《系统架构设计师教程》 第二章：计算机与网络基础知识
目录
1. 操作系统基础知识
1.1 操作系统基础知识
1.2 进程管理
1.3 存储管理
1.4 设备管理
1.5 文件管理
1.6 作业管理
2. 数据库系统基础知识
2.1 关系数据库系统基础
3. 计算机网络基础知识
3.1 计算机网络
3.2 网络工程
4.系统性能
1. 操作系统基础知识
1.1 操作系统基础知识
操作系统的作用：
- 通过资源管理，提高计算机系统的效率
- 改善人机界面，向用户提供友好的工作环境
操作系统的特征：并发性、共享性、虚拟性和不确定性。
操作系统的五大管理功能：进程管理、文件管理、存储管理、设备管理和作业管理。
1.2 进程管理
进程是资源分配和独立运行的 基本单位，通常由程序、数据以及进程控制块(PCB)组成，其中PCB是进程存在的唯一标志。
进程和程序的区别在于程序是静态的指令序列，进程为执行该程序的线程而保留的资源集。
进程的三态模型：就绪、运行、阻塞。
进程的五态模型：新建、就绪、运行、阻塞、终止。
进程控制是指对系统中所有进程从创建到消亡的全过程实施有效的控制，由操作系统内核通过进程控制原语完成，进程控制原语包括：创建原语、撤销原语、挂起原语、激活原语、阻塞原语和唤醒原语。
系统中某些资源一次只能供一个进程使用，这种资源我们称之为临界资源，对临界资源实施操作的那段程序，我们称之为临界区，临界区的管理规则是：有空即进、无空则等，有限等待、让权等待。
进程调度算法：先来先服务、时间片轮转、优先级调度和多级反馈调度
死锁：两个及其以上的进程互相都因请求对方已经占有的资源，无限期的等待并无法继续运行下去的现象。
死锁原因：资源竞争及进程推进顺序非法。
产生死锁的必要条件：互斥条件、请求保持条件、不可剥夺条件以及环路条件。
解决死锁的策略：鸵鸟策略(不理睬策略)、预防策略、避免策略（精心分配资源以及动态回避死锁）、检测和解除死锁（一旦发生死锁，系统不但能检测出，还能解除）。
1.3 存储管理
存储器的发展方向是：高速、大容量和小体积。
存储管理的对象是主存储器(简称 主存/内存)。
存储管理的功能包括：主存储器的分配和回收，提高主存利用率、存储保护以及主存扩充。
存储管理的方式有：分区存储管理、分页存储管理、分段存储管理、段页式存储管理以及虚拟存储管理。
地址重定位：将持续的逻辑地址转换成主存的物理地址的过程。
地址重定位有两种方式：
- 静态重定位：在程序执行之前进行重定位，即装入内存时重定位。
- 动态重定位：在程序执行期间，在每次存储访问之前进行地址重定位。
1.4 设备管理
设备管理的目标是：提高设备的利用率，为用户提供方便统一的界面。
设备管理的主要功能：动态地掌握并记录设备的状态、设备的分配和释放、缓存区管理、操作物理输入输出设备、提供设备使用的用户接口、设备的访问和控制、输入输出缓冲和调度。
从使用特性角度，设备可以分为：
- 存储设备
- 输入/输出设备
- 终端设备
- 脱机设备
从资源分配角度，设备可以分为：
- 独占设备
- 共享设备
- 虚拟设备
从从属关系角度，设备可以分为：
- 系统设备
- 用户设备
从数据组织方式角度，设备可以分为：
- 块设备
- 字符设备
从数据传输速率角度，设备可以分为：
- 低速设备
- 中速设备
- 高速设备
从输入/输出对象角度，设备可以分为：
- 人机通信设备
- 机机通信设备
从是否可交互角度，设备可以分为：
- 非交互设备
- 交互设备
设备管理的主要技术包括：中断技术、DMA(Direct Memory Access)技术、缓冲技术、虚设备与SPOOLING(外围设备联机)技术。
设备管理的软件包括：中断处理程序、设备驱动程序、与设备无关的系统软件、用户层I/O软件。
设备管理的主要任务之一就是控制设备与内存或设备与CPU之间的数据传输，常用的数据传输控制方式包括：
- 程序控制方式
- 中断方式
- 直接存储访问方式
- 通道方式
常用的磁盘调度算法包括：先来先服务、最短寻道时间优先、扫描算法。
1.5 文件管理
文件是具有符号名的，在逻辑上具有完整一样的一组相关信息项的集合。操作系统是根据文件名对其进行控制和管理的。
文件系统的功能包括按名存取，统一用户接口，并发访问与控制、安全性控制、优化性能以及差错恢复。
文件存储设备具有大容量、被多用户共享、多次被占用和释放的特点，因此，文件系统必须对文件存储设备上的空闲空间进行组织管理，常用的管理方法有：位图法、索引法以及链接法。
文件控制块(FCB)是文件存在是唯一标志，一般包含基本信息、位置信息、存取控制信息以及使用信息。
1.6 作业管理
作业由三部分组成：程序、数据以及作业说明书。
作业管理程序是操作系统用来控制作业进入、执行以及撤销的一组程序，通常采用脱机或联机方式进行控制。
JCB是作业存在的唯一标识，其四个状态为：提交->后备->执行->完成。
作业调度指的是将作业从后备状态向执行状态转变或者从执行状态向完成状态转变，常用的调度算法包括：先来先服务、短作业优先、响应比高优先、优先级调度算法、均衡调度算法。
常用的人机通信方法有：命令语言、菜单选项、图符驱动、表格填充、视窗操作以及直接操作。
2. 数据库系统基础知识
数据库(DB)：指的是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。
数据库的基础是数据模型，用来描述数据的概念和定义，由三要素组成：数据结构、数据操作以及数据的约束条件。
常用的数据模型有：概念数据模型、基本数据模型以及面向对象模型。
数据库系统(DBS)：广义上指的是由数据库、硬件、软件、开发人员组成。
数据库管理系统(DBMS)：指的是一直操作和管理数据库的大型软件，用以建立、使用和维护数据库。
数据库管理系统(DBMS)分为三类：关系数据库系统(RDBS)、面向对象的数据库系统(OODBS)以及对象关系数据库系统(ORDBS)。
2.1 关系数据库系统基础
关系数据模型是由关系数据结构、关系操作集合以及关系完整性约束组成。
【后续补充】
3. 计算机网络基础知识
计算机网络的组成元素有网络结点和通信链路，主要功能包括数据通信、资源共享、负载均衡以及高可靠性。
计算机网络按通信距离分为广域网、局域网以及城域网。
按信息交换方式分为：电路交换网、分组交换网以及综合交换网。
按网络拓扑结构可分为：星形网、树形网、环形网以及总线网。
按照通信介质可以分为：双绞线网、同轴电缆网、光纤网以及卫星网。
按传输带宽可分为：基带宽和宽带宽。
按使用范围可以分为：公用网以及专用网。
按速度分为：高速网、中速网以及低速网。
按通信传播方式可以分为：广播式以及点到点式
按使用方式可以分为校园网以及企业网。
按连接方式可以分为内联网和外联网
按网络提供的服务可以分为通信网和信息网。
OSI模型为：物理层、数据链路层、网络层(IP/ICMP/ARP/RARP)、传输层、会话层、表示层、应用层。
TCP/IP模型为：硬件层、网络接口层、网际层(IP/ICMP/ARP/RARP)、传输层、应用层
3.1 计算机网络
广域网：覆盖范围广，传输速率低，以路由器互联，数据通信为主要目的，常用的传输协议包括PPP、DDN、ISDN、FR、ATM等。
局域网指的是传输距离有限，速率较高，以网桥互联，共享网络资源为目的的网络系统，常用的拓扑结构有总线拓扑、环形拓扑、星形拓扑以及它们的混合型。
用以传输数据的传输介质、用以连接各种设备的拓扑结构以及用以共享资源的介质访问控制方法决定了局域网内的数据传输的效率。
介质控制方法分为集中式控制和分布式控制两种。
对总线型、星形以及树形的拓扑结构的最适合介质控制协议是CSMA/CD。
常用的通信介质分为以下两种：
- 有线介质：双绞线、同轴电缆、光纤等
- 无线介质：微波、红外线、激光
物理层的网络互联设备有中继器和集线器，数据链路层的互联设备包括网桥以及交换机，网络层的互联设备时路由器，应用层的互联设备是网关。
网络管理基本功能：配置管理、性能管理、故障管理、安全管理和计费管理、网路规划、网络操作人员的管理。
信息安全的基本要素是：保密性、完整性、可用性、真实性和可控性。
目前网络安全措施有数据加密、数字签名、身份认证以及防火墙和入侵检测。
VPN的关键技术有隧道技术、加解密技术、密钥管理技术以及身份认证技术。
VPN的解决方案有：内联网VPN、外联网VPN以及远程接入VPN。
3.2 网络工程
网络工程一般可分为网络规划和网络设计阶段、工程组织和实施阶段以及系统运行维护阶段。
网络存储体系结构分为：直连式存储、网路连接存储和存储区域存储。
一个网络的负载均衡一般从传输链路聚合、采用更高层网络交换技术以及设置服务器集群策略三个角度实现。
4.多媒体技术与其应用
媒体分为五种：感觉媒体、表示媒体、现实媒体、存储媒体以及传输媒体。
多媒体技术包括计算机技术、视听技术以及通信技术。
多媒体的特征包括多样性、集成性、交互性和实时性。
多媒体设备按功能分为：视音频输入设备、视音频输出设备、人机交互设备以及数据存储设备。
常用的数据压缩编码方法分为如下两大类：
- 无损压缩编码法：冗余压缩法、熵编码法
- 有损压缩编码法：熵压缩法
4.系统性能
系统性能包含：性能指标、性能计算、性能设计以及性能评估四个方面内容。
计算机性能指标有：时钟频率(主频)、运算速度、运算精度、内存的存储容量、存储器的存取周期、数据处理速率、吞吐率、各种响应时间、各种利用率、RASIS特性(可靠性、可用性、可维护性、完整性和安全性)、平均故障相应时间、兼容性、可扩充性、性能价格比。
路由器的性能指标有：设备吞吐量、端口吞吐量、全双工线速转发能力、背靠背帧数、路由表能力、背板能力、丢包率、时延、时延抖动、VPN支持能力、内部时钟精度、队列管理机制、端口硬件队列数、分类业务带宽保证、RSVP、IP Ddiff Serv、CAR支持、冗余、热插拔组件、路由器冗余协议、网管、基于Web的管理、网管类型、带外网管支持、网关粒度、计费能力/协议、分组语音支持方式、协议支持、语音压缩能力、端口密度、信令支持。
交换机的性能指标有：交换机类型、配置、支持的网络类型、最大ATM端口数、最大SONET端口数、最大FDDI端口数、背板吞吐量、缓冲区大小、最大MAC地址表大小、最大电源数、支持协议和标准、路由信息协议(RIP)、RIP2、开放式最带路径优先第2版、边界网关协议(BGP)、无类别域间路由、互联网成组管理协议、距离矢量多播路由协议、开放式最短路径优先多播路由协议、协议无关的多播协议、资源预留协议、802.1p优先级标记，多队列、路由、支持第3层交换、支持多层(4到7层)交换、支持多协议路由、支持路由缓存、可支持的最大路由表数、VLAN、做大VLAN数量、网管、支持网管类型、支持端口镜像、Qos、支持基于策略的第2层交换、每端口最大优先级队列数、支持基于策略的第3层交换、支持基于策略的应用级Qos、支持最小/最大带宽分配、冗余、热交换组件。
网络的性能指标有：设备级性能指标、网络级性能指标、应用级性能指标、用户级性能指标、吞吐量。
操作系统的性能指标有：系统的可靠性、系统的吞吐量/吞吐率、系统响应时间、系统资源的利用率以及可移植性。
Web服务器的性能指标有：最大并发连接数、响应延迟、吞吐量。
数据库管理系统的性能指标有数据库本身和管理系统两部分：数据库的大小、数据库中表的数量、单个表的大小、表中允许的记录(行)数量、单个记录(行)的大小、表中所允许的索引数量、数据库所允许的索引数量、最大并发事务处理能力、负载均衡能力、最大连接数。
对于数据库管理系统，性能调整主要包括:CPU/内存使用状况、优化数据库设计、优化数据库管理以及进程/线程状态、硬盘剩余空间、日志文件大小等。
对于应用系统，性能调整主要包括：应用系统的可用性、响应时间、并发用户数以及特定应用的系统资源占用。
性能指标的计算方法有：定义法、公式法、程序检测法以及仪器检测法。
评价程序的准确程度：真实的程序 > 核心程序 > 小型基准程序 > 合成基准程序。
基准测试程序有整数测试程序Dhrystone、浮点测试程序Linpack、Whetstone基准测试程序、SPEC基准测试出和TPC基准程序。
Web服务器评测方法有：基准性能测试、压力测试和可靠性测试。
进行系统检测通常有三种方法：
- 通过系统本身提供的命令，如ps、netstat
- 查询系统的记录文件，确定系统在特定时间的允许状态
- 集成命令、文件记录和可视化技术，如Window的Perfmon工具