《系統架構設計師》第二章考點

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計算機系統 由 硬件和軟件組成，軟件通常分為 系統軟件和應用軟件。

系統軟件支持應用軟件的運行，為用户開發應用軟件提供平台，用户可以使用它，但不能隨意修改它。

常用的系統軟件有 操作系統、語言處理程序、連接程序、診斷程序、數據庫 等。

應用軟件指 計算機用户利用 軟硬件資源 為某一專門的應用目的而開發的軟件。

　2.1 操作系統基礎知識

操作系統 Operating System，是計算機系統的核心繫統軟件。

2.1.1 操作系統的原理、類型、結構

1、操作系統定義

硬件資源包括 中央處理器、存儲器、輸入輸出設備。

軟件資源是以 文件形式保存在存儲器上的 程序和數據。

操作系統既 有效組織和管理 系統中各種 軟硬件資源，合理地組織計算機系統的工作流程，又控制程序的執行，為用户使用計算機 提供了一個 良好的環境和友好的接口。

2、操作系統分類

按功能不同分：單用户操作系統、批處理操作系統;分時操作系統、實時操作系統;網絡操作系統、分佈式操作系統;嵌入式操作系統。

3、操作系統的特徵

併發性、共享性、虛擬性、不確定性。

4、操作系統的功能

進程管理、文件管理、存儲管理、設備管理、作業管理。

2.1.2 處理機 與 進程管理

1、進程的定義及其分類

進程通常由 程序、數據、進程控制塊 PCB 組成。

2、進程的狀態轉換與控制

就緒、運行、阻塞。

進程控制是通過 進程控制原語實 現的，進程控制原語主要有：創建原語、撤銷原語、掛起原語、激活原語、阻塞原語、喚醒原語。

注：原語不可分割，不允許中斷。

3、進程互斥與同步 以及 P/V 操作

同步是使在異步環境下的各進程按一定的 順序和速度 執行。

互斥 要保證臨界資源 一次只能提供一個進程使用，稱為 臨界資源 CR。

PV操作是低級通信原語，在執行期間不可分割，P表示申請一個資源，V表示釋放一個資源。

P操作定義：S:=S-1，若S>=0，則執行P操作的進程繼續執行，否則若S<0， 則置該進程為阻塞狀態(因為無可用資源)，並將其插入阻塞隊列。

V操作定義：S:=S+1，若S>0， 則執行V操作的進程繼續執行，否則若S<=0，則從阻塞狀態喚醒一個進程，並將其插入就緒隊列，然後執行V操作的進程繼續執行。

4、進程通信與管程

控制信息的交換稱為低級通信，數據的交換稱為高級通信。

高級通信的類型有 共享存儲系統、消息傳遞系統、管道通信。

在任一時刻最多隻有一個進程能夠真正地進入管程，其他的只能等待。

5、進程調度與死鎖

產生死鎖的四個必要條件：互斥條件、請求保持條件、不可剝奪條件、環路條件。

預防策略，破壞死鎖的四個必要條件之一。

6、線程

線程是進程中的一個實體，是被系統獨立分配和調度的基本單位。

線程只擁有一些運行中必不可少的資源。

同一個進程中的多個線程可以併發執行，線程具有：就緒、運行、阻塞，三個基本狀態。

2.1.3 存儲管理

存儲器的'發展方向是：高速、大容量、小體積。

存儲管理的主要任務是：如何提高主存的 利用率、擴充主存 以及對主存信息實現有效保護。

2.1.4 設備管理

設備管理的目標是：提高設備的利用率，為用户提供方便統一的界面。

磁盤調度算法：先來先服務 FCFS、最短尋道時間優先 SSTF、掃描算法SCAN。

2.1.5 文件管理

隨機訪問是指對文件中的信息可以按任意次序隨機讀寫文件中的信息。

文件控制塊FCB，描述和控制文件的數據結構。

2.1.6 作業管理

常用的作業調度算法有：先來先服務、短作業優先、相應比高優先、優先級調度算法、均衡調度算法。

2.1.7 網絡操作系統 NOS

網絡操作系統分為：集中模式、客户機/服務器模式、對等模式。

現代操作系統已經把網絡功能包含到操作系統的內核中，作為操作系統核心功能的一個組成部分。

　2.2.1 關係數據庫基礎

數據庫的三要素：數據結構、數據操作、數據約束條件。

特別需要指出的是，E-R模型強調的是 語義。

關係數據庫設計理論的核心是 數據間的函數依賴，衡量的標準是 關係規範化的程度 及分解的無損連接 和 保持函數依賴性。

數據依賴包括：函數依賴、非平凡的函數依賴、平凡的函數依賴、完全函數依賴、部分函數依賴、傳遞依賴、碼、主屬性、非主屬性、外碼、值依賴定義、函數依賴的公理系統。

事務是數據庫環境中 不可分割 的邏輯工作單位。

四個特性：原子性、一致性、隔離性、持久性，ACID。

SQL語言中事務定義語句有三條：BEGIN TRANSACTION 事務開始、COMMIT 事務提交、ROLLBAK 事務回滾。

併發操作是指：在多用户共享系統中，用户可能同時對同一數據庫進行操作。

帶來的問題主要有：丟失更新、不可重複讀、讀髒數據。

併發控制主要技術是封鎖：排他鎖(簡稱 X鎖、寫鎖)、共享鎖(簡稱 S鎖、讀鎖)。

保護數據庫的關鍵技術在於 建立宂餘數據、即 備份數據。

方法是：數據轉儲、建立日誌。

2.2.2 關係數據庫設計

需求分析、概念結構設計、邏輯結構設計、物理結構設計、應用程序設計、運行維護。

E-R 方法的數據庫概念結構設計可分三步：設計局部E-R模型、設計全局E-R模型、全局E-R模型優化。

2.2.3 分佈式數據庫系統

滿足 分佈性、邏輯相關性、場地透明性、場地自治性 的數據庫系統被稱為 完全分佈式數據庫系統。

分佈式數據庫系統的特點：數據的集中控制性、數據獨立性、數據宂餘可控性、場地自治性、存取有效性。

4層模式劃分為：全局外層、全局概念層、局部概念、局部內層，各層還有相應的 層間映射