操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡知識要點課件

操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡知識要點課件目錄contents引言操作系統(tǒng)基本概念進程管理與協(xié)調(diào)內(nèi)存管理與優(yōu)化策略文件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)目錄contents網(wǎng)絡基礎(chǔ)知識要點局域網(wǎng)技術(shù)與應用場景分析廣域網(wǎng)接入與傳輸技術(shù)探討總結(jié)回顧與拓展延伸引言CATALOGUE01介紹操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡的基本概念和知識，幫助學生理解和掌握相關(guān)原理和技術(shù)。目的隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡已成為計算機系統(tǒng)中不可或缺的組成部分。背景目的和背景本課程將涵蓋操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡的基本概念、原理、技術(shù)及應用。通過課堂講解、案例分析、實驗等方式進行教學。課程概述方法內(nèi)容掌握操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡的基本概念、原理和技術(shù)。知識目標能力目標素質(zhì)目標能夠運用所學知識解決實際問題，具備操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡的基本應用能力。培養(yǎng)學生的計算機系統(tǒng)思維、創(chuàng)新意識和實踐能力。030201學習目標操作系統(tǒng)基本概念CATALOGUE02定義操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中的一種軟件，用于管理和控制計算機硬件和軟件資源，提供公共服務和應用程序接口，協(xié)調(diào)各種活動和任務，使得計算機系統(tǒng)能夠高效、穩(wěn)定地運行。功能資源管理、任務調(diào)度、系統(tǒng)安全、用戶界面等。定義與功能批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)、實時系統(tǒng)、網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)等。發(fā)展歷程按照用戶界面分類，可分為命令行界面操作系統(tǒng)和圖形界面操作系統(tǒng)；按照應用領(lǐng)域分類，可分為桌面操作系統(tǒng)、服務器操作系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)等。分類發(fā)展歷程及分類操作系統(tǒng)的核心部分，負責管理硬件資源、提供基本服務、實現(xiàn)任務調(diào)度等。內(nèi)核負責管理和維護計算機系統(tǒng)中的文件和目錄結(jié)構(gòu)，提供文件的創(chuàng)建、讀取、修改、刪除等操作。文件系統(tǒng)用于管理和控制計算機系統(tǒng)中的各種設(shè)備，如打印機、鼠標、鍵盤等，使得這些設(shè)備能夠與操作系統(tǒng)和應用程序進行交互。設(shè)備驅(qū)動程序核心組件與作用進程管理與協(xié)調(diào)CATALOGUE03進程是操作系統(tǒng)中進行資源分配的最小單位，它是程序的執(zhí)行過程，擁有動態(tài)性、并發(fā)性、獨立性和制約性。進程狀態(tài)分為就緒、執(zhí)行和阻塞三種。就緒狀態(tài)指進程已分配到除CPU以外的所有必要資源，只要獲得處理機便可立即執(zhí)行；執(zhí)行狀態(tài)指進程已獲得處理機，其程序正在處理機上執(zhí)行；阻塞狀態(tài)指正在執(zhí)行的進程由于等待某個事件發(fā)生而無法繼續(xù)執(zhí)行時，便放棄處理機而處于阻塞狀態(tài)。進程狀態(tài)轉(zhuǎn)換包括就緒→執(zhí)行、執(zhí)行→阻塞、阻塞→就緒三種情況。就緒→執(zhí)行轉(zhuǎn)換通常發(fā)生在調(diào)度后，執(zhí)行→阻塞轉(zhuǎn)換通常發(fā)生在等待I/O操作或等待某個事件發(fā)生時，阻塞→就緒轉(zhuǎn)換通常發(fā)生在所等待的事件已發(fā)生時。進程概念進程狀態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換進程概念及狀態(tài)轉(zhuǎn)換多個進程可以共享同一塊內(nèi)存空間，通過讀寫共享內(nèi)存來實現(xiàn)進程間通信。共享內(nèi)存具有通信速度快、效率高的優(yōu)點，但需要保證同步與互斥。進程之間通過發(fā)送和接收消息來實現(xiàn)通信。消息傳遞可以分為直接通信方式和間接通信方式。直接通信方式中，發(fā)送進程直接把消息發(fā)送給目標進程；間接通信方式中，發(fā)送進程把消息發(fā)送到某個共享的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如消息隊列）中，接收進程從該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中取出消息。管道是一種半雙工的通信方式，數(shù)據(jù)只能單向流動，而且只能在具有親緣關(guān)系的進程間使用。管道分為匿名管道和命名管道兩種。匿名管道是一種特殊的文件，只存在于內(nèi)存中；命名管道是存在于文件系統(tǒng)中的一種特殊文件，可以在不相關(guān)的進程之間實現(xiàn)通信。共享內(nèi)存消息傳遞管道通信進程間通信機制死鎖概念：死鎖是指多個進程因競爭資源而造成的一種僵局，若無外力作用，這些進程都將永遠不能再向前推進。死鎖產(chǎn)生原因：死鎖產(chǎn)生的原因包括資源競爭、進程間推進順序非法等。當系統(tǒng)中存在多個進程，且它們都需要使用某些共享資源時，如果每個進程都持有部分資源并等待其他資源，則可能導致死鎖。死鎖解決方法：解決死鎖問題的方法包括預防死鎖、避免死鎖、檢測死鎖和解除死鎖四種。預防死鎖是通過破壞產(chǎn)生死鎖的四個必要條件之一來防止死鎖的發(fā)生；避免死鎖是在資源的動態(tài)分配過程中，用某種方法去防止系統(tǒng)進入不安全狀態(tài)，從而避免發(fā)生死鎖；檢測死鎖是通過檢測機構(gòu)是否進入死鎖狀態(tài)來解除死鎖；解除死鎖是當檢測到系統(tǒng)中已進入死鎖狀態(tài)時，將進程從死鎖狀態(tài)中解脫出來。010203死鎖問題及解決方法內(nèi)存管理與優(yōu)化策略CATALOGUE04內(nèi)存空間劃分將內(nèi)存劃分為系統(tǒng)區(qū)、用戶區(qū)，便于管理和使用。內(nèi)存管理策略采用分段、分頁等管理策略，實現(xiàn)內(nèi)存的高效利用。內(nèi)存空間劃分與管理最優(yōu)算法（OPT）根據(jù)未來訪問序列進行置換，命中率最高但難以實現(xiàn)。先進先出算法（FIFO）按照頁面進入內(nèi)存的順序進行置換，實現(xiàn)簡單但命中率較低。最近未使用算法（LRU）根據(jù)頁面最近訪問時間進行置換，具有較高命中率。頁面置換算法比較在內(nèi)存不足時，將部分頁面置換到外存，需要時再調(diào)入內(nèi)存。請求分頁系統(tǒng)根據(jù)頁面置換算法，將最近未使用或未來不會使用的頁面置換到外存。頁面置換機制將虛擬地址映射到物理地址，實現(xiàn)虛擬內(nèi)存與物理內(nèi)存的隔離。內(nèi)存映射技術(shù)虛擬內(nèi)存技術(shù)實現(xiàn)原理文件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)CATALOGUE05文件系統(tǒng)操作系統(tǒng)中負責管理和存取文件信息的軟件機構(gòu)，由文件管理軟件和被管理的文件組成。文件存儲在磁盤上的具有名稱的一組相關(guān)信息的集合。文件系統(tǒng)的功能文件的存儲、檢索、更新、共享和保護。文件系統(tǒng)基本概念及組成文件系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)，用于實現(xiàn)文件的按名存取。目錄結(jié)構(gòu)所有文件都直接放在根目錄下，不便于文件管理和保護。單級目錄結(jié)構(gòu)也稱為樹形目錄結(jié)構(gòu)，通過目錄管理文件，便于文件分類和權(quán)限管理。多級目錄結(jié)構(gòu)采用相對路徑和絕對路徑訪問文件，提高文件訪問效率；實現(xiàn)文件共享和鏈接，節(jié)省存儲空間。優(yōu)化策略目錄結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化策略連續(xù)分配01為每個文件分配一組連續(xù)的磁盤塊，便于順序訪問，但容易產(chǎn)生外部碎片。鏈接分配02采取離散分配方式，每個文件分配不連續(xù)的磁盤塊，通過鏈接指針將文件的所有磁盤塊鏈接起來。解決了外部碎片問題，但訪問效率較低，且容易產(chǎn)生空閑磁盤塊。索引分配03為每個文件分配一個索引塊，索引塊中登記了文件所占用的所有磁盤塊號。提高了訪問效率，但需要額外的索引塊空間。文件存儲空間管理策略網(wǎng)絡基礎(chǔ)知識要點CATALOGUE06計算機網(wǎng)絡定義計算機網(wǎng)絡是由多個計算機和通信設(shè)備組成，通過傳輸介質(zhì)互相連接，實現(xiàn)資源共享和信息交換的系統(tǒng)。計算機網(wǎng)絡分類按照覆蓋范圍可分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)；按照拓撲結(jié)構(gòu)可分為總線型、星型、環(huán)型、網(wǎng)狀等。計算機網(wǎng)絡定義與分類物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層。OSI七層模型網(wǎng)絡接口層、網(wǎng)絡層、傳輸層、應用層。每層都規(guī)定了相應的協(xié)議和功能，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的傳輸和通信。TCP/IP四層模型網(wǎng)絡協(xié)議層次結(jié)構(gòu)模型VS雙絞線、同軸電纜、光纖等，用于在網(wǎng)絡中傳輸數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡設(shè)備集線器、交換機、路由器等，用于連接和管理網(wǎng)絡。其中，集線器是早期使用的設(shè)備，現(xiàn)在已經(jīng)被交換機逐漸替代。路由器則用于連接不同的網(wǎng)絡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和路由選擇。傳輸介質(zhì)常見傳輸介質(zhì)和設(shè)備介紹局域網(wǎng)技術(shù)與應用場景分析CATALOGUE07包括網(wǎng)絡硬件（如交換機、路由器、服務器等）和網(wǎng)絡軟件（如操作系統(tǒng)、協(xié)議棧等）兩大部分。高傳輸速度、低延遲、高安全性、易于管理等。局域網(wǎng)構(gòu)成要素局域網(wǎng)特點局域網(wǎng)構(gòu)成要素及特點以太網(wǎng)技術(shù)原理采用CSMA/CD協(xié)議（帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議），實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。以太網(wǎng)優(yōu)勢高速傳輸、穩(wěn)定性好、成本低廉、易于擴展等。以太網(wǎng)技術(shù)原理及優(yōu)勢無線局域網(wǎng)組建方案包括無線接入點（AP）的選擇與配置、無線網(wǎng)絡安全設(shè)置、無線網(wǎng)絡優(yōu)化等方面。要點一要點二無線局域網(wǎng)優(yōu)勢靈活性高、移動性強、組網(wǎng)方便等。具體方案可根據(jù)實際需求和場景進行選擇和設(shè)計。無線局域網(wǎng)組建方案廣域網(wǎng)接入與傳輸技術(shù)探討CATALOGUE08通過租用電信運營商的專線資源實現(xiàn)接入，具有高帶寬、低時延、高安全性等優(yōu)點，但成本較高。專線接入采用多協(xié)議標簽交換（MPLS）技術(shù)，實現(xiàn)不同地點之間VPN（虛擬專用網(wǎng)絡）的連接，具有靈活性、可擴展性和安全性等特點。MPLSVPN接入通過公共互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)接入，成本較低，但帶寬和時延可能受到影響，安全性也相對較低。互聯(lián)網(wǎng)接入廣域網(wǎng)接入方式選擇TCP與UDP協(xié)議比較TCP（傳輸控制協(xié)議）具有可靠性、順序性和流量控制等特點，適用于需要保證數(shù)據(jù)完整性的場景；UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）具有無連接、簡單高效的特點，適用于實時性要求較高的場景。TCP優(yōu)化策略包括擁塞控制算法改進、傳輸層安全性增強以及與其他層協(xié)議的協(xié)同優(yōu)化等，以提高TCP傳輸性能和安全性。UDP優(yōu)化策略包括丟包重傳機制設(shè)計、擁塞控制算法改進和傳輸層與應用層協(xié)同優(yōu)化等，以提高UDP傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性。傳輸層協(xié)議比較與優(yōu)化策略03物聯(lián)網(wǎng)廣域網(wǎng)討論物聯(lián)網(wǎng)場景下廣域網(wǎng)的連接和管理技術(shù)，如NB-IoT、LoRa等低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)的應用與發(fā)展趨勢。01云計算廣域網(wǎng)介紹云計算場景下廣域網(wǎng)的應用和優(yōu)化策略，如跨地域容災備份、云網(wǎng)融合等。02視頻會議系統(tǒng)分析視頻會議系統(tǒng)在廣域網(wǎng)環(huán)境下的傳輸需求和挑戰(zhàn)，探討保證視頻質(zhì)量和實時性的優(yōu)化策略。典型廣域網(wǎng)應用案例分享總結(jié)回顧與拓展延伸CATALOGUE09操作系統(tǒng)的定義、功能、分類及常見操作系統(tǒng)介紹。關(guān)鍵知識點總結(jié)回顧操作系統(tǒng)概述進程的概念、狀態(tài)及轉(zhuǎn)換、調(diào)度算法、同步與通信機制等。進程管理內(nèi)存的分配與回收、虛擬內(nèi)存技術(shù)、頁面置換算法等。內(nèi)存管理文件系統(tǒng)的概念、目錄結(jié)構(gòu)、文件的存儲與訪問等。文