• 通常实现为非抢先
• SJN算法是最佳的，它可使所有作业生成最短的周转周期，但对未来的估计是不确定的

轮询法

• 抢先，时间片到期，进程会被强制移出CPU
• 时间片：在CPU轮询算法中分配给每个进程的时间量
• 应用最广泛，一般支持所有作业，被认为是最公平的算法

文件系统和目录

文件系统

• 概念
  • 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：数据的有名集合，用于组织二级存储设备
  • 目录：文件的有名分组

文本文件和二进制文件

• 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

• 文本文件：包含字符的文件

文件类型

• 文件类型：文件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
  

文件操作

• 创建、删除、打开、关闭、读取、写入、重定位（跳读）……

文件访问

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

目录

目录树

• 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

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

磁盘调度

• 决定先满足哪个磁盘I/O请求的操作

先到先服务磁盘调度法

• 不是最有效的，但却是最容易实现的

最短寻道时间优先磁盘调度法

• 尽少移动读写头移动来满足所有未解决问题（读写头移动到离它最近的柱面）
• 不能保证读写头整体移动最小
• 饿死：早期的请求得不到满足，因为不断到来的请求总有优先权

SCAN磁盘调度法

• 读写头在轴心和盘片边缘之间来回移动
• 变体
  • 为减少平均等待时间，当读写头到达一端后直接返回另一端，之间不再处理选择
  • 最小化到轴心和到盘片边缘的移动极限:LOOK磁盘调度算法，它会预先判断读写头是否应该继续按照当前的方向移动