计算机四级等级考试网络工程师知识点-【操作系统原理+计算机网络两科完整】

计算机等级考试四级网络工程师

考试方式

备考建议

• 题库

• 课程视频（不太建议看，因为会睡着)

• 不需要买书，如果你非要当我没说

• 先看知识点边做题

• 多选题不能错太多（重点）

• 重复看记知识点并且刷题

• 这份资料是完整的覆盖计算机四级两个科目计算机操作系统原理和计算机网络，足以让你考过计算机四级

考试题型及分值

上机考试时长 90 分钟，满分 100 分

• 1.操作系统原理—单选题（30 分）

• 2.操作系统原理—多选题（20 分）

• 3.计算机网络—单选题（30 分）

• 4.计算机网络—多选题（20 分）

获证条件

• 两门课程分别达到 30 分及以上，并已经（或同时）获得三级网络技术科目证书

• 2013 年 3月及以前获得的三级各科目证书，不区分科目，可以作为四级任一科目的获证条件

操作系统原理

1.操作系统概论

批处理系统

• 优点:

  • 作业流程自动化较高

  • 资源利用率高

  • 作业吞吐量大,提高整个系统效率

• 缺点:

  • 用户不能直接与计算机交互

  • 不合适调试程序

常见的操作系统体系结构:

• 整体结构

• 层次结构

• 微内核(客户机/服务器)结构

微内核(客户/服务器)结构的操作系统具有的优点:

1. 高可靠性

2. 高灵活性

3. 合适分布式处理

分时操作系统具特点: 多路性,交互性,独占性,及时性

• 多路性:多个用户同时使用一台计算机

• 交互性:用户根据系统响应的结果提出下一个请求,方便调试程序

• 独占性:每个用户感觉不到计算机系统为其他人服务,好像整个系统为他管理所独占一样

• 及时性:系统能够对用户提出的请求作出及时的响应

实时操作系统特点:

• 在严格的时间范围内,

  1. 实时响应用户的请求

  2. 过载防护

  3. 高可靠性

批量操作系统特点

• 批量处理用户作业

• 系统资源利用率高

• 作业吞吐量高

缺点:

• 用户不能直接与计算机交互

设备分配算法中有4张表:

• 系统设备表SDT

• 设备控制表DCT

• 控制器控制表COCT

• 通信控制表CHCT

 

 

2. 操作系统运行机制

处理器一般包括两类寄存器:

• 用户可见寄存器

  • 用户可见寄存器通常所有程序都是可用的,由机器语言直接使用

  • 它一般包括数据寄存器(又称通用寄存器),地址寄存器以及条件码寄存器

    • 可见寄存器有

      • 数据寄存器

      • 地址寄存器

      • 条形码寄存器

      • 控制和状态寄存器

    • 不可见的寄存器是,程序计数器寄存器由特权指令代码使用

      • 程序计数器

      • 指令寄存器

      • 程序状态字

中断

• 影响中断协议顺序的是:

  • 中断优先级

• I/O中断分两大类

  • I/O操作正常结束以及I/O异常

  • 数据传送完毕,设备出错和键盘输入均产生I/O中断 (指令出错属于程序性中断.)

• 中断处理程序入口地址的储存区叫做中断向量表

• 外部I/O设备向处理器发出的中断信号又叫

  • 中断请求

• 进程运行时状态发生转换的原因是发生中断,不希望被外部事件打扰只有设置程序状态寄存器(PSW)的IF的中断标志位,设置为0屏蔽中断

• 故障性中断

  • 由掉电,存储器效验等硬件引起

• 时钟中断

  • 处理器内部的计算器产生,允许操作系统以一定的规律执行函数,如时间片到时,硬件时钟到时

• 程序性中断

  • 指令执行结果产生与当前运行的进程有关系

• 中断情况

  • 中断是由外部事件引发

  • 异常是指令引发的

中断的分类	会引起什么原因
中断事件，中断源	引起中断的那些事件
中断请求	处理器请求发出信号
中断响应	处理器暂停当前程序转而处理中断的过程
中断断点	暂停正在运行的程序

中断是指CPU对系统中或系统外发生的异步事件响应.

• 中断是由外部事件引发的

• 异常是由正在执行的指令引发的

• 被零整除属于软件引起的异常

特权指令

• 输入指令

• 输出指令

• 停机指令

• 置程序计数器

• 清指令寄存器

• 清溢出标志

• 置位移方向标志位属于非特权指令 可以在内核态下运行又可以在用户态下运行

• 只有在监控程序才能执行特权指令,只能内核态下运行;用户只能执行一般指令,在用户下运行 只能在内核下运行

微信公众号(方大熊)

• 操作系统需要处理器从内核状态转为用户态时,修改程序状态字即可

• 中断是由外部事件引发的

• 异常是由正在执行的指令引发的

• 系统调用是操作系统提供给编程人员唯一接口

• 用户在编程写程序时,在屏幕上画一个红色的圆,是需要使用系统调用

• 诺用户数为100,为保证响应时间<=100ms ,则时间设置为100ms/100=1ms比较合适

• 系统调用是不能实现调用程序多次嵌套和递归

• open是多种语言的一种函数, C语言中Open()函数作用: 打开和创建文件,是文件操作系统调用

• 一个程序从运行状态转换为就绪状态的可能事件是分配给该进程的时间片用完

处理器的程序状态字(PSW)通常包括标志位

• 进位标志位(CF)

• 结果为零标志位(ZF)

• 符号标志位(SF)

• 溢出标志位(OF)

有时候四种标志位为标准条件:

• 陷阱标志位(TF)

• 中断使能(中断屏蔽)标志位(IF)

• 虚拟中断标志位(VIF)

• 虚拟中断待决标志位(VIP)

微内核结构的特点:

• 提高系统的可扩展性

• 增强了系统的可用性

• 可移植性

• 适用于对分布式处理的计算环境

• 融入了面向对象技术

系统调用:

• 进程控制类系统调用

  • 这类系统调用数量较多,如创建和终止进程的系统调用,获得和设置进程属性的系统调用等.

• 文件操作类系统调用:

  • 对文件进行操纵的系统调用数量较多,有创建文件,打开文件,关闭文件,读文件,写文件,创建一个目录,建立目录,移动文件的读/写指针,改变文件的属性等

• 进程通信类系统调用

  • 该类系统调用被用在进程之间传递消息和信号

• 设备管理类系统调用

  • 该类系统调用被用来请求和释放获得有关设备,以及启动设备间操作等

• 信息维护类系统调用

  • 用户利用这类系统调用来获得当前时间和日期

• 系统调用传递参数3种

  • 陷入指令自带

  • 通用寄存器

  • 专用堆栈

• 系统调用与一般程序调用的不同是:

  • 调用程序运行在用户态,而被调用程序则运行在核心态

• 系统调用与一般过程调用是不同的,嵌套使用系统调用与一般过程调用都是允许的,过程调用和系统调用均可以嵌套使用

• 一般过程调用在被调用过程执行完后,直接返回到调用程序:

  • 具有优先级,诺调用进程不具有高级优先级,则会引起重新调度以便让优先级最高的进程优先执行 系统调用扩充了机器指令,增强了系统管理,方便了用户使用

多道程序

• 提高CPU利用率

• 提高I/O设备的利用率

• 缩短作业的周转时间

• 提高计算机软硬资源的利用率

程序并发性

• 指两个OR两个以上程序在计算机系统中同处于已开始执行尚未结束的状态 特性:

1. 并发程序在执行期间具有相互制约关系

   1. 程序与计算不在一一对应

2. 并发程序执行结果不可再现

进程的"动态性'

• 指进程对应着程序的执行过程

• 其一:进程动态产生,动态消亡

• 其二:在进程生命周期内,其状态动态变化

• 处理器管理又称进程管理 主要内容进程控制,进程同步,进程通信,调度

处理器管理

• 又称进程管理

• 主要内容

  • 进程控制

  • 进程同步

  • 进程通信,调度

进程控制块(PCB)

• 调度信息

  • 调度信息包括进程名,进程号,储存信息,优先级,当前状态,资源清单,'家族'关系,消息队列指针,进程队列指针和当

• 开文件等

  • 现场信息

    • 只记录哪些可能会被其他进程改变的寄存器 如程序状态字,时钟,界地址寄存器等

操作系统

• 交互式操作系统

  • 指用户交互式地向系统提出命令请求,系统接受每个用户的命令,采用时间片轮转方式处理服务请求,并通过交互式在终端上向上用户显示结果

  • 多级反馈队列,时间片轮转和高优先级 适用于交互式操作系统

• 系统分三类环境

  • 批量环境

  • 交互式环境

  • 实时环境

• 调度算法

  • 批量处理系统

    • 先来服务,最短作业优先,最短剩余时间优先响应比高者优先

  • 分时系统

    • 时间片轮转,多级反馈队列算法

  • 交互式系统

    • 响应时间越快越好,另一个是较均衡的性能

 

 

 

3.进程线程模型

多道程序设计

• 微观

  • 部分程序使用CPU部分程序使用外部设备

• 宏观

  • CPU与外部设备始终可以并行工作,这样使CPU运行效率达到最大化,不空闲(多个进程同时运行)

线程

• 基本上不拥有系统资源

• 只拥有一点在运行中必不可少的资源 如程序计数器,组寄存器和和栈

进程和程序既有联系又有区别

• 程序是结构的组成部分之一

• 从静态角度看

  • 进程由程序

  • 数据

  • 进程块(PCB)

  • 3部分组成

  程序是静态的,而进程是动态的

多道程序设计环境特点

• 独立性

• 随机性

• 资源共享性

可再入程序是有可重入代码组成的程序

• 纯代码,执行过程中不可修改

• 调用它的进程应该提供属于它自己的数据区

进程控制块(PCB)3种组织

• 线性方法

• 索引方法

• 链接方法

进程控制块:

• 现场信息

  • 程序状态字

  • 时钟

  • 界地址寄存器

• 调度信息

  • 进程名

  • 进程号

  • 存储信息

  • 优先级

  • 当前状态

  • 资源清单

  • '家族'关系,消息队列指针

进程的'并发性'

• 微观是:

  • 不同的进程交替占用资源向前推进

• 宏观是:

  • 不同的进程一起向前推进

方大熊(微信公众号)

• 函数fork()属于系统调用的进程控制类

• 进程控制块是用来内存唯一标识和管理进程活动的控制结构

• 进程从等待状态转换就绪状态时称唤醒

• 单核处理机的计算机系统中,处于运行状态的进程只能有一个.(最多1个,最少0个)

• 单核处理器堵塞状态会发生死锁,进程全部堵塞

• 处理器是几核的,处于运行状态最多就几个

• 运行状态最少是0

• 运行状态最多是核数

• 就绪状态最多进程减一

• 就绪状态最少是0

• fork()调用一次,返回两次

• 文件数据结构的指针存放在:进程控制快中

• 管程无法保证本身互斥

• 程序是有指令代码,数据组成

• 线程是进程中的一个实体

• 撤销进程的实质是撤销进程PCB ,过程是:找到要被撤销进程的PCB,将它所在的队列中除去,撤销属 于该进程的一切"子孙进程"释放被撤销进程所占用的全部资源,并消去被撤进程的ＰＣＢ

• 进程控制块（简称ＰＣＢ）是用来唯一标识每一个进程的，所以每个进程都有一个与之相对的ＰＣＢ

• ＰＣＢ是记录每个进程活动状态等信息的数据结构，必须常驻内存

• 一个进程的状态变化不一定会引起另一个进程的状态变化

• 信号量的处值一定大于等于零，这是因为信号量表示资源的剩余数，资源数目不会是负数

• 进程是资源分配的基本单位，线程是处理机调度的基本单位

• 进程被挂起后，它的状态可以为阻塞挂起状态，或为就绪挂起状态

• 操作系统中引入Ｐ，Ｖ操作主要为了实现进程的互斥与同步

进程具有

• 并发性

• 动态性

• 独立性

  • 指一个进程是一个相对完整的只有分配单位

• 交往性

• 异步性

  • 指每个进程按照各种独立的,不可预知的速度向前推进

Linux进程有5种状态

• 运行状态

• 中断状态

• 不可中断状态

• 僵尸状态

• 停止状态

进程堵塞

• 请求系统服务

• 启动某种操作

• 新数据尚未到达与无新工作可做

进程的3种状态模型

• 运行状态（Ｒｕｎｎｉｎｇ）

• 就绪状态（Ｒｅａｄｙ）

• 阻塞状态（等待状态，Ｂｌｏｃｋｅｄ）

• 有可能状态转换是: 就绪态 -> 运行态 运行态 -> 阻塞态 阻塞态 -> 就绪态

• 当设备忙,进程会进入等待状态,等待该资源释放后才可以去使用

操作系统创建一个新进程的过程 ①申请空白PCB ②为新进程分配资源 ③初始化进程控制块 ④将新进程插入就绪队列

进程从堵塞转换为挂起状态:语句是suspend()

目前常用进程控制块的组织方式

• 线性表方式

• 素引表方式

• 链接表方式

进程程序控制的原语一般有

1. 创建进程

2. 撤销进程

3. 挂起进程

4. 激活进程

5. 堵塞进程

6. 唤醒进程

7. 改变进程优先级

改变进程程序状态是控制原语实现

• Pthread_join的含义是等待一个特定的线程退出

• Pthread_yield表示线程让出CPU

• Pthread_create表示创建新线程的函数

• Pthread_exit表示结束一个线程

• Pthread_mutex_init()表示创建一个互斥量

• 进程从堵塞转换为挂起状态:语句是suspend()

引起进程调度的原因: ①正在执行的进程执行完毕 ②正在执行的进程调用堵塞语将自己堵塞起来进入等待状态 ③正在执行的进程调用了堵塞原语操作 ④时间片已经用完 ⑤就绪队列中的某个进程的优先级高于当前运行进程的优先级

在抢占式调度系统中，进程从运行状态转换为就绪状态的可能原因有

• 进程创建完成

• 时间片用完

• 和被调度程序占处理机

采用非抢占式调度的操作系统中.执行调度有以下几种情况:

• 正在执行的进程执行且完毕

• 正在执行的进程调用堵塞原语将自己堵塞起赖记录等待状态

• 正在执行的进程调用了堵塞原语操作,并且因为资源不足而被堵塞;

• 调用了唤醒原语操作激活了等待资源的进程,时间片用完

非抢占式调度策略的系统中，引起进程调度的因素有：

• 正在执行的进程执行完毕或因发生某事件而不能继续执行

• 执行中的进程因提出Ｉ／Ｏ请求而暂停执行

• 在进程通信或同步过程中执行了某种原语操作Ｐ操作，阻塞，挂起原语

• 此外，在可剥夺调度中，有比当前进程优先权更高的进程记录就绪队列

• 在时间片轮转中，时间片用完

操作系统中进程调度策略

• FCFS(先来先服务)最短作业优先

• 最短剩余时间优先

• 时间片轮转

• 多级反馈队列算法

• 最短进程优先

引起创建进程事件： ①用户登录 ②系统初始化 ③用户系统调用 ④初始化批量处理作业

引入线程的主要目的 A. 提高并发度 B. 减少通信开销 C. 线程之间的切换时间短 D. 每个线程可以拥有独立的栈

进程（线程）调度的主要功能有：

• 根据一定的调度算法选择被调度的进程（线程）

• 将ＣＰＵ分配给选中的进程（线程）

• 将换下的进程（线程）的现场信息保存到进程进程控制块中

• 将选中的进程（线程）的现场信息送入到相应寄存器中

进程线程调度的时机有：

• 运行完毕

• 自我阻塞

• 时间片用完

• 所需资源没有准备好

• 出现错误

运行大量批处理作业的大型计算机中心

• 设计目的３个指标：

  • 吞吐量

  • 周转时间

  • ＣＰＵ利用率

线程描述记录的信息有

• 线程ＩＤ

• 指令地址寄存器

• 处理器寄存器

• 硬件设备寄存器

• 栈现场状态等少量线

• 程私有信息

线程实现方式３种

• 用户级线程

• 内核级线程

• 混合实现方式

程序并发执行与程序顺序执行相比较特征

• 并发性在执行期间具有互相制约关系

• 程序与计算不再一一对应

• 并发程序执行结果不可再现

实时系统调度算法设计目的

• 满足截止时间要求

• 满足可靠性要求

不同的进程由设计目标不同而具备不同的进程

• 两大类

  • 计算密集型进程

  • Ｉ／Ｏ密集型进程

字数限制，操作系统原理和网络技术两科目知识点已整