02335网络操作系统之白皮书.docx
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02335网络操作系统之白皮书
AAAAA
2013网络操作系统复习题（对应大纲，注：
以“【】”为熟记题）
第一章网络操作系统概论
1.计算机系统的定义（P19L1）
计算机系统是一种可以按用户的要求接收和存储信息、自动进行数据处理并输出结果信息的系统。
【广义的包含：
机械式系统和电子式系统，电子式又可划分为模拟式和数字式】
【计算机系统包括：
硬件系统和软件系统】
2.操作系统的定义（P19S1）
操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合：
它们能有效地组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源，合理地组织计算机的工作流程，控制程序的执行，并向用户提供各种服务功能，使得用户能够灵活、方便、有效地使用计算机，并使整个计算机系统高效地运行。
【操作系统的任务：
1、组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源；2、向用户提供各种服务功能。
】
3.操作系统的作用和地位（P20L2Y1）
操作系统是系统软件，连接了硬件和软件，是两者之间的桥梁。
作为系统软件，其是
（1）计算机资源的管理者、
（2）人机交互的接口、（3）扩展机和虚拟机。
【所以对操作系统来讲，具体应用领域的工作不是其所关心的事。
】
4.现代操作系统的主要特征（P21Y2）
（1）并发性
（2）共享性（3）随机性。
【在计算机系统中，对资源的共享有两种形式：
互斥共享和同时共享】
【操作系统的分类：
批处理、分时、实时、桌面、嵌入式、网络、分布式操作系统】
5.批处理操作系统的概念（P22S2）
用户将需要计算的一组任务（一般称为作业，即JOB）请求交给系统操作员，系统操作员在收到后并不立即将其输入计算机，而是在收到一定数量的用户作业之后组成一批作业，再把这批作业输入到计算机中。
【又分为单道批处理、多道批处理系统】
6.分时（交互式）操作系统的概念（P22S2）
多个用户通过终端设备与计算机交互来运行各自的作业，并且共享一个计算机系统而互不干扰，每个终端可由一个用户使用，每个用户就好像自己拥有一台计算机。
7.实时操作系统的概念（P23S2）
使计算机能在规定的时间内及时响应外部事件的请求，同时完成对该事件的处理，并能够控制所有实时设备和实时任务协调一致的工作的操作系统。
【特征：
及时性、实时性、高可靠性、高过载防护性】
8.网络操作系统的概念（P23S5）
基于计算机网络、在各种计算机操作系统之上按照网络体系结构协议标准设计开发的软件，它包括网络管理、通信、安全、资源共享、各种网络应用。
网络有集中式模式和分布式模式
9.分布式操作系统的概念（P24S6）
将大量的计算机通过网络连结在一起，可以获得极高的运算能力及广泛的数据共享，这样的系统称为分布式系统，为分布式系统配置的操作系统称为分布式操作系统。
10.操作系统的基本功能：
（1）进程（线程）管理、
（2）处理机调度、（3）存储管理、（4）文件管理、（5）输入/输出管理。
11.进程管理的概念（P24L3）
进程管理主要包括进程控制、进程同步和进程间通信等。
【
（1）进程控制主要处理进程的创建、撤销、状态转换以及相关的进程资源分配与回收等事务；
（2）进程同步主要处理进程之间的关系，包括进程的同步和互斥；
（3）进程间通信主要处理相互协作的进程之间的信息交换问题。
】
12.存储管理的任务（P25L3）
存储管理的任务是管理计算机内存的资源
（1）当多个程序共享有限的内存资源时，要考虑如何为多个程序分配有限的内存空间；
（2）存放在内存中的多个程序和数据应该彼此隔离、互不侵扰；
（3）解决内存扩充的问题，即将内存和外存结合起来管理，为用户提供一个容量比实际内存大得多的虚拟存储器。
【第二章中的存储管理的主要任务
（1）内存的分配和回收
（2）存储共享（3）存储保护（4）“扩充”内存容量。
】
13.文件管理的任务（P26L3）
其任务为有效地支持文件的存储、检索和修改等操作，解决文件的共享、保密和保护问题，以使用户方便、安全地访问文件。
1-.为了提高空间利用率，存储空间的分配通常采用离散分配方式.
14.输入/输出管理的功能（P27L3）
其功能是按照输入/输出子系统的结构和设备类型指定分配和使用设备的策略，为输入/输出操作的进程分配一条传输信息的通路，合理地控制输入/输出操作，最大程度地实现并行操作。
设备管理所要达到的目标是：
1）提高效率，匹配处理机和多种不同处理速度的外设。
2）方便使用，对不同类型的设备统一使用方法，协调对设备的并发使用。
3）方便控制，易于增加和删除设备，适应新的设备类型。
15.网络操作系统的结构（P27S3）
（1）整体式结构、
（2）层次式结构、（3）微内核（客户机/服务器）结构。
16.网络操作系统的特点（P31L4）
（1）微内核，即运行在核心态的内核；
（2）以通信方式请求服务并返回结果，即运行在用户态的并以客户机/服务器方式运行的进程层。
【优点：
可靠、灵活、适宜于分布式处理的计算环境，适宜网络使用）。
】
第二章网络操作系统基本功能
1．操作系统的用户接口（P35S1）
是为了方便用户使用计算机系统所建立的用户和计算机之间的联系，通常指软件接口，即在人机联系的硬件设备接口基础上开发的软件，也称为人机界面。
【用户接口分为：
（1）命令接口：
联机用户接口{命令行输入、图形用户接口}、脱机用户接口
（2）系统调用。
】
2．命令行输入（P35L1）
即用户在控制台界面中输入一条命令，控制台就转入系统命令解释程序，对命令进行解释、执行并完成要求的功能；之后又转回到控制台，用户又可以继续输入命令使计算机工作。
3．脚本文件（P35L1）[即脱机用户接口]
是系统为脱机用户提供了命令控制语言，用户利用该语言将事先考虑到的对程序的各种可能要求写成一个批处理文件，连同相关程序等一并交给系统。
1-.通常脚本文件就是一个脱机用户的执行流程.
4．系统调用（P36L2）
（1）是指用户在程序中调用操作系统所提供的相关功能。
（2）系统调用是操作系统提供给编程人员的唯一接口，编程人员利用系统调用，动态请求和释放系统资源；（3）调用系统中已有的系统功能来完成与计算机硬件部分相关的工作以及控制程序的执行速度等。
【其主要目的：
使得用户在编写程序时可以使用操作系统提供的有关设备管理、输入/出系统、文件系统和进程控制、通信以及存储管理等方面功能，而不必了解系统的内部结构和有关硬件细节。
引入系统调用机制可达到：
（1）减轻用户负担
（2）保护系统、（3）提高系统资源利用率】
5．系统调用分类（P35L2）
（1）进程控制类
（2）进程通信类（3）文件操作类（4）设备管理类、（5）信息维护类系统调用。
6．进程的概念（P37L3）
进程是具有一定独立功能的程序在某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配的一个独立单位。
1-.从操作系统角度来看，可将进程分为系统进程、用户进程。
2-.进程由程序、数据、进程控制块（PCB）组成。
3-.进程控制块的内容可以分成调度信息和现场信息两大部分。
7．进程的特性（P38L3）
（1）独立性
（2）并发性（3）动态性（4）交互性（5）异步性、（6）结构性。
8．进程的状态与转换（P38S1）
进程状态为：
运行、就绪、等待。
转换过程见P39
9．进程控制块PCB（P40L3）
为了便于系统控制和描述进程的活动过程，在操作系统核心中定义了一个专门的数据结构，称为PCB。
【其是进程存在的唯一标志】
10.进程队列（P40L3）
为了实现对进程的管理，系统将所有进程的PCB排成若干个队列。
进程队列为分：
运行队列、就绪队列、等待队列。
1-.进程队列可以用PCB的链接来形成，常见的有单向链接、双向链接.
2-.系统中负责进程入队和出队的工作称为队列管理.
11.进程控制（P41L3）
进程有一个从创建到消亡的生命周期，这就需要对进程在整个生命周期中各种状态之间的转换进行有效的控制，称为进程控制。
【进程控制是通过进程控制原语来实现】
原语和系统调用都可以被进程所调用，两者的差别在于源于有不可中断性，这是通过在其执行过程中关闭中断实现的，而且源于往往是被系统进程调用。
许多系统调用的功能都可以通过用户态下运行的系统进程完成，而不一定要在系统态下完成。
12.进程同步（P43L3）
是指进程之间一种直接的协同工作关系，一些进程相互合作共同完成一项任务。
1-.信号量是个被保护的量，只有P、V操作和信号量初始化操作才能访问和改变它的值。
13.进程互斥（P43）
在系统中，许多进程常常需要共享资源，而这些资源往往要求排他性地使用，即一次只能为一个进程服务。
因此，各个进程之间只能互斥地使用这些资源，进程间的这种关系就是进程的互斥。
14.临界区（P43）
若系统中的某些资源一次只允许一个进程使用，则这类资源称为临界资源（或共享变量），而在进程中访问临界资源的那一段程序称为临界区。
系统对相关临界区使用的调度原则可归纳为：
1）有空让进，2）无空等待，3）多种择一，4）有限等待，5）让权等待
15.线程的概念（P46S2）
线程是进程中的一个实体，是CPU调度和分派的基本单位。
【线程的属性：
（1）每个线程有一个唯一的标识符和一张线程描述表；
（2）不同的线程可以执行相同的程序；（3）同一个进程中的各个线程共享该进程的内存地址空间；（4）线程是处理机的独立调度单位，多个线程可以并发执行；（5）一个线程在被创建后便开始了它的生命周期，直至终止。
】
16.死锁的概念（P48S3）
是指在多道程序系统中，一组进程中的每一个进程均无限期地等待被该组进程中的另一个进程所占有且永远不会释放的资源，这时称系统处于死锁状态。
17.处理机调度（P48L4）
也称为进程（线程）调度或低级调度。
其任务是记录系统中所有进程的执行状况，根据一定的调度算法，从就绪队列中选出一个进程把CPU分配给它。
18.进程调度的基本准则（P50S3）
（1）处理机利用率：
应尽可能的使处理机处于忙碌状态，提高它的使用效率；
（2）吞吐量：
在单位时间内让更多的进程能完成工作，提高单位时间的处理能力；
（3）等待时间：
指一段时间内进程在就绪队列中等待的总时间，尽量减少进程在就绪队列中等待的时间；
（4）响应时间：
在交互式系统中对用户的请求尽快地给出应答。
19.进程调度方法（P51L4）
（1）先进先出算法FIFO、
（2）时间片轮转算法RR、（3）基于优先级的调度算法HPF、（4）多级队列反馈法。
20.存储体系（P53S4）
【各种速度和容量的存储器硬件在操作系统协调之下形成了一种存储器层次结构。
存储器由内存和外存组成。
内存空间分为系统区、用户区】
21.内存分配的方式（P54S4）
（1）静态分配：
程序要求的内存空间的分配工作可以在程序运行前一次性完成。
（2）动态分配：
程序要求的内存空间的分配工作可以在程序运行前及运程过程中逐步完成。
22.地址重定位（P56）
把逻辑地址转换成物理地址的工作称为地址重定位或地址转换，也称地址映射。
分为静态重定位、动态重定位。
23.静态重定位（P56L5）
在装入程序时，把程序中的指令地址和数据地址全部转换成物理地址。
由于地址转换工作是在程序执行前集中完成的，所以在程序执行过程中就无需再进行地址转换工作，这种地址转换方式称静态重定位。
24.动态重定位（P56L5）
在装入程序时，不进行地址转换，而是直接把程序装入到分配的主存区域中。
在程序执行过程中，每当执行一条指令时都由硬件的地址转换机构将指令中的逻辑地址转换成物理地址。
25.虚拟存储管理（P57L5）
是由操作系统在硬件支持下对两级存储器（内、外存）统一实施管理，达到“扩充”内存的目的。
呈现给用户的是一个远远大于内存容量的编程空间，即虚存。
【程序运行所需的内存空间的大小可以超过实际内存的大小，操作系统把程序当前使用的部分保留在内存，而把其他部分保存在磁盘上，并在需要时在内存和磁盘之间动态交换。
】
【虚拟存储管理支持多道程序设计技术。
实现虚拟存储器需要的硬件支持：
容量足够大的外存、有一定容量的内存、硬件提供实现虚/实地址映射的机制。
】
1-.页式存储管理分配内存空间是以物理页框为单位的。
2-.简单的内存分配表可以用一张位示图构成。
3-.页表是存储管理中最重要的数据结构。
4-.页框号=字号*字长=位号字号=[I/字长].（取整），位号=Imod字长（取余）
26.文件、文件目录（P64S5）
文件可以被解释为一组带标识的、在逻辑上有完整意义的信息项的序列。
1-.信息项构成了文件内容的基本单位。
【为了便于对文件进行管理，设置了文件目录，用于检索系统中的所有文件。
】
27.文件系统（P64S5）
所谓文件系统，是操作系统中统一管理信息资源的一种软件。
它管理文件的存储、检索、更新，提供安全可靠的共享和保护手段，方便用户使用。
28.文件的逻辑结构（P65S6）
文件逻辑结构是一种经过抽象的结构，所描述的是记录在文件中信息的组织形式，即用户所看到的文件的组织形式。
【设计文件的逻辑结构的原则：
（1）易于操作
（2）修改方便（3）查找快捷（4）空间紧凑。
】
29.文件逻辑结构的分类（P65）
（1）字符流式文件、
（2）定长记录文件、（3）不定长记录文件【图2-13】
定长记录文件和不定长记录文件可以统称为记录式文件
30.流式文件、记录式文件的概念（P66L6）
（1）流式文件是有序字符的集合，其长度为该文件所包含的字符个数，又称为字符流式文件。
基本单位是字符。
（2）记录式文件是一组有序记录的集合，在记录式文件中，构成文件的基本单位是记录。
31.逻辑块、物理块（P66L6）
【为便于文件的存放，通常将文件划分为若干个大小相同的数据块，称为文件的逻辑块，将其按一维线性编号，称为逻辑块号。
物理结构中也划分为与数据块相同大小的存储块，正好能将一个逻辑块存放进其中，存储块也按物理设备的结构一维线性编号，称为物理块号。
】
32.文件物理结构分类、文件存取方式（P68L7）
常用的文件物理结构有：
顺序、链接、索引结构。
（图2-14、15、16）
文件存取方式：
顺序存取、随机存取。
1-.文件的链接结构的实质就是为每个文件构造所使用磁盘块的链表。
2-.文件常用的存取方法有顺序存取和随机存取等两种方式。
链接结构的优点是，存储碎片的问题迎刃而解了，有利于文件的动态扩充，有利于文件的插入和删除，提高了磁盘空间利用率。
链接结构的主要缺点是存取速度慢，不适于随机存取文件；磁盘的磁头移动多，效率相对较低；存在文件的可靠性问题，比如指针出错，文件也就出错了；另外，链接指针需要占用一定的空间。
33.文件系统实现（P74L7）
为了进行存储空间的分配与回收，在外存储设备上设置有空闲空间登记表。
在设计空闲空间登记表的数据结构是，主要有三种不同的方案可以考虑：
（1）位示图
（2）空闲块表，特别适合于文件物理结构为顺序结构的文件系统
（3）空闲块链表，对空间的申请和释放是以块为单位的
在每个进程中，都有一个用户打开文件表。
该表的内容有文件描述符、打开方式、读写指针、系统打开文件表入口等，参见图2-22
34.文件的保护方法（P75L7）
（1）建立副本
（2）定期转储（3）规定文件的存取权限：
采用树形目录结构、存取控制表。
35.文件的共享（P75L7）
是指一个文件可以允许多个用户共同使用。
文件共享还带来许多好处：
免除系统复制文件的工作；减少用户大量的重复性劳动；减少实际输入输出文件的次数；此外，利用文件共享还可以实现进程间相互通信。
【共享文件的两种使用情况：
文件可以同时使用、文件不允许同时使用】
36.输入/输出设备分类（P77）
（1）按设备的使用特性分类：
输入设备、输出设备、交互式设备、存储设备
（2）按设备的信息组织方式分类：
字符设备、块设备
（3）按设备使用的可共享性分类：
独占设备、共享设备、虚拟设备
1-.一般而言，输入/输出设备由物理设备和接口部件两部分组成。
2-.接口部件在功能上可以划分成两个部分，一是输入/输出控制器，另一是设备接口。
37.设备分配的原则（P79L8）
根据设备特性、用户要求和系统配置情况决定的。
其总原则是：
（1）要充分发挥设备的使用效率，
（2）尽可能地让设备忙碌，（3）避免由于不合理的分配方法造成进程死锁。
【设备分配方式：
静态、动态分配。
】
1-.设备分配策略主要考虑的因素有：
输入/输出设备的固有属性，输入/输出设备的分配算法，设备分配的安全性以及设备无关性。
2-.对于独占设备的分配有两种方式，静态分配，动态分配。
3-.对于共享设备的分配有先请求先分配、优先级高者先分配等，与进程调度相似。
38.缓冲技术（P80L8）
1-.中断、DMA、通道控制技术使得系统中各输入输出设备之间、输入/输出设备和CPU之间可以并行工作。
2-.输入/输出设备与处理机速度不匹配的问题可以采用设置缓冲区的方法解决。
为什么要使用缓冲技术？
：
为了匹配输入/输出设备与CPU之间的处理速度，减少外部中断的次数和CPU进行中断处理话费的时间，并且解决DMA或通道方式中可能出现的瓶颈问题，通常都需要在设备管理中引入用来暂存数据的缓冲技术。
39.虚设备技术（P81L8）
虚设备技术又称为SPOOLing技术，是多道程序设备系统中处理独占I/O设备的一种方法，它可以提高设备利用率并缩短单个程序的响应时间。
也称为假脱机技术。
SPOOLing系统主要包括输入程序模块、输出程序模块、作业调度程序三部分。
SPOOLing系统的工作原理?
：
（类似打印机共享）
利用SPOOLing系统中的输入程序模块，在作业执行前就利用慢速设备将作业预先输入到输入井中，称为预输入。
作业进入内存运行后，是数据直接从输入井中取出。
作业执行时不必直接启动外部设备输出数据，只需要将这些数据写入输出井，称为缓输出。
待作业全部运行完毕，再有外部设备输出全部数据和信息。
按上述方式，就实现对作业的输入、组织调度和输出管理的统一进行。
同时，是外部设备在CPU直接控制下，又与CPU并行工作（故称作假脱机）
40.磁盘调度策略（P83L9）
也称为驱动调度。
分为
（1）移臂调度：
先来先服务调度算法、最短寻找时间优先调度算法、电梯调度算法、单向扫描调度算法
（2）旋转调度
1-.一次访问磁盘的时间由寻道时间、旋转定位时间和数据传输时间所组成。
2-.磁盘的物理地址具有如下形式：
柱面号（磁道号）、盘面号（磁头号）、扇区号。
3-.执行一次输入/输出所花的时间有：
寻道时间、延迟时间、传送时间。
4-.对软盘来说，每个柱面只包含两个磁道，文件信息也是按柱面顺序、磁头顺序和扇区顺序依次存放。
5-.根据延迟时间来决定执行次序的调度称为旋转调度。
第三章网络操作系统的通信
1.客户机/服务器模式（P100L1）
其基本思想是把操作系统构造为一组相互合作的进程。
客户机/服务器模式的工作过程通常是这样的，一般采用一个简单的无连接的请求/应答协议，客户端发送一个请求信息给服务器要求某一种服务，服务器完成这一请求后返回计算结果或错误信息。
所有的信息传送都是由底层内核通过两个系统调用的原语完成的。
1-.通常进程间的低级通信以信号量为主，通过两个P、V原语进行操作。
2-低级通信一般包括信号、信号量等，它们都是通过共享变量的方法实现的。
3-.高级通信有消息队列、共享内存、套接字、邮箱通信等。
4-.消息缓冲机制的通信技术，利用公共消息缓冲区实现进程之间和个结点机之间的信息交换。
5-.信箱是一种数据结构，逻辑上它分成两部分：
信箱头和信箱体。
6-.据此信箱可分为私有信箱、公用信箱和共享信箱。
7-.信箱在创建时必须建立信箱头，其中包含信箱名称、信箱大小、创建者的进程名等。
8-.在计算机网络系统中，各结点主机上的进程之间普遍采用消息传递的通信方式，不需要使用共享变量。
2.原语（P102L2）
即是原子操作，不可分割，是指系统的一组指令集合，（即由若干条指令所组成的一个指令序列，用来实现某个特定的操作功能。
）该组指令在执行过程中不可被中断，这样的操作方式可以保证指令执行的完整性。
Send（）和receive（）即是通信原语。
【原语是操作系统核心的一个组成部分。
分为
（1）创建、撤销、
（2）挂起、激活、（3）阻塞、唤醒、（4）改变进程优先级等原语】
3.网络协议（P102L3）
1-.网络协议是对计算机之间通信的信息格式、能被收/发双方接收的传送信息内容的一组定义。
2-.在所有常用的网络协议中，又可以分为常用的基础型协议和常用的应用型协议。
4.同步原语（P104L4）
也称为阻塞原语，就是当发送者调用该原语时，必须对接收者具有明确的要求：
（1）当接收者准备就绪可以接收信息时，发送者立即将信息发送给对方；
（2）若接收者未准备好，那么发送者会自我阻塞，等待接收者就绪。
（3）一旦发送者将信息发来，接收者会立即唤醒并接受信息
5.异步原语（P104L4）
异步原语也就是非阻塞原语，工作原理：
当发送者调用异步通信原语时，先查找接收者，不管找到还是未找到，无论信息是否发出，原语立即返回调用程序，并返回发送成功或失败的信息，进而继续执行下面的指令代码。
因此，对通信原语的设计可以根据实际情况，选择一下三种：
1）同步原语，阻塞发送和接收；有死锁和饥饿的可能。
2）带复制的异步发送原语和带测试的异步接收原语，非阻塞，并发度高；系统开销大。
3）带中断的异步原语，效率高，并发度大；编程困难，不利于调试。
5.3缓冲原语和非缓冲原语（P104L4）
因此，缓冲通信原语和非缓冲通信原语的根本区别在于是否在被和存在有一块内存用来存放过早到达的信息，如果有则是缓冲原语，否则就是非缓冲原语。
1-.对内核缓冲区的管理最简单的方法是定义一个称为信箱的数据结构。
2-.因此，可以说缓冲原语部分解决了接收者信息丢失的问题，但是并没有解决根本问题。
5.4可靠原语和非可靠原语（P104L4）
可靠原语的实现
a）四回合应答：
1.客户请求2.服务确认3.服务应答4.用户确认.
B）三回合应答：
1.客户请求2.服务应答4.用户确认.
6.远程过程调用的概念（P108L6）
在网络系统中，不同结点主机之间也可以采用过程调用的方式进行通信，称之为远程过程调用（RPC）。
远程过程调用是一个协议，用户进程可以使用这个协议请求网络中另一台计算机结点上某程序的服务而不需要知道网络细节。
【其使用的是客户机/服务器模型，请求进程是客户机，而服务提供进程则为服务器。
】
本地过程调用LPC的流程：
调用的主程序会将参数经过Win32子系统陷入到内核，内核的系统服务进程接到打包过来的参数后进行分配，read（）调用会分配给本地过程调用。
调用结束后按原路返回，结果存放在函数的存储器中。
7.组通信的方式（P112L7）
简述组通信机制？
对于一对多的情况，发送者的信息希望只发送一次就可以被多个接收者接收，若其中部分接收者不能工作，那么客户机的请求仍旧能够得到其余服务器可靠的服务。
这样就要采用组通信机制。
实现组通信的三种方式：
（1）单播式
（2）多播式
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