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    2019-11-11 14:34:34

    第二节 操作系统的体系结构

    目前流行的操作系统有Windows操作系统、UNIX操作系统、Linux操作系统和Android操作系统等。

    一、Windows操作系统的体系结构

    Windows体系结构是分层的模块系统,主要层次有硬件抽象层HAL、内核、执行体和大量的子系统集合

    子系统又分为环境子系统和保护子系统,其中环境子系统仿真不同的操作系统,保护子系统提供安全功能。

    1、内核

    内核执行Windows操作系统中最基本的操作,主要提供线程调度、陷入处理和异常调度、中断处理和调度、多处理器同步、供执行体使用的基本内核对象。

    Windows操作系统的内核始终运行在核心态,代码短小紧凑,可移植性也好。通常,除了中断程序例程,正在运行的线程是不能抢先内核的。

    2、硬件抽象层

    Windows操作系统设计的一个至关重要的方面就是在多种硬件平台上的可移植性。HAL就是使这种可移植性成为可能的关键部分。HAL是一个可加载的核心态模块HAL.dll,它为运行在Windows操作系统上的硬件平台提供低级接口。

    HAL隐藏各种与硬件有关的细节

    3、执行体

    Windows的执行体是 NTOSKRNL.EXE 的上层(内核在其下层)。执行体是从用户态导出并且可以调用函数,这些函数的接口在 NTDLL.DLL 中,通过Win32API可以对它们进行访问。

    4、系统进程和系统线程

    系统进程是一种特殊类型的、只运行在核心态的“系统线程”的宿主。系统线程具有一般用户态线程的所有属性和描述表。不同点在于它们仅运行在内核态,执行加载于系统空间。

    系统线程没有用户进程地址空间,因此必须从系统内存堆中动态存储区。

    系统进程只能从内核态中调出

    二、UNIX 操作系统的体系结构

    其最里层是硬件,作为整个系统的基础。紧邻最里层的是操作系统的内核,它包括进程管理、存储器管理、设备管理、和文件管理四个资源管理功能,往外一层是系统调用接口,即操作系统与用户的接口Shell以及编译程序等;最外层是应用程序。

    1、内核层

    内核层是操作系统管理和控制中心,常驻内存。其包括两个方面的接口,一方面是内核与硬件的接口,它通常是由一组驱动程序和一些基本的例程组成;另一方面是内核和Shell接口,它由两组系统调用及命令解释程序组成。

    内核本身又可以分出两个部分,一部分是进程控制子系统,另一部分是文件子系统。

    (1)进程控制子系统,负责对四个资源中的两个资源-处理器和存储器进行管理。其功能可分为进程控制、进程通信、存储器管理和进程调度

    (2)文件子系统,负责有效管理系统中所有的设备和文件。其功能包括 文件管理、高速缓存机制、设备驱动程序

    2、系统调用层

    系统调用层介于内核层和应用层之间,是供程序员设计、应用程序开发时调用。

    UNIX系统调用包括进程管理、文件管理、终端状态等。

    3、应用层

    应用层包括各种开发工具,高级语言编译器,网络通讯处理程序等。

    所有的应用层程序都是在Shell层(命令语言解释程序)的管理和控制下为用户服务的,是面向用户的操作界面。

    三、Linux 操作系统的体系结构

    Linux系统有四个主要部分,即内核、Shell、文件系统和用户应用程序。内核、Shell和文件系统形成了基本的操作系统结构。

    1、Linux内核

    内核是操作系统的核心,它负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统,它决定了系统的性能和稳定性。

    Linux 内核的组成: 系统调用、内存管理、进程管理、设备驱动程序、文件系统和网络管理

    2、Linux Shell

    Shell 是系统的用户界面,提供了用户和内核进行交互操作的一种接口。它接受用户输入的命令并将它送入内核去执行,是一种命令解释器。

    3、Linux 文件系统

    文件系统是文件存储在磁盘等设备上的组织方法。Linux系统能支持多种目前流行的文件系统,比如:EXT2、EXT3、FAT、FAT32、VFAT和ISO9660。

    4、Linux 应用程序

    标准的Linux系统一般都有一套称之为应用程序的程序集,包括文本编辑器、编程语言、XWindow、办公套件、Internet工具和数据库等。

    四、Android 操作系统的体系结构

    Android操作系统分为四层,从高层到底层分别是应用程序、应用架构层、系统运行层和Linux内核层。

    1、Android应用程序

    Android会同一系列核心应用程序一起发布,该应用程序包括客户端、SMS短消息程序、日历、地图、浏览器等。

    2、Android应用框架

    应用架构层为应用开发者提供了用于访问核心功能的API框架。

    应用架构层提供了各种服务和管理工具,包括应用开发所需的界面管理、数据访问、应用层的消息传递、应用包的管理、电话管理、位置管理等功能。

    3、C、C++本地库和Android运行时环境

    Android包括一些C/C++库,这些库能被Android系统中不同的组件使用。它通过Android应用程序框架为开发者提供服务,如系统C库、媒体库和SQLite库等

    Android 运行时环境(Android Runtime)提供了核心链接库(Core Libraries)和Dalvik VM虚拟系统(Dalvik Virtual Machine)。

    4、Linux 内核

    Android是基于不同版本的Linux内核开发出来的,Linux内核层包括系统层安全机制、内存管理、进程管理、网络堆栈及一系列的驱动模块,位于硬件与其他软件层之间,提供与硬件的交互

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  • 常见的数据结构类型

    千次阅读 2021-10-08 15:28:55
    常见的数据结构 目录常见的数据结构数据结构是什么?数据结构分类1、数组2、链表3、栈4、队列5、树6、图7、哈希表 数据结构是什么? 数据结构是指相互之间存在着一种或多种关系的数据元素的集合和该集合中数据元素...

    常见的数据结构

    数据结构是什么?

    数据结构是指相互之间存在着一种或多种关系的数据元素的集合和该集合中数据元素之间的关系组成 。
    常用的数据结构可根据数据访问的特点分为线性结构和非线性结构。线性结构包括常见的链表、栈、队列等,非线性结构包括树、图等。如图所示:

    在这里插入图片描述

    数据结构分类

    1、数组

    数组一般用来存储相同类型的数据,可通过数组名和下标进行数据的访问和更新,数组下标从0开始。数组中元素的存储是按照先后顺序进行的,同时在内存中也是按照这个顺序进行连续存放。数组相邻元素之间的内存地址的间隔一般就是数组数据类型的大小。
    优点:
    1、按照索引查询元素速度快
    2、按照索引遍历数组方便
    缺点:
    1、数组的大小固定后就无法扩容了
    2、数组只能存储一种类型的数据
    3、通过移动其他的元素进行添加,删除,所以操作慢
    应用场景:
    频繁查询,很少增加和删除,对存储空间要求不大。

    2、链表

    链表是物理存储单元上非连续的、非顺序的存储结构,相较于数组,除了数据域,还增加了指针域用于构建链式的存储数据。链表中每一个节点都包含此节点的数据和指向下一节点地址的指针。

    根据指针的指向,链表能形成不同的结构,例如单链表,双向链表,循环链表等。
    

    链表的优点:
    1、链表不需要初始化容量,可以任意加减元素
    2、添加或者删除元素时只需要改变前后两个元素结点的指针域指向地址,所以添加,删除很快

    缺点:
    1、大量的指针域使链表占用空间较大
    2、查找元素需要遍历链表来查找,非常耗时

    应用场景:
    数据量较小,需要频繁增加,删除操作

    3、栈

    栈是一种特殊的线性表,仅能在线性表的一端操作,栈顶允许操作,栈底不允许操作。 栈的特点是:先进后出,或者说是后进先出,从栈顶放入元素的操作叫入栈(push),取出元素叫出栈(pop)。
    在这里插入图片描述
    应用场景:
    常应用于实现递归功能方面的场景,例如斐波那契数列

    4、队列

    队列是栈的兄弟结构,和栈一样,队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾,进行删除操作的端称为队头。队列的数据存储是如同排队一般,先存入的数据先被压出,从一端放入元素的操作称为入队,取出元素为出队。
    在这里插入图片描述
    应用场景:
    队列先进先出,适合用于多线程阻塞队列管理

    5、树

    树作为一种树状的数据结构,其数据节点之间的关系也如大树一样,将n(n>=1)个有限节点根据不同层次关系进行排列,从而形成数据与数据之间的父子关系。树具有下面几个特点:

    a、每个节点有零个或多个子节点;
    b、没有父节点的节点称为根节点;
    c、每一个非根节点有且只有一个父节点;
    d、除了根节点外,每个子节点可以分为多个不相交的子树;
    

    在日常的应用中,我们用的更多的是二叉树。二叉树具有如下特点:

    a、每个结点最多有两颗子树,结点的度最大为2。
    b、左子树和右子树是有顺序的,次序不能颠倒。
    c、即使某结点只有一个子树,也要区分左右子树。
    

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    可以看到,树是具备层次关系的,父子关系清晰;这也是树与图之间最主要的区别。
    二叉树有很多扩展的数据结构,包括平衡二叉树、红黑树、B+树等,mysql的数据库索引结构用的就是B+树,还有在jdk1.8中HashMap的底层源码中用到了红黑树。

    6、图

    图是由顶点和连接顶点的边构成的离散结构。若两个顶点之间存在一条边,就表示这两个顶点具有相邻关系。边还可以根据顶点之间的关系设置不同的权重,默认权重相同皆为1。此外根据边的方向性,还可将图分为有向图和无向图:
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    图是一种比较复杂的数据结构,在存储数据上有着比较复杂和高效的算法,分别有邻接矩阵 、邻接表、十字链表等存储结构。目前常用的图存储方式为邻接矩阵,通过所有顶点的二维矩阵来存储两个顶点之间是否相连,或者存储两顶点间的边权重。它有如下特点:

    (a)无向图的邻接矩阵一定是对称的,而有向图的邻接矩阵不一定对称。因此,用邻接矩阵来表示一个具有n个顶点的有向图时需要n^2个单元来存储邻接矩阵;对有n个顶点的无向图则只存入上(下)三角阵中剔除了左上右下对角线上的0元素后剩余的元素,故只需1+2+...+(n-1)=n(n-1)/2个单元。
    (b)无向图邻接矩阵的第i行(或第i列)非零元素的个数正好是第i个顶点的度。
    (c)有向图邻接矩阵中第i行非零元素的个数为第i个顶点的出度,第i列非零元素的个数为第i个顶点的入度,第i个顶点的度为第i行与第i列非零元素个数之和。
    (d)用邻接矩阵表示图,很容易确定图中任意两个顶点是否有边相连。
    

    7、哈希表

    哈希表是根据关键码和值 (key和value) 直接进行访问的数据结构,通过设定的一个关键字和一个映射函数,就可以直接获得访问数据的地址,实现O(1)的数据访问效率。在映射的过程中,事先设定的函数就是一个映射表,也可以称作散列函数或者哈希函数。
    在这里插入图片描述

    一般常用的有以下几种散列函数:

    直接寻址法、数字分析法、平方取中法、取随机数法、除留取余法
    

    确定好散列函数之后,通过某个key值的确会得到一个唯一的value地址。

    应用场景:
    HashMap,HashTable等集合,在jdk1.8之前是用数组加链表的结构,之后便采用了数组加红黑树的结构。当然也有很多问题要考虑,比如哈希冲突的问题,如果处理的不好会浪费大量的时间,导致应用崩溃。目前比较常用的冲突解决方法是链地址法,链地址法其实就是对Key通过哈希之后落在同一个地址上的值,做一个链表。其实在很多高级语言的实现当中,也是使用这种方式处理冲突的。

    参考文章:https://blog.csdn.net/yeyazhishang/article/details/82353846

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  • 数据结构是组织数据的方式,以便能够更...Python中常见的数据结构可以统称为容器。序列(如列表和元组)、映射(如字典)以及集合(set)是三类主要的容器。线性数据结构分类:栈(stack)--*后出、队列(queue)-*先出、双端...

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    数据结构是组织数据的方式,以便能够更好的存储和获取数据。数据结构定义数据之间的关系和对这些数据的操作方式。数据结构屏蔽了数据存储和操作的细节,让程序员能更好的处理业务逻辑,同时拥有快速的数据存储和获取方式。

    Python中常见的数据结构可以统称为容器。序列(如列表和元组)、映射(如字典)以及集合(set)是三类主要的容器。线性数据结构分类:栈(stack)--*后出、

    队列(queue)-*先出、双端队列(deque)、链表(LinkedList)。 常见的数据类型又分为:数字、字符串、元组、列表、字典、集合。

    Graphs

    数学和计算机科学中的图是由节点组成的网络,节点也称为顶点,它们可以相互连接,也可以不相互连接。 连接两个节点的线或路径称为边。

    如果边缘具有特定的流动方向,那么它是有向图,方向边缘被称为弧。 否则,如果未指定方向,则该图形称为无向图。

    这可能听起来*理论化,当你深入挖掘时会变得相当复杂。 然而,图形是数据科学中特别重要的概念,通常用于模拟现实生活中的问题。

    社会网络,化学和生物学的分子研究,地图,推荐系统都依赖于图形和图形理论原理。

    字符串String

    String是字母,单词或其他字符的集合。 在Python中,您可以通过在一对单引号或双引号中包含一系列字符来创建字符串。

    例如:‘cake’,“cookie”等。您还可以对两个或多个字符串应用+操作来连接它们,就像下面的示例中一样:

    d80c9d1a1ef552a655e3763f6c23a0df.png

    元组Tuples

    元组是另一种标准序列数据类型。 元组和列表之间的区别在于元组是不可变的,这意味着一旦定义,您就无法删除,添加或编辑其中的任何值。

    这可能在您可能将控件传递给其他人但您不希望它们操纵集合中的数据但可能只是在数据副本中看到它们或单独执行操作的情况下有用。

    列表Lists

    Python中的列表用于存储同类项的集合。 这些是可变的,这意味着您可以在不改变其身份的情况下更改其内容。

    您可以通过方括号[和]来识别列表,其中包含以逗号分隔的元素。 列表内置于Python中:您无需单独调用它们。

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    字典Dictionary

    如果你想实现类似于电话簿的东西,字典是要使用的数据结构。 您之前看到的所有数据结构都不适用于电话簿。

    这是一本字典可以派上用场的时候。 字典由键值对组成。

    集合Sets

    集合是*对象的集合。 这些对于创建仅在数据集中包含*值的列表很有用。 它是一个无序的集合,但是一个可变的集合。

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  • 上次在面试时被面试官问到学了哪些数据结构,那时简单答了栈、队列/(ㄒoㄒ)/~~其它就都想不起来了,今天有空整理了一下几种常见的数据结构,原来我们学过的数据结构有这么多~ 首先,先来回顾下C语言中常见的基本数据...

    上次在面试时被面试官问到学了哪些数据结构,那时简单答了栈、队列/(ㄒoㄒ)/~~其它就都想不起来了,今天有空整理了一下几种常见的数据结构,原来我们学过的数据结构有这么多~
    首先,先来回顾下C语言中常见的基本数据类型吧O(∩_∩)O
    C语言的基本数据类型有:整型int,浮点型float,字符型char等等
    在这里插入图片描述

    添加描述
    那么,究竟什么是数据结构呢?
    数据结构是计算机存储、组织数据的方式。数据结构是指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合
    大部分数据结构的实现都需要借助C语言中的指针和结构体类型
    下面,进入今天的重点啦O(∩_∩)O几种常见的数据结构
    (1)线性数据结构:元素之间一般存在元素之间存在一对一关系,是最常用的一类数据结构,典型的有:数组、栈、队列和线性表
    (2)树形结构:结点间具有层次关系,每一层的一个结点能且只能和上一层的一个结点相关,但同时可以和下一层的多个结点相关,称为“一对多”关系,常见类型有:树、堆
    (3)图形结构:在图形结构中,允许多个结点之间相关,称为“多对多”关系
    下面分别对这几种数据结构做一个简单介绍:
    1、线性数据结构:典型的有:数组、栈、队列和线性表
    (1)数组和链表
    a、数组:存放着一组相同类型的数据,需要预先指定数组的长度,有一维数组、二维数组、多维数组等
    b、链表:链表是C语言中一种应用广泛的结构,它采用动态分配内存的形式实现,用一组任意的存储单元存放数据元素链表的,一般为每个元素增设指针域,用来指向后继元素
    c、数组和链表的区别:
    从逻辑结构来看:数组必须事先定义固定的长度,不能适应数据动态地增减的情况;链表动态地进行存储分配,可以适应数据动态地增减的情况,且可以方便地插入、删除数据项(数组中插入、删除数据项时,需要移动其它数据项)
    从内存存储来看:(静态)数组从栈中分配空间(用NEW创建的在堆中), 对于程序员方便快速,但是自由度小;链表从堆中分配空间, 自由度大但是申请管理比较麻烦
    从访问方式来看:数组在内存中是连续存储的,因此,可以利用下标索引进行随机访问;链表是链式存储结构,在访问元素的时候只能通过线性的方式由前到后顺序访问,所以访问效率比数组要低
    (2)栈、队列和线性表:可采用顺序存储和链式存储的方法进行存储
    顺序存储:借助数据元素在存储空间中的相对位置来表示元素之间的逻辑关系
    链式存储:借助表示数据元素存储地址的指针表示元素之间的逻辑关系
    a、栈:只允许在序列末端进行操作,栈的操作只能在栈顶进行,一般栈又被称为后进先出或先进后出的线性结构
    顺序栈:采用顺序存储结构的栈称为顺序栈,即需要用一片地址连续的空间来存储栈的元素,顺序栈的类型定义如下:

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    链栈:采用链式存储结构的栈称为链栈:
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    b、队列:只允许在序列两端进行操作,一般队列也被称为先进先出的线性结构
    循环队列:采用顺序存储结构的队列,需要按队列可能的最大长度分配存储空空,其类型定义如下:

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     链队列:采用链式存储结构的队列称为链队列,一般需要设置头尾指针只是链表的头尾结点:

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    c、线性表:允许在序列任意位置进行操作,线性表的操作位置不受限制,线性表的操作十分灵活,常用操作包括在任意位置插入和删除,以及查询和修改任意位置的元素

    顺序表:采用顺序存储结构表示的线性表称为顺序表,用一组地址连续的存储单元一次存放线性表的数据元素,即以存储位置相邻表示位序相继的两个元素之间的前驱和后继关系,为了避免移动元素,一般在顺序表的接口定义中只考虑在表尾插入和删除元素,如此实现的顺序表也可称为栈表:
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    线性表:一般包括单链表、双向链表、循环链表和双向循环链表
    单链表:
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    双向链表:

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    线性表两种存储结构的比较:
    顺序表:
     优点:在顺序表中,逻辑中相邻的两个元素在物理位置上也相邻,查找比较方便,存取任一元素的时间复杂度都为O(1)
     缺点:不适合在任意位置插入、删除元素,因为需要移动元素,平均时间复杂度为O(n)
    链表:
     优点:在链接的任意位置插入或删除元素只需修改相应指针,不需要移动元素;按需动态分配,不需要按最大需求预先分配一块连续空空
     缺点:查找不方便,查找某一元素需要从头指针出发沿指针域查找,因此平均时间复杂度为O(n)
    2、树形结构:结点间具有层次关系,每一层的一个结点能且只能和上一层的一个结点相关,但同时可以和下一层的多个结点相关,称为“一对多”关系,常见类型有:树、堆
    (1)二叉树:二叉树是一种递归数据结构,是含有n(n>=0)个结点的有限集合,二叉树具有以下特点:
    二叉树可以是空树;二叉树的每个结点都恰好有两棵子树,其中一个或两个可能为空;二叉树中每个结点的左、右子树的位置不能颠倒,若改变两者的位置,就成为另一棵二叉树
    (2)完全二叉树:从根起,自上而下,自左而右,给满二叉树的每个结点从1到n连续编号,如果每个结点都与深度为k的满二叉树中编号从1至n的结点一一对应,则称为完全二叉树
    a、采用顺序存储结构:用一维数组存储完全二叉树,结点的编号对于与结点的下标(如根为1,则根的左孩子为2i=21=2,右孩子为2i+1=21+1=2)

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    b、采用链式存储结构:
    二叉链表:

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    三叉链表:它的结点比二叉链表多一个指针域parent,用于执行结点的双亲,便于查找双亲结点

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    两种存储结构比较:对于完全二叉树,采用顺序存储结构既能节省空间,又可利用数组元素的下标值确定结点在二叉树中的位置及结点之间的关系,但采用顺序存储结构存储一般二叉树容易造成空间浪费,链式结构可以克服这个缺点
    (3)二叉查找树:二叉查找树又称二叉排序树,或者是一课空二叉树,或者是具有如下特征的二叉树:
    a、若它的左子树不空,则左子树上所有结点的值均小于根结点的值
    b、若它的右子树不空,则右子树上所有结点的值均大于根结点的值
    c、它的左、右子树也分别是二叉查找树
    (4)平衡二叉树:平衡二叉查找树简称平衡二叉树,平衡二叉树或者是棵空树,或者是具有下列性质的二叉查找树:它的左子树和右子树都是平衡二叉树,且左子树和右子树的高度之差的绝对值不超过1

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    平衡二叉树的失衡及调整主要可归纳为下列四种情况:LL型、RR型、LR型、RL型
    (5)树:树是含有n(n>=0)个结点的有限集合,在任意一棵非空树种: a、有且仅有一个特定的称为根的结点
    b、当n>1时,其余结点可分为m(m>0)个互不相交的有限集T1,T2,…,Tm,其中每一个集合本身又是一棵树,并且T1,T2,…,Tm称为根的子树
    (6)堆:堆是具有以下特性的完全二叉树,其所有非叶子结点均不大于(或不小于)其左右孩子结点。若堆中所有非叶子结点均不大于其左右孩子结点,则称为小顶堆(小根堆),若堆中所有非叶子结点均不小于其左右孩子结点,则称为大顶堆(大根堆)

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    (7)并查集:并查集是指由一组不相交子集所构成的集合,记作:S={S1,S2,S3,…,Sn}
    (8)B树
    3、图形结构:在图形结构中,允许多个结点之间相关,称为“多对多”关系,可分为有向图和无向图


    一些相关的视频资料便于大家学习
    C语言与数据结构的经典实战案例
    http://www.makeru.com.cn/live/5413_2014.html?s=45051
    结构体普及与应用
    http://www.makeru.com.cn/live/5413_1909.html?s=45051
    C语言玩转链表
    http://www.makeru.com.cn/live/1392_338.html?s=45051
    C高级之结构体
    http://www.makeru.com.cn/live/1392_656.html?s=45051
    循环链表及线性表的应用
    http://www.makeru.com.cn/course/details/1902?s=45051

    展开全文
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空空如也

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