1.操作系统概论批处理操作系统的核心缺点是缺少交互性，主要特征是系统资源利用率高操作系统结构设计中，微内核结构对应C/S结构，层次结构的最大优点是把整体问题局部化，整体结构的最大优点是结构紧密，系统效率高操作系统的主要组成部分：进程线程管理，内存管理，设备管理，文件管理操作系统的核心定位是系统软件，位于硬件之上，支撑软件之下（硬上支下）。为用户提供高效使用计算机的接口，同时集中了资源管理和控制程序执行的核心功能数据库软件是支撑软件操作系统的共享性特征中，硬盘，内存储器，可重入的操作系统代码等可实现同时共享；磁带机，投影仪，打印机，扫描仪，中央处理器，存储器等设备需互斥共享从不同视角看操作系统的作用：应用角度提供人机交互接口；软件设计和开发角度提供软件开发基础平台；计算机安全保护角度提供第一道安全防线；系统发展角度提供虚拟机和扩展机操作系统通过内部设计的各类数据结构，记录软硬件资源信息，用于了解用户需求和当前资源使用情况，实现对资源的有效组织与管理，且这些数据结构可由系统动态更新操作系统的随机性特征体现在内核进行进程切换等现象；并发性特征体现在单处理器环境下两个程序交替在CPU上运行等场景操作系统的服务功能包括提供人机交互接口，向开发人员提供高效变成接口，对存储数据提供安全保护等，向上级部门提供统计信息，向操作系统开发者报告错误信息等非必须功能操作系统内核程序包含进程调度程序，中断服务程序，设备驱动程序，用户应用程序不属于内核服务，中断服务程序不能作为进程管理用户编程时打印输出需使用write()系统调用；创建进程使用fork()系统调用，属于进程控制类系统调用操作系统提供给用户的接口包括命令输入（命令行接口）和系统调用，其中系统调用时用户应用程序变成的唯一接口特权指令仅能由操作系统使用，非特权指令可由操作系统和用户共同使用分时操作系统的核心追求是及时响应用户输入的交互命令，适用于调试程序（用户直接干预操作每一步的进行，适用于调试程序）系统调用与一般过程调用的区别：系统调用时调用程序位于用户态，被调用程序位于核心态；过程调用的调用程序和被调用程序均位于用户态实时操作系统的主要射击目标：在严格时间范围内对外部请求做出反应微内核接口的特点包括较高的灵活性和扩充性，提高操作系统可靠性，更适合分布式系统，清晰的单项依赖和单向调用性不是其特点2.操作系统运行机制内核态专属操作：屏蔽中断，关中断操作修改内核时钟指令，改变处理器状态也必须在管态执行访管中断的触发场景：用户程序在用户态下使用特权指令，调用操作系统提供的文件度性功能时，首先执行访管指令，会引发钢管中断内核态与用户态定义：都是CPU运行时的状态标志，目的是保障系统运行安全状态转换方式：处理器从系统态到用户态的转换通过修改程序状态字PSW实现，用户进程从用户态转变为内核态需使用访管指令系统调用与一般过程调用的差异：1.状态归属：系统调用时调用程序在用户态，被调用程序在核心态，过程调用的调用程序和被调用程序均在用户态2.转换机制：系统调用需通过陷入机制实现状态切换，过程调用直接执行3.返回机制：系统调用返回前需运行调度程序，过程调用直接返回4.嵌套使用：二者均支持嵌套使用【出题陷阱：递归】5.调用限制：系统调用不允许调用，过程调用允许直接调用系统调用的相关特性1.功能边界：不包含查找数据库信息，查找数组最大值，数据类型转换，求解常数等用户业务逻辑功能2.分类：open()属于文件操作类系统调用3.本质：是操作系统提供给用户程序的服务，可看做扩充的机器指令4.使用前提：用户使用时需先执行访管指令，将目态切换为管态系统调用的参数与返回值传递：1.有效传递方式：通过寄存器，堆栈，指令自带参数传递2.无效传递方式：通过变量，管道传递3.返回值传递：通过专用堆栈区传递处理器寄存器的可见性：1.用户可见寄存器：数据寄存器，地址寄存器，条件码寄存器（地址数据条件码）2.用户不可见寄存器：程序计数器（处理器下一条执行的指令），指令寄存器，程序状态字寄存器程序状态字PSW的包含内容：进位标志位CF陷阱标志位TF中断使能位IFCPU工作状态码S条件码C中断屏蔽码IF结果为零标志位ZF符号标志位SF虚拟中断标志位VIF溢出标志位OF虚拟中断待决标志位VIPIO特权级别为IOPL不包含保护位P，修改位M，访问位R，驻留位A，有效位A，运行位X，写禁止位，只读位R处理器运行状态表述：处理器运行时的状态为管态或目态用户态执行特权指令的后果：用户程序在用户态下取到特权指令时，处理器会停止执行并产生非法操作事件中断响应顺序的影响因素：中断优先级I/O中断的判定：数据传送完毕，设备出错，键盘输入，光盘读取出错等指令错误不属于I/O中断用户程序关闭中断响应的前提：发起访管中断中断相关核心概念定义：1.中断请求：外部I/O设备向处理器发出的信号（也是中断控制器向处理器发出的信号）2.中断断点：正在运行程序的暂停点3.中断响应：处理器暂停当前程序转而进入中断处理程序的过程4.中断源：引起中断的设备或事件5.中断向量：中断处理程序入口地址6.中断字：中断请求的编号中断向量表的构成：每一个中断向量由程序状态字PSW和指令计数器组成。中断处理程序的入口地址（中断向量）存放在中断向量表中中断与异常的区别：1.引发原因：中断由外部事件引发，异常由正在执行的指令引发2.典型案例：中断包括串口数据到达，时钟中断，控制台命令，网卡数据缓冲区满，用户按鼠标左键，计时器归零等。异常包括被零除，程序访问变量不在内存，缺页故障，算术溢出，内存保护出错，目态程序执行特权指令等中断系统的实现方式：由硬件和软件相互配合实现DMA系统的功能实现：DMA数据传输工作由硬件电路完成时钟中断的典型场景：处理系统心跳，激活看门狗I/O中断的典型情形：光盘读取出错多道程序设计技术的作用：提高CPU的利用率交互系统的时间片设置：若用户数为100，要求响应时间≤100ms，忽略其他开销，时间片应≤1ms用户动态请求和释放系统资源的方式：通过系统调用实现与当前运行进程相关的中断类型：程序性中断进程和程序的核心区别：1.动态性：进程是动态运行的，程序是静态存在的2.组成：进程由指令代码，数据和进程控制块PCB组成，程序不包含PCB3.管理主体：进程和程序均由操作系统管理4.并发执行：仅进程可并发执行在操作系统中，既可以在内核态下运行又可以在用户态下运行的是 置移位方向标志算数运算指令可以在用户态下执行用户需要动态请求和释放系统资源，在用户程序中所使用的方法是 通过系统调用系统调用不能实现的功能是 调用程序多次嵌套与递归程序性中断与当前运行的进程有关3.进程线程模型一：进程基本概念与特性进程组成：由程序代码，数据，进程控制块PCBPCB是进程存在的唯一标志，程序无PCB进程核心特性：动态性（动态产生，变化，消亡），并发性（宏观同时推进，微观交替执行），独立性（资源分配基本单位），异步性（按独立不可预知速度推进），失去封闭性，执行结果不可再现多道程序设计：含义：允许多个程序同时进入内存运行，核心目的是提高整个系统资源（CPU，I/O，内存利用率），缩短作业平均周转时间，意义：宏观上多个进程同时运行，微观上交替执行，单道程序无此特性，仅顺序执行可再入程序：纯代码程序，运行中无需修改二：进程基本概念与特性基本三状态：运行态：占用处理机资源就绪态：获除处理机外所有资源，等待调度阻塞态：因某原因（如数据为准备，等待I/O，接收消息）暂时无法运行状态转换触发事件：运行→就绪：高优先级进程进入就绪队列（抢占式高优调度），时间片用完，进程主动让出CPU运行→阻塞：进程需要的数据/资源未准备，等待I/O消息，执行阻塞原语阻塞→就绪：等待的事件发生（如数据就绪，I/O完成），执行唤醒原语就绪→运行：调度程序选中，抢占式高优调度中进程为就绪队列的最高优先级挂起状态（七状态模型）进程转存到磁盘：就绪挂起：内存不足，就绪进程被转存到外存阻塞挂起：进程长期阻塞，被转存到外存激活：就绪挂起进程优先级更高，或就绪队列为空，将外存进程调回内存就绪态挂起原语：阻塞→阻塞挂起；就绪→就绪挂起；激活原语对应反向转换特殊状态：僵尸状态：进程结束但资源未被回收，Linux无安全状态，包含运行，睡眠，僵尸态多核/单核进程状态数量规律：单核：运行态最多1个，最少0个；就绪态最多进程数减1，最少0个，阻塞态最多等于进程数N核：运行态最多N个，最少0个；就绪态最多进程数减1，最少0个；阻塞态无核数限制三：进程控制块PCB核心作用：描述进程基本情况和运行变化，是进程唯一标志，与进程一一对应存储信息：调度信息：进程名，进程号，进程优先级，当前状态，进程队列指针，已运行时间，家族关系等现场信息：程序状态字，始终信息，寄存器，堆栈指针，界地址寄存器等其他：打开文件句柄，消息队列指针，资源清单等不包含：中断源，全局变量，正文代码段，用户栈信息，系统栈，消息队列，进程缓冲区，页表项等组织方式：线性表，索引表，链接结构（链表）管理队列：就绪队列，阻塞（等待）队列，运行队列，无创建队列，退出队列，调度队列四：进程控制与原语进程控制原语：原子性操作，管态执行，关闭中断保证连续运行，不是系统调用/函数组合。包含创建，撤销，阻塞，唤醒，挂起，激活，修改优先级。 上下文切换，进程切换不是原语原语执行顺序：创建：申请PCB→填写PCB→插入就绪队列撤销：找到PCB→撤销子孙进程→释放资源→撤销PCB阻塞：中断CPU→保存现场→修改状态为阻塞→插入阻塞队列唤醒：在等待队列找到PCB→修改状态为就绪→插入就绪队列进程创建方式：用户调用进程创建原语，由操作系统完成，非用户自行填写PCB进程终止原因：被0除，对制度内存写操作，堆栈溢出等。设备忙不会导致终止进程状态变化与调度：运行→阻塞态必然触发调度就绪→运行时调度结果，不触发新调度非抢占式调度中，新进程进入就绪队列不触发调度五：调度层次与目标：高级调度（作业调度）：选择外存作业创建进程，适用于批处理系统中级调度（内存调度）：挂起/激活进程，平衡内存资源低级调度（进程调度）：选择就绪进程分配处理机，核心调度调度目标：批处理系统追求高吞吐量，短周转时间，高响应比交互式系统追求最小响应时间实时系统追求满足截止时间嵌入式系统无特定核心指标调度算法及特性算法核心特点适用场景特性先来先服务FCFS按到达顺序调度批处理系统公平，不可抢占短作业优先SJF按运行时间短优先批处理系统可抢占/不可抢占，可能饥饿最高优先级优先HPF按优先级调度抢占式/非抢占式系统抢占式易实现，可能饥饿时间片轮转RR按固定时间片轮流调度交互式系统抢占式，纯基于时间片，时间片非越短越好多级反馈队列综合FCFS，RR，HPF通用系统抢占式，综合型最优最短剩余时间优先按剩余运行时间调度批处理系统抢占式，新进程不断就绪会饥饿速率单调电镀按周期优先级调度实时系统适用于周期性进程调度指标计算平均周转时间：单个作业周转时间（等待+运行）的平均值响应比：（等待时间+运行时间）/运行时间吞吐量：单位时间完成的作业数，衡量批处理系统，多道程序设计系统效率的核心指标六：系统调用核心作用：扩充机器指令，增强系统功能，用户程序通过系统调用使用内核资源属于系统调用：进程控制（创建/终止进程，fork()），文件操作（读写打开文件，打开磁盘文件），设备管理（请求使用光驱/硬盘），信息维护（获取进程属性），进程通信（发送消息）不属于系统调用：业务逻辑操作（查数据库），纯计算操作（计算常数，求解π等）七：线程（轻量级进程）核心特性：处理器调度和分派的基本单位，隶属于进程，共享进程资源（内存，打开文件，设备），自身拥有必不可少的私有资源：程序计数器，一组寄存器，用户栈，系统栈Pthread线程包核心函数线程创建：pthread_create()线程退出：pthread_exit()等待线程退出：pthread_join()让出CPU：pthread_yield()互斥量创建：pthread_mutex_init()条件变量创建：pthread_cond_init()条件变量唤醒：pthread_cond_signal()线程与进程关系：一个进程含多个线程，若一个线程运行，其余线程就绪/阻塞，进程整体为运行态。主线程+创建的子线程构成进程的线程集，子线程退出后主线程仍存在则仍有1个线程八：UNIX/LINUX进程操作（fork()核心）fork()作用：创建子进程，属于进程控制类系统调用，调用后父进程返回子进程PID（>0），子进程返回0，出错返回-1。父子进程独立运行，私有数据空间（修改各自变量互不影响）fork()程序输出规律：单个fork()：父+子进程各执行后续代码，输出 2次后续内容n个独立fork()：产生 $$ 2^n-1 $$个子进程，总进程数 $$2^n$$，后续输出 $$2^n$$次循环fork()（n次）：输出次数为 $$2^(n+1)*2$$fork()前输出1次，fork()后输出2次，总输出为3次是典型场景wait()函数：父进程获取子进程结束状态并回收资源，避免子进程成为僵尸进程exec()函数：替换进程代码段，执行新程序，比如ls命令信号处理：signal()函数注册信号处理函数，Ctrl+C触发signal信号，执行自定义处理逻辑九：并行与并发并行：CPU与外部设备可并行工作，多核处理器上多个进程可真正同时运行并发：单处理器上多个进程交替执行，宏观同时推进，微观串行；内存与外存，CPU与内存无法并行4.并发与同步一：管程相关管程是进程同步机制，将共享变量及对其的操作封装，引入条件变量解决同步问题，且在条件变量上执行PV操作管程自身不保证互斥，其内部不允许同时存在两个及以上活跃进程；管程可解决进程互斥和同步问题，并非仅能解决互斥问题，引入目的之一是提高代码可读性管程的互斥是自身的性能实现，并非由信号量及PV操作实现，Hoare提出过管程的一种实现方案二：进程间关系制约1) 核心关系类型同步关系：进程间存在先后执行的依赖关系，无资源争夺，仅需协作。典型场景：汽车装配流水线工序，读/处理/打印数据进程间（缓冲区相关联），足球比赛同队员协作，多人在线斗地主互斥关系：进程间争夺同一临界资源，需互斥访问。典型场景：航班车票订票进程，多进程调用键盘，篮球足球比赛双方夺球，同台游戏机的资源争夺同步+互斥关系：进程间既需协作，又要争夺共享资源。典型场景：同一台游戏机上玩足球游戏，多人在线玩魔兽游戏无同步无互斥关系：进程间无资源争夺，无执行依赖，相互独立。典型场景：不同用户在各自电脑编译程序，多用户独立查看监控数据2) 进程感知与潜在问题互不感知：进程完全不了解其他进程存在，相互竞争，可能引发互斥，死锁或饥饿，一个进程结果对另一个无影响间接感知：通过第三方（如共享资源）交互，共享协作，可能引发互斥，死锁或饥饿直接感知：双方直接交互（如发消息），通过通信协作，可能引发死锁或饥饿，无互斥问题3) 相关判断进程共享同一变量，存在协作行为，如协同办公，填写防疫表时，为相关进程进程间因等待消息产生依赖时，为同步关系；共享临界资源时，比如那存在同步/互斥关系三：临界区与临界资源临界资源：进程需互斥访问的资源，如机票，车票，键盘，打印机，共享数据库临界区：访问临界资源的代码段（非资源本身），对临界资源的读写操作均在临界区完成临界区访问流程分为四部分，需按顺序执行：进入区：通过P操作，TS指令测试并申请进入临界区，是P原语的执行区域临界区：实际操作临界资源的代码，一次仅允许一个进程进入退出区：通过V操作，置锁为假释放临界区，是V原语的执行区域剩余区：与临界资源操作无关的代码，如打印凭条，行程单，离开操作临界区访问准则：空闲则进，忙则等待，让权等待，禁止无限等待四：PV操作与信号量机制1) PV操作核心P操作：使信号量减1，用于测试能否进入临界区V操作：使信号量加1，用于释放临界区，清除“正在访问临界区”的标志成对使用，遗漏P操作会导致无法保证临界区的互斥访问可实现进程同步，互斥，前趋关系，无法实现进程共享2) 信号量操作与特性信号量仅能通过初始化，PV操作修改，不可直接进行加减操作互斥信号量：初值通常设为1，如有k(k>1)个进程在等待队列中，信号量值为-k资源信号量：初值为资源总数，数值范围为 [资源数,-(最大申请进程数-资源数)]，比如4台打印机，20个申请进程，信号量范围为 [4, -16]进程通信中，已满的邮件槽无法申请无耻所生产者-消费者问题中，生产者放产品前需用P操作确保缓冲区有空闲槽五：进程间通信1) 通信方式分类低级通信：信号量，传递数据量最少，仅用于同步/互斥控制高级通信：共享内存，消息机制（消息缓冲），信箱通信，管道通信，套接字。其中管道通信为同步通信方式，其余可支持异步2) 各通信方式核心特性通信方式定义/核心实现关键特点适用场景 优缺点共享内存设公共内存区，进程直接读写无多份数据拷贝，速度快进程间大量交换信息；需程序员处理互斥，灵活性高，需公共内存区+同步/互斥信号量（无需内存块号）消息缓冲内存开辟缓冲区，发送方将信息送入并插入接收方队列利用公共缓冲区交换信息通用数据交换；包含消息缓冲区，队列，同步互斥信号量，收发原语（无需消息ID号）信箱通信创建独立通信机制，收发方通过信箱传递信件收发方无需直接联系异步通信；支持无时间限制收发，包含信箱体，可存/已有信件数（无需信件ID号）管道通信通过共享文件实现，连接两个进程的数据流系统自动处理同步/互斥（对用户透明），读写长度可变简单数据流传输；不足是通信速度较慢，需写入端，读出端，管道体（无需管道ID号）3) 通信相关原语/组成直接通信的发送原语：send（receiver，message）消息机制，信箱，管道，共享内存均无需自定义ID号，核心依赖缓冲区/信箱体/管道体/公共内存区+同步互斥控制六：线程同步利用 pthread_mutex_t 定义互斥锁，通过 pthread_mutex_lock/unlock 实现临界区互斥（如缓冲区加锁）利用 pthread_cond_t 定义条件变量，通过 pthread_cond_wait/signal 实现线程间同步，解决生产者/消费者等写作问题七：实际场景问题与内存管理1) 共享资源操作问题多进程操作共享资源（选课，订票，存款等）时，未加同步互斥锁，会导致资源超量使用（如选课人数超出课程容量）加锁（P/V操作，TS指令）后，可保证共享资源的正确访问，使操作结果与预设相符不分同步操作存在执行不确定性，如选课程序先选B再申请A，可能无法达到预期目的2) 内存地址管理地址越界：每个进程由独立的地址空间，若运行时产生的地址超出该空间，即发生地址越界错误八：经典问题1) 生产者-消费者问题核心是缓冲区的同步与互斥控制，生产者放产品前需P操作确保缓冲区空闲，消费者取产品前需P操作确保缓冲区有产品线程实现中，需结合互斥锁（控制缓冲区互斥访问）和条件变量（控制生产/消费的同步）2) 独木桥/硬件互斥问题硬件互斥通过TS指令实现，本质是临界区的进入区判断单标志算法中，标志判断为进入区，过桥/操作资源为临界区，置标志非为退出区，离开为剩余区Lock/Turn=c 进去Fetch/cross 临界区Flase/Turn=1-c 退出Output/leave 剩余5.内存管理最差适配（Worst Fit）：从全部空闲区中找出能满足作业要求的，且大小最大的空闲分区，从而使链表中的结点大小趋于均匀；空闲分区表中的空闲分区要按照从大到小进行排序，自表头开始查找并分配。大分区分割。最佳适配（Best Fit）：从全部空闲区中找出能满足作业要求的，且大小最小的空闲分区，这种方法能使碎片尽量小；空闲分区表中的空闲分区要按照从小到大排序，自表头查找并分配首次适配（First Fit）：从空闲分区表的第一个表目起查找，把最先能满足要求的空闲区分配给作业；能减少查找时间，空闲分区要按照地址从低到高排序。大分区分割。下次适配（Next Fit）（循环首次适配）：从上一次分配的位置开始扫描内存，选择下一个大小足够的可用块总结对比算法核心策略停车场比喻首次适配按地址顺序找第一个能用的从入口开始，见第一个空位就停最佳适配找能满足要求的最小分区在全场找一个最合适的“最小车位”最差适配找能满足要求的最大分区在全场找一个最大的“豪华车位”给你下次适配从上一次分配位置继续往后找从上回停车的地方接着往前找空位随机适配蒙眼一指，从指到的位置开始找第一个空位。增强安全性，使地址难以预测6.文件管理文件的存取方式依赖于 文件的物理结构 和 存放文件的设备的物理特性文件的逻辑块与存储介质上物理块存放顺序一致的是 顺序结构->把逻辑上连续的文件信息依次存放在连续编号的磁盘中。随着不断新建和删除文件，会导致产生磁盘碎片将逻辑上连续的文件信息分散存放在若干不连续的磁盘块中，每个磁盘块中设置一个指向下一个磁盘块的指针，是 链接结构。检索速度慢，不适于随机存取文件将逻辑上连续的文件信息分散存放在若干不连续的磁盘块中，并将所有磁盘块的地址集中存放在一张表中，是 索引结构文件存储空间的分配单位通常是 数据块 DataBlock从用户角度看，文件控制块 FCB 最重要的字段是 文件名，建立文件系统的主要目标是 实现文件的按名存取，建立多级树形目录的主要目标是解决文件重名问题构成文件内容的基本单位称为 信息项，信息项的序列即为 文件内容Linux的 EXT2 文件系统区分大小写文件的逻辑结构是指 操作系统提供给用户使用的文件组织形式 用户所看到的文件的组织形式文件的物理结构是指 磁盘上的文件组织形式 操作系统管理的文件的组织形式Unix操作系统中，文件系统包括三种类的文件 普通文件、目录文件、特殊文件流式文件是指 无结构的二进制字符的集合、目标代码的集合，比如 源程序文件，可执行文件定长记录文件是指 固定长度的记录集合，比如 数据库文件不定长记录文件是指 不固定长度的数据集合，比如 系统的日志文件文件的逻辑结构：无结构的字符流式文件、定长记录文件、不定长记录文件文件的物理结构：顺序结构、链接结构、索引结构、I节点结构设置当前工作目录的主要目的是 加快文件检索速度（避免了从根目录进行检索的开销）执行打开文件操作时由操作系统返回的信息是 文件描述符FCB 通常应该包括：文件名，文件号，用户名，文件地址，文件长度，文件类型，文件属性，共享计数，文件的建立日期，保存期限，最后修改日期，最后访问日期，口令，文件逻辑结构，文件物理结构，文件目录等。其中文件名，文件大小，文件创建时间和磁盘块起始地址是必须保存的信息外存储设备的存取过程顺序：读状态>置数据>置地址>置控制>读状态打开文件过程顺序：查找FCB主部>检查打开方式>检查用户身份>填写进程打开文件表创建文件过程顺序（创建子目录同）：检查参数合法性>检查重名>查找FCB空闲位置>填写FCB修改后关闭文件过程顺序：查找文件>修改FCB相关内容>置FCB为非活跃>写回磁盘删除文件过程顺序：查找文件>检查删除合法性>收回FCB资源>收回文件存储空间打开子目录过程顺序：查找子目录FCB>检查访问合法性>检查子目录是否打开>读入目录项改动子目录过程顺序：查找子目录>修改FCB相关内容>写回磁盘>返回读取文件过程顺序：检查文件长度（检查文件是否存在）>查找目录>检查权限>读取文件内容写入文件过程顺序：检查文件长度（检查文件是否存在）>查找目录>检查权限>写入文件内容FCB的信息可以分为：文件存取控制信息、文件结构信息、文件管理信息等文件目录实际就是文件符号名到物理地址之间的一种映射机制在进行文件删除、建立、写 等操作时都会访问和修改 空闲空间登记表，用于管理空闲物理内存的方法有：空闲块链表法，位示图法，空闲页面表7.I/O设备管理设备表：建立逻辑设备与物理设备之间的对应关系设备按照信息交换单位进行分类，可分为 块设备和字符设备块设备：磁盘，磁带，SSD字符设备：键盘，终端，打印机，网络适配卡，显示适配卡系统设备表SDT记录设备的全局信息（名称，标识符，类型等）设备控制表DCT用于管理单个设备的运行状态（忙/闲状态，设备特征等）控制器控制表COCT用于控制器状态管理通道控制表CHCT用于通道口控制I/O设备的控制方式有程序直接控制方式，中断控制方式，DMA方式和通道控制方式DMA方式一般用于高速传送组成的数据，优点是操作均由硬件电路实现，传输速度快。比如磁盘的I/O控制键盘通过中断方式中断方式指当CPU启动外设后，不需要去查询其工作状态，可继续执行主程序程序直接控制方式利用输入/输出指令或询问指令测试一台设备的忙/闲标志位，根据设备当前的忙或闲的状态决定是否继续询问设备状态还是由主存储器和外围设备交换一个字符或一个字通道控制方式可以实现对外设的统一管理和外设与内存之间的数据传送。可以进一步减少数据IO对整个系统运行效率的影响设备寄存器不是 程序直接控制方式 的组成部件状态寄存器不是 中断方式 的组成部件通道控制器不是 DMA方式 的组成部件源地址寄存器不是 通道控制方式 的组成部件通道是一个独立于CPU的专门I/O控制的处理机，控制设备与内存直接进行数据交换。通道按照信息交换方式通常设立3种类型的通道：字节多路通道数据选择通道数组多路通道设置设备管理功能的主要目的是 方便用户使用设备管理的主要任务：缓冲区管理 匹配高速和低速设备设备分配设备处理虚拟设备 通过虚拟技术提高并发度实现设备独立性通过协调技术避免设备冲突在操作系统的I/O管理中，缓冲池管理中着重考虑的是 实现进程访问缓冲区的同步设备独立层用于实现用户程序与设备驱动器的统一接口，设备命令，设备保护以及设备分配与释放等，同时为设备管理和数据传送提供必要的存储空间设备分配算法中，常采用的数据结构主要包含四张表：系统设备表SDT>设备控制表DCT>控制器控制表COCT>通道控制表CHCT与设备无关的系统软件主要功能：统一命名设备保护提供与设备无关的逻辑块缓冲（对不同速度的设备使用缓冲区来匹配）存储设备快的分配独占设备的分配和释放出错处理（向用户报告出错处理情况）可以采用如下各种技术提高I/O性能通过应用缓冲技术，解决传输速度差异的问题通过应用异步I/O技术，使CPU不必等待I/O操作的结果通过应用DMA和通道部件，使CPU与这些部件能够并行执行通过应用虚拟设备技术，减少进程阻塞时间，提高独占设备的利用率当用户使用外部设备时，其控制设备的命令传递途径依次为：用户应用层>设备独立层>设备驱动层>设备硬件设备独立层主要目的是 屏蔽了I/O设备驱动的多样性，便于用户使用时钟中断属于不可重用资源银行家算法属于死锁避免算法按序分配资源属于死锁预防杀死进程并收回其占有的资源可用于死锁检测与恢复一次性分配所需要的资源属于死锁预防SPOOLing技术可以破坏互斥条件8.死锁对于系统中的独占设备，为预防出现死锁，应采用 静态分配，分配时加锁。应避免动态分配锁死锁产生的原因：资源分配不当进程推进顺序不当相关进程进入阻塞状态且无法唤醒 -- 死锁相关进程没有阻塞，可被调度，但没有进展 -- 活锁相关进程没有阻塞，但是调度被无限推后 -- 饥饿产生死锁的四个必要条件：互斥条件请求与保持条件不可剥夺条件循环等待条件银行家算法是一种最有代表性的避免死锁的算法，又被成为“资源分配拒绝”法一次性分配所需要的资源 可以预防死锁资源有序分配法 可以预防死锁破坏互斥条件：申请的资源不被一个进程所独占破坏不可剥夺条件：若一个进程申请某些资源，首先系统应检查这些资源是否可用，如果可用就分配给该进程破坏请求和保持条件：每个进程在开始执行前就申请它所需要的全部资源，或者当系统能满足进程的资源申请要求且把资源一次性分配给该进程后，该进程才能开始执行破坏循环等待条件：采用资源有序分配策略，将系统中所有资源顺序编号，按照编号顺序进行，否则系统不予分配资源SPOOLing技术是一种外围设备联机操作技术。通常称为假脱机技术。利用该技术可以允许若干个进程同时产生输出，因此破坏了互斥条件不安全状态有死锁风险，但不一定必然发生死锁；安全状态一定不会死锁系统处于死锁状态的充分条件是当且仅当该系统的资源分配图是不可完全化简的银行家算法，需求矩阵Need = Max - Allocation工作向量Work = Available - Allocation死锁的必要条件是循环等待，资源分配图中产生环路表示系统死锁，若资源分配图中没有环路，则循环等待不成立，系统无死锁为解除死锁就要剥夺资源，考虑使用最经济合理的算法必须考虑：进程优先级进程已经运行了多长时间，此进程完成任务还需要多长时间该进程使用的资源种类和数量，这些资源能否被简单剥夺为完成其任务还需要多少资源有多少进程要被撤销该进程被重启运行的次数
计算机网络一、网络技术基础TCP/IP参考模型层次（从高到低）：应用层 对应OSI的应用+表示+会话层传输层（主机-主机层） 对应OSI的传输层网际互联层 对应OSI的网络层主机-网络层（网络访问层或接入层） 对应OSI的物理层和数据链路层OSI参考模型层次：应用层 > 提供应用进程所需的信息交换和远程操作表示层 > 处理在不同通信系统中交换信息的表示方式会话层传输层网络层 > 实现路由选择，拥塞控制，网络互联等数据链路层物理层 > 利用物理传输介质，为数据链路层提供物理连接，以便透明地传输比特流其划分层次的基本原则：网络中的各个节点都有相同的层次不同节点的同等层都具有相同的功能同一个节点内部的相邻层之间通过接口来通信每层使用其下层提供的服务，并向其上层提供服务。高层无需知道低层的实现方法不同节点的同等层根据协议来实现对等层之间的通信TCP/IP参考模型中，提供端到端服务的层次是 传输层局域网包括 Ethernet，Token bus，Token ring属于Unix操作系统：Solaris，HP-UX，AIX无线自组网（Ad hoc）基本特征：（节点可能移动、无固定路由器、节点关系对等）自组织与自修复无中心多跳路由动态拓扑无线传感器网（WSN）：节点主要是传感器、自组织形成网络、数据可多跳传输使用虚电路方式进行数据传递：首先建立源节点到目的节点之间的逻辑连接ARPANET通信子网的转发节点最初是 IMP（接口报文处理器），是路由器的雏形Zigbee常用于组建 个人区域网网络协议是为网络数据交换而制定的规则、约定与标准。由语法，语义，时序三要素组成，其中语法是指用户数据与控制的结构和格式。在计算机网络协议中，最好的组织方式是 层次结构模型覆盖范围从大到小： WAN 广域网MAN 城域网LAN 局域网PAN 个人区域网随机争用型的介质访问控制方法起源于 ALOHANET无线局域网可以采用FHSS（跳频扩频）和DSSS（直序扩频）技术跳频扩频通信FHSS（Frequence Hopping Spread Spectrum）直接序列扩频DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum）点协调功能PCF（Point Coordition Function）分布式协调功能DCF（Distributed Coordition Function）虚拟监听VCS（Virtual Carrier Sence）2：局域网基础广域网 WAN（Wide Area Network）无线网状网络 WMN（Wireless Mesh Network）局域网 LAN（Local Area Network）无线传感网 WSN（Wireless Sensor Network）半双工交换机的总带宽计算方法：半双工总带宽（Mbps）=端口数*端口速率（Mbps）全双工交换机的总带宽计算方法：全双工总带宽（Mbps）=端口数端口速率（Mbps）2全半混合交换机总带宽计算方法：总带宽（Mbps）=半双工总带宽+全双工总带宽WLAN制订的标准协议是 IEEE 802.11 -- 帧的地址字段使用 MAC地址>实现虚拟监听机制 -- 数据字段最大长度2312B -- 帧头有4个地址字段 -- 地址字段长度均为48位需求优先的介质访问控制协议 IEEE 802.12采用蓝牙技术的无线个人网技术规范 IEEE 802.15宽带无线连接工作组，开发2-66GHz的无线接入系统空中接口 IEEE 802.16传统以太网 IEEE 802.3 -10Mbps -- 定义了CSMA/CD总线介质访问控制子层与物理层的标准 快速以太网 IEEE 802.3u Fast Ethernet 最大速率100Mbps千兆以太网 IEEE 802.3z Gigabit Ethernet万兆以太网 IEEE 802.3ae 10 Gigabit Ethernet 定义XGMII 或XAUI，仅有全双工工作模式IEEE 802.3ba 40/100 Gigabit EthernetIEEE 802.11b 采用2.4GHz频段，传输速率是11Mbps，是无线局域网协议标准IEEE 802.11a 在5GHz UNII频段运行，最大传输速率54MbpsIEEE 802.11n 无线局域网传输标准，工作在5GHz波段和2.4GHz波段，最大传输速率600Mbps，采用无线局域网物理层与介质访问控制层规范IEEE 802.11g 采用2.4GHz频段，传输速率54Mbps无线区域网 IEEE 802.15令牌环网访问控制子层与物理层的标准 IEEE 802.5逻辑链路控制（LLC）子层功能与服务的标准 IEEE 802.210BASE-5 使用 粗同轴电缆，传输速率为10Mbps快速以太网100BASE-FX的传输介质可以是 单模光纤，也可以是多模光纤，是全双工系统，采用 IEEE 802.3u物理层标准，最大长度 415米千兆以太网1000BASE-LX的传输介质是 单模光纤，最大长度 5000米10GBASE-LR 单模光纤，最大长度25km10GBASE-ER 单模光纤，最大长度40km10GBASE-ZR 单模光纤，最大长度80km1000BASE-T 支持非屏蔽双绞线作为传输介质，最大长度为100米100BASE-TX 两对5类非屏蔽双绞线UTP或2对1类屏蔽双绞线STP1000BASE-SX 多模光纤，最大长度为550米1000BASE-ZX 单模光纤，最大长度70km1000BASE-CX 支持2对屏蔽双绞线，最大长度25米1000BASE-LH 单模光纤，最大长度10km特性100BASE-FX1000BASE-LX1000BASE-T标准名称快速以太网 (Fast Ethernet)千兆以太网 (Gigabit Ethernet)千兆以太网 (Gigabit Ethernet)IEEE 标准IEEE 802.3uIEEE 802.3zIEEE 802.3ab传输速率100 Mbps1000 Mbps (1 Gbps)1000 Mbps (1 Gbps)传输介质多模光纤 (MMF) / 单模光纤 (SMF)多模光纤 (MMF) / 单模光纤 (SMF)4对5e类或更高等级双绞线最大传输距离MMF：2 kmSMF：40 km 或更远MMF：550 mSMF：5 km100 m主要应用早期的楼宇或园区主干，长距离连接数据中心、园区主干，中长距离传输办公室、家庭网络的桌面连接，服务器连接在Ethernet帧中，前导码字段的长度是 8字节，帧校验字段长度是4字节以太网帧格式包括：前导码（7字节）帧前定界符（1字节）目的MAC地址（6字节）源MAC地址（6字节）类型/长度（2字节）数据（46-1500字节） -- 保存高层协议数据帧校验序列（4字节）如果帧长度小于64字节，则要求填充，使这个帧的长度达到64字节以太网数据字段最小长度46B最大长度1500B以太网帧的最小长度64B最大长度1518BCRC校验范围：目的地址，源地址，长度，LLC数据，类型等字段CSMA/CD 发送流程第一步是侦听总线CSMA/CA 称为带冲突避免的载波侦听多路访问CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）以冲突检测为核心，CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）以冲突避免为核心虚拟局域网的技术基础是 交换技术以太网物理地址存储在网卡的ERROM中VLAN 可实现逻辑工作组的划分Ethernet交换机转发帧可以采用直接交换方式，存储转发交换方式或者改进的直接交换方式。通常采用端口号/MAC地址映射表，支持局域网服务交换式以太网的核心设备是以太网交换机，它可以在多个端口之间建立多个并发连接，实现多节点之间数据的并发传输，从而可以增加网络带宽，改善局域网的性能与服务质量，避免数据传输冲突的发生，以太网交换机利用 端口/MAC地址映射表 进行数据帧交换集线器（Hub）是指将多条以太网双绞线或光纤集合连接在同一段物理介质下的设备。采用共享介质工作方式，是典型的以太网组网设备BSS 基本服务集，由一个AP和若干站点组成ESS 扩展服务集，由多个BSS通过分布式系统连接而成，提供更大的覆盖范围IBSS 独立基本服务集 是指以自组网方式组成的移动无线网络-Ad hocMBSS Mesh基本服务集独立基本服务用来组建 Ad hoc，这种模式下，站点之间可以直接通信，无需接入点帧间隔：短帧间间隔 SIFS 用于分隔同一次会话中各帧，如确认ACK帧点帧间间隔 PIFS分布帧间间隔 DIFS千兆介质接口的主要功能是分隔物理层与MAC层AAA服务器又称为RADIUS用户认证服务器，负责完成用户认证，授权与计费等功能RJ-45接口用于连接双绞线点协调服务：提供无争用服务分布式协调服务：提供争用服务无线局域网采用CSMA/CAAP在默认情况下采用分布式协调服务，提供基于CSMA/CA的争用服务实现共享无线信道的访问控制功能是无线局域网MAC层的最核心功能。Ethernet物理地址的编码方法是按照48位，可分配的Ethernet物理地址应该有 $$ 2^47 个传统Ethernet数据段长度46B-1500B，802.11帧的数据段长度是0-2312B无线局域网的介质访问控制方法是 CSMA/CAMII介质专用接口用来将MAC层与物理层分开属于IEEE 802.1管理帧的是信标帧，探测帧和认证帧3：Internet基础Internet的主要组成部分包括：通信线路，路由器，主机和信息资源100BASE-TX使用2对5类非屏蔽双绞线（UTP），最大长度100米100BASE-FX使用2条光纤，最大长度415米1000BASE-T使用双绞线，最大长度100米1000BASE-LX使用单模光纤，最大长度5000米1000BASE-CX使用两对屏蔽双绞线，最大长度25米IEEE 802.11默认采用 主动模式 电源管理IEEE 802.3定义CSMA/CD机制为了使无线主机发现可用的AP，AP需要定期向外广播 信标帧在IP互联网中，任意一台主机均可以向其他网络进行直接广播。如果向202.113.26.0（掩码255.255.255.0）进行直接广播，那么么目的地址的直接广播地址是202.113.26.255ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line）即非对称数字用户环路，在数据传输的方向上，分为上行和下行。下行通道的传输速率远大于上行通道的传输速率，即所谓的“非对称性”。ADSL使用比较复杂的调制解调技术，在普通的电话线路进行告诉的数据传输。适合家庭和中小型企业的互联网接入需求。承载实体通常是普通的电话线路HFC（Hybride Fiber Coaxial，混合光纤/同轴电缆网）采用混合光纤/同轴电缆介质，使用电缆调制解调器（Cable Modem）发送和接收信号，共享上行和下行信道传输数据，也采用非对称的数据传输速率，一般上行速率在10Mbps左右，下行速率在10-40Mbps之间。它是在有线电视网络（Cable TV或CATV）的基础上发展起来的。承载实体通常是有线电视线路IP协议工作于互联层，屏蔽不同物理网络的差异，向传输层提供统一的服务。精确定义了IP数据报格式，并且对数据报寻址和路由、数据报分配和重组、差错控制和处理等做出了具体的规定以太帧是MAC层的内容“跳”在路由表中指的是一个路由器。下一跳指的是和本网络相关的路由器。下一跳路由地址是指下一个路由（网关）的入口地址IP服务的3个主要特点是：不可靠的数据投递服务面向无连接的传输服务尽最大努力投递服务IP互联网特点：隐藏了低层物理网络细节，向上提供通用的、一致的网络服务不指定网络互联的拓扑结构，也不要求网络之间全互联能在物理网络之间转发数据，信息可以跨网传输所有计算机使用统一的，全局的地址描述法平等地对待互联网中的每一个网络，不管其规模是大还是小，也不管其网速是快还是慢IP协议运行于 互联层电话拨号线路的传输速率较低，目前较好线路的最高传输速率可达56KbpsARP（地址解析）协议用于通过已知的IP地址查询对应的MAC地址，获取的是IP地址与物理地址的对应关系ARP请求报文是广播发送（目标MAC为全FF）ARP响应报文是单播发送（直接回应请求者）高速缓存（ARP表）的目的是减少重复请求，提高效率MTU（Maximum Transmission Unit）即最大传输单元，是网络中规定的一个帧最多能够携带的数据量，以字节为单位虚拟局域网VLAN是一种以局域网交换技术（LAN Switch）为基础的网络管理的技术。在VLAN中，一个VLAN内部的广播和单播流量都不会转发到其他VLAN中，从而有助于控制流量，减少设备投资，简化网络管理，提高网络的安全性，因此处于不同VLAN的主机是无法通信的IPv4地址中，32位全为1的IP地址（255.255.255.255）用于本网广播，该地址叫做受限广播地址。该主机在发送有限广播数据报时采用的目的IP地址为255.255.255.255IP数据报在没有选项和填充的情况下，报头长度域的值为 5IP数据报由首部和数据两部分组成。首部的前一部分是固定长度20字节，是所有IP数据报必须具有的。如数据报长度为800字节，那么IP数据报头为20字节，在网络层，数据的最大值就是800-20=780字节OSPF是一个经常被使用的路由选择协议，它使用 链路-状态路由选择算法，其可以在大规模的互联网环境下使用RIP使用 向量-距离 算法直接广播地址是指在广播地址中包含一个有效的网络号和一个全1的主机号，在互联网中，任意一台主机均可向其他网络进行直接广播，比如向主机202.113.25.36（源地址）（掩码255.255.255.0）向202.113.26.0进行直接广播，则目的地址就是202.113.26.255源路由是指IP数据报穿越互联网所经过的路径是由源主机指定的记录路由是指记录下IP数据报从源主机到达目的主机所经过路径上各个路由器的IP地址主机路由是指对单个主机（而不是网络）指定一条特别的路径默认路由是一种特殊的静态路由，指的是当路由表中与包的目的地址之间没有匹配的表项时路由器能够做出的选择，默认路由会大大简化路由器的配置，减轻管理员的工作负担，提高网络性能。一般情况下，掩码和默认路由为0.0.0.0或者所在网络网关的掩码和IP地址，掩码为0.0.0.0，目的地为0.0.0.0在IP分片数据报中，标识字段一定与原IP数据报相同ICMP差错报文特点：差错报告不享受特别优先权和可靠性，作为一般数据传输除包含故障IP数据报报头外，还包含故障IP数据报数据区的前64比特数据伴随着抛弃出错IP数据报而产生ICMP差错报文种类：终点不可达：分为网络不可达，主机不可达，协议不可达，端口不可达，需要分片但DF比特已置为1，源路由失败等六种情况源站抑制：当路由器或主机由于拥塞而丢弃数据报时，就向源站发送源站抑制报文，使源站知道应当将数据报的发送速率放慢时间超时：当路由器收到生存时间为零的数据报时，除丢弃该数据报外，还要向源站发送时间超时报文。当目的站在预先规定的时间内不能收到一个数据报的全部数据报片时，就将已收到的数据报片都丢弃，并向源站发送时间超时报文参数问题：当路由器或目的主机收到的数据报的首部中的字段的值不正确时，就丢弃该数据报，并向源站发送参数问题报文改变路由（重定向）：路由器将改变路由报文发送给主机，让主机知道下次应将数据报发送给另外的路由器ICMP重定向报文机制是为了保证主机拥有一个动态的，既小且优的路由表IPv6的基本头的长度为40字节IGMP（Internet Group Management Protocol，Internet组管理协议）是因特网协议家族的一个组播协议。该协议运行在主机和组播路由器之间。IGMP有3个版本：IGMP v1 定义了主机只可加入组播组，但没有定义离开成员组的信息，路由器基于成员组的超时机制发现离线的组成员IGMP v2 是在v1基础上增加了主机离开成员组的信息，允许迅速向路由协议报告组成员离开情况，具有成员快速离开机制IGMP v3 在兼容和集成v1v2的基础上，进一步增强了主机的控制能力，并增强了查询和报告报文的功能，增加了针对组播源的过滤模式（INCLUDE/EXCLUDE），使主机在加入某组组播G的同时，能够明确要求接收或拒绝来自某特定组播源S的组播信息IGMP Snooping是运行在二层设备上的组播约束机制，用于管理和控制组播组。可在二层设备上形成组成员和接口的对应关系A类网络地址127.0.0.0是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地机器进程间通信。即回送地址。255.255.255.255用于本地网络广播。即有限广播地址ABC类为单播地址D类为组播地址（范围224.0.0.0 - 239.255.255.255）E类为保留地址组播又称为多播，组播IP地址的最高4位通常是1110路由器收到IP数据报后会对其进行检测，当对其首部进行校验后发现该数据报存在错误时，将抛弃该数据报IPv6扩展头包括：逐跳选项头，目的选项头，路由头，分片头，认证头和封装安全有效载荷报头路由头用来指出数据报在从源节点到目的节点的过程中，需要经过一个或多个中间路由器TCP使用窗口机制进行流量控制，使发送方发送的数据永远不会溢出接收方的缓冲空间记录路由：指记录下IP数据报从源主机到目的主机所经过的每个路径上的每个路由器的IP地址时间戳：指记录下IP数据报经过每一个路由器时的当地时间源路由：指IP数据报穿越互联网所经过的路径是由源主机指定的。源路由分为严格源路由和松散源路由严格源路由（Strict Source Route） - 规定IP数据报要经过路径上的每一个路由器，相邻路由器之间不得有中间路由器，并且所经过路由器的顺序不能更改松散源路由（Loose Source Route） - 只是给出IP数据报必须经过的一些节点，并不给出一条完备的路径，无直接连接的路由器之间的路由尚需IP软件寻址功能补充TCP可以提供面向连接的，可靠的（没有数据重复和丢失），全双工的数据流传输服务。运行于传输层。端口长度为16位二进制数UDP提供了面向非连接的，不可靠的传输服务。端口长度为16位二进制数。运行于传输层IPv4和IPv6头部均以4比特版本字段开头，IPv4为二进制0100，IPv6为二进制0110在接收到所有数据报分片的基础上，主机对分片进行重新组装的过程叫做IP数据报重组。只有最终的目的主机才能对分片进行重组NAT的主要技术类型有：静态NAT动态NAT网络地址端口转换NAPT：目前最常用的一种NAT类型，它利用TCP/UDP的端口号区分NAT地址映射表中的转换条目，可以使内部网中的多个主机共享一个（或少数几个）全局IP地址同时访问外部网络IPv6的回送地址一般为0:0:0:0:0:0:0:1为了解决慢收敛问题，RIP可以采用：限制路径最大“距离”对策水平分割对策保持对策带触发刷新的毒性逆转对策组播协议：DVMRPMOSPFPIM4：Internet基本服务Internet中，实现异构互联的设备通常是路由器在客户机/服务器模型中，服务器响应客户机的请求有两种实现方案：并发服务器重复服务器P2P网络的主要结构类型：集中式分布式结构化分布式非结构化混合式SMTP（Simple Mail Transfer Protocol，简单电子邮件协议），向邮件服务器发送邮件。规定了邮件发送使用的命令，采用C/S模式，使用传输层的TCP服务。传递邮件三阶段：连接建立阶段，邮件传送阶段，连接关闭阶段POP3（Post office Protocol v3，邮局协议第三版）、IMAP（Interactive Mail Access Protocol，交互式邮件存取协议）从邮件服务器的邮箱中接收邮件Telnet精确定义了本地客户机与远程服务器之间的交互过程。使本地主机成为远程主机的仿真终端名字空间按照树状结构组织为了解决系统间的差异，Telnet协议引入网络虚拟终端NVT（Net Virtual Terminal）概念，可屏蔽系统之间键盘输入的差异FTP客户机和服务器之间需要建立双重连接：控制连接与数据连接数据连接建立的两种模式是 主动模式和被动模式域名服务器用DNS表示，主机地址用A表示，别名用CNAME表示，指针用PRT表示FRC822扩充后是MIMESNMP服务采用重复服务器解决方案POP3协议中，PASS处理用户密码；RETR返回有参数标识的邮件的全部文本；STAT处理请求服务器发回关于邮箱的统计资料，比如报文总数，邮件总数和总字节数，长度；NOOP处理服务器返回一个肯定的响应（无操作）POP3邮件传递过程三阶段：认证阶段，数据处理阶段，更新阶段用户检索POP3服务器的三阶段：认证阶段，事务处理阶段，更新阶段RETR请求服务器发送指定编号的邮件DELE将一个邮件标记为删除RSET复位操作，清除所有删除标记QUIT将具有删除标记的邮件彻底删除事务处理阶段命令：STAT，LIST，RETR，DELEPOP3响应的2种基本类型：以"+OK" 开始，表示命令成功执行或服务器准备就绪等以 "-ERR" 开始，表示错误的或不可执行的命令SMTP响应字符串以3位数字开始，后面跟有该响应的具体描述SMTP如果接收方收到DATA命令，接收程序将DATA命令后面的数据作为邮件内容处理，所以可以认为发送方将发送具体的邮件内容混合式P2P网络三种节点用户节点，搜索节点，索引节点电子邮件由邮件头和邮件体组成利用电子邮件传送多媒体信息需要进行编码电子邮件应用程序通常具有接收和管理邮件功能FTP中客户发送PASV命令的目的是 请求使用被动模式建立数据连接，PWD显示远程主机的当前工作目录，PASS向服务器发送口令FTP数据连接的建立一般是两种模式：主动连接（缺省模式）：由客户机打开一个随机端口，将端口号通过PORT命令发送给服务器，然后服务器请求与该端口建立连接被动连接：当客户机向服务器发出数据传输命令时，通过控制连接向服务器发送一个PASV命令，请求进入被动模式。服务器在TCP的一个端口上被动打开数据传输进程，并通过对PASV的响应将服务器数据传输进程使用的端口通知给客户机TYPE说明文件类型A表示ASCII码I表示图像REST用于知名文件的起始点主动模式和被动模式都使用TCPcdup 进入远程主机目录的父目录分布式非结构化P2P网络信息搜索采用洪泛技术，支持复杂查询，采用随机图方式，基于广播方式集中式P2P网络 中心服务器保存索引信息分布式结构化P2P网络基于分布式散列表（DHT）技术文本文件传输方式 要求发送方将本地文件转换成NVT ASCII 码形式后发送【ASCII】二进制文件传输方式 不对文件格式进行任何变换，按照原始文件相同的位序以连续比特流方式进行传输【BINARY】在域名系统中，解析器收到一个非权威性的映射时，解析器可以认为响应服务器不是该域名的授权管理者HINFO 主机的描述信息TXT 文本MX 邮件交换机IN Internet协议类别PTR 指针类别在访问站点时，为了验证站点的真实性，可以在 浏览站点前索要站点的证书为了防止他人假冒自己的身份访问Web站点，可以在主机浏览器中加载自己的证书为了防止第三方偷看传输的内容，可以在通信中使用SSL技术为了让Web服务器验证Web浏览器的身份，可以在Web浏览器中安装证书为了避免主机收到非安全软件的危害，可以将整个Internet划分为不同区域IE浏览器把Internet划分为Internet区域，本地Internet区域，可信站点区和受限站点区的主要目的是 保护自己的计算机使用高速缓冲技术可以提高域名解析的效率域名解析的两种方式为递归解析和反复解析Internet域名系统采用层次型命名机制域名解析可以从根域名解析服务器开始电子邮件系统中使用base64编码的主要目的是 将二进制码转换成ASCII码对等计算（P2P）没有客户机和服务器之分HTTP建立在TCP协议之上HTTP请求报文由请求行（request line）和请求头部（request header），空行，请求数据 四部分组成。请求报文包含一个请求行和若干个报头行，有时还可能带有报文体。报文头和报文体以空行分隔。请求行包括请求方法，被请求的文档以及HTTP版本HTTP响应报文包括一个状态行和若干个报头行，并可能在空行后带有报文体，其中状态行包括HTTP版本，状态码， 原因等内容。状态码通常由3位数字组成浏览器通常由控制单元，客户单元和解释单元组成。控制单元是浏览器的核心，它协调和管理客户单元和解释单元，控制单元接收用户的键盘或鼠标输入，并调用其他单元完成用户的指令客户单元负责与远程Web服务器进行通信，返回用户指定页面解释单元的主要功能是将请求返回的页面翻译成Web浏览器能够显示的内容客户单元发送HTTP请求消息后，由控制单元接收，并调用其他单元完成用户的指令递归解析：要求域名服务器系统一次性完成全部名字-地址转换反复解析：每次请求一个服务器，不行再请求别的服务器5：新型网络应用索引结点 保存可以利用的搜索节点信息，搜集状态信息以及尽力维护网络结构，一个结点既可以是搜索节点，也可以是索引节点，与普通用户节点不同。索引结点主要负责资源发现和路由。索引节点不直接监控用户下载内容，其主要职责是辅助资源定位，而非内容监控分布式结构化P2P网络采用DHT（分布式散列表）进行结构组织，利用分布式散列函数组成的散列表组织数据，支持精确关键词匹配查询集中式P2P网络形式上有一个中心服务器来负责记录共享信息以及回答对这些信息的查询分布式非结构化拓扑的P2P网络采用随机图的组织方式形成一个松散的网络。该结构支持复杂查询，比如带有规则表达式的多关键字查询，模糊查询等客户机/服务器模型中，客户机发出请求，服务器进行响应。服务器响应并发请求可采用 并发服务器或重复服务器方案在IM系统的通信协议描述中，QQ以UDP为主TCP为辅；MSN采用MSNP；ICQ、AOL采用OSCAR、SIMPLE基于SIP框架 是SIP的扩展；MSN基于MSNP协议；XMPP基于Jabber协议框架、Google talk采用XMPP、Jive Message采用XMPP。不同的通信协议不兼容IM系统一般采用两种通信模式：客户机/服务器模式 和 用户/用户 模式SIP（Session Initiation Protocol） 称为会话发起协议，是应用层协议，可以运行于TCP、UDP、SCTP等各种传输层协议之上。SIP有两种消息类型：从客户机到服务器的请求消息和从服务器到客户机的响应消息。SIP由一个起始行、消息头、一个标志消息头结束的空行（CLRF）、消息体组成。起始行分为请求行和状态行两种。一共定义了6种请求消息：INVITE/ACK/OPTIONS/BYE/CANCEL/REGISTER。支持代理，重定向以及登记定位用户等功能，支持用户移动。SIP代理服务器分为：无状态代理服务器和有状态代理服务器。SIP代理服务器具有解析名字的能力。SIP用户表示类似于E-mail地址。按逻辑功能区分，SIP系统有四种元素组成，分别是 重定向服务器，注册服务器，用户代理，代理服务器。SIP可在ATM，IP等承载网络之上。message用来发送短消息。subscribe用来订阅呈现信息。notify用户传送呈现信息。会话指用户间的数据交换过程SIP的用户代理分为两部分：用户代理客户机 UAC 负责发起呼叫用户代理服务器 UAS 负责接受呼叫并做出响应两者均位于用户终端（Client）中IM系统通常需要支持呈现服务和即时消息服务呈现服务中有两类呈现客户：呈现者，观察者观察者获取呈现信息有两种方式：抓取，订阅早期的Napster采用集中式的对等网络结构Gnutella 采用分布式非结构化的对等网络结构eDonkey2000可利用文件的哈希信息来定位文件早期的BitTorrent是基于MIT授权的开源软件Tracker服务器存储用户共享的数据文件六度分隔理论，Stanley Milgram提出，Duncan Watts验证VOD系统：NVOD 就近式点播电视 多个视频流依次间隔一定时间启动发送同样的内容，用户会选择最近的某个时间点起进行收看TVOD 真实点播电视IVOD 交互式点播电视XMPP 采用标准的C/S结构。实体地址叫做JID（Jabber标识），由域标识符，结点标识符，资源标识符组成，格式类似于电子邮件地址XMPP 是一种 应用层 协议，基于XML，用于即时通讯和在线状态感知XMPP采用分布式架构，允许不同服务器之间相互通信，没有中央服务器，用户可以在不同域之间进行消息交换。XMPP采用全局寻址方案，用户标识为JIDXMPP 系统架构主要由3种实体组成：XMPP客户，XMPP服务器，XMPP网关Maze系统虽然使用中心服务器进行用户登录和资源发现，但认证机制并非完全集中。和迅雷采用不同的协议和架构，两者不兼容。Maze系统使用自定义的用户账号体系Maze系统具有心跳机制，节点会定期向中心服务器发送心跳包，以维持连接，更新在线状态并交换节点信息，这是其保持网络活跃性和动态更新的重要机制Maze支持断点续传Maze文件共享系统的主要服务器包括：文件目录服务器 负责收集每个peer的共享目录索引和检索服务器 负责定期重新建立索引用户管理服务器 负责用户认证 参考了Kerberos机制心跳服务器 负责维护在线用户的列表VOD视频点播系统主要由5个部分组成：节目制作中心 进行视频节目的采集和压缩视频服务器 是VOD的核心，利用实时技术向客户端播放设备传输数字视频节目视频节目库管理服务器 提供用户登录界面，并根据用户级别提供各类信息客户机端播放设备搜索引擎搜索器的主要功能是 通过逐个访问Internet中web站点来采集web信息搜索引擎主要组成：搜索器检索器索引器用户接口VoIP系统中包括：网关 位于公用交换电话网与IP网的接口处，它是电话用户使用IP电话的接入设备。它的主要功能为号码查询，建立通信连接，信号调制，信号压缩和解压，路由寻址网守 负责用户的注册和管理等。VoIP网守通过被叫号码确定对方的VoIP网关。它是网络中的消息控制中心，它可以进行呼叫控制，地址解析，呼叫授权，身份验证，集中账务和计费管理和保留呼叫详细信息记录等操作MCU（多点控制单元） 可利用IP网络实现多点通信终端设备 实时媒体流传输通常由RTP（实时传输协议）和RTCP（RTP控制协议）协同完成。RTP负责实际媒体数据的传输，RTCP是RTP的伴随协议，负责传输会话质量的控制和反馈信息媒体内容分发（MCDN）主要包括：内容发布 借助相关技术，将内容发布或投递到距离用户最近的远程服务点处内容路由 整体性的网络负载均衡技术，通过内容路由器中的重定向以及媒体位置注册机制，在多个远程服务点上均衡用户的请求，以使用户请求得到最近内容源的响应内容交换 根据内容的可用性，服务器的可用性以及用户的背景，利用应用层交换等技术，智能地平衡负载流量性能管理 主要用户保证网络处于最佳的运行状态IP承载网6：网络管理与网络安全PKI 利用公钥加密和数字签名技术建立的安全服务基础设施RSA 非对称加密算法，是构建PKI的一种手段NAT 网络地址转换，用于解决IP地址不足的问题DES 一种对称加密算法网管模型包括：组织模型 描述网管系统的组成部分信息模型 描述网管系统的对象命名通信模型 描述网管系统的管理协议功能模型 描述网管系统的主要功能网络管理5大功能：配置管理 包括资源清单的管理，资源开通以及业务开通，是一个中长期的过程，主要管理的是网络增容，设备更新，新技术应用，新业务的开通，新用户的加入，业务的撤销，用户的迁移等原因导致的网络配置的变更故障管理计费管理性能管理 收集统计信息，监控网络使用状况，维护并检查系统状态日志，确定自然和人工状况下的系统性能，改变系统操作模式以进行系统性能管理的操作安全管理网络管理一般采用 网络管理者-网管代理模型，管理者和代理之间是一对多的关系。ISO制定了CMIP（公共管理信息协议）Internet工程组（IETF）制定SNMP（简单网络管理协议）SNMP前身是SGMP，最大的特点是简单性，容易实现且成本低，支持轮询与告警两种工作方式。工作于应用层。特点还有：可伸缩性，可管理绝大部分符合Internet标准的设备；扩展性，通过定义新的“被管理对象”可以非常方便地扩展管理能力；健壮性，即使在被管理设备发生严重错误时，也不会影响管理者的正常工作SNMP RMON提供补充功能TESEC将计算机系统的安全从高到低划分为A B C D 四个等级，七个级别：A 验证设计B1 强制性安全保护类型 标记安全保护B2 强制性安全保护类型 结构化保护B3 强制性安全保护类型 安全域C1 用户能定义访问控制要求的自主保护类型 自主安全保护 选择性的保护级，实现自主安全防护，对用户和数据的分离，保护或限制用户权限的传播C2 用户能定义访问控制要求的自主保护类型 控制访问保护 拥有访问控制环境的权力，比C1的访问控制划分的更为详细，能够实现受控安全保护，个人账户管理，审计和资源隔离D 非安全保护类型 最小保护TESEC（可信任计算机评估准则）标准是美国国家计算机中心制定的DES中用于奇偶校验的位数是 8位，DES由美国国家标准局制定，是对称密码，基于置换和代换技术。由ISO采纳成为标准。每轮置换函数相同对称加密算法：DES，IDEA，RC2，RC4，SkipjackIDS 是入侵检测系统，基本功能包括：监控、分析用户和系统的行为检查系统的配置和漏洞评估重要的系统和数据文件的完整性对异常行为的分析统计，识别攻击类型，并向网络管理人员报警对操作系统进行审计，跟踪管理，识别违反授权的用户活动CMIP是由ISO制定的公共（通用）管理信息协议，主要针对OSI模型的传输环境而设计的，通过事件报告的方式进行工作，和SNMP不兼容。通过ROP实现事件报告CMIP采用委托监控机制，报告机制CMIS是由ISO制定的通用管理信息服务网络管理协议定义了网络管理者和网络代理间的通信方法。ISO设计了CMIP和CMIS，而IETF设计了SNMP。在实际使用过程中，CMIP涉及面比SNMP广，大而全，所以实施起来比较复杂且花费较高包过滤在网络层和传输层工作被动攻击：窃听消息，流量分析欺骗攻击：ARP欺骗，中间人攻击，重发攻击主动攻击：拒绝服务攻击3种最常用的防火墙：包过滤路由器（又称为屏蔽路由器，网络层、传输层），应用级网关（代理防火墙，应用层），电路级网关信息模型涉及三个重要概念：管理信息结构（SMI），管理信息库（MIB），管理信息树（MIT）MIB来源于IETF RFC1155和2578定义的管理信息结构（Strucure of Management Information，SMI）MD5是一种单向散列函数，可用于判断数据完整性，不能从散列值计算出原始数据。可用于数字签名。由Rivest设计TC-SEC-NCSC由美国政府制定管理器与代理都是管理进程。被管设备中的网管进程通常称为网管代理网管系统的管理操作是对具体管理对象的操作，管理对象的相关信息存储于MIB中，每个网管系统都需要MIB的支持，记录网络中的管理对象的相关信息AH（Authentication Header 验证报头协议）主要是用来提供数据完整性校验和源校验，即只提供校验功能，并不提供加密功能。可防重放攻击IPSec安全协议是在 网络层 提供安全的一组协议。主要包含AH（认证头部协议）和ESP（封装安全有效载荷协议）。AH头在原有IP数据报数据和IP头之间。AP（安全协定）定义的逻辑链接是单向的。ESP可工作在传输模式或隧道模式。IPSec安全协议可以支持IPv6分组传输。SA（安全关联）描述的一种单向的连接，如果IPSec节点的双向数据传输都需要保护，则需要为输入和输出数据建立不同的安全关联椭圆曲线密码（ElGamal）算法是非对称加密。Blowfish是对称加密，与椭圆曲线密码属于不同类加密体系。椭圆曲线密码学（ECC）不仅用于数据加密，还广泛应用于数字签名领域，其中最著名的算法是椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）SSL是Netscape于1994年开发的，SSL（安全套接层）协议及其继任者TLS（传输层安全）协议，是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议。SSL和TLS在传输层对网络连接进行加密。可用于HTTP协议SET（安全电子交易协议）（应用层）以信用卡为基础PGP（应用层），PEM，MOSS，S/MIME是与电子邮件安全相关的协议与标准公钥密码有RSA，ElGamal，背包加密算法（MH加密算法）等对称加密有DES，三重DES（3DES），AES（高级加密标准），RC5，Blowfish等