全国计算机四级网络工程师考点归纳.docx

根据给定文件的信息，我们可以将计算机四级网络工程师考试中的操作系统部分的重要知识点进行详细的归纳与解析。 ### 第一章 操作系统概论 #### 操作系统的层次结构 操作系统处于硬件和其他软件（如支撑软件和应用软件）之间，形成了一种层次化的软件体系结构。 #### 操作系统的主要特征 - **并发性**：指多个程序在同一时间段内同时执行。 - **共享性**：操作系统中的资源（如文件、内存等）可以在一定的策略下被多个程序共同占有使用。 - **随机性**：由于外部环境的影响，导致操作系统行为具有不确定性和不可预知性。 #### 操作系统的主要功能 - **资源管理**：包括对硬件资源（如CPU、内存、I/O设备）和软件资源的管理。 - **控制程序执行**：通过进程管理来实现程序的启动、执行和终止。 #### 操作系统的研究视角 - **软件视角**：从软件工程的角度来看待操作系统的设计和实现。 - **资源管理视角**：强调操作系统如何有效地管理系统的各种资源。 - **进程视角**：关注进程的生命周期及其间的相互作用。 - **虚拟器视角**：将操作系统视为硬件的一种抽象层，为用户提供一个更为简单易用的操作界面。 - **服务提供者视角**：从用户和服务的角度出发，考虑操作系统如何提供高效、可靠的接口和服务。 #### 批处理系统的特点 - **优点**：高吞吐量、高CPU利用率、较短的周转时间。 - **缺点**：缺乏人机交互，不适用于需要快速响应的应用场景。 #### 微内核架构 - **定义**：一种基于客户端/服务器模型的操作系统架构，其核心功能最小化，仅包含必要的服务。 - **特点**： - 可靠性高：因为核心组件较少，出现问题的概率降低。 - 灵活性好：易于扩展新的服务。 - 适合分布式处理：核心组件可以分布在不同的机器上。 #### 设备分类 - **共享设备**：如中央处理单元(CPU)，可以在不同进程之间共享使用。 - **独占设备**：如打印机、扫描仪，某一时刻只能被一个进程使用。 #### 实时系统的设计目标 - **满足截止时间要求**：确保任务能在规定的时间内完成。 - **满足可靠性要求**：保证系统在恶劣环境下仍能稳定运行。 ### 第二章 操作系统运行机制 #### 中断机制 - **中断源**：触发中断的事件来源。 - **中断请求**：当发生中断时，硬件向CPU发出中断信号。 - **中断的作用**： - 提高CPU使用效率。 - 增强系统的实时处理能力。 - **常见中断类型**： - 时钟中断：定期发生的中断，用于控制进程切换。 - I/O中断：输入输出设备完成操作后产生的中断。 - 控制台中断：来自键盘等控制台设备的中断。 - 硬件故障中断：如电源故障、内存错误等。 #### 异常处理 - **程序性中断**：如算术溢出、被零除、缺页等。 - **访管指令异常**：指因执行特殊指令而引发的异常。 #### 系统调用 - **定义**：用户程序通过系统调用来请求操作系统提供的服务。 - **与一般过程调用的区别**： - 一般过程调用：调用方与被调用方运行在同一状态，无需改变运行模式。 - 系统调用：从用户态切换到内核态，通常通过软件中断实现。 #### 参数传递方法 - **使用陷入指令自带参数**。 - **利用通用寄存器**。 - **通过堆栈区**。 #### 用户可见寄存器 - **数据寄存器**：存储数据值。 - **地址寄存器**：保存内存地址。 - **条件码寄存器**：记录运算结果的状态标志。 ### 第三章 进程线程模型 #### 顺序执行与并发执行 - **顺序执行的特点**： - 顺序性：指令按顺序执行。 - 封闭性：不受外界因素影响。 - 确定性：每次执行的结果相同。 - 可再现性：多次执行得到相同的结果。 - **并发执行的特点**： - 相互制约：进程之间存在依赖关系。 - 不再一一对应：进程的执行顺序和时间间隔不可预测。 - 不可再现：执行结果受并发环境影响而变化。 #### 进程的基本概念 - **进程组成**：由程序、数据和进程控制块(PCB)组成。 - **进程类型**：系统进程和用户进程。 - **状态转换**： - 运行->就绪：当时间片用完或被其他更高优先级的进程抢占时。 - 运行->等待：等待某个事件的发生。 - 等待->就绪：所需事件发生后。 - **PCB内容**： - 调度信息：包括进程名、进程号、优先级等。 - 现场信息：如程序状态字、时钟、界地址寄存器等。 - 不存放进程页表和动态链接库等。 #### PCB组织方式 - **线性方式**：将所有PCB按顺序排列。 - **索引方式**：使用索引表来管理PCB。 - **链接方式**：PCB之间通过指针相连。 #### 进程控制 - **创建**：通过系统调用或其他机制创建进程。 - **销毁**：当进程执行完毕或出现错误时销毁进程。 - **状态转换**：通过原语实现进程状态的变化。 #### 线程的概念 - **类型**：用户级线程、内核级线程和混合线程。 - **线程表内容**： - 程序计数器：指示线程下一条指令的位置。 - 堆栈指针：指向线程的栈顶。 - 寄存器集：保存线程执行状态的相关寄存器。 - 状态：表示线程当前的运行状态。 #### 线程管理 - **Pthread_join()**：等待一个特定的线程退出。 - **Pthread_yield()**：主动放弃CPU使用权，使其他线程有机会运行。 - **Pthread_create()**：创建线程，需要提供线程标识符地址、线程属性、线程入口函数地址及参数。 #### 进程调度 - **调度类型**：CPU密集型、I/O密集型。 - **调度算法**： - 非抢占式：如先来先服务、最短作业优先。 - 与时间相关：先来先服务、短作业优先、最高响应比优先、时间片轮转。 #### 线程的实现机制 - **用户线程**：完全由用户空间管理，无需内核支持。 - **内核线程**：由操作系统内核管理。 - **混合线程**：结合用户线程和内核线程的优点。 ### 第四章 并发与同步 #### 并发问题 - **间接感知**：进程间通过共享数据进行合作，可能引发的问题有互斥、死锁和饥饿。 - **直接感知**：进程间通过消息传递等方式直接通信，也可能遇到死锁和饥饿等问题。 #### 同步机制 - **临界区**：指进程中访问临界资源的那段代码。 - **进程准则**： - 空闲则入：当没有进程在临界区内时，允许一个进程进入。 - 忙则等待：当已有进程在临界区内时，其他进程必须等待。 - 有限等待：进程进入等待状态的时间有限。 - 让权等待：进程等待时，主动释放CPU使用权。 - **同步算法**： - Peterson算法：适用于两个进程之间的互斥。 - TS指令：用于原子地测试并设置某个变量的值。 - Swap/Exchange指令：交换两个变量的值，确保操作的原子性。 - 信号量机制：使用P/V操作来实现互斥和同步。 #### 共享资源管理 - **管程**：一种特殊的进程，由Hoare提出，用于管理和保护共享资源。 - **条件变量**：用于协调多个进程间的同步问题。 - **共享内存**：多个进程共享同一段内存区域，便于进程间的数据交换。 - **消息缓冲通信**：通过消息缓冲区进行通信，发送者和接收者分别使用send和receive原语。 - **信箱通信**：通过指定的信箱进行消息传递，增强了消息的安全性和有序性。 - **管道通信**：连接两个进程之间的通道，用于简单的数据传输。 计算机四级网络工程师考试中的操作系统部分涵盖了操作系统的基本概念、运行机制、进程与线程管理以及并发与同步等多个方面，这些知识点不仅对于备考非常重要，也是理解和运用操作系统的关键基础。