【軟件設(shè)計師筆記】程序語言設(shè)計考點(傳送門)?💖

🐓?操作系統(tǒng)的作用

1.通過資源管理提高計算機系統(tǒng)的效率

2.改善人機界面向用戶提供友好的工作環(huán)境

?🐓?操作系統(tǒng)的特征

并發(fā)性

操作系統(tǒng)能夠同時處理多個任務(wù)或事件，即并發(fā)執(zhí)行。這是通過分時系統(tǒng)或進程來實現(xiàn)的，使多個程序可以同時運行

共享性

操作系統(tǒng)中的資源，如內(nèi)存、CPU和外部設(shè)備，可以被多個進程共享。資源共享分為互斥共享和同時訪問兩種方式，前者是多個進程不能同時訪問同一資源，后者是多個進程可以同時訪問同一資源。

虛擬性

操作系統(tǒng)使用虛擬技術(shù)來提供一個邏輯的實體而不是物理實體。例如，通過虛擬處理器技術(shù)，一個物理CPU可以被虛擬為多個邏輯CPU，使得每個用戶都感覺有一個專用的CPU為其服務(wù)。同樣，虛擬存儲器和虛擬設(shè)備技術(shù)可以提供虛擬內(nèi)存和虛擬外部設(shè)備。

異步性

在多道程序環(huán)境下，允許多個程序并發(fā)執(zhí)行。由于資源的有限性，進程的執(zhí)行走走停停，以不可預(yù)知的速度向前推進，這就是進程的異步性。異步性使得操作系統(tǒng)運行在一種隨機的環(huán)境下，可能導(dǎo)致進程產(chǎn)生與時間有關(guān)的錯誤。

?🐓?操作系統(tǒng)的功能

處理機管理

對處理機的執(zhí)行時間進行管理，采用多道程序等技術(shù)將CPU的時間合理分配給每個任務(wù)，主要包括進程控制，進程同步，進程通信和進程調(diào)度

文件管理

包括文件存儲空間管理，目錄管理，文件的讀/寫管理和存取控制

存儲管理

存儲管理時對主存儲器空間進行管理，包括存儲分配與回收，存儲保護，地址映射（變換）和主存擴充

設(shè)備管理

對硬件設(shè)備的管理，包括對輸入輸出設(shè)備的分配，啟動，完成和回收

作業(yè)管理

包括任務(wù)，界面管理，人機交互，圖形界面，語音控制和虛擬現(xiàn)實等

?🐓?操作系統(tǒng)的類型

批處理操作系統(tǒng)（單道，多道）

分時操作系統(tǒng)（UNIX，多路性，獨立性，交互性，及時性）

實時操作系統(tǒng)（快速的響應(yīng)時間，有限的交互能力，高可靠性）

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（集中模式，客戶端/服務(wù)器模式，對等模式）

分布式操作系統(tǒng)（透明性，可靠性，高性能）

微機操作系統(tǒng)（Windows）

嵌入式操作系統(tǒng)（微型化，可定制，實時性，可靠性，易移植性）

?🐓?程序并發(fā)執(zhí)行的特點

1.失去了程序的封閉性

2.程序和機器的執(zhí)行程序的活動不再一一對應(yīng)

3.并發(fā)程序間的互相制約性

?🐓?進程的組成

程序

描述了進程需要完成的功能

數(shù)據(jù)

程序執(zhí)行時所需的數(shù)據(jù)及工作區(qū)

進程控制塊（PCB）

?🐓?進程的狀態(tài)

新建、就緒、運行、阻塞、終止

?🐓?原語

執(zhí)行時不能被分割，要不做要么就不做

內(nèi)核中所包含的原語主要又進程控制原語，進程通信原語，資源管理原語以及其他方面的原語

進程控制原語有進程創(chuàng)建原語，進程撤銷原語，進程掛起原語，進程激活源于，進程阻塞原語，以及進程喚醒原語等

?🐓?進程之間的同步

進程間完成一項任務(wù)時直接發(fā)生相互作用的關(guān)系

?🐓?進程之間的互斥

系統(tǒng)中各個進程互斥使用臨界資源（進程可以共享各類資源，但有些資源一次只能共一個進程使用）

?🐓?信號量的意義

信號量時一個整型變量。根據(jù)控制對象的不同賦予不同的值

公用信號量：實現(xiàn)進程間的互斥，初值為1或資源的數(shù)目

私用信號量：實現(xiàn)進程間的同步，處置為0或某個正整數(shù)

若S>=0表示某資源的可用數(shù)，若S<0,則其絕對值表示阻塞隊列中等待該資源的進程數(shù)

問題

編程難度大，效率低

?🐓?高級通訊方式

共享存儲模式

互相通信的進程共享某些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)進程之間的通信

消息傳遞模式

進程間的數(shù)據(jù)交換以消息為單位，直接利用系統(tǒng)提供的通信命令（原語）來實現(xiàn)通信。比如send(A),receive(A)

管道通信

使用管道連接一個讀進程一個寫進程，以實現(xiàn)他們之間通信的共享文件、相關(guān)到（共享文件）提供輸入的發(fā)送進程，以字符流的形式將大量的數(shù)據(jù)送入管道，而接收進程可以從管道中接收大量的數(shù)據(jù)。

?🐓?管程

由一些共享數(shù)據(jù)，一組能為并發(fā)進程所執(zhí)行的作用在共享數(shù)據(jù)上的操作的集合，初始代碼以及存取全組成的一種同步機制

管程的結(jié)構(gòu)

?🐓?進程調(diào)度

在某些操作系統(tǒng)中，一個座椅從提交到完成需要經(jīng)歷高，中，低三級調(diào)度

高級調(diào)度

高級調(diào)度又稱作業(yè)調(diào)度，它決定處于輸入池中哪一個后備作業(yè)可以調(diào)入主系統(tǒng)做好運行的準備，成為一個或一組就緒進程。

中級調(diào)度

中級調(diào)度它決定于交換區(qū)中的哪個就緒進程可以調(diào)入內(nèi)存，以便直接參與CPU的京城，在內(nèi)存資源緊張時。為了將進程調(diào)入內(nèi)存，必須將內(nèi)存中處于阻塞狀態(tài)的進程調(diào)出至交換區(qū)，以便為調(diào)入進程騰出空間。

低級調(diào)度

低級調(diào)度又稱進程調(diào)度，它決定處于內(nèi)存中的哪個就緒進程可以占用CPU。

進程調(diào)度算法

先來先服務(wù)算法(FCFS)

按照作業(yè)提交或進程成為就緒狀態(tài)的先后順序分配CPU

特點：有利于長作業(yè)，而不利于多作業(yè)，可能會出現(xiàn)餓死的狀況，有利于CPU繁忙的作業(yè)，而不利于I/O繁忙的作業(yè)，主要用于宏觀調(diào)度

時間片輪轉(zhuǎn)算法

時間片輪換主要用于微觀調(diào)度，為了提高資源利用率，通過時間片轉(zhuǎn)換提高進程并發(fā)性和響應(yīng)時間特性，從而提高資源利用率

固定時間片

分配每個進程相等的時間片，使所有進程都能公平執(zhí)行

可變時間片

根據(jù)進程不同的要求對時間片的大小實時進行修改，可以更好的提高效率

優(yōu)先級調(diào)度算法

每一個進程都有一個優(yōu)先數(shù)，數(shù)值大的表示優(yōu)先級高，系統(tǒng)在調(diào)度時總選擇優(yōu)先數(shù)大的占用CPU

靜態(tài)優(yōu)先級

進程的優(yōu)先級在創(chuàng)建時就確定，知道進程終止都不會改變

動態(tài)優(yōu)先級

在創(chuàng)建進程時賦予一個優(yōu)先級，在進程運行過程中可以改變，以便獲得更好的調(diào)度性能

多級反饋調(diào)度算法

時間片輪轉(zhuǎn)算法和優(yōu)化級算法的綜合與發(fā)展。

優(yōu)點：照顧了段進程以提高系統(tǒng)吞吐量，縮短了平均周轉(zhuǎn)時間，更好的I/O設(shè)備利用率和響應(yīng)時間，不必估計進程的執(zhí)行時間。

?🐓?死鎖

兩個或兩個以上的進程在執(zhí)行過程中，由于競爭資源或者由于彼此通信而造成的一種阻塞的現(xiàn)象，若無外力作用，它們都將無法推進下去。此時稱系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)或系統(tǒng)產(chǎn)生了死鎖，這些永遠在互相等待的進程稱為死鎖進程。

死鎖產(chǎn)生的原因

1.互斥條件：一個資源每次只能被一個進程使用。

2.占有且等待：一個進程因請求資源而阻塞時，對已獲得的資源保持不放。

3.不可強行占有：進程已獲得的資源，在末使用完之前，不能強行被其他進程剝奪。

4.循環(huán)等待條件：若干進程之間形成一種頭尾相接的循環(huán)等待資源關(guān)系。

死鎖的預(yù)防

預(yù)先靜態(tài)分配法：破壞了‘不可剝奪條件’，預(yù)先分配所需資源，保證不等待資源。

銀行加算法：先計算，如果分配資源后系統(tǒng)進入不安全狀態(tài)時就不予分配

檢測：系統(tǒng)定時運行死鎖檢測程序

解除：資源剝奪法+撤銷進程法

?🐓?安全狀態(tài)

系統(tǒng)能過按照某種順序來為每個進程分配其所需資源，使每個進程都能順序完成

?🐓?存儲器管理

存儲器時計算機系統(tǒng)中的關(guān)鍵性資源，是存放各種信息的重要場所。

分配和回收主存空間，提高主存利用率，擴展主存，有效保護主存信息

?🐓?存儲器的層次結(jié)構(gòu)

1.CPU寄存器：這是存儲器層次結(jié)構(gòu)中的最高層，訪問速度最快，但容量最小。CPU寄存器用于暫存指令、數(shù)據(jù)和地址，是CPU的一部分。

2.高速緩存（Cache）：高速緩存是位于CPU和主存儲器之間的存儲器，其訪問速度較快，容量相對較小。高速緩存用于存放經(jīng)常訪問的指令和數(shù)據(jù)，以減少對主存儲器的訪問次數(shù)。

3.主存儲器（Main Memory）：主存儲器是計算機系統(tǒng)中的主要存儲區(qū)域，容量較大，但訪問速度相對較慢。主存儲器用于存放操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)等。

4.輔助存儲器（Secondary Storage）：輔助存儲器是計算機系統(tǒng)中的外部存儲設(shè)備，如硬盤、固態(tài)硬盤等。其容量比主存儲器大得多，但訪問速度較慢。輔助存儲器用于存放大量的數(shù)據(jù)和程序等。

?🐓?地址重定位

講邏輯地址轉(zhuǎn)變成物理地址的過程，可分為靜態(tài)重定位和動態(tài)重定位

靜態(tài)重定位

程序裝入主存時已經(jīng)完成了邏輯地址到物理地址的變換，在程序執(zhí)行期間不會再次發(fā)生變化

動態(tài)重定位

程序運行期間完成邏輯地址到物理地址的交換。其中實現(xiàn)機制需要依賴硬件地址變換機構(gòu)

?🐓?虛擬存儲頁面置換算法

1.最近最少使用（Least Recently Used，LRU）算法：該算法選擇最長時間未被使用的頁面進行替換。當一個新的頁面需要被加載到內(nèi)存中時，LRU算法會檢查內(nèi)存中是否存在可用的空閑頁面，如果有，則選擇最長時間未被使用的頁面進行替換；否則，將選擇一個暫時不會被使用或者最不常用的頁面進行替換。

2.先進先出（First In First Out，FIFO）算法：該算法選擇最早加載到內(nèi)存的頁面進行替換。當一個新的頁面需要被加載到內(nèi)存中時，FIFO算法會檢查內(nèi)存中是否存在可用的空閑頁面，如果有，則選擇最早加載的頁面進行替換；否則，將選擇一個暫時不會被使用或者最不常用的頁面進行替換。

3.最不經(jīng)常使用（Least Frequently Used，LFU）算法：該算法選擇最不經(jīng)常使用的頁面進行替換。當一個新的頁面需要被加載到內(nèi)存中時，LFU算法會檢查內(nèi)存中是否存在可用的空閑頁面，如果有，則選擇最不經(jīng)常使用的頁面進行替換；否則，將選擇一個暫時不會被使用或者最不常用的頁面進行替換。

?🐓?設(shè)備管理的目標

1.保障設(shè)備正常運行：通過科學(xué)的管理和維護，確保設(shè)備能夠正常運行，滿足生產(chǎn)或服務(wù)的需求。

2.提高設(shè)備利用率：通過合理的調(diào)度和使用，提高設(shè)備的利用率，降低閑置和浪費，從而節(jié)約成本。

3.預(yù)防性維護和維修：通過預(yù)防性的維護和維修措施，降低設(shè)備的故障率，提高設(shè)備的使用壽命。

4.優(yōu)化設(shè)備配置：根據(jù)生產(chǎn)或服務(wù)的需要，合理配置設(shè)備資源，提高設(shè)備的使用效率。

5.降低能耗和環(huán)保：在設(shè)備的使用過程中，注重節(jié)能減排和環(huán)保，降低能耗和減少污染。

6.安全管理：確保設(shè)備的安全使用，防止設(shè)備事故的發(fā)生，保障人員和企業(yè)的安全。

?🐓?磁盤調(diào)度算法

1.先來先服務(wù)算法（FCFS）：這種算法按照請求到達的順序進行服務(wù)，優(yōu)先級最高的是最先請求。

2.最短尋道時間優(yōu)先算法（SSTF）：這種算法選擇距離當前磁頭位置最近的請求進行服務(wù)，以最小化尋道時間。

3.掃描算法（SCAN）：這種算法從一端向另一端移動磁頭，并按照遇到的請求順序進行服務(wù)。當磁頭移動到一端時，它會改變移動方向，并繼續(xù)服務(wù)請求。

4.循環(huán)掃描算法（C-SCAN）：這種算法類似于SCAN算法，但是當磁頭到達一端時不會改變移動方向，而是繼續(xù)在一個方向上移動，直到處理完所有的請

?🐓?文件

具有符號名的，在邏輯上具有完整意義的一組相關(guān)信息項的集合

文件系統(tǒng)

操作系統(tǒng)中實現(xiàn)文件統(tǒng)一管理的一組軟件和相關(guān)數(shù)據(jù)的集合，專門負責(zé)管理和存取文件信息的軟件機構(gòu)

文件存儲管理方案

文件系統(tǒng)的安全

一類涉及到技術(shù)，管理。法律，道德，政治等問題，

另一類涉及操作系統(tǒng)的安全機制

文件系統(tǒng)的可靠性

1.備份和恢復(fù)：備份是保障數(shù)據(jù)安全的重要手段，可以通過定期備份和增量備份來減少數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險。同時，恢復(fù)也是必要的操作，可以通過備份數(shù)據(jù)快速恢復(fù)文件系統(tǒng)。

2.錯誤檢測和糾正：文件系統(tǒng)應(yīng)該具備錯誤檢測和糾正的能力，例如通過校驗和等方式來檢測數(shù)據(jù)的完整性，以及通過冗余等方式來糾正錯誤數(shù)據(jù)。

3.持久化和穩(wěn)定存儲：文件系統(tǒng)應(yīng)該能夠持久化存儲數(shù)據(jù)，并且在系統(tǒng)故障或者掉電等情況下保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

4.訪問控制和加密：文件系統(tǒng)應(yīng)該提供訪問控制和加密等安全措施，以保護數(shù)據(jù)的機密性和完整性。

5.一致性檢查：文件系統(tǒng)應(yīng)該定期進行一致性檢查，以確保數(shù)據(jù)的正確性和一致性。

?🐓?作業(yè)

系統(tǒng)為完成一個用戶的計算任務(wù)所作的工資總和

作業(yè)狀態(tài)

1.后備狀態(tài)：作業(yè)全部輸入到計算機系統(tǒng)中，由操作系統(tǒng)將其存放在輸入井中，等待作業(yè)調(diào)度程序調(diào)度。

2.提交狀態(tài)：當作業(yè)提交給計算機中心，通過輸入設(shè)備送入計算機系統(tǒng)的過程狀態(tài)稱為提交狀態(tài)。

3.執(zhí)行狀態(tài)：一旦作業(yè)被作業(yè)調(diào)度程序選中，為其分配了必要的資源，并為其建立相應(yīng)的進程后，該作業(yè)便進入了執(zhí)行狀態(tài)。

4.完成狀態(tài)：當作業(yè)正常結(jié)束或異常終止時，作業(yè)進入完成狀態(tài)。

作業(yè)調(diào)度算法

1.先來先服務(wù)（FCFS）：按照作業(yè)提交或進程變?yōu)榫途w狀態(tài)的先后次序，分派CPU。當前作業(yè)或進程占用CPU，直到執(zhí)行完或阻塞，才出讓CPU（非搶占方式）。在作業(yè)或進程喚醒后（如I/O完成），并不立即恢復(fù)執(zhí)行，通常等到當前作業(yè)或進程出讓CPU。有利于CPU繁忙的作業(yè)，而不利于I/O繁忙的作業(yè)。

2.輪轉(zhuǎn)法（Round Robin）：讓每個進程在就緒隊列中的等待時間與享受服務(wù)的時間成正比例。將系統(tǒng)中所有的就緒進程按照FCFS原則，排成一個隊列。每次調(diào)度時將CPU分派給隊首進程，讓其執(zhí)行一個時間片。在一個時間片結(jié)束時，發(fā)生時鐘中斷。調(diào)度程序據(jù)此暫停當前進程的執(zhí)行，將其送到就緒隊列的末尾，并通過上下文切換執(zhí)行當前的隊首進程。

3.優(yōu)先級調(diào)度算法（HPF）：每一個作業(yè)規(guī)定一個表示該作業(yè)優(yōu)先級別的整數(shù)，當需要將新的作業(yè)由輸入井調(diào)入內(nèi)存處理時，優(yōu)先選擇優(yōu)先數(shù)最高的作業(yè)。

4.多級反饋隊列調(diào)度算法：將時間片輪轉(zhuǎn)與優(yōu)先級調(diào)度相結(jié)合，把進程按優(yōu)先級分成不同的隊列，先按優(yōu)先級調(diào)度，優(yōu)先級相同的，按時間片輪轉(zhuǎn)。優(yōu)點是兼顧長短作業(yè)，有較好的響應(yīng)時間，可行性強，適用于各種作業(yè)環(huán)境。

5.高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法：根據(jù)“響應(yīng)比=（進程執(zhí)行時間+進程等待時間）/ 進程執(zhí)行時間”這個公式得到的響應(yīng)比來進行調(diào)度。高響應(yīng)比優(yōu)先算法在等待時間相同的情況下，作業(yè)執(zhí)行的時間越短，響應(yīng)比越高，滿足段任務(wù)優(yōu)先，同時響應(yīng)比會隨著等待時間增加而變大，優(yōu)先級會提高，能夠避免饑餓現(xiàn)象。優(yōu)點是兼顧長短作業(yè)，缺點是計算響應(yīng)比開銷大，適用于批處理系統(tǒng)。