計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)核心考點(diǎn)復(fù)習(xí)大綱一、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)基礎(chǔ)概念（一）操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)（OS）是管理計(jì)算機(jī)硬件與軟件資源的核心系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存分配、文件管理等基礎(chǔ)任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（NOS）在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步支持多用戶并發(fā)訪問(wèn)、網(wǎng)絡(luò)資源共享（如文件、打印、通信）及分布式服務(wù)，典型代表包括WindowsServer、Linux（如CentOS、UbuntuServer）、UNIX（如Solaris）等。（二）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的核心特征1.多用戶與多任務(wù)：支持多個(gè)用戶同時(shí)登錄并運(yùn)行任務(wù)，通過(guò)進(jìn)程/線程調(diào)度實(shí)現(xiàn)資源分時(shí)復(fù)用。2.資源共享：提供文件、打印機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)等資源的網(wǎng)絡(luò)級(jí)共享機(jī)制，依賴網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（如SMB、NFS）實(shí)現(xiàn)跨主機(jī)訪問(wèn)。3.網(wǎng)絡(luò)通信：集成TCP/IP、NetBEUI等協(xié)議棧，支持套接字（Socket）編程與遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用（RPC）。4.安全性：包含用戶認(rèn)證（如Kerberos、LDAP）、權(quán)限控制（ACL、RBAC）、數(shù)據(jù)加密（如SSL/TLS）等安全機(jī)制。（三）體系結(jié)構(gòu)分類1.分層結(jié)構(gòu)：將功能劃分為內(nèi)核層（進(jìn)程、內(nèi)存管理）、中間層（文件系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)）、應(yīng)用層（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、用戶接口），如UNIX的分層設(shè)計(jì)。2.微內(nèi)核結(jié)構(gòu)：僅保留進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理等核心功能于內(nèi)核，文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等以用戶態(tài)服務(wù)形式運(yùn)行（如WindowsNT、Mach），優(yōu)勢(shì)為模塊化強(qiáng)、易擴(kuò)展，但性能略遜于宏內(nèi)核。3.宏內(nèi)核（單內(nèi)核）：所有核心功能（進(jìn)程、內(nèi)存、文件、網(wǎng)絡(luò)）集成于內(nèi)核空間（如Linux、傳統(tǒng)UNIX），性能高但擴(kuò)展性弱。二、進(jìn)程與線程管理（一）進(jìn)程的概念與狀態(tài)進(jìn)程是程序的執(zhí)行實(shí)例，包含代碼、數(shù)據(jù)、PCB（進(jìn)程控制塊）。典型狀態(tài)：就緒：等待CPU調(diào)度，具備運(yùn)行條件。運(yùn)行：占用CPU執(zhí)行指令。阻塞：等待I/O或同步信號(hào)，主動(dòng)放棄CPU。掛起：因內(nèi)存不足等被換出到外存，需喚醒后重新調(diào)度。（二）進(jìn)程調(diào)度算法1.先來(lái)先服務(wù)（FCFS）：按進(jìn)程到達(dá)順序調(diào)度，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單但易導(dǎo)致“長(zhǎng)進(jìn)程饑餓”（短進(jìn)程等待長(zhǎng)進(jìn)程）。2.短作業(yè)優(yōu)先（SJF）：優(yōu)先調(diào)度運(yùn)行時(shí)間最短的進(jìn)程，理論上平均等待時(shí)間最短，但需預(yù)知進(jìn)程運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，且可能導(dǎo)致長(zhǎng)進(jìn)程饑餓。3.優(yōu)先級(jí)調(diào)度：為進(jìn)程分配優(yōu)先級(jí)（靜態(tài)/動(dòng)態(tài)），高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程優(yōu)先執(zhí)行。動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)可根據(jù)進(jìn)程等待時(shí)間或資源消耗調(diào)整，避免饑餓。4.時(shí)間片輪轉(zhuǎn)（RR）：為每個(gè)進(jìn)程分配固定時(shí)間片，超時(shí)則切換。時(shí)間片大小需平衡響應(yīng)時(shí)間（小）與上下文切換開(kāi)銷（大）。5.多級(jí)反饋隊(duì)列：設(shè)置多個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，進(jìn)程根據(jù)運(yùn)行情況在隊(duì)列間遷移（如長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行則降低優(yōu)先級(jí)），兼顧響應(yīng)時(shí)間與吞吐量。（三）線程與進(jìn)程的區(qū)別線程是進(jìn)程內(nèi)的執(zhí)行單元，共享進(jìn)程的地址空間、文件描述符等資源，但擁有獨(dú)立的棧、寄存器。優(yōu)勢(shì)：輕量級(jí)：創(chuàng)建、切換開(kāi)銷遠(yuǎn)低于進(jìn)程。并發(fā)度高：多線程可同時(shí)利用多核CPU。資源共享：線程間通信（如共享內(nèi)存、信號(hào)量）更高效。（四）進(jìn)程同步與互斥1.臨界資源：同一時(shí)間僅允許一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)的資源（如打印機(jī)、共享變量）。2.互斥機(jī)制：信號(hào)量（Semaphore）：整型變量，通過(guò)P（Wait）/V（Signal）操作控制資源訪問(wèn)，可實(shí)現(xiàn)互斥（初值為1）或同步（初值為資源數(shù)）。互斥鎖（Mutex）：特殊的二元信號(hào)量，僅允許“加鎖”或“解鎖”，用于線程級(jí)互斥。管程（Monitor）：封裝共享資源與操作，通過(guò)條件變量（wait/signal）實(shí)現(xiàn)同步，避免死鎖。3.死鎖：多進(jìn)程因循環(huán)等待資源而無(wú)法推進(jìn)。必要條件：互斥、占有且等待、不可剝奪、循環(huán)等待。解決策略：預(yù)防：破壞任一條件（如資源預(yù)分配、按序申請(qǐng)）。避免：銀行家算法，通過(guò)安全序列判斷是否分配資源。檢測(cè)與恢復(fù)：定期檢測(cè)死鎖，通過(guò)撤銷進(jìn)程或搶占資源恢復(fù)。三、存儲(chǔ)管理（一）內(nèi)存分配方式1.連續(xù)分配：?jiǎn)我贿B續(xù)分配：早期OS采用，內(nèi)存分為系統(tǒng)區(qū)與用戶區(qū)，僅支持單任務(wù)。分區(qū)分配：固定分區(qū)：預(yù)劃分多個(gè)固定大小分區(qū)，易產(chǎn)生內(nèi)部碎片。動(dòng)態(tài)分區(qū)：根據(jù)進(jìn)程需求動(dòng)態(tài)劃分，易產(chǎn)生外部碎片（可通過(guò)緊湊技術(shù)解決）。2.離散分配：分頁(yè)（Paging）：內(nèi)存與進(jìn)程空間均劃分為固定大小的頁(yè)（Frame/Page），通過(guò)頁(yè)表映射。無(wú)外部碎片，但存在內(nèi)部碎片（頁(yè)內(nèi)未使用空間）。分段（Segmentation）：按程序邏輯（如代碼段、數(shù)據(jù)段）劃分為可變長(zhǎng)段，通過(guò)段表映射。無(wú)內(nèi)部碎片，但易產(chǎn)生外部碎片，且支持段共享（如共享庫(kù)）。段頁(yè)式：結(jié)合分段與分頁(yè)，先分段再分頁(yè)，兼顧共享與內(nèi)存利用率。（二）虛擬內(nèi)存技術(shù)1.基本原理：利用外存擴(kuò)展內(nèi)存，通過(guò)頁(yè)表項(xiàng)的“存在位”判斷頁(yè)面是否在內(nèi)存，不在則觸發(fā)缺頁(yè)中斷，從外存調(diào)入頁(yè)面。2.頁(yè)面置換算法：先進(jìn)先出（FIFO）：置換最早調(diào)入的頁(yè)面，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單但易出現(xiàn)“Belady異?！保ǚ峙鋬?nèi)存越多，缺頁(yè)率越高）。最近最少使用（LRU）：置換最長(zhǎng)時(shí)間未被訪問(wèn)的頁(yè)面，性能優(yōu)但需硬件支持（如訪問(wèn)位）。最優(yōu)置換（OPT）：置換未來(lái)最長(zhǎng)時(shí)間不被訪問(wèn)的頁(yè)面，理論最優(yōu)但無(wú)法實(shí)現(xiàn)（需預(yù)知未來(lái)訪問(wèn)）。時(shí)鐘（Clock）算法：FIFO的改進(jìn)，通過(guò)“訪問(wèn)位”循環(huán)檢查，未被訪問(wèn)則置換，降低缺頁(yè)率。3.虛擬內(nèi)存的局限性：依賴磁盤I/O，頻繁缺頁(yè)（抖動(dòng)）會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能驟降，需通過(guò)工作集模型（駐留集大小）優(yōu)化。四、文件系統(tǒng)管理（一）文件系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)從下到上分為：物理層：磁盤扇區(qū)、塊的讀寫(xiě)（如Linux的ext系列、Windows的NTFS）。文件訪問(wèn)層：提供文件的打開(kāi)、讀寫(xiě)、關(guān)閉等接口（如POSIX的open()/read()）。目錄層：管理文件的邏輯組織（如樹(shù)狀目錄、多級(jí)索引）。用戶接口層：命令行（如ls、cd）或圖形界面的文件操作。（二）文件的物理結(jié)構(gòu)1.連續(xù)結(jié)構(gòu)：文件數(shù)據(jù)連續(xù)存于磁盤，讀寫(xiě)速度快，但擴(kuò)展困難（需移動(dòng)后續(xù)數(shù)據(jù)）。3.索引結(jié)構(gòu)：為文件建立索引表，記錄每個(gè)數(shù)據(jù)塊的位置（如EXT的inode、NTFS的MFT），支持快速隨機(jī)訪問(wèn)，索引表本身可多級(jí)（如間接索引）。（三）文件共享與權(quán)限1.共享方式：基于網(wǎng)絡(luò)：如SMB（Windows共享）、NFS（Linux/Unix共享），通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)跨主機(jī)訪問(wèn)。2.權(quán)限控制：UNIX/Linux：文件權(quán)限分為所有者（u）、組（g）、其他（o），各包含讀（r）、寫(xiě)（w）、執(zhí)行（x），通過(guò)chmod命令修改。Windows：基于訪問(wèn)控制列表（ACL），可對(duì)用戶/組設(shè)置精細(xì)化權(quán)限（如讀取、修改、完全控制）。（四）日志文件系統(tǒng)為保證文件系統(tǒng)的一致性（如掉電后恢復(fù)），日志（Journaling）機(jī)制會(huì)先記錄事務(wù)日志（如文件創(chuàng)建、刪除的元數(shù)據(jù)操作），再執(zhí)行實(shí)際修改。典型實(shí)現(xiàn)：Linux的ext3/ext4：日志模式可選（僅元數(shù)據(jù)、完整數(shù)據(jù)）。Windows的NTFS：通過(guò)USN日志（更新序列號(hào)）記錄文件變更。五、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與通信（一）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的核心服務(wù)2.打印服務(wù)：管理網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)，實(shí)現(xiàn)打印隊(duì)列、優(yōu)先級(jí)調(diào)度、打印機(jī)池（多打印機(jī)負(fù)載均衡）。3.目錄服務(wù)：集中管理用戶、組、設(shè)備等資源，如ActiveDirectory（Windows）、LDAP（Linux/Unix），支持單點(diǎn)登錄（SSO）。4.通信服務(wù)：提供郵件、即時(shí)通信、遠(yuǎn)程桌面（如RDP、SSH）等服務(wù)，依賴TCP/IP、SSL等協(xié)議。（二）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)1.TCP/IP協(xié)議棧：網(wǎng)絡(luò)層：IP地址分配（靜態(tài)/DHCP）、路由（靜態(tài)路由、OSPF/BGP動(dòng)態(tài)路由）。傳輸層：TCP（可靠、面向連接）與UDP（不可靠、無(wú)連接）的實(shí)現(xiàn)，如Linux的socketAPI。2.網(wǎng)絡(luò)配置工具：Linux：ifconfig（舊）/ip命令、netstat、iptables（防火墻）。Windows：ipconfig、netsh、Windows防火墻。（三）分布式服務(wù)與集群1.負(fù)載均衡：通過(guò)硬件（如F5）或軟件（如Nginx、HAProxy）將請(qǐng)求分發(fā)到多臺(tái)服務(wù)器，提高可用性與吞吐量。2.高可用集群：如WindowsServer的故障轉(zhuǎn)移集群（MSCS）、Linux的Corosync+Pacemaker，通過(guò)心跳檢測(cè)實(shí)現(xiàn)服務(wù)自動(dòng)切換。3.分布式文件系統(tǒng)：如Ceph、GlusterFS，將多節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)資源池化，提供高可靠、可擴(kuò)展的存儲(chǔ)服務(wù)。六、安全與系統(tǒng)維護(hù)（一）用戶與權(quán)限管理1.用戶認(rèn)證：本地認(rèn)證：Linux的/etc/passwd（加密后存于/etc/shadow）、Windows的SAM數(shù)據(jù)庫(kù)。遠(yuǎn)程認(rèn)證：Kerberos（Windows域環(huán)境）、LDAP（跨平臺(tái)）、RADIUS（網(wǎng)絡(luò)設(shè)備認(rèn)證）。2.權(quán)限提升：Linux：sudo（臨時(shí)提升權(quán)限）、su（切換用戶）。Windows：UAC（用戶賬戶控制）、RunasAdministrator。（二）系統(tǒng)日志與監(jiān)控1.日志管理：Linux：syslog（/var/log/）、journalctl（systemd日志）。Windows：事件查看器（應(yīng)用、安全、系統(tǒng)日志）。2.性能監(jiān)控：Linux：top、vmstat、iostat（CPU、內(nèi)存、磁盤）。Windows：任務(wù)管理器、性能監(jiān)視器（PerfMon）。（三）備份與恢復(fù)1.文件備份：全量備份：備份所有文件，耗時(shí)久但恢復(fù)快。增量備份：僅備份上次備份后變更的文件，耗時(shí)短但恢復(fù)需全量+所有增量。差異備份：備份上次全量后變更的文件，恢復(fù)需全量+最新差異。2.系統(tǒng)恢復(fù)：裸金屬恢復(fù)：通過(guò)備份軟件（如SymantecBackupExec、Veeam）恢復(fù)整個(gè)系統(tǒng)（含OS、應(yīng)用、數(shù)據(jù)）?？煺眨⊿napshot）：如VMware的虛擬機(jī)快照、Linux的LVM快照，快速回滾系統(tǒng)狀態(tài)。七、典型網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)對(duì)比（一）WindowsServer優(yōu)勢(shì)：圖形化管理界面友好，ActiveDirectory集成度高，支持.NET開(kāi)發(fā)，適合企業(yè)級(jí)應(yīng)用（如Exchange、SQLServer）。劣勢(shì)：閉源，授權(quán)成本高，對(duì)硬件資源消耗較大。核心考點(diǎn)：AD域管理、組策略（GPO）、故障轉(zhuǎn)移集群、Hyper-V虛擬化。（二）Linux（以CentOS/UbuntuServer為例）優(yōu)勢(shì)：開(kāi)源免費(fèi)，高度可定制，性能穩(wěn)定，適合服務(wù)器端（如Web、數(shù)據(jù)庫(kù)、容器化部署）。劣勢(shì)：圖形化工具相對(duì)薄弱，依賴命令行，學(xué)習(xí)曲線較陡。核心考點(diǎn)：系統(tǒng)服務(wù)管理（systemd）、防火墻（firewalld/iptables）、LVM存儲(chǔ)、Docker/Kubernetes容器編排。（三）UNIX（以Solaris為例）優(yōu)勢(shì)：企業(yè)級(jí)穩(wěn)定性強(qiáng)，ZFS文件系統(tǒng)（高可靠、快照、壓縮）、DTrace（動(dòng)態(tài)追蹤工具），適合大型機(jī)與高性能計(jì)算。劣勢(shì)：商業(yè)化授權(quán)（如OracleSolaris），生態(tài)較封閉。核心考點(diǎn)：ZFS管理、SMF服務(wù)框架、SolarisCluster集群。復(fù)習(xí)策略建議1.概念串聯(lián)：將進(jìn)程管理、存儲(chǔ)管理、文件系統(tǒng)的知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)（如進(jìn)程的虛擬地址空間→分頁(yè)/分段→文件的邏輯/物理結(jié)構(gòu)）。2.實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化：在虛擬機(jī)中搭