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系统架构师考试知识点总结资料
2016系统架构师考试
知识点总结
1操作系统
操作系统是计算机系统中的核心系统软件，负责管理和控制计算机系统中硬件和软件资源，合理组织计算机工作流程和有效利用资源，在计算机与用户之间起接口的作用
1.1操作系统的类型
操作系统的类型（依据使用环境和对作业的处理方式）分为批处理、分时、实时、网络和分布式等。
1、批处理：
把作业分类，把一批作业编成一个作业执行序列。
可分联机和脱机。
特征为脱机使用计算机、成批处理和多道程序运行。
2、分时：
采用分时技术，使多个用户同时以会话控制自己程序的运行，每个用户都认为拥有各自独立的、支持自己请求服务的系统。
特征有交互性、多用户同时性和独立性。
3、实时：
专用，系统与应用难分离。
并不强调资源利用率，更关心及时性、可靠性和完整性。
分实时过程控制和实时信息处理。
特征有即时响应、高可靠性。
4、网络：
按网络架构的各个协议标准制订，包括网络管理、通信、资源共享、系统安全和多种网络应用，实现协同工作和应用集成。
特征有互操作性、协作处理。
5、分布式：
要求一个统一的操作系统，实现系统操作的统一性，负责全系统的资源分配和调度，为用户提供统一的界面。
6、操作系统的5项基本功能，包括处理器管理、存储管理、设备管理、文件管理和作业管理。
1.2操作系统的结构
结构分为无序、层次、面向对象、对称多处理和微内核。
1、无序：
又称整体或模块结构。
以大型表格和队列为中心，操作系统各个部分围绕着表格运行，整个系统是一个程序。
模块结构相对独立，模块之间通过规定的接口相互调用。
优点为缩短开发周期。
缺点是模块之间调用关系复杂、相互依赖，使分析、移植和维护系统较易出错。
2、层次：
操作系统分解成若干个单向依赖的层次，由多层正确性保证操作系统的可靠性。
优点层次结构清晰，简化了接口设计，有利于系统功能的增加或删改，易于保证可靠性，便于维护和移植。
3、面向对象：
基于面向对象程序设计的概念，采用了各种不同的对象技术。
把对象最为系统中的最小单位，由对象、对象操作、对象保护组成的操作系统。
优点适用于网络操作系统和分布式操作系统。
4、对称多处理：
所有多处理运行且共享同一内存（内存储器、主存、实存）。
优点适合共享存储器结构的多处理机系统。
5、微内核：
把系统的公共部分抽象出来，形成一个底层核心，提供最基本的服务，其他功能以服务器形式建立在微内核之上。
具有良好的模块化和结构化特征，模块之间和上下层之间通过消息来通信。
操作系统大多拥有两种工作状态：
核心态和用户态。
一般的应用程序工作在用户态，内核模块和最基本的操作系统核心工作在核心态。
微内核结构由一个简单的硬件抽象层和一组比较关键的原语（仅仅为建立系统必须的部分，包括线程管理、地址空间和进程间通信）或系统调用组成。
微内核的目标将系统服务的实现和系统的基本操作规则分离开来。
微内核技术的优点：
（1）统一的接口；
（2）可伸缩性好；（3）可移植性好；（4）实时性好；（5）安全可靠性高，安全是微内核的特性；（6）支持分布式系统、支持多处理器的架构和高度并行的应用程序；（7）真正面向对象的操作系统。
1.3处理器管理
程序的并行运行就涉及到资源的竞争使用，就需要管理其核心资源。
1.3.1进程状态
进程是一个程序关于某个数据集的一次运行。
进程是程序的一次运行活动，动态的概念，而程序是静态概念，是指令的集合。
进程具有动态性和并发性，程序是进程运行时所对应的运行代码。
在操作系统中进程是进行系统分配、调度和管理的最小单位，线程是处理器分配资源的最小单位。
静态的观点看，进程是程序、数据和进程控制块组成，动态观点看，进程是计算机状态的一个有序集合。
进程状态总体分为为三态模型和五态模型。
1、三态模型（所有进程在内存中）包括运行、就绪和等待态。
运行态就绪态，运行时间片到；出现更高优先权进程。
运行态等待态，等待使用资源，如等待外设传输；等待人工干预。
就绪态运行态，CPU空闲时选择一个就绪进程；等待态就绪态，资源得到满足，如外设传输结束；人工干预完成。
2、五态模型：
包括运行、活跃就绪、活跃阻塞、静止就绪和静止阻塞。
1.3.2信号量和PV操作
操作系统中，进程之间存在互斥和同步。
1、互斥控制是为了保护共享资源，不让多个进程同时访问这个共享资源。
就是阻止多个进程同时访问这些资源的代码段（临界区），一次只允许一个进程访问的资源。
初始值信号量S应该设置为1.
2、同步控制
进程A在另一个进程B到达指定位置L2之前，不应前进到超过点L1。
初始值信号量S应该设置为0
3、生产者-消费者问题
不仅要解决生产者进程与消费者进程的同步关系，还要处理缓冲区的互斥关系。
1.3.3死锁问题
死锁是指多个进程之间互相等待对方的资源，而在得到对方资源之前又不释放自己的资源，这样，造成循环等待的一种现象。
1、死锁发生的必要条件
产生死锁的根本原因在于系统提供的资源个数少于并发进程要求的该类资源数。
产生死锁有4个必要条件：
互斥条件、不可抢占条件、保持与等待条件（部分分配条件）、循环等待条件。
2、银行家算法
指在分配资源之前先看清楚，资源分配后是否会导致系统死锁。
如果会死锁，则不分配，否则就分配。
3、解决死锁的策略
（1）死锁预防。
破坏导致死锁必要条件中的任意一个就可以预防死锁。
（2）死锁避免。
指进程在每次申请资源时判断这些操作是否安全。
（3）死锁检测。
判断系统是否处于死锁状态，如果是，则执行死锁解除策略。
（4）死锁解除。
将某进程所拥有的资源强行收回，分配给其他的进程。
1.3.4管程与线程
1、管程由管程名、局部子管程的变量说明、使用共享资源并在数据集上进行操作的若干过程，对变量赋初值的语句等4个基本部分组成。
每一个管程管理一个临界资源。
2、线程可共享进程的资源与地址空间，通过线程的活动，进程可以提供多种服务或实行子任务并行。
多线程实现的并行避免了进程间并行的缺点：
创建线程的开销比创建进程要小，同一进程的线程共享进程的地址空间。
1.4文件管理
对外部存储设备上以文件方式存放的信息的管理。
用户通过对文件的访问（读写）来完成对文件的查找、修改、删除和添加等操作。
常用的访问方法有两种，即顺序访问和随机访问。
1.4.1文件的逻辑组织
逻辑结构是用户可见的结构。
文件的逻辑结构可以分为无结构的字符流文件和有结构的记录文件（格式文件）两种。
记录文件由记录组成，即文件内容划分为多个记录，以记录为单位组织和使用信息。
常用的记录式结构有连续结构、多重结构、转置结构和顺序结构。
用户通过对文件的存取来完成对文件的修改、追加和搜索等操作，常用的存取方法有顺序存取法、随机存取法（直接存取法）和按键存取法。
1.4.2文件的物理组织
文件的物理结构是指文件在存储设备上的存储方法，常用的文件物理结构有连续文件（顺序文件）、串联文件（链接文件）和索引文件。
1.4.3树形目录结构
文件控制块的集合被称为文件目录，文件目录被组织成文件，叫目录文件。
文件管理的一个重要的方面是对文件目录进行组织和管理。
文件系统一般采用一级目录结构、二级目录、多级目录结构。
DOS、UNIX和WINDOWS都是采用多级树形目录结构。
路径是指从树形目录中的某个目录层次到某个文件的一条道路。
1.4.4存储空间管理
文件存储设备的管理实质上是对空闲块的组织和管理问题，包括空闲块的组织、空闲块的分配与空闲块的回收等问题。
存储管理方法有：
1、空闲表法；2、空闲链表法（包括空闲盘块链、空闲盘区链）；3、位图法；（4）成组连接法（将空闲表和空闲链表结合形成的一种空闲盘块管理方法）。
1.5存储管理
虚拟存储技术，即在内存中保留一部分程序或数据，在外存中放置整个地址空间的副本。
虚拟存储技术是一种性能非常优越的存储器管理技术，被广泛地应用于大、中、小型及微型机中。
1.5.1地址变换
用户编程所用的地址（虚地址），实际的内存地址则称为物理地址（实地址）。
每次访问内存时都要进行逻辑地址到物理地址的转换，这种转换由硬件完成的，而内存和外存间的信息动态调度是硬件和操作系统两者配合完成的。
1、静态重定位：
在虚空间程序执行之前由装配程序完成地址映射工作。
优点：
不需要硬件的支持；缺点：
无法实现虚拟存储器，必须占用连续的内存空间且难以做到程序和数据的共享。
2、动态重定位：
在程序执行过程中，在CPU访问内存之前，将要访问的程序或数据地址转换为内存地址。
动态重定位依靠硬件地址变换机制完成，其优点主要是可以对内存进行非连续分配；提供了虚拟存储器的基础；有利于程序段的共享。
1.5.2存储组织
虚拟存储器分为单一连续分区、固定分区、可变分区、可重定位分区、非请求页式、请求页式和段页式7种。
常见的虚存组织
项目
段式管理
页式管理
段页式管理
划分方式
段（不定长）每个作业一张段表
页（定长）每个进程一张页表
先将内存分为等长页，每个作业一张段表（通常有一个基号指向它），每段对应一组页表。
虚地址
（s,d）,即（段号，段内偏移）
（p,d）,即（页号，页内偏移）
（s,p,d）即（段号，段内页号，页内偏移）
虚实转换
段表内找出起始地址，然后+段内偏移
页表内找出起始地址，然后+页内偏移
先在段表中找到页表的起始地址，然后在页表中找到起始地址，最后+页内偏移
主要优点
简化了任意增长和收缩的数据段管理，利于进程间共享过程和数据
消除了页外碎片
结合了段与页的优点，便于控制存取访问
主要缺点
段外碎片降低了利用率
存在页内碎片
增长复杂度，增加硬件存在页内碎片
在现行的虚存组织方面，最常见的段页式管理，在进行实地址转换时，可以采用的公式如下：
（（（x）+s）+p）*2^n+d,其中x为基号,s段号,p页号,d为页内偏移,n的值为d的总位数。
（x）表示x里的内容。
1.5.3存储管理
在虚拟存储器的管理中，涉及到载入（调入）、放置（放入分区）和置换等问题
1、调入策略：
何时将一页或一段从外存中调入内存，通常有两种策略，包括请求调入法和先行调入法。
2、放置策略：
调入后，放在内存的什么位置。
3、置换策略：
实际内存小于虚存的，可能发生内存中已满，但需要使用的页不在内存中这一情况（缺页中断），就需要进行置换，即将一些内存中的页淘汰到外存，腾出空间给要使用的页。
4、置换算法：
（1）最优OPT算法：
淘汰不再使用或将来才使用的页；
（2）随机Rand算法，随机的选择淘汰的页，开销很小，但可能选中立即就要使用的页；（3）先进先出FIFO算法：
可能会出现Belady现象；（4）最近最少使用LRU算法
5、存储管理局部性原理
分时间局部性和空间局部性。
时间局部性指最近访问存储位置，很可能在不久将来还要访问；空间局部性指存储访问有成组的倾向，当访问了某个位置后，很可能也要访问其附近的位置。
根据局部性原理的特征性，Denning阐述了程序性能的工作集理论。
工作集是进程频繁访问的页面集合。
工作集理论指出，为使进程有效地运行，它的页面工作集中、应驻留内存中。
控制颠簸的技术还有控制缺页率。
1.6作业管理
操作系统中用来控制作业的进入、执行和撤销的一组程序称为作业管理程序。
在作业管理中，系统为每一个作业建立一个作业控制模块jcb，系统通过jcb感知作业的存在。
JCB包括的主要内容有作业名、作业状态、资源要求、作业控制方式、作业类型以及作业优先权。
1.6.1作业状态
一个作业从交给计算机系统到执行结束退出系统，一般都要经历提交、后备、执行和完备4个状态。
1.6.2作业调度
1、处理器调度分为三级调度，即低级调度、中级调度和高级调度。
2、低级调度（进程调度）：
确定处理器在就绪进程间的分配；中级调度（交换调度）：
决定进程在内、外存之间的调入、调出；高级调度（作业调度）：
选取一个或一组作业，为它们建立进程，分配必要的资源，使它们能够运行起来。
3、作业调度主要完成从后备状态到执行状态的转变，及从执行状态到完成状态的转变。
4、作业调度算法有如下几种：
（1）先来先服务FCFS；
（2）短作业优先SJF；（3）响应比高者优先HRN=1+W/T；（4）优先级调度。
1.7设备管理
设备管理程序提供的功能：
（1）提供和进程管理系统的接口；
（2）进行设备分配；（3）实现设备和设备、设备和CPU等之间的并行操作；（4）进行缓冲区管理。
1.7.1数据传输控制方式
在计算机中，I/O系统可以有5个不同的工作方式，分别为程序控制方式、程序中断方式、DMA、通道方式和输入/输出处理机。
（1）程序控制方式：
CPU直接利用I/O指令编程，实现数据的输入输出。
（2）程序中断方式：
CPU利用中断方式完成数据的输入/输出。
分为为多中断信号线法、中断软件查询法、雏菊链法、总线仲裁法和中断向量法。
（3）DMA方式。
使用DMAC控制器来控制和管理数据传输，DMA和CPU共享系统总线，并且具有独立访问存储器的能力。
DMAC获取总线的方式有三种：
暂停方式、周期窃取方式和共享方式。
（4）通道方式：
一种通过执行通道程序管理I/O操作的控制器，它使主机与I/O操作之间达到更高的并行程度。
（5）输入输出处理机，也称为外围处理机，是一个专用处理机，也可以使一个通用的处理机，具有丰富的指令系统和完善的中断系统。
1.7.2磁盘调度算法
访问磁盘的时间由三部分组成：
寻道（寻找数据所在的磁道）时间、等待（旋转等待扇区）时间和数据传输时间，其中寻道时间是决定因素。
算法种类为FCFS先来先服务算法、SSTF最短寻道时间优先、SCAN电梯算法、N步SCAN算法、C-SCAN循环扫描算法（磁头单向移动）。
1.7.3虚设备与SPOOLING外部设备同时联机操作技术
又称假脱机输入输出操作或排队转储技术，采用一组程序或进程模拟一台输入输出处理器。
1、SPOOLING系统主要包括以下三个部分：
（1）输入井和输出井；
（2）输入缓冲区和输出缓冲区；（3）输入进程和输出进程。
2、SPOOLING技术的主要特点
（1）提高了I/O速度；
（2）设备并没有分配给任何进程；（3）实现了虚拟设备的功能。
1.8网络操作系统
网络操作系统指能使网络上各个计算机方便而有效地共享网络资源，为用户提供所需的各种服务的操作系统软件。
1、网络操作系统分为对等式和集中式网路操作系统；
2、网络操作系统的功能：
（1）具备单机操作系统所需的功能；
（2）提供高效可靠的网络通信能力
（3）提供多项网络服务功能，如远程管理、文件传输、电子邮件和远程打印等
3、网络操作系统一般具有以下特征：
（1）硬件独立；MS提出了HAL概念；
（2）网络特性；（3）可移植性和可集成性；（4）多用户、多任务。
4、网络操作系统的组成
由网络驱动程序、子网协议和应用层协议三个方面组成。
网络操作系统通过网络驱动程序与网络硬件通信，网路驱动程序作为网卡和子网协议间的联系体来工作的。
子网协议是经过网络发送应用和系统管理信息所必须的通信协议。
应用层协议则与子网协议进行通信，并实现网络操作系统对网络用户的服务。
网络驱动程序涉及到OSI/RM的第2层和第3层；子网协议涉及到OSI/RM的第3层、第4层和第5层。
应用层协议，最重要的是NCP网络核心协议。
NCP作为应用层的协议，提供的主要功能包括在不同方式下打开文件；关闭打开的文件；从打开的文件读取数据块；将数据块写入打开的文件；获取目录项表；处理服务器数据库；提高高级连接服务；提供同步操作。
1.9习题思想
1、（C）操作需要特权指令执行
A、读取当前时钟B、清除一块内存C、关闭中断D、从用户态到管态
【解释】在多任务的计算机系统中，特权指令主要用于系统的资源的分配和管理，包括改变系统的工作方式、修改虚拟存储器管理的段表和页表、I/O指令、设置时钟、设置控制寄存器和关闭中断等。
总的来说，不允许用户程序直接使用的指令称为特权指令。
2、用UML建立业务模型是理解企业过程的第1步。
使用活动图（ActivityDiagram）可显示业务工作流的步骤和决策点，以及完成每一个的步骤的角色和对象，它强调（D），是一种特殊的状态图。
A、上下层次关系B、时间和顺序C、对象间的迁移D、对象间的控制流
【解释】在UML模型图中，协作图按组织结构对控制流建模，它强调上下层次关系。
序列图用于按时间顺序对控制流建模，它强调的是时间和顺序。
3、以下关于软件构件及其接口的叙述中，正确的是（D）
A、构件必须封装自己的全部内部特征，必须基于对象实现；
B、构件不允许外部对所支持的接口进行动态发现或调用
C、构件作为一个部署单元，是可以拆分的，以增加部署的灵活性
D、构件的特性包括独立部署单元、作为第三方的组装单元和没有可见状态等
【解释】独立部署单元、作为第三方的组装单元和没有（外部的）可见状态是构件的特性。
软件构件是软件系统中具有一定意义的、相对独立的可重用单元。
构件必须封装自己的全部内部特征，作为一个部署单元，具有原子性，是不可拆分的。
与对象相比，构件可以基于对象实现，也可以不作为对象实现。
构件需要在容器中管理并获取容器提供的服务。
接口是一个已命名的一组操作的集合。
客户程序可以在运行状态下利用接口动态确定构件所支持的功能并调用，即构件的客户（通常是其他构件）通过这些访问点来使用构件提供的服务。
4、模式是“给定上下文中普遍问题的普遍解决方案”。
（D）是最低层的模式，关注软件系统的设计与实现，描述了如何实现构件及构件之间的关系。
A、架构模式B、分析模式C、设计模式D、惯用法。
【解析】模式主要涉及惯用法、设计模式（微观架构模式）和架构模式（宏观架构）。
架构模式是软件设计中的高层决策，例如C/S结构就属于架构模式，架构模式反映了开发软件系统过程中所作的基本设计决策。
设计模式主要关注软件系统的设计，与具体的实现语言无关。
惯用法是实现时通过某种特定的程序设计语言来描述构件与构件之间的关系，例如引用-计数就是C++语言中的一种惯用法。
5、在开放网络服务框架中（OGSA）标准中，（B）提供一组遵守特定的约定并定义明确的接口，是实体之间产生、管理和交换信息的机制。
A、WebserviceB、GridServiceC、XMLD、JNDI
【解析】开放网络服务框架是WebService和Grid技术结合的产物，已成为网络基础框架的标准。
它利用WebService的标准接口定义机制、多协议绑定，以及本地与远端的透明性，利用Grid的服务语义、可靠性和安全模型、生命周期管理、发现和其他服务，以及多主机或运行环境来构建自己的框架。
为了使服务的思想更加明确和具体，OGSA定义了网络服务的概念，用于解决服务的发现、动态服务的创建、服务生命周期的管理与临时服务有关的问题。
GridService提供一组遵守特定的约定并定义明确的接口，是实体之间产生、管理和交换信息的机制。
6、软件质量强调3个方面的内容：
（A）是测试软件质量的基础；开发标准定义了一组用于指导软件开发方式的准则；期望需求间接定义了用户对某些特性的需求。
A、软件需求B、软件设计C、软件实现D、软件验证
【解析】软件质量是对明确陈述的功能和性能需求、明确记录的开发标准、以及对所有专业化软件开发应具备的隐含特殊的符合度。
它强调以下3个方面的内容：
（1）软件需求是质量测试的基础，不符合需求就是没有质量；
（2）开发标准定义了一组用于指导软件开发方式的准备。
若未能遵守准则，则肯定质量有问题；
（3）期望需求（例如对易使用性的期望）定义了用户的某些稍缓的、期望的需求，即间接定义了对用户对某些特性的需求。
软件分析、设计和实现都是为了满足软件需求的。
开发文档是记录开发成果的，维护手册是指导软件维护的，用户手册是提供用户使用软件的操作指南。
7、集成测试有各种方法，以下关于集成测试的叙述中，说法错误的是（B）。
A、增量式集成测试容易定位错误，排除错误
B、非增量式集成测试不能充分利用人力，会拖延工程进度
C、增量式集成测试的强度大，测试更彻底
D、即使各个模块都通过了测试，但系统集成以后仍可能出现错误
【解析】集成测试也称组测试，是把系统的各个模块按照系统设计说明书的要求组合起来进行测试。
组合的过程可以是增量式或非增量式的。
所谓非增量式测试是先分别测试各个模块，然后把所有的模块组合起来进行总体测试。
而增量式测试是先测试一个模块，然后再加入一个进行测试，通过不断地增加模块，进行多次测试，最后完成整个系统的测试。
这两种测试方法的优缺点如下
非增量式和增量式测试优缺点对比表
项目类型
非增量式测试
增量式测试
错误定位
不容易定位错误
容易定位错误，排除故障
测试强度
小
大，先加入的模块经过多次测试，测试更彻底
测试工作量
小
大
测试进度
对各个模块可以并行测试，加快测试进度
测试的过程长、进度慢
测试辅助程序
每个中间模块的测试需要编写驱动模块和桩模块
自顶向下的增加需要编写桩模块；
自底向上的增加需要编写驱动模块
8、存储资源死锁的问题
有这样的一个公式：
系统中同类资源分配不当将引起死锁。
通常，若系统中有m个单位的存储器资源，它被n个进程使用，而每个进程都要求w个单位的存储器资源，则当[n*（w-1）+1]>m时，系统可能会引起死锁。
9、以下关于CISC（复杂指令集计算机）和RISC（简单指令计算机）的叙述中，错误的是（A）
A、在CISC中，某复杂指令都采用硬布线逻辑来执行；
B、采用CISC技术的CPU，其芯片设计复杂度更高
C、在RISC中，更适合采用硬布线逻辑执行指令
D、采用RISC技术，指令系统中的指令种类和寻址方式更少
【解析】精简指令集计算机是在继承复杂指令集计算机成功技术并克服其缺点的基础上产生并发展的，RISC与CISC在技术特点上的对比如6-4所示。
RISC和CISC的特点表
类别
RISC
CISC
指令系统
指令长度固定，指令格式少（小于100种）
指令数量多
执行时间
选取使用频率较高的一些简单指令，且指令执行时间较短
有些指令执行时间很长，例如整块的存储器内容
编码长度
固定，通常为4字节
可变，1-15字节
寻址方式
种类少，即简单寻址
种类丰富
操作
设置大量通用寄存器，访问存储器指令简单，只能对寄存器进行算术和逻辑操作
可以对存储器和寄存器进行算术逻辑操作
编译
采用优化编译技术，生成高效的目标代码程序
难以用优化编译器生成高效的目标代码程序
从表中可知，RISC计算机采用硬联逻辑控制，可以把节约的芯片面积用于增加通用寄存器，或者把其他逻辑部件集成到CPU中。
它使用相当多的通用寄存器。
例如算术逻辑运算指令的操作数都在通用寄存器中存取。
CISC的指令系统对应的控制信号复杂，大多采用微程序控制方式。
CISC机器的微码电路在芯片上所占的面积要占总面积的50%以上。
10、在数据挖掘的任务中，（B）的任务是将目标对象的一般特征与对比类进行比较，它的输出形式一般为一些图表。
A、数据特征化B、数据区分C、数据分类D、数据预测
【解析】数据挖掘的任务分为3项：
描述、分类和预测。
描述的主要任务是挖掘出数据中的一般特性。
描述一般包括数据特征化和数据区分，两者的输出形式一般为一些图表（如饼图、条图和曲线等）。
数据特征化是用一种格式化的方法来描述目标类数据的一般特征或特性。
数据区分的任务是将目标对象的一般特征与一个或多个对比类的一般特征进行比较。
10、SAAM是一种软件评估方法，以下关于该方法的叙述中，错误的是（C）
A、SAAM协调不同参与者
升级会员 