操作系统及网络基础

操作系统

    现代计算机系统是一个复杂的系统，程序员无法把所有的硬件操作细节都了解到，因此计算机安装了一层系统软件，为用户程序提供一个更好、更简洁、更清晰的计算机模型，并管理复杂的计算机硬件，这个系统软件就是操作系统。

    操作系统本质是一个软件，位于计算机硬件与应用软件。操作系统由操作系统内核（运行于内核态，管理硬件资源）以及系统调用（运行于用户态，为应用程序提供系统调用接口）两部分组成。

操作系统细分为两部分功能

1.隐藏了丑陋的硬件调用接口，为程序员提供更简洁清晰的系统调用接口。

2.将应用程序对硬件资源的竞态请求变得有序化

操作系统的发展

1.真空管和穿孔卡片阶段。

没有操作系统概念，所有的程序设计都是由机器语言编写

优点：程序员在某个时间段可以独享整个资源，即使调适自己的程序，即时处理bug

缺点：资源浪费

计算的过程是顺序计算

2.晶体管和批处理系统

设计人员、生产人员、操作人员、程序人员和维护人员直接有了明确的分工，计算机被锁在专用空调房间中，由专业操作人员运行，这便是‘大型机’。

有了操作系统的概念，人力与计算机结合的系统，需要人参与。

有了程序设计语言：FORTRAN语言或汇编语言。

优点：批处理，节省时间

缺点：整个流程需要人控制

计算的过程仍然是顺序计算

程序员不再独享一段时间的计算机，无法及时处理出现的bug

3.集成电路芯片和多道程序设计

利用分时操作系统解决了程序员不能及时调试自己的程序的问题，但仍然是批处理

4个人计算机

多道技术

时间上的复用加上空间上的复用结合起来就是多道技术，即可以同时处理多个程序发起的多个共享资源的请求。

网络基础

一台计算机不可能掌握全世界的标准，于是有了统一的通信标准。互联网协议本质就是一系列统一的标准，定义计算机如何接入internet，以及接入internet的标准。

Osi五层模型

从上到下分为应用层，传播层，网络层，数据链路层，物理层。

1.物理层：在局部局域网上传送帧，它负责管理电脑通信设备和网络媒体之间的互通。包括了针脚、电压、线缆规范、集线器、中继器、网卡、主机适配器等

2.数据链路层：负责网络寻址、错误侦测和改错。当表头和表尾被加至数据包时，会形成了帧。数据链表头（DLH）是包含了物理地址和错误侦测及改错的方法。数据链表尾（DLT）是一串指示数据包末端的字符串。例如以太网、无线局域网（Wi-Fi）和通用分组无线服务（GPRS）等。

    以太网协议：早期的时候各个公司都有自己的分组方式，后来形成了统一的标准，即以太网协议ethernet。通过ethernet协议将电信号分组。

    mac地址：每块网卡出厂时都被烧制上一个世界唯一的mac地址，长度为48位2进制，通常由12位16进制数表示（前六位是厂商编号，后六位是流水线号）

广播：有了mac地址，同一网络内的两台主机就可以通信了（一台主机通过arp协议获取另外一台主机的mac地址）

3.网络层：决定数据的路径选择和转寄，将网络表头（NH）加至数据包，以形成分组。网络表头包含了网络数据。例如:互联网协议（IP）等。

IP协议：规定网络地址的协议叫IP协议。IP地址分为网络部分和主机部分。

子网掩码：表示子网络特征的一个参数，知道子网掩码就能判断任意两个IP地址是否处于同一子网络。

ARP协议：广播的方式发送数据包，获取主机的mac地址

4.传输层：把传输表头（TH）加至数据以形成数据包。传输表头包含了所使用的协议等发送信息。例如:传输控制协议义（TCP）等。

传输层功能：建立端口与端口之间的通信，端口范围0-65535,0-1023为系统占用

tcp协议： TCP数据包没有长度限制，理论上可以无限长，但是为了保证网络的效率，通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度，以确保单个TCP数据包不必再分割。

5.应用层：提供为应用软件而设的界面，以设置与另一应用软件之间的通信。例如: HTTP，HTTPS，FTP，TELNET，SSH，SMTP，POP3等。

网络通信流程

1.获取本机IP地址 子网掩码 网关的IP地址 DNS的IP地址

    2.打开浏览器，想要访问Alphabet，在地址栏输入abc.xyz

    3.DNS解析，将网址转换为IP地址

    4.http部分内容被嵌在TCP协议中发送给接收方，TCP数据包标头长度为20字节，加上嵌入的HTTP的数据包，总长度为4980字节

    5.TCP数据包再嵌入IP数据包，包含接收双方的IP地址，IP地址标头为20字节，加上嵌入的TCP数据包，总长度为5000字节

    6.IP数据包嵌入以太网数据包，包含双方MAC地址。以太网数据包的数据部分，最大长度为1500字节，而现在的IP数据包长度为5000字节。因此，IP数据包必须分割成四个包。因为每个包都有自己的IP标头（20字节），所以四个包的IP数据包的长度分别为1500、1500、1500、560。

    7.对方收到四个以太网数据包，取出完整的TCP数据包，独处HTTP请求，做出响应，再用TCP协议发回来

    8本机收到HTTP响应，显示网页，完成一次网络通信。