2011年軟考系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計師學(xué)習(xí)筆記第二章
《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識》
計算機(jī)系統(tǒng) 由 硬件和軟件組成，軟件通常分為 系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。
系統(tǒng)軟件支持應(yīng)用軟件的運(yùn)行，為用戶開發(fā)應(yīng)用軟件提供平臺，用戶可以使用它，但不能隨意修改它。
常用的系統(tǒng)軟件有 操作系統(tǒng)、語言處理程序、連接程序、診斷程序、數(shù)據(jù)庫 等。
應(yīng)用軟件指 計算機(jī)用戶利用 軟硬件資源 為某一專門的應(yīng)用目的而開發(fā)的軟件。
2.1 操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識
操作系統(tǒng) Operating System，是計算機(jī)系統(tǒng)的核心系統(tǒng)軟件。
2.1.1 操作系統(tǒng)的原理、類型、結(jié)構(gòu)
1、操作系統(tǒng)定義
硬件資源包括 中央處理器、存儲器、輸入輸出設(shè)備。
軟件資源是以 文件形式保存在存儲器上的 程序和數(shù)據(jù)。
操作系統(tǒng)既 有效組織和管理 系統(tǒng)中各種 軟硬件資源，合理地組織計算機(jī)系統(tǒng)的工作流程，又控制程序的執(zhí)行，為用戶使用計算機(jī) 提供了一個 良好的環(huán)境和友好的接口。
2、操作系統(tǒng)分類
按功能不同分：單用戶操作系統(tǒng)、批處理操作系統(tǒng);分時操作系統(tǒng)、實時操作系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng);嵌入式操作系統(tǒng)。
3、操作系統(tǒng)的特征
并發(fā)性、共享性、虛擬性、不確定性。
4、操作系統(tǒng)的功能
進(jìn)程管理、文件管理、存儲管理、設(shè)備管理、作業(yè)管理。
2.1.2 處理機(jī) 與 進(jìn)程管理
1、進(jìn)程的定義及其分類
進(jìn)程通常由 程序、數(shù)據(jù)、進(jìn)程控制塊 PCB 組成。
2、進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換與控制
就緒、運(yùn)行、阻塞。
進(jìn)程控制是通過 進(jìn)程控制原語實 現(xiàn)的，進(jìn)程控制原語主要有：創(chuàng)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(jìn)程互斥與同步 以及 P/V 操作
同步是使在異步環(huán)境下的各進(jìn)程按一定的 順序和速度 執(zhí)行。
互斥 要保證臨界資源 一次只能提供一個進(jìn)程使用，稱為 臨界資源 CR。
PV操作是低級通信原語，在執(zhí)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(zhí)行P操作的進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行，否則若S<0， 則置該進(jìn)程為阻塞狀態(tài)(因為無可用資源)，并將其插入阻塞隊列。
V操作定義：S:=S+1，若S>0， 則執(zhí)行V操作的進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行，否則若S<=0，則從阻塞狀態(tài)喚醒一個進(jìn)程，并將其插入就緒隊列，然后執(zhí)行V操作的進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行。
4、進(jìn)程通信與管程
控制信息的交換稱為低級通信，數(shù)據(jù)的交換稱為高級通信。
高級通信的類型有 共享存儲系統(tǒng)、消息傳遞系統(tǒng)、管道通信。
在任一時刻最多只有一個進(jìn)程能夠真正地進(jìn)入管程，其他的只能等待。
5、進(jìn)程調(diào)度與死鎖
產(chǎn)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(huán)路條件。
預(yù)防策略，破壞死鎖的四個必要條件之一。
6、線程
線程是進(jìn)程中的一個實體，是被系統(tǒng)獨(dú)立分配和調(diào)度的基本單位。
線程只擁有一些運(yùn)行中必不可少的資源。
同一個進(jìn)程中的多個線程可以并發(fā)執(zhí)行，線程具有：就緒、運(yùn)行、阻塞，三個基本狀態(tài)。
2.1.3 存儲管理
存儲器的發(fā)展方向是：高速、大容量、小體積。
存儲管理的主要任務(wù)是：如何提高主存的 利用率、擴(kuò)充主存 以及對主存信息實現(xiàn)有效保護(hù)。
2.1.4 設(shè)備管理
設(shè)備管理的目標(biāo)是：提高設(shè)備的利用率，為用戶提供方便統(tǒng)一的界面。
磁盤調(diào)度算法：先來先服務(wù) FCFS、最短尋道時間優(yōu)先 SSTF、掃描算法SCAN。
2.1.5 文件管理
隨機(jī)訪問是指對文件中的信息可以按任意次序隨機(jī)讀寫文件中的信息。
文件控制塊FCB，描述和控制文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
2.1.6 作業(yè)管理
常用的作業(yè)調(diào)度算法有：先來先服務(wù)、短作業(yè)優(yōu)先、相應(yīng)比高優(yōu)先、優(yōu)先級調(diào)度算法、均衡調(diào)度算法。
2.1.7 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) NOS
網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分為：集中模式、客戶機(jī)/服務(wù)器模式、對等模式。
現(xiàn)代操作系統(tǒng)已經(jīng)把網(wǎng)絡(luò)功能包含到操作系統(tǒng)的內(nèi)核中，作為操作系統(tǒng)核心功能的一個組成部分。
2.2.1 關(guān)系數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)
數(shù)據(jù)庫的三要素：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)約束條件。
特別需要指出的是，E-R模型強(qiáng)調(diào)的是 語義。
關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計理論的核心是 數(shù)據(jù)間的函數(shù)依賴，衡量的標(biāo)準(zhǔn)是 關(guān)系規(guī)范化的程度 及分解的無損連接 和 保持函數(shù)依賴性。
數(shù)據(jù)依賴包括：函數(shù)依賴、非平凡的函數(shù)依賴、平凡的函數(shù)依賴、完全函數(shù)依賴、部分函數(shù)依賴、傳遞依賴、碼、主屬性、非主屬性、外碼、值依賴定義、函數(shù)依賴的公理系統(tǒng)。
事務(wù)是數(shù)據(jù)庫環(huán)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(wù)定義語句有三條：BEGIN TRANSACTION 事務(wù)開始、COMMIT 事務(wù)提交、ROLLBAK 事務(wù)回滾。
并發(fā)操作是指：在多用戶共享系統(tǒng)中，用戶可能同時對同一數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作。
帶來的問題主要有：丟失更新、不可重復(fù)讀、讀臟數(shù)據(jù)。
并發(fā)控制主要技術(shù)是封鎖：排他鎖(簡稱 X鎖、寫鎖)、共享鎖(簡稱 S鎖、讀鎖)。
保護(hù)數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵技術(shù)在于 建立冗余數(shù)據(jù)、即 備份數(shù)據(jù)。
方法是：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲、建立日志。
2.2.2 關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計
需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計、應(yīng)用程序設(shè)計、運(yùn)行維護(hù)。
E-R 方法的數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)設(shè)計可分三步：設(shè)計局部E-R模型、設(shè)計全局E-R模型、全局E-R模型優(yōu)化。
2.2.3 分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
滿足 分布性、邏輯相關(guān)性、場地透明性、場地自治性 的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)被稱為 完全分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。
分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)的集中控制性、數(shù)據(jù)獨(dú)立性、數(shù)據(jù)冗余可控性、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(nèi)層，各層還有相應(yīng)的 層間映射。
2.2.4 商業(yè)智能
一般認(rèn)為：數(shù)據(jù)倉庫、連機(jī)分析處理、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù) 是 商業(yè)智能BI 的三大組成部分。
數(shù)據(jù)倉庫的關(guān)鍵特征：面向主題、集成的、非易失的、時變的。
三層結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)倉庫服務(wù)器、OLAP服務(wù)器(連機(jī)分析處理 服務(wù)器)、前端工具。
數(shù)據(jù)倉庫的實現(xiàn)步驟：規(guī)劃、需求研究、問題分析、數(shù)據(jù)的 抽取 清洗 集成 裝載、數(shù)據(jù)倉庫設(shè)計、數(shù)據(jù)倉庫管理、分析報表查詢、數(shù)據(jù)倉庫性能優(yōu)化、數(shù)據(jù)倉庫部署發(fā)布。
切片、切塊、下鉆、上卷、旋轉(zhuǎn) 等多維度分析與跨維度分析。
OLAP 系統(tǒng)架構(gòu)主要分為：基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的ROLAP、基于多維數(shù)據(jù)庫的MOLAP、基于混合數(shù)據(jù)組織的HOLAP。
數(shù)據(jù)挖掘是在 沒有明確架設(shè)的前提下 去挖掘信息、發(fā)現(xiàn)知識。
所得的信息應(yīng)具有 先知、有效、實用，三個特征。
主要功能有5類：自動預(yù)測趨勢和行為、關(guān)聯(lián)分析、聚類、概念描述、偏差檢測。
2.3 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識
計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)
按通信距離分 廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)、城域網(wǎng);按信息交換方式分 電路交換網(wǎng)、分組交換網(wǎng)、綜合交換網(wǎng);按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分 星型網(wǎng)、樹形網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)、總線型網(wǎng);按傳輸帶寬分 基帶網(wǎng)、寬帶網(wǎng);
按使用范圍分 公用網(wǎng)、專用網(wǎng);按通信傳播方式分 廣播式、點(diǎn)到點(diǎn)式……
OSI/RM：把復(fù)雜的問題分解開，保持了層次之間的獨(dú)立性。
物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層、應(yīng)用層。
2.3.2 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)
1、廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)、城域網(wǎng)
廣域網(wǎng)又稱遠(yuǎn)程網(wǎng)，覆蓋范圍廣，傳輸速率相對低，以數(shù)據(jù)通信為主要目的 的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。數(shù)據(jù)傳輸可靠性隨著傳輸介質(zhì)不同而不同、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜。
有公共交換電話網(wǎng)、各種公用數(shù)據(jù)網(wǎng)。
局域網(wǎng)是指傳輸距離有限，傳輸速度較高，以共享網(wǎng)絡(luò)資源為目的的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸可靠 誤碼率低，網(wǎng)絡(luò)控制一般為分布式，總線拓?fù)?、環(huán)形拓?fù)洹⑿切屯負(fù)?、混合型?/p>
城域網(wǎng) 是一種較大范圍的高速網(wǎng)絡(luò)。
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)中通信線路和節(jié)點(diǎn)的幾何排序，反映各節(jié)點(diǎn)之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，影響著整個網(wǎng)絡(luò)的 設(shè)計、功能、可靠性、通信費(fèi)用 等重要方面。
局域網(wǎng)和城域網(wǎng) 都是IEEE802標(biāo)準(zhǔn)，決定局域網(wǎng)主要技術(shù)有：傳輸介質(zhì)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、介質(zhì)訪問控制方法。
決定了傳數(shù)據(jù)的類型、網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時間、吞吐率、利用率，以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。
最重要的是 介質(zhì)控制訪問方法。(CSMA/CD)
無線局域網(wǎng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：安裝便捷、使用靈活、經(jīng)濟(jì)解約、易于擴(kuò)展。IEEE8.2.11
2、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)
網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)目的是 使一個網(wǎng)絡(luò)的用戶能訪問其他網(wǎng)絡(luò)的資源，使不同網(wǎng)絡(luò)上的用戶能夠 互相通信、交換信息。
網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備的作用是 連接不同網(wǎng)絡(luò)。
傳輸介質(zhì)是信號傳輸?shù)?媒體，常用的介質(zhì)分為 有限介質(zhì) 和 無線介質(zhì)。局域網(wǎng)中，其基本組成部件為 服務(wù)器、客戶機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)軟件 等。
3、Internet 及應(yīng)用
世界上規(guī)模最大、覆蓋面最廣 且 最具影響力 的 計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它將分布在世界各地的計算機(jī)利用開放系統(tǒng)互連協(xié)議連接在一起，用來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、信息交換、資源共享。
TCP/IP作為Internet的核心協(xié)議，已被廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中，主要特性為：邏輯編址、路由選擇、域名解析、錯誤檢測、流量控制、對應(yīng)用程序的支持 等。
TCP/IP是一個協(xié)議族，網(wǎng)際層除了IP協(xié)議外，還有ICMP、ARP、RARP等幾個重要協(xié)議……
Internet的地址主要有兩種書寫形式：域名格式、IP地址格式。
www也成萬維網(wǎng)/全球網(wǎng)，是指在Internet上 以超文本為基礎(chǔ)形成的 信息網(wǎng)。采用統(tǒng)一的資源定位器URL 和 圖文聲并茂的用戶界面。
2.3.3 網(wǎng)絡(luò)管理與網(wǎng)絡(luò)安全
1、網(wǎng)絡(luò)管理
網(wǎng)絡(luò)管理是對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的 配置、運(yùn)行狀態(tài)、計費(fèi) 等進(jìn)行管理。它提供了 監(jiān)控、協(xié)調(diào)、測試 各種網(wǎng)絡(luò)資源 以及 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況的手段，還可以提供 安全處理和積分 等功能。
OSI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中定義了 網(wǎng)絡(luò)管理的5大基本功能：配置管理、性能管理、故障管理、安全管理、計費(fèi)管理。
實際上還應(yīng)該包括 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)操作人員管理 等。
2、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全
計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全是指 計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的 硬件、軟件、數(shù)據(jù) 收到保護(hù)，不因偶然或惡意的原因而遭到 破壞、更改、泄漏，確保系統(tǒng)能 連續(xù)、可靠 地運(yùn)行，使網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 不中斷。
網(wǎng)絡(luò)安全從本質(zhì)上講 就是 網(wǎng)絡(luò)上的 信息安全。
信息的 傳輸、存儲、訪問 提供安全保護(hù)，以 防止信息被 竊取、篡改、非法操作。
信息安全的基本要素是 保密性、完整性、可用性、真實性、可控性。
完整的信息安全保障體系應(yīng)包括：保護(hù)、檢測、響應(yīng)、恢復(fù)。
信息安全術(shù)語：密碼學(xué)、鑒別、Kerberos鑒別、公鑰基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)字簽名、訪問控制。
3、VPN
所謂虛擬專用網(wǎng)，是建立在公用網(wǎng)上，沒有專用物理連接，而通過ISP提供的公共網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)通信，VPN內(nèi)部用戶可以實現(xiàn)安全通信。
關(guān)鍵技術(shù)：隧道技術(shù)、加密技術(shù)、密鑰管理技術(shù)、身份認(rèn)證技術(shù)。
解決方案：內(nèi)聯(lián)網(wǎng)VPN、外連網(wǎng)VPN、遠(yuǎn)程接入VPN。
2.3.4 網(wǎng)絡(luò)工程
網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計階段、工程組織、實施階段、維護(hù)階段。
2.3.5 存儲及負(fù)載均衡技術(shù)
RAID磁盤陣列，目的是 建立數(shù)據(jù)冗余、增強(qiáng)容錯、提高容量、增進(jìn)性能。
網(wǎng)絡(luò)存儲體系結(jié)構(gòu)大致分為三種：直接式存儲DAS、網(wǎng)絡(luò)連接存儲NAS、存儲區(qū)域存儲SAN。
負(fù)載均衡 LoadBalance 從結(jié)構(gòu)上分為：本地負(fù)載均衡、全局負(fù)載均衡。
一般情況下從 傳輸鏈路聚合、采用更高層網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)、設(shè)置服務(wù)器集群策略 三個角度實現(xiàn)。
集群 Cluster，大多數(shù)模式下，集群中所有的計算機(jī)擁有一個共同的名稱，各節(jié)點(diǎn)服務(wù)器通過一個內(nèi)部局域網(wǎng)相互通訊，集群內(nèi)任一系統(tǒng)上運(yùn)行的服務(wù)都可被所有的網(wǎng)絡(luò)客戶所使用，當(dāng)一臺
節(jié)點(diǎn)服務(wù)器發(fā)生故障時，這臺服務(wù)器上所運(yùn)行的應(yīng)用程序?qū)⒃诹硪还?jié)點(diǎn)服務(wù)器上被自動接管，客戶也能很快自動地連接到新的應(yīng)用服務(wù)器上。
2.4 多媒體技術(shù)及其應(yīng)用
媒體有兩種含義：信息的載體、存儲信息的實體。
根據(jù)ITU-T(原CCITT)建議，媒體有5種：感覺媒體、表示媒體、顯示媒體、存儲媒體、傳輸媒體。
International Consultative Committe On Telecommunication And Telegraphy，CCITT，國際電報電話咨詢委員會。
多媒體技術(shù)是指：以數(shù)字化為基礎(chǔ)，對多種媒體信息進(jìn)行 采集、編碼、存儲、傳輸、處理、表現(xiàn)，使之建立有機(jī)的邏輯聯(lián)系，具有良好的 交互性 的技術(shù)。
多媒體的特征：多樣性、集成性、交互性、實時性。
2.4.2 多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)
JPEG，Joint Photographic Experts Group，聯(lián)合圖像專家小組，是一種對靜態(tài)圖像壓縮的編碼算法。“聯(lián)合”的含義是：CCITT 和 ISO 聯(lián)合組成的圖像專家小組。
MPEG，Moving Picture Experts Group，運(yùn)動圖像專家小組，是作為一個國際標(biāo)準(zhǔn)來研究制訂的，具有很好的兼容性。
其次，比其它算法提供更好的壓縮比，最高可達(dá) 200:1。更重要的是對數(shù)據(jù)損失很小。
不存在專利問題，適合大力推廣。
數(shù)據(jù)壓縮編碼兩大類：無損壓縮編碼法(也稱 冗余壓縮法、熵編碼法)，有損壓縮編碼法(也稱 熵壓縮法)。
2.4.4 多媒體技術(shù)的研究內(nèi)容
對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效壓縮將是多媒體發(fā)展中必須要解決的最關(guān)鍵的技術(shù)之一。
數(shù)據(jù)量大、種類繁多、關(guān)系復(fù)雜，是多媒體數(shù)據(jù)的基本特征。
虛擬現(xiàn)實
首先，“逼真”就是要達(dá)到 三維視覺、聽覺、觸覺 等效果;其次，通過人的感官與這個環(huán)境進(jìn)行交互;最后，為用戶提供一個逼真的操作環(huán)境。
虛擬現(xiàn)實是一種 多技術(shù) 多科學(xué) 相互滲透集成 的技術(shù)。
只能多媒體技術(shù)
將具有推理功能的 知識庫 與 多媒體數(shù)據(jù)庫 結(jié)合起來，形成 智能多媒體數(shù)據(jù)庫。
發(fā)展趨勢：把 多媒體和通信 功能 集成到CPU芯片中。
其一，專用設(shè)備、家電及寬帶通信設(shè)備，可以取代這些設(shè)備中的CPU及大量Asic和其他新品。
其二，與現(xiàn)有的計算機(jī)系列兼容，同事具有多媒體和通訊功能。
2.5 系統(tǒng)性能
系統(tǒng)性能 是一個系統(tǒng)提供給用戶的 眾多性能指標(biāo)的集合。既包括 硬件性能，也包括軟件性能;既包括部件性能指標(biāo)，也包括綜合性能指標(biāo)。
系統(tǒng)性能包含 性能指標(biāo)、性能計算、性能設(shè)計、性能評估，四個方面內(nèi)容。
2.5.3 系統(tǒng)性能設(shè)計
是一系列重復(fù)的受控的性能試驗，循環(huán)的調(diào)整過程為 收集、分析、配置、測試。
阿姆達(dá)爾定律 Amdahl：系統(tǒng)中 對某一部件采用某種更快的執(zhí)行方式所獲得的系統(tǒng)性能改變程度，取決于這種方式被利用的頻率，或所占總執(zhí)行時間的比例。
被改進(jìn)并增強(qiáng)的部分 在總時間中所占的比例，增強(qiáng)比例，永遠(yuǎn)小于等于1.
2.5.4 性能評估
對測試結(jié)果做出解釋，并形成一分文檔的技術(shù)。
目的是為了性能的優(yōu)化提供參考。
用得最多、最頻繁 的那部分核心程序作為評價計算機(jī)性能的標(biāo)準(zhǔn)程序，稱為基準(zhǔn)測試程序 Benchmark。
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