计算机软件技术基础复习资料

1. 算法的基本特征

（1）0个或以上的输入

（2）1个或以上的输出

（3）确定性

（4）有限性

（5）有效性 3. 算法设计基本方法 （1）列举法 （2）归纳法 （3）递推法

（4）递归法

（5）减半递推技术 （6）回溯法

数据结构是讨论计算机系统中数据的组织形式及其相互关系

它把客观事物采用计算机进行识别、存储和加工所进行的描述，统称数据

树结构，它的逻辑特征是：有且仅有一个称为根的元素无直接前驱，其他元素有且仅有一个直接前驱，所有数据元素（除根元素）都存在一条从根元素到该元素的路径。\

①“下溢”现象。当队列为空时，做出队列运算产生的溢出现象。“下溢”属于正常现象，常用作程序控制转移的条件。

②“真上溢”现象。当队列满时，做进队列运算产生空间溢出的现象。“真上溢”是一种出错状态，应设法避免。 ③“假上溢”现象。由于入队和出队操作中，头尾指针只增加不减小，致使被删元素的空间永远无法重新利用。当队列中实际的元素个数远远小于向量空间的规模时，也可能由于尾指针已超越向量空间的上界而不能做入队操作，该现象称为“假上溢”现象。为了避免假上溢浪费存储空间，我们需要使用循环队列。

设每个数组元素占S 个存储单元，则在行优先存储中，二维数组Amn 的每个元素的存储地址可用下列计算公式算出：

Loc(aij)=Loc(a11)＋((i-1)*n ＋(j-1))*S

顺序存储分为：紧缩格式存储和非紧缩格式存储两 二叉树的性质

性质1 在二叉树的第k 层上，最多有2k –1个结点（k ≥1）。 性质2 深度为k 的二叉树最多有2k –1个结点（k ≥1）。

性质3 对于任意一棵二叉树T ，如果其度为0（即叶子结点或称终端结点）的结点数为n0，度为2的结点数为n2，则有：n0 = n2+1即在二叉树中，度为0的结点总是比度为2的结点多一个。 有关图结构的重要术语

（1）完全图：不考虑顶点到其自身的边或弧，若图中每对顶点之间都恰连有一条边，我们把它称作完全图。对于一个具有n 个顶点的无向完全图来说，其边的数目为n （n-1）/ 2；而对于一个具有n 个顶点的有向完全图来说，其弧的数目为n （n-1）。

（2）邻接点：对于无向图，如果边（vi ，vj ）∈E ，则称顶点vi 和vj 互为邻接点，即vi 是vj 的邻接点， vj 也是vi 的邻接点，边（vi ，vj ）依附于顶点vi 和vj ；对于有向图，如果弧< vi ，vj >∈E ，则称vi 邻接到vj ，vj 邻接自vi ，vj 是vi 的邻接点。

3）顶点的度：常用D(v)表示，在无向图中，顶点的度就是以该顶点为一个端点的边的条数。 在有向图中：以某顶点为弧头的弧的数目，称为此顶点的入度，常用ID(V)表示：以某顶点为弧尾的弧的数目．称为此顶点的出度，常用OD(V)表示。有向图顶点的度是此顶点的人度与出度之和，即D(v) = ID(V) ＋ OD(V) 。

∑==n

i i V D e 1

)

(21

传统方法 面向对象方法 数据结构+算法+程序设计 以对象为中心组织数据与操作 数 据 对象的属性 操 作 对象的服务 类型与变量 类与对象实例 函数(过程)调用 消息传送 类型与子类型 基类与派生类、继承 构造类型 整体-部分结构

指 针 关 联

（4）网络：如果图G（V，E）中每条边都赋有反映这条边的某种特性的数据，则称此图是一个网络，其中与边相关的数据称为该边的权。

（5）路径：在图G中，从顶点v至顶点u的一条路径是顶点的序列(v, v1, v2,……,vi, u) 并且(v,v1),(v1,v2), …,(vi,u)(无向图)或,,……, (有向图)都属于集合E。路径上弧的数目称为该路径的长度。

（6）在无向图中，若每一对顶点之间都有路径，则称此图为连通图。

在有向图中，若每一对顶点u和v之间都存在从v到u及u到v的路径，则称此图为强连通图。

折半查找成功的平均查找长度:折半查找适合于数表一经建立就很少变动、可事先进行排序而又经常需要查找的场

合。

1

)1

(

log

2

-

+

≈n

ASL

bq

对内部排序而言，时间的主要开销花在数据元素的比较和移动上，可用算法执行时要进行的比较次数来衡量；

外部排序进行数据元素的比较和移动，还要不断地读、写外部存储器,时间代价更主要的是用读、写外部存储器的次数来衡量。

衡量排序算法效率的标准主要有两点：

（1）算法执行需要的时间；

（2）所需要的附加空间。

结构化程序设计的原则自顶向下,逐步求精,模块化,限制使用goto语句

面向对象方法.

与人类习惯的思维方法一致

稳定性好

可重用性好

易于开发大型软件产品

可维护性好

对象是软件系统中用来描述客观事物的一个实体。

一个对象由一组属性和对这组属性进行操作的一组服务构成。

对象具有如下特征：

标识惟一性

分类性

多态性

封装性

模块独立性好

对象是基本的运行实体，它既包括数据（属性），也包括作用于数据的操作（行为）。

一个对象把属性和行为封装为一个整体

一个对象通常可由对象名、属性和操作3部分组成

类是具有共同属性、共同方法的对象的集合。它描述了属于该对象类型的所有对象的性质，而一个对象则是其对应类的一个实例。

类是关于对象性质的描述，它同对象一样，包括一组数据属性和在数据上的一组合法操作。

在一个类中，每个对象都是类的实例，它们都可以使用类中提供的函数。

类具有属性，用数据结构来描述类的属性，

类具有操作，它是对象的行为的抽象，操作实现的过程称为方法，方法有方法名，方法体和参数。

对象根据所接受的消息而做出动作，同样的消息被不同的对象接受时可导致完全不同的行动，该现象称为多态性。程序是软件开发人员根据用户需求开发的、用程序设计语言描述的、适合计算机执行的指令序列。

数据是使程序能正常操纵信息的数据结构。

文档是与程序的开发、维护和使用有关的图文资料。

软件的特点：

（1）软件是逻辑实体，而不是物理实体，具有抽象性；

（2）没有明显的制作过程，可进行大量的复制；

（3）使用期间不存在磨损、老化问题；

（4）软件的开发、运行对计算机系统具有依赖性；

（5）软件复杂性高，成本昂贵；实际问题的复杂性,程序逻辑结构的复杂性

（6）软件开发涉及诸多社会因素。

软件危机的表现

开发成本难以控制，进度不可预计

用户对已完成的软件不满意

软件质量被怀疑

软件难以维护

软件文档对软件的描述不准确

软件开发速度不及计算机普及发展的速度

软件危机的产生原因

软件是逻辑的而非物理的系统部件，“故障部件”不能简易替换之；

软件规模越来越大，功能越来越强，导致软件结构异常复杂。

如何解决软件危机

充分认识软件危机的产生原因；

借鉴其他工程项目成功的原理、概念、技术、方法，应用于软件开发的实践中；

形成一套适合软件开发的开发方法、工具、与过程——软件工程学

软件工程是指采用工程的概念、原理、技术和方法指导软件的开发与维护。软件工程学的主要研究对象包括软件开发与维护的技术、方法、工具和管理等方面。

软件生命周期分为3个时期共8个阶段，

软件定义期：包括问题定义、可行性研究和需求分析3个阶段；

软件开发期：包括概要设计、详细设计、实现和测试4个阶段；

结构化分析方法的实质是着眼于数据流、自顶向下、对系统的功能进行逐层分解、以数据流图和数据字典为主要工具，建立系统的逻辑模型。

属性是事物的特征，表示事物的静态特征

操作指事物的功能，表示事物的动态特征

按技术观点分

①结构设计定义软件系统各主要部件之间的关系；

②数据设计将分析时创建的模型转化为数据结构的定义；

③接口设计是描述软件内部、软件和协作系统之间以及软件与人之间如何通信；

④过程设计则是把系统结构部件转换为软件的过程性描述

（2）按工程管理角度分

①概要设计将软件需求转化为软件体系结构、确定系统级接口、全局数据结构或数据库模式；

②详细设计确立每个模块的实现算法和局部数据结构，用适当方法表示算法和数据结构的细节。

软件设计的基本原理

（1）抽象

软件设计中考虑模块化解决方案时，可以定出多个抽象级别。抽象的层次从概要设计到详细设计逐步降低。

（2）模块化

模块是指把一个待开发的软件分解成若干小的简单的部分。模块化是指解决一个复杂问题时自顶向下逐层把软件系统划分成若干模块的过程。

（3）信息隐蔽

信息隐蔽是指在一个模块内包含的信息（过程或数据），对于不需要这些信息的其他模块来说是不能访问的。（4）模块独立性

模块独立性是指每个模块只完成系统要求的独立的子功能，并且与其他模块的联系最少且接口简单

模块的独立程度是评价设计好坏的重要度量标准。

衡量软件的模块独立性使用耦合性和内聚性两个定性的度量标准。

内聚性是信息隐蔽和局部化概念的自然扩展。一个模块的内聚性越强则该模块的模块独立性越强。一个模块与其他模块的耦合性越强则该模块的模块独立性越弱。

内聚性是度量一个模块功能强度的一个相对指标。

由弱到强排列：偶然内聚、逻辑内聚、时间内聚、过程内聚、通信内聚、顺序内聚、功能内聚。

耦合性是模块之间互相连接的紧密程度的度量.

由高到低排列：内容耦合、公共耦合、外部耦合、控制耦合、标记耦合、数据耦合、非直接耦合。

偶然内聚：一个模块完成一组任务，任务之间的关系很松散。公共语句。

逻辑内聚：若干个逻辑功能类似的任务组成一个模块。

时间内聚：若干个任务必须在同一段时间内执行。如初始化工作。。。。。

过程内聚：模块内的处理元素是相关的，且必须以特定次序执行。

通信内聚：模块中所有元素都使用同一个输入数据，和/或产生同一个输出数据。。。。。。

顺序内聚：模块中所有处理元素和同一个功能密切相关，且这些处理必须顺序执行。

功能内聚：所有处理元素属于一个整体，完成一个单一的功能。

依据软件是否需要被执行，可以分为静态测试和动态测试方法。

如果依照功能划分，可以分为白盒测试和黑盒测试方法。

①静态测试包括代码检查、静态结构分析、代码质量度量等。其中代码检查分为代码审查、代码走查、桌面检查、静态分析等具体形式；

②动态测试。静态测试不实际运行软件，主要通过人工进行分析。动态测试就是通常所说的上机测试，是通过运行软件来检验软件中的动态行为和运行结果的正确性。

动态测试的关键是使用设计高效、合理的测试用例。测试用例就是为测试设计的数据，由测试输入数据和预期的输出结果两部份组成。测试用例的设计方法一般分为两类：黑盒测试方法和白盒测试方法。

黑盒测试功能测试或数据驱动测试白盒测试结构测试、玻璃盒测试或逻辑覆盖法。

①语句覆盖：选择足够的测试用例，使得程序中每个语句至少都能被执行一次。

②判定覆盖：执行足够的测试用例，使得程序中每个判定至少都获得一次“真”值和“假”值。

③条件覆盖：执行足够的测试用例，使得判定中的每个条件获得各种可能的结果。

④判定/条件覆盖：执行足够的测试用例，使得判定中每个条件取到各种可能的值，并使每个判定取到各种可能的结果。

⑤条件组合覆盖：执行足够的例子，使得每个判定中条件的各种可能组合都至少出现一次。

⑥路径覆盖：路径覆盖是选取足够多测试数据，使程序的每条可能路径都至少执行一次。

单元测试模块（程序单元）进行正确性检验测试。多采用白盒动态测试为主依据是详细设计说明书和源程序。单元测试的目的是发现各模块内部可能存在的各种错误。

集成测试测试和组装软件的过程。主要目的是发现与接口有关的错误，主要依据是概要设计说明书。

内容包括：软件单元的接口测试、全局数据结构测试、边界条件和非法输入的测试等。

集成测试时将模块组装成程序，通常采用两种方式：非增量方式组装和增量方式组装。

确认测试（的任务是验证软件的功能和性能，以及其他特性是否满足需求规格说明中确定的各种需求，包括软件配置是否完全、正确。先运用黑盒测试方法，对软件进行有效性测试，即验证被测软件是否满足需求规格说明确认的标准

系统测试系统测试的目的是尽可能多的发现软件系统中的错误和缺陷。

一般包括：功能测试、性能测试、操作测试、配置测试、外部接口测试、安全性测试等。

程序调试活动由两部分组成:

一是根据错误的迹象确定程序中错误的确切性质、原因和位置；

二是对程序进行修改，排除这个错误。

①错误定位。从错误的外部表现形式入手，研究有关部分的程序，确定程序中出错位置，找出错误的内在原因；

②修改设计和代码，以排除错误；

③进行回归测试，防止引进新的错误。静态调试和动态调试。

主要的调试方法有：强行排错法（设置断点和监视表达式）、回溯法（适合小规模程序）和原因排除法（通过演绎和归纳，以及二分法来实现）。

数据是对客观事物记录下来的事实，是描述或表达信息的物理形式。计算机中，凡能为计算机所接受和处理的物理形式

信息是指数据经过加工处理后所得到的有价值的知识、

数据反映了信息，信息又依靠数据来表达。可以说信息是数据的内涵，而数据是信息的具体表示形式（载体）

数据处理是将数据转换成信息的过程。数据处理主要包括数据的收集、分类、排序、存储、计算、加工、检索、传输和制表等处理过程。

数据库（Data Base，简称DB）长期保存在计算机外存上的、有结构的、可共享的数据集合。

核心，数据库管理系统，负责数据库中的数据组织、数据操作、数据维护、控制及保护和数据服务等。

数据库管理系统功能：

数据定义。提供相应数据语言来定义（DDL）数据库结构，它们是刻画数据库框架，并被保存在数据字典（DD）中。

数据存取。提供数据操纵语言（DML），实现对数据库数据的基本存取操作：检索，插入，修改和删除。

数据库运行控制。提供数据控制功能（DCL），即是数据的安全性、完整性和并发控制等对数据库运行进行有效地控制和管理，以确保数据正确有效。

数据库的建立和维护。包括数据库初始数据的装入，数据库的转储、恢复、重组织，系统性能监视、分析等功能。数据库的传输。提供处理数据的传输，实现用户程序与DBMS之间的通信，通常与操作系统协调完成。

数据定义语言、数据操纵语言、数据控制语言。

数据库：DB 数据库管理系统：DBMS 计算机软硬件

用户：数据库管理员（DBA）、数据库程序员、终端用户。

数据库系统的特点

采用一定的数据模型，数据可共享

最低的冗余度

安全性设置用户的使用权限在数据库被破坏时，系统可把数据库恢复到可用状态。

完整性一些完整性检验以确保数据符合某些规则，保证数据库中数据始终是正确的

①物理独立性：当数据的物理结构（包括存储结构、存取方式等）改变时，如存储设备的更换、物理存储的更换、存取方式改变等，应用程序都不用改变。

②逻辑独立性：数据的逻辑结构改变了，如修改数据模式、增加新的数据类型、改变数据间联系等，用户程序都可以不变。

数据库系统的3级模式、】

①概念模式，也称逻辑模式，是对数据库系统中全局数据逻辑结构的描述，是全体用户（应用）公共数据视图。一个数据库只有一个概念模式；

②外模式，外模式也称子模式，它是数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，它是由概念模式推导而出来的，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。一个概念模式可以有若干个外模式；

③内模式，内模式又称物理模式，它给出了数据库物理存储结构与物理存取方法。

内模式处于最底层，它反映了数据在计算机物理结构中的实际存储形式，概念模式处于中间层，它反映了设计者的数据全局逻辑要求，而外模式处于最外层，它反映了用户对数据的要求。两级映射保证了数据库系统中数据的独立性。

①概念模式到内模式的映射。

该映射给出了概念模式中数据的全局逻辑结构到数据的物理存储结构间的对应关系；

②外模式到概念模式的映射。

概念模式是一个全局模式而外模式是用户的局部模式。一个概念模式中可以定义多个外模式，而每个外模式是概念模式的一个基本视图。

数据模型用来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。分为两个阶段：把现实世界中的客观对象抽象为概念模型；把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。

概念数据模型（Conceptual Data Model）：简称概念模型，是面向数据库用户的实现世界的模型，主要用来描述世界的概念化结构

逻辑数据模型（Logical Data Model）:简称数据模型，这是用户从数据库所看到的模型，是具体的DBMS所支持的数据模型，

数据结构:数据模型中的数据结构主要描述数据的类型、内容、性质以及数据间的联系等基础

数据操作:数据模型中数据操作主要描述在相应的数据结构上的操作类型和操作方式。

数据约束：数据模型中的数据约束主要描述数据结构内数据间的语法、词义联系、他们之间的制约和依存关系，以及数据动态变化的规则，以保证数据的正确、有效和相容。

层次模型——树状结构

网状模型——网状结构

关系模型——二维表

E-R模型的基本概念实体-联系图

①实体：现实世界中的事物可以抽象成为实体，实体是概念世界中的基本单位，它们是客观存在的且又能相互区别的事物；

②属性：现实世界中事物均有一些特性，这些特性可以用属性来表示；

③码：唯一标识实体的属性集称为码；

④域：属性的取值范围称为该属性的域；

⑤联系：在现实世界中事物间的关联称为联系。

ER图提供了表示实体（即数据对象）、属性和联系的方法，用来描述现实世界的概念模型。

实体表示法：用矩形表示，矩形框内写明实体名；

属性表示法：用椭圆形，并用无向边将其与相应的实体连接起来；多值属性由双线连接；主属性名称下加下划线；联系表示法：用菱形表示，菱形框内写明联系名，并用无向边分别与有关实体连接起来，同时在无向边旁标上联系的类型

关系的基本概念

关系：一个关系一张二维表

元组（记录）：表中的一行

属性（字段）：表中的一列（描述实体的特性）

域：属性的取值范围

键（码）：某一属性组的值能唯一地标识一个元组，二维表中可能有若干个健，它们称为表的侯选健或侯选码。从二维表的所有侯选键选取一个作为用户使用的键称为主键或主码。

表A中的某属性集是某表B的键，则称该属性值为A的外键或外码。

2、关系模型的三要素

关系数据结构关系操作关系约束

关系模型的基本操作：插入、删除、修改和查询。传统的集合运算

其中查询包含如下运算：

选择：按照一定条件在给定关系中选取若干元组（即选取若干行）

投影：在给定关系中选取确定的若干属性（即选取若干列）

连接（笛卡尔积运算）：按照一定条件将两个关系的元组连接（即连接两张表）

数据库设计中有两种方法，面向数据的方法和面向过程的方法

需求分析阶段、概念设计阶段、逻辑设计阶段、物理设计阶段、编码阶段、测试阶段、运行阶段和进一步修改阶段。在数据库设计中采用前4个阶段。

1）需求分析阶段：这是数据库设计的第一个阶段，任务主要是收集和分析数据，这一阶段收集到的基础数据和数据流图是下一步设计概念结构的基础。

2）概念设计阶段：分析数据间内在语义关联，在此基础上建立一个数据的抽象模型，即形成E-R图。

*：数据库概念设计的过程包括选择局部应用、视图设计和视图集成。

3）逻辑设计阶段：将E-R图转换成指定DBMS中的关系模式。

4）物理设计阶段：对数据库内部物理结构作调整并选择合理的存取路径，以提高数据库访问速度及有效利用存储空间。

CPU与I/O通道的并行操作需要有一个软件系统来协调，即常驻内存的中断处理程序和I/O控制程序，称为管理程序或执行程序。（通道是一种硬件机制，是专门用于控制输入输出设备的小型处理机，又称为I/O处理机）

处理机（CPU）管理：对处理机的分配、调度实施最有效的管理，以最大限度地提高处理机的处理能力。

存储器管理：为每个进程分配内存，当进程被撤消时回收分配出去的内存是内存管理的主要内容。

设备管理：除了对设备进行分配、调度以提高整个计算机系统的运行效率之外，还必须屏蔽各种设备的物理特性，向用户提供一个方便、易用、高效的操作界面。

文件管理：数据存储空间的分配、回收；文件的读写和查找机制和安全机制，还应当屏蔽掉各种存储设备的物理特性，向用户提供一套简单、方便、易用的服务接口。

作业管理：作业就是用户的计算任务，它包括用户应用程序所需要的数据以及控制应用程序执行的指令之部分，作业管理应当具有作业调度功能。

并行是指两或多个事件在同一时刻（时间点）发生。

并发是两或多个事件在同一时间间隔内（时间段）发生。

进程：系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位。引入线程后，独立运行的单位变为线程。

互斥共享：一段时间只允许一个进程访问该资源。

同时访问：允许在一段时间内，由多个进程同时对他进行访问。微观上仍是互斥的。

并发和共享是操作系统的两个最基本的特征，而这两者之间又是互为存在条件的。一方面，资源共享是以程序的并发执行为条件的，若系统不允许程序并发执行，自然不存在资源共享问题；另一方面，若系统不能对资源共享实施有效的管理，也必将影响到程序的并发执行，甚至根本无法并发执行。

共享性虚拟性（Vitual）不确定性

单道批处理系统特征多道批处理系统远程批处理系统

无需作业调度和进程调度。只按作业在外存中排定的顺序，依次将它们调入内存，将处理机分配给调入的作业使之运行；

内存中仅有一道作业在运行；

作业完成的顺序与作业进入内存的顺序直接相关，先进内存的先完成。

需经过作业调度和进程调度；

内存中可以同时驻留多道作业；

作业完成的先后顺序与其进入内存的顺序并无严格的对应关系，即后进入内存的作业有可能先完成。

分时系统的特征

多路性：系统将若干个用户终端通过多路卡连接到一台主机上。宏观上，多个用户同时工作，共享系统资源；微观上终端作业是轮流运行一个时间片。

独立性：每个用户各占一台终端，彼此独立操作。

及时性：终端用户请求能在很短时间间隔内获得相应。

交互性：用户能与系统进行较广泛的人机对话，

实时、分时的比较

多路性：相同

独立性：相同

及时性：实时系统要求更高

交互性：分时系统交互性更强

我们把一个具有独立功能的程序独占CPU直至得到最终结果的过程称为程序的顺序执行。其特征如下：

1）顺序性时间上严格按前后相继的次序操作。

2）封闭性程序独占资源）

3）可再现性只要输入的初始条件相同

多道程序系统中，程序的并发执行是指在逻辑上相互独立的一组程序在执行时间上的相互重叠，

1）并发执行的程序间相互约束性2）资源的争夺与共享

2）进程概念可并发执行的程序，在一个数据集合上的运行过程”。

进程的特征动态性,生命周期并发性,为了使其程序能和其他程序并发执行。独立性异步性,协调操作和共享资源结构特征进程控制块PCB 进程由程序段、数据段,PCB(用于对该进程进行控制和管理,PCB是进程存在的唯一标志。)

优点：改善了系统的资源利用率和提高了系统的吞吐量

缺点：空间开销增大。时间开销增大.

进程执行时的间断性，决定了进程具有多种状态就绪状态执行状态阻塞状态

挂起状态

目的：以便研究其执行情况或对它进行修改。

一个进程或者是活动的，或者是静止的（即被挂起），未被挂起的就绪状态和阻塞状态，分别称为活动就绪和活动阻塞；而被挂起的就绪和阻塞状态，则分别称为静止就绪和静止阻塞。

PCB：进程标识号唯一标识一个进程的标志(为一整数)

进程状态指就绪、运行、阻塞等状态

进程特征标志是系统还是用户进程，程序是在内存还是在外存

进程优先数用以确定由就绪态转为运行态的优先程度

程序地址指出该进程的程序存放在内存或外存的什么地方

现场保护区在进程交替时保存其程序运行的CPU状态，以便恢复并继续执行

同步、互斥机构主要是一些同步互斥信号量(信号灯)

系统栈进程调用操作系统核心的子程序时，所保留参数和返回地址等

“家族”联系进程间的隶属关系，如本进程由哪个进程建立、其子进程是谁

资源清单本进程当前已占用的资源情况(外设种类、设备号、打开的文件等)

链接字进程队列指针，给出了进程所在队列中的下一个进程的PCB首址

其它信息随不同的系统而异

现代操作系统广泛采用层次式结构。在进行层次式设置时，往往把一些与硬件紧密相关的模块或运行频率较高的模块，以及为许多模块所公用的一些基本操作，安排在靠近硬件的层次中，并使它们常驻内存，以提高操作系统的运行效率，通常把这部分称为操作系统的内核。

进程调度:非抢占式、抢占式

进程调度算法优先级调度策略时间片轮转法多重时间片循环调度

进程共享的资源不允许被同时访问，称为进程的互斥

以互斥关系使用的共享资源，叫做临界资源

操作系统必须提供一种机制对共享临界资源的进程进行协调，以保证这些进程能够“有序”地执行，是进程同步为了保证对临界资源的互斥访问

进入区申请进入临界区

临界区访问临界资源

退出区退出对临界资源的访问

剩留区进程的其他部分

实现进程同步与互斥的机制称为同步机制

空闲让进：无进程处于临界区内，可让一申请进入临界区的进程进入，以有效利用临界资源

忙则等待：若已有进程进入临界区时，其余试图进入临界区的进程必须等待，以保证它们互斥的进入临界区

有限等待：对要求进入临界区的进程，应在有限时间内使之进入，以免陷入“死等”

让权等待：等待进入临界区的进程，它必须立即释放处理机，以免进程“忙等”

P－等待V－发信号S－信号量（共享资源使用情况）

信号量s是一整数，s>=0时代表可供并发进程使用的资源实体数，s<0时则表示正在等待使用临界区的进程数。PV操作对于每一个进程来说，都只能进行一次，而且必须成对使用。在PV原语执行期间不允许有中断的发生。Ｐ－申请获取资源；Ｖ－释放资源；

在进入临界区时，执行Ｐ操作，获取对临界资源的控制权；

离开时，执行Ｖ操作，释放对临界资源的控制权。

１）互斥条件进程互斥使用资源，任一时刻一个资源只为一个进程独占。

2）请求和保持条件进程每次申请它所需要的一部分新资源的同时，继续占用它已分配到的资源。

3）不剥夺条件进程所获得的资源在未使用完毕前，不能被其他进程强行剥夺。

４）环路条件存在一个循环等待链，链中每一个进程都在等待它的前一个进程所持有的资源。

死锁：在多个进程并发执行并共享系统软硬件资源的情况下，各进程彼此互相等待对方所拥有且又不释放的资源，导致永远等待下去。

处理死锁的基本方法

1、互斥条件是资源固有属性，不能避免。

2、摒弃请求和保持条件

全分配，全释放缺点：1）延迟进程运行2）资源严重浪费

3、摒弃“不剥夺”条件

一个已保持了某些资源的进程，若新的资源要求不能立即得到满足，它必须释放已保持的所有资源。

缺点：实施复杂，增加系统开销，且进程前段工作可能失效。

4、摒弃“环路”条件

有序资源分配法:为资源编号,申请时需按编号递增顺序进行

缺点：1）新增资源不便，（原序号已排定）

2）用户编程不自由

3）资源与进程使用顺序不同造成浪费

最著名的避免死锁的算法—银行家算法。

进程是计算机系统中的基本工作单位，而作业是用户请求系统服务的最大单位。

是能共享公共资源区域的一组有关进程。

控制命令序列、程序集和数据集;一个作业又可分为若干顺序处理的作业步。

JCB是作业在系统中存在的唯一标志。与作业间是一一对应的关系。是记录类型的数据结构，用于记录作业的有关信息

提交（进入）、后备、运行、完成

进程调度称为处理机的低级调度，作业调度称为处理机的高级调度

一是存储空间的分配和回收；

二是地址映射，就是把程序使用的地址映射成内存空间地址；

三是内存的保护，就是系统必须保证内存中的进程不会相互干扰，影响整个系统的稳定性、可靠性。

逻辑空间和物理空间：

逻辑空间是程序设计人员的编程空间，物理空间是指内存空间，是由物理存储单元组成

重定位和地址映射：

在设计程序时，程序设计人员使用的是逻辑地址空间，在程序调入内存实际执行时，操作系统再将逻辑地址空间转换成内存的物理地址空间，称为地址映射。由操作系统自动完成，对用户是透明的。

重定位：

一是当某程序装入内存运行时，根据其所获得的空间位置，将程序的逻辑地址映射成相应的物理地址；二是在程序的执行过程中，如果系统移动了其在内存的位置，需要将程序的逻辑地址重新映射成新的物理地址

覆盖(Overlay):

目的：为了能在小的内存空间中运行大的作业

原理：一个程序的几个代码段或数据段，按照时间先后来占用公共的内存空间。

1）将程序的必要部分（常用功能）的代码和数据常驻内存；

2）可选部分（不常用功能）在其他程序模块中实现，平时存放在外存中，在需要用到时才装入到内存；

3）不存在调用关系的模块不必同时装入到内存，从而可以相互覆盖。

缺点：编程时必须划分程序模块和确定程序模块之间的覆盖关系，增加编程复杂度。从外存装入覆盖文件，以时间延长来换取空间节省。

实现：函数库（操作系统对覆盖不得知），或操作系统支持

交换技术（对换，Swapping）

目的：内外存之间交换程序和数据。缓解内存不足的矛盾。

多个程序并发执行，可以将暂时不能执行的程序送到外存中，从而获得空闲内存空间来装入新程序，或读入保存在外存中而目前到达就绪状态的程序。

原理：暂停执行内存中的进程，将整个进程的地址空间保存到外存的交换区中（换出swap out），而将外存中由阻塞变为就绪的进程的地址空间读入到内存中，并将该进程送到就绪队列（换入swap in）。

优点：增加并发运行的程序数目，并且给用户提供适当的响应时间；编写程序时不影响程序结构

缺点：对换入和换出的控制增加处理机开销；程序整个地址空间都进行传送，没有考虑执行过程中地址访问的统计特性。

考虑的问题：

程序换入时的重定位；

减少交换中传送的信息量，特别是对大程序。

虚拟存储的基本思想：

用大容量的外存对内存进行逻辑扩充，为用户提供一个比有限的实际内存空间大的多的虚拟内存空间。以便有效的支持多道程序系统中大型作业的需要，增强系统的处理能力。

分区管理：

把内存空间静态地或动态地分割成若干大小不等的区域，每个作业分配一片连续的存储空间，程序一次整体装入到系统内存中。常见的有：固定式、可变式、动态重定位和多重分区

固定式分区有n个分区，则可同时最多装入n个作业/任务。

—分区大小：相等，不相等（不相等利用率更高）

—简单，有碎片（内零头:分配给用户而未被利用的空间）

（外零头：存储空间中小而无用的分区）

可变式分区.根据用户的需要，动态的为之分配连续的内存空间。

多重分区.一个作业可以在其运行期间申请附加的分区。即可将一个作业分放在多个分区。

1、要有相应的语言编译器支持，

2、在系统内设置重定位寄存器。

把多个分散的小分区拼接成一个大分区的方法被称为“拼接”或“紧凑”信息的大量移动而损失了CPU的时间，且存储用户的作业受到实际存储容量的限制。

分页式存储管理

引入：解决存储器的外零头问题

将每个作业的虚拟地址空间分成若干大小相等的片，称之为虚页;把内存空间也按同样大小分为若干页面，叫做实页.在对作业进行存储分配时，将作业的虚页面映射到内存中的实页面上。

逻辑页号－物理块号的映射，由页表（PT）完成。

存储效率高允许更多的程序驻留主存储器、无外零头

具有较强的存储保护能力有“越界”检查及访问权校验（判断页号是否大于页表号）

方便的重定位只需修改页表中的块号

易于共享页面只需在每个作业的页表中设置相同字段或块号即可

开销较大需使用更多的硬件

对存储区域有所损失，有内零头地址变换对运行时间有所损失

一个用户程序通常由一个主程序、若干个子程序和数据区组成，每一个逻辑信息组称“段”

优点：

利于程序设计

方便按段名访问

易于模块保护和共享

逻辑段—段表—物理段

域含义域含义

保护访问者及其访问权限临时标志0：正常；1：临时文件

口令访问所需口令锁标志0：未加锁；1：加锁

创建者创建者ID 记录长度一条记录的字节数

拥有者当前拥有者关键字位置每条记录的关键字位置

只读标志0：读写；1：只读关键字长度关键字域的长度

隐藏标志0：正常；1：隐藏创建时间文件创建日期和时间

系统标志0：正常；1：系统文档修改时间文件最近修改日期和时间

存档标志0：已备份；1：未备份存取时间文件最近访问时间和日期ASCII/二进制标志0：ASCII文件1：则否当前长度文件字节数

随机存取标志0：顺序；1：随机最大长度文件允许最大长度

需要考虑的因素分页式内存管理分段式内存管理

程序员需要知道这种技术吗？不需要需要

线性地址空间的维数1维2维(段号＋段内地址) 逻辑地址空间可以比实际的物理

空间大吗？

可以可以

数据和代码可以被分开并被分别

保护吗？

不行不行

有助于用户间的过程共享吗？不是的

为什么发明这种技术？为了能向用户提供很大

的逻辑地址空间而又不

需购买很多的物理内存为了允许把程序和数据划分为独立的逻辑地址空间以实现共享和保护