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首页2016系统架构师考试知识点精要概述:操作系统的角色与结构
系统架构师考试知识点总结是一本适合备考软考架构师的优秀参考书籍,它详细涵盖了操作系统这个关键领域。操作系统作为计算机系统的核心,其功能和结构对于理解整个系统架构至关重要。 首先,章节1介绍了操作系统的基本概念,包括其定义和主要类型。操作系统类型根据使用环境和处理方式的不同,分为批处理、分时、实时、网络和分布式等。批处理系统注重成批处理作业,分时系统则支持多用户交互,实时系统强调响应速度和可靠性,网络操作系统则着重于网络资源管理和协作,分布式系统则追求统一的操作界面和资源管理。 在操作系统结构方面,作者详细讲解了五种常见的设计模型:无序(整体或模块化)结构,虽然可以缩短开发周期但可能导致复杂性;层次结构通过明确的层次划分提高可靠性和可维护性;面向对象设计适用于网络和分布式环境,通过对象来组织系统;对称多处理(SMP)适用于共享内存的多处理器系统,能充分利用资源;而微内核架构则是将公共部分抽象到核心,提高系统的灵活性和效率。 操作系统的核心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,这些都是架构设计者必须掌握的基础知识。了解这些内容不仅有助于考生理解系统如何运作,还能帮助他们设计出高效、稳定和可扩展的系统架构。 这本书对于准备系统架构师考试的学生来说,提供了全面而深入的理论知识和实际应用案例,无论是理解操作系统原理,还是掌握在实际项目中运用,都是极其宝贵的资源。阅读这本书将对提升系统架构设计能力大有裨益。
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据项值的框架。还包含访问控制、保密定义和完整性检查等方面的内容。以及概念 /物理之
间的映射。
2、外模式(子模式、用户模式) 。用以描述用户看到或使用的那部分数据的逻辑结构,
用户根据外模式用数据操作语句或应用程序去操作数据库中的数据。 一个数据库可以有多个
外模式。一个应用只能使用一个外模式。
3、内模式。 是整个数据库的最低层表示, 不同于物理层。 它假设外存是一个无限的线性
地址空间。 内模式定义的是存储记录的类型、 存储域的表示、 存储记录的物理顺序, 指引元、
索引和存储路径等数据的存储组织。 内模式是数据物理结构和存储方式的描述, 是数据在数
据库内部的表示方式。一个数据库只有一个内模式。
概念模式是数据库的中心与关键;内模式依赖于概念模式,独立于外模式和存储设备;
外模式面向具体的应用, 独立于内模式和存储设备; 应用程序依赖于外模式, 独立于概念模
式和内模式。
2.2.2 三个级别
数据库可以划分为三个抽象级别,分别是用户级、概念级和物理级。
1、用户级数据库,又称用户视图,对应外模式。
2、概念级数据库,对应于概念模式,介于用户级与物理级之间,就是 DBA 视图。
3、物理级数据库,对应于内模式,是数据库的低层表示,它描述数据的实际存储组织,是
最接近于物理存储的级,称为内部视图。
物理级数据库由内部记录组成, 物理级数据库并不是真正的物理存储, 而是最接近于物理存
储的级。
2.2.3 两级独立性
DBS 两级独立是指物理独立性和逻辑独立性。三个抽象级间通过两级映射(外模式 /模式映
射、模式 /内模式映射)进行相互转换,使得数据库的三级形成一个统一的整体。
1、物理独立性:指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中的数据是相互独立的。存在
于概念模式和内模式之间的映射转换。
2、逻辑独立性:指用户的应用程序和数据库中的逻辑结构师相互独立的。存在于外模式和
概念模式之间的映射转换。
逻辑独立性比物理独立性更难实现。
2.3 数据模型
在设计 DBS 时,用图或表的形式抽象地反映数据彼此之间的关系,称为建立数据模型。
2.3.1 关系模型分类
数据模型分两类,是概念数据模型(实体联系模式)和基本数据模型(结构数据模型)
概念数据模型是按照用户的观点来对数据和信息建模, 主要用于数据库设计。 概念模型主要
用实体 -联系方法表示( E-R 模型)。
基本数据模型是按照计算机系统的观点来对数据和信息建模,主要用于 DBMS 的实现。基
本数据模型是数据库系统的核心和基础, 通常由数据结构、 数据操作和完整性约束三部分组
成,其中数据结构是对系统静态特性的描述, 数据操作是对系统动态特性的描述, 完整性约
束事一组完整性规则的集合。
基本数据模型有层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型。
2.3.2 关系模型
1、概念:
(1)域:一组具有相同数据类型的值的集合;
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(2)笛卡尔积:给定一组域 D1, D2,D3,…..,Dn,这些域中可以有相同的。每一个元素
(d1,d2,d3,…… ,dn)叫做一个 n 元组。元组中的每一个值 dj 叫做一个分量 ;
(3)关系: D1*D2* …..*Dn 的子集叫做在域 D1,D2,..,Dn 上的关系,用 R(D1 ,D2,… ,Dn)
表示。这里 R 表示关系的名字, n 是关系的目或度。关系中的每个元素是关系中的元组,通
常用 t 表示。
(4)候选码或主码: 若关系中某一属性组 (一个或多个属性) 的值能唯一地标识一个元组,
则称该属性组为候选码 (候选键)。若一个关系有多个候选码, 则选定其中一个作为主码 (主
键),主码的所有属性称为主属性, 不包含在任何候选码中的属性称为非码属性 (非主属性) 。
(5)关系分类:基本关系(基本表、基表) 、查询表和视图表。基本表式实际存在的白哦,
是实际存储数据的逻辑表示; 查询表是查询结果对应的表; 视图表是由基本表或其他视图表
导出的表,是虚表,不对应实际存储的数据。
(5)关系的描述称为关系模式,一个关系模式应当是一个五元组,可以形式化地表示为
R(U,D,DOM,F).
(6)关系就是关系模式在某一时刻的状态或内容。关系模式是型,关系是它的值。关系模
式是静态的、稳定的,而关系是动态的、 随时间不断变化的, 因为关系操作在不断地更新着
数据库中的数据。
(7)关系数据库有型和值之分。关系数据库的型称为关系数据库模式,是对关系数据库的
描述, 是关系模式的集合。关系数据库的值称为关系数据库, 是关系的集合。关系数据库模
式与关系数据库统称为关系数据库。
2.3.3 规范化理论
关系模式划分存储异常问题包括( 1)数据冗余; ( 2)修改异常; (3)插入异常; (4)删除
异常。
1、函数依赖:设 R(U)是属性 U 上的一个关系模式, X 和 Y 是 U 的子集, r 是 R 的任一
关系,如果对于 r 中的任意两个元组 u,v,只要有 u[X]=v[X] ,就有 u[Y]=v[Y] ,则称为 X 函
数决定 Y,或称 Y 函数依赖于 X ,记为 X Y。
2、完全函数依赖、部分函数依赖、传递函数依赖。
3、六条函数依赖推理规则:自反性、增广性、并规则、分解规则、伪传递规则。
4、闭包:在关系模式 R(U,F) 中为 F 所逻辑蕴含的函数依赖全体叫做 F 的闭包 F+
5、设 F 为属性集 U 上的一组函数依赖, X 是 U 的子集,那么相对于 F 属性集 X 的闭包用
X+ 表示,是一个从 F 集使用推理规则推出的所有满足 X A 的属性 A 的集合 X+={ 属性
A|X A 在 F+中}
6、如果函数依赖集满足下列条件,则称 F 为一个极小函数依赖集,也称为最小依赖集或最
小覆盖:
(1)F 中任一函数依赖的右部仅含有一个属性;
(2)F 中不存在这样的函数依赖 X A ,使得 F 与 F-{X A} 等价
(3)F 中不存在这样的函数依赖 X A,X 有真子集 Z 使得 F-{X A}U{Z A} 与 F 等
价。
7、范式
(1)INF :如果关系模式 R 的每个关系 r 的属性值都是不可分的原子值。
(2)2NF:如果关系模式 R 是 1NF,且每个非主属性完全函数依赖于候选键
(3)3NF:如果关系模式 R 是 1NF,且每个非主属性都不传递依赖于 R 的候选码
(4)BCNF :如果关系模式 R 是 1NF,且每个属性都不传递依赖于 R 的候选键。
8、关系模式分解
R 分解成数据库模式 &={R1 ,R2, …..,Rk} ,如果对 R 中每一个满足 F 的关系 r 都有以下
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成立:
r=$R1(r)<><>$R2(r)<><> …… <><>$Rk(r)
那么称分解 & 相对于 F 是无损联接分解,否则称为损失联接分解。
9、无损联接分解判定定理:
设 p={R1,R2} 是 R 的一个分解, F 是 R 上的 FD 集,那么分解 p 相对于 F 是无损分解的
充分必要条件是 (R1∩R2) (R1-R2) 或(R1∩R2) ( R2- R1)。这两个条件只要有任意一个条
件成立就可以。
2.4 数据库的控制功能
DBMS 运行的基本工作单位是事务,事务是用户定义的一个数据库操作序列,是一个不可
分割的工作单位。
事务具有以下特性(ACID特性) :原子性、一致性、隔离性和持续性。
2.4.1 并发控制
1、并发操作的问题
数据库的并发操作带来的主要问题有丢失更新问题、 不一致分析问题 (读过时数据) 和依赖
于未提交的数据(读脏数据) 。
2、封锁的类型
处理并发控制的主要方法是采用封锁技术,主要有两种类型的封锁,分别是 X 封锁(排他
型封锁)和 S 封锁(共享型封锁) 。
3、封锁协议
在多个事务并发执行的系统中,主要采取封锁协议来进行处理:
(1)一级封锁协议; (2)二级封锁协议; (3)三级封锁协议; (4)两段封锁协议
4、封锁粒度,是被封锁数据目标的大小,在关系数据库中封锁粒度有属性值、属性值集、
元组、关系、某索引项(或整个索引项) 、整个关系数据库和物理页(块)等几种。
5、死锁:指多个用户申请不同封锁,由于申请者均拥有一部分封锁权而又需等待另外用户
拥有的部分封锁而引起的永无休止的等待。死锁是可以避免的,目前采用的办法如下:
(1)预防法:采用一定的操作方式以避免死锁的出现,如顺序申请法、一次申请法。顺序
申请法是指对封锁独享按序编号,用户申请封锁时必须按编号顺序申请,去避免死锁发生。
一次申请法是指用户在一个完整操作过程中必须一次性申请它所需要的所有封锁, 并在操做
结束后一次性归还所有封锁去避免死锁发生。
(2)死锁的解除法。允许产生死锁,并在死锁产生后通过解锁程序以解除死锁。这种方法
需要两个程序,一个是死锁检测程序,另一个是解锁程序。
2.4.2 备份与恢复技术
数据库系统中的故障,有事务内部的故障、系统范围内的故障、介质故障、计算机病毒。
对各类故障,对数据库的影像有两种可能性,包括数据库本身被破坏;数据库没有被破坏,
但数据可能不正确。
1、数据备份,分为静态备份(冷备份)和动态备份(热备份) ,备份还分为海量备份和增量
备份。
2、日志文件(事务日志) :针对数据库改变所做的记录,可以记录针对数据库的任何操作,
并做记录结果保存在独立的文件中。
在动态备份中,必须建立日志文件,后援副本和日志文件综合起来才能有效地恢复数据
库;在静态备份方式中, 也可以建立日志文件, 当数据库毁坏后可重新装入后援副本把数据
库恢复到备份结束时刻的正确状态, 然后利用日志文件把已完成的事务进行重做处理, 对故
障发生时尚未完成的事务进行撤销处理。
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