计算机操作系统第四版-汤小丹-教案第十二章
计算机操作系统第四版汤小丹教案
计算机操作系统第四版汤小丹教案计算机操作系统第四版汤小丹教案一、引言计算机操作系统是计算机系统中的基础组件之一，它负责管理计算机的各种硬件和软件资源，为应用程序提供统一的接口和环境。
计算机操作系统的地位至关重要，对于计算机系统的性能和稳定性有着重要的影响。
本文将详细介绍计算机操作系统第四版汤小丹教案的主要内容，帮助读者更好地理解和掌握操作系统的基本概念、原理和应用。
二、操作系统的概念和作用操作系统的概念和作用是学习操作系统的基础。
在这一部分，我们将从操作系统的定义、发展历程、作用等方面进行介绍。
首先，操作系统的定义是管理和控制计算机系统资源、为用户提供操作界面和编程接口的软件。
操作系统的发展可以追溯到早期的批处理系统和分时系统，经过多年的发展，操作系统已经成为了计算机系统中不可或缺的一部分。
操作系统的基本作用包括：管理计算机系统的硬件和软件资源，提高计算机系统的利用率和性能；为用户提供友好的操作界面和编程接口，方便用户使用计算机系统；提高计算机系统的可靠性和稳定性，确保计算机系统的正常运行。
三、操作系统的结构和组成操作系统的结构和组成是操作系统的核心部分。
在这一部分，我们将从操作系统的基本结构、组成模块等方面进行介绍。
操作系统的基本结构包括内核模式和用户模式。
内核模式是操作系统的核心部分，负责管理和控制计算机系统的硬件和软件资源；用户模式是操作系统的用户接口部分，为用户提供操作界面和编程接口。
操作系统的组成模块包括进程管理、内存管理、文件系统和设备管理。
进程管理负责进程的创建、调度和终止；内存管理负责内存的分配、回收和管理；文件系统负责文件和目录的创建、读写和管理；设备管理负责设备的驱动程序、设备的读写和管理。
四、操作系统的原理和应用操作系统的原理和应用是操作系统的重点和难点。
在这一部分，我们将从操作系统的基本原理、应用等方面进行介绍。
操作系统的基本原理包括并发性、共享性、虚拟性和异步性。
并发性是指多个进程可以同时存在于系统中；共享性是指多个进程可以共享系统资源；虚拟性是指操作系统可以为用户提供虚拟的计算环境；异步性是指进程的执行顺序是不确定的。
计算机操作系统第四版 汤小丹 教案
利用率显著降低。图1-5示出了单道程序的运行情况，从图
可以看出：在t2～t3、t6～t7时间间隔内CPU空闲。
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第一章
操作系统引论
图1-5 单道程序的运行情况
19
第一章
操作系统引论
1.2.3 多道批处理系统(Multiprogrammed Batch
Processing System) 1. 多道程序设计的基本概念 为了进一步提高资源的利用率和系统吞吐量，在20世纪 60年代中期引入了多道程序设计技术，由此形成了多道批处
(1) 人—机交互。 (2) 共享主机。
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第一章
操作系统引论
2. 分时系统实现中的关键问题
在多道批处理系统中，用户无法与自己的作业进行交互 的主要原因是：作业都先驻留在外存上，即使以后被调入内 存，也要经过较长时间的等待后方能运行，用户无法与自己 的作业进行交互。
1) 及时接收
2) 及时处理
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理接口的实现细节有充分的了解，这就致使该物理机器难于
广泛使用。为了方便用户使用I/O设备，人们在裸机上覆盖 上一层I/O设备管理软件，如图1-2所示，由它来实现对I/O设 备操作的细节，并向上将I/O设备抽象为一组数据结构以及 一组I/O操作命令，如read和write命令，这样用户即可利用这 些数据结构及操作命令来进行数据输入或输出，而无需关心 I/O是如何具体实现的。
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第一章
操作系统引论
图1-2 I/O软件隐藏了I/O操作实现的细节
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第一章
操作系统引论
1.1.3 推动操作系统发展的主要动力
1．不断提高计算机资源利用率 2. 方便用户 3. 器件的不断更新换代 4. 计算机体系结构的不断发展
2024年度计算机操作系统汤小丹ppt学习教案
2024/2/3
1
目录
2024/2/3
• 计算机操作系统概述 • 进程管理 • 内存管理 • 文件管理 • 设备管理 • 并发控制与死锁预防
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01
计算机操作系统概述
2024/2/3
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操作系统的定义与功能
定义
操作系统是一种系统软件，它是计算 机上的一个关键组成部分。
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死锁避免算法及实现
死锁避免算法的概 念
死锁避免算法是一种动态地检 测并防止死锁发生的算法，它 通过对系统状态的实时监控和 预测来避免死锁。
死锁避免算法的实 现方法
包括银行家算法、资源分配图 算法等。这些算法通过对资源 分配和进程状态的实时监控和 预测，来避免死锁的发生。
银行家算法的实现 原理
银行家算法是一种避免死锁的 著名算法，它通过模拟银行家 对贷款的分配策略来避免死锁 。该算法在分配资源前会先检 查是否安全，只有在安全的情 况下才会进行资源分配。
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设备管理
2024/2/3
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设备管理概述及分类
设备管理的基本概念
计算机系统中设备管理的功能和作用，包括 设备的分类、特性以及设备管理的任务等。
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设备的分类
将计算机系统中的设备按照不同的标准进行分类， 如按照传输速率、共享属性、连接方式等。
设备管理的层次结构
介绍设备管理的层次结构和各层次的功能， 包括设备驱动程序、设备独立性软件、设备 管理等。
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文件共享与保护机制
2024/2/3
文件共享
文件共享是指多个用户或进程可以同时访问同一文 件。
文件保护
文件保护是指防止文件被未经授权的用户访问或修 改，包括访问控制、加密和备份等措施。
计算机操作系统(第四版)汤小丹课后完整版
计算机操作系统(第四版)汤小丹课后完整版计算机操作系统(第四版)汤小丹课后完整版计算机操作系统是计算机科学领域的重要基础知识，它掌握着计算机系统的核心功能和运行原理。
汤小丹编写的《计算机操作系统》第四版是该领域的一本经典教材，它全面而深入地介绍了操作系统的各个方面。
本文将对该教材进行全面概述，从内容结构、特点以及与其他版本的比较等方面进行分析。
一、内容结构《计算机操作系统(第四版)汤小丹课后完整版》的内容结构紧密，逻辑严谨，主要分为以下几个部分：1. 引言：本部分介绍了操作系统的概念、功能和历史背景，并简要介绍了后续各章节的内容。
2. 进程管理：这一部分详细介绍了进程的概念、进程的状态转换、进程调度等内容。
此外，还包含了进程同步与互斥、死锁及其预防等重要主题。
3. 存储管理：该部分介绍了存储器的层次和地址转换机制，详细讲解了虚拟存储器、内存分配与回收等关键技术。
4. 文件系统：这一部分主要介绍了文件的概念、文件系统的管理和存储组织策略等内容。
同时，还涵盖了文件系统的性能优化和安全性保护等关键问题。
5. 输入输出系统：该章节详细介绍了输入输出设备的概念、I/O操作的特点以及各种I/O控制技术。
此外，还包含了磁盘调度算法、缓存技术等内容。
6. 系统结构与分布式系统：这部分主要介绍了计算机系统的层次结构和组成，以及分布式系统的基本概念和相关技术。
7. 死锁：这一章节进一步深入讲解了死锁的概念、分类以及解决死锁问题的算法。
8. 发展动态：本部分介绍了操作系统的最新发展动态和研究前沿，对未来可能出现的新技术和新方向进行了展望。
以上为《计算机操作系统(第四版)汤小丹课后完整版》的主要内容结构，每个章节都涵盖了相关知识点和实践案例，为读者提供了全面的学习资源。
二、特点与优势1. 全面性：该教材从进程管理、存储管理、文件系统、输入输出系统、系统结构与分布式系统等多个角度对操作系统进行全面介绍，使读者能够全面了解和掌握操作系统的各个方面。
计算机操作系统(第四版)汤小丹课后答案完整版
第一章1．设计现代OS 的主要目标是什么答：（ 1）有效性（2）方便性（3）可扩充性（4）开放性2．O S 的作用可表现在哪几个方面答：（ 1）O S 作为用户与计算机硬件系统之间的接口（2））O S 作为计算机系统资源的管理者（3））O S 实现了对计算机资源的抽象3．为什么说OS 实现了对计算机资源的抽象答：O S 首先在裸机上覆盖一层I/O 设备管理软件，实现了对计算机硬件操作的第一层次抽象；在第一层软件上再覆盖文件管理软件，实现了对硬件资源操作的第二层次抽象。
OS 通过在计算机硬件上安装多层系统软件，增强了系统功能，隐藏了对硬件操作的细节，由它们共同实现了对计算机资源的抽象。
4．试说明推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是什么答：主要动力来源于四个方面的社会需求与技术发展：（1 ）不断提高计算机资源的利用率；（2 ）方便用户；（3 ）器件的不断更新换代；（4 ）计算机体系结构的不断发展。
5．何谓脱机I/O 和联机I/O答：脱机I/O 是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机，在外围机的控制下，把纸带或卡片上的数据或程序输入到磁带上。
该方式下的输入输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进行的。
而联机 I/O 方式是指程序和数据的输入输出都是在主机的直接控制下进行的。
6．试说明推动分时系统形成和发展的主要动力是什么答：推动分时系统形成和发展的主要动力是更好地满足用户的需要。
主要表现在：CPU 的分时使用缩短了作业的平均周转时间；人机交互能力使用户能直接控制自己的作业；主机的共享使多用户能同时使用同一台计算机，独立地处理自己的作业。
7．实现分时系统的关键问题是什么应如何解决答：关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及时接收并及时处理该命令，在用户能接受的时延内将结果返回给用户。
解决方法：针对及时接收问题，可以在系统中设置多路卡，使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据；为每个终端配置缓冲区，暂存用户键入的命令或数据。
计算机操作系统(第四版) _汤小丹_课后习题答案素材
计算机操作系统(第四版) 汤小丹课后习题答案
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计算机操作系统(汤小丹)第12章
第十二章 保 护 和 安 全
图12-4 数字签名示意图
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第十二章 保 护 和 安 全
2) 保密数字签名 为了实现在发送者A和接收者B之间的保密数字签名，要 求A和B都具有密钥，再按照图12-4(b)所示的方法进行加密和 解密： (1) 发送者A可用自己的私用密钥Kda对明文P加密，得到 密文DKda(P)。 (2) A再用B的公开密钥Keb对DKda(P)进行加密，得到 EKeb(DKda(P))后送B。 (3) B收到后，先用私用密钥Kdb进行解密，即 DKdb(EKeb(DKda(P)))=DKda(P)。 (4) B再用A的公开密钥Kea对DKda(P)进行解密，得到 EKea(DKda(P)) = P。
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第十二章 保 护 和 安 全
4. 口令文件 通常在口令机制中都配置有一份口令文件，用于保存合 法用户的口令和与用户的特权。该文件的安全性至关重要， 一旦攻击者访问了该文件，将使整个计算机系统无安全性可 言。保证口令文件安全性最有效的方法是利用加密技术，其 中一个行之有效的方法是选择一个函数来对口令进行加密。 该函数f(x)具有这样的特性：在给定了x值后，很容易算出 f(x)；然而，如果给定了f(x)值，却不能算出x的值。利用f(x) 函数去加密所有的口令，再将加密后的口令存入口令文件中。
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第十二章 保 护 和 安 全
图12-1 数据加密模型
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第十二章 保 护 和 安 全
2. 基本加密方法 1) 易位法 易位法是按照一定的规则，重新安排明文中的比特或字 符的顺序来形成密文，而字符本身保持不变。按易位单位的 不同，又可分成比特易位和字符易位两种。
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第十二章 保 护 和 安 全
图12-2 按字符易位加密算法
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第十二章
保护和安全
12.3.2 基于物理标志的验证技术
1. 基于磁卡的验证技术 目前广泛使用的银行现金卡、公交卡等，都普遍采用磁 卡。这是一块其大小和名片相仿的塑料卡，在其上贴有含若 干条磁道的磁条。一般在磁条上有三条磁道，每条磁道可用
来记录不同数量的数据。如果在磁条上记录了用户名、用户
密码、账号和金额，这就是银行卡；而如果在磁条上记录的 是有关用户的信息，该卡便可作为识别用户身份的物理标志。
2
第十二章
保护和安全
12.1 安 全 环 境
由于社会的复杂性和某些事物的不可预知性，使得计算
机系统的环境往往是不安全的。为此，必须对我们的工作环 境采取“保护”措施，使之变成为一个“安全”环境。“保 护”和“安全”是有不同含意的两个术语。可以把“保护” 定义为：对攻击、入侵和损害系统等的行为进行防御或监视。
移动K位。单纯移动K位的置换算法很容易被破译，比较好
的置换算法是进行映像。
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第十二章
保护和安全
图12-3 26个字母的映像
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第十二章
保护和安全
12.2.2 对称加密算法与非对称加密算法
1. 对称加密算法 在对称加密算法中，在加密算法和解密算法之间存在着 一定的相依关系，即加密和解密算法往往使用相同的密钥； 或者在知道了加密密钥Ke后，就很容易推导出解密密钥Kd。
明书又称为数字证明书，用于证明通信请求者的身份。
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第十二章
保护和安全
12.3 用 户 验 证
验证又称为识别或认证。当用户要登录一台多用户计算
机时，操作系统将对该用户进行验证(Authentication)，这一 过程称为用户验证。用户验证的目的在于确定被验证的对象
(包括人和事)是否真实，即确认“你是否是你所声称的你”，
(3) 安全管理
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第十二章
保护和安全
2. 动态性
由于信息技术不断发展和攻击手段层出不穷，使系统的 安全问题呈现出以下的动态性： (1) 信息的时效性。 (2) 攻击手段的不断翻新。
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第十二章
保护和安全
3. 层次性
大型系统的安全问题是一个相当复杂的问题，因此必需 采用系统工程的方法解决。为了简化系统安全的复杂性，系
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第十二章
保护和安全
图12-5 对加密口令的验证方法
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第十二章
保护和安全
5. 挑战—响应验证
在该方法中，由用户自己选择一个算法，算法可以很简 单也可较复杂，如X2，并将该算法告知服务器。每当用户登
录时，服务器就给用户发来一个随机数，如12，用户收到后，
按所选算法对该数据进行平方运算，得到144，并用它作为 口令。服务器再将所收到的口令与自己计算(利用X2算法)的 结果进行比较，如相同便允许用户上机，否则拒绝用户登录。 由于该方法所使用的口令不是一个固定数据，而是基于服务 器随机产生的数再经过计算得到的，因此令攻击难于猜测。 如果再频繁地改变算法就更为安全。
解数据的内容，从而有效地保护了系统中信息的安全性。数
据加密技术包括：数据加密、数据解密、数字签名、签名识 别以及数字证明等。
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第十二章
保护和安全
1. 数据加密模型
早在几千年前，人类就已经有了通信保密的思想，并先 后出现了易位法和置换法等加密方法。但直至进入20世纪60 年代，由于科学技术的发展，才使密码学的研究进入了一个 新的发展时期。计算机网络的发展，尤其是Internet广泛深入
的应用，又推动了数据加密技术的迅速发展。
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第十二章
保护和安全
图12-1 数据加密模型
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第十二章
保护和安全
2. 基本加密方法
1) 易位法 易位法是按照一定的规则，重新安排明文中的比特或字 符的顺序来形成密文，而字符本身保持不变。按易位单位的 不同，又可分成比特易位和字符易位两种。
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第十二章
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第十二章
保护和安全
4. 口令文件
通常在口令机制中都配置有一份口令文件，用于保存合 法用户的口令和与用户的特权。该文件的安全性至关重要，
一旦攻击者访问了该文件，将使整个计算机系统无安全性可
言。保证口令文件安全性最有效的方法是利用加密技术，其 中一个行之有效的方法是选择一个函数来对口令进行加密。 该函数f(x)具有这样的特性：在给定了x值后，很容易算出 f(x)；然而，如果给定了f(x)值，却不能算出x的值。利用f(x) 函数去加密所有的口令，再将加密后的口令存入口令文件中。
要与另一用户通信，他可用公开密钥对数据进行加密，而收
信者则用自己的私用密钥进行解密。这样就可以保证信息不 会外泄。
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第十二章
保护和安全
12.2.3 数字签名和数字证明书
1. 数字签名 在金融和商业等系统中，许多业务都要求在单据上签名
或加盖印章，以证实其真实性，备日后查验。在利用计算机
网络传送报文时，可将公开密钥法用于电子(数字)签名，来 代替传统的签名。而为使数字签名能代替传统的签名，必须 满足下述三个条件： (1) 接收者能够核实发送者对报文的签名。 (2) 发送者事后不能抵赖其对报文的签名。 (3) 接收者无法伪造对报文的签名。
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第十二章
保护和安全
3. 一次性口令(One time Password)
为了防止口令外泄，用户应当经常改变口令，一种极端 的情况是采用一次性口令机制，即口令被使用一次后就换另 一个口令。在采用该机制时，用户必须给系统提供一张口令 表，其中记录有其使用的口令序列。系统为该表设置一指针，
用于指示下次用户登录时所应使用的口令。
可信性也是系统正确运行的关键。此外，还必须能保持系统
中数据的一致性。
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第十二章
保护和安全
3. 系统可用性(system availability)
可用性是指能保证计算机中的资源供授权用户随时访问， 系统不会拒绝服务。更明确地说，授权用户的正常请求能及 时、正确、安全地得到服务或响应。而攻击者为了达到使系 统拒绝的目的，可能通过“修改”合法用户名字的方法，将
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第十二章
保护和安全
2. 数字证明书(Certificate)
虽然可以利用公开密钥方法进行数字签名，但事实上又 无法证明公开密钥的持有者是合法的持有者。为此，必须有 一个大家都信得过的认证机构CA(Certification Authority)，由 该机构为公开密钥发放一份公开密钥证明书，该公开密钥证
入系统；否则将拒绝该用户登录。
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第十二章
保护和安全
2. 提高口令安全性的方法
攻击者可通过多种方式来获取用户登录名和口令，其中 最常用的方式是直接猜出用户所使用的口令。为提高口令的
安全性，必须能防止攻击者猜出口令。为此，口令机制通常
应满足以下几点要求： (1) 口令应适当长。 (2) 应采用多种字符。 (3) 自动断开连接。 (4) 回送显示的安全性。 (5) 记录和报告。
最有代表性的对称加密算法是数据加密标准DES(Data
Eneryption Standard)。ISO现在已将DES作为数据加密标准。
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第十二章
保护和安全
2. 非对称加密算法
非对称加密算法的加密密钥Ke和解密密钥Kd不同，而 且难以从Ke推导出Kd来，故而可将其中的一个密钥公开而 成为公开密钥，故该算法也可称为公开密钥算法。每个用户 保存一对密钥，每个人的公开密钥都对外公开。假如某用户
“安全”是对系统完整性和数据安全性的可信度的衡量。
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第十二章
保护和安全
12.1.1 实现“安全环境”的主要目标和面临的威胁
1. 数据机密性(data secrecy) 数据机密性是指将机密的数据置于保密状态，仅允许被 授权用户访问系统中的信息，以避免数据暴露。更确切地说， 系统必须保证用户的数据，仅供被授权用户阅读，而不允许
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第十二章
保护和安全
1) 简单数字签名
在这种数字签名方式中，发送者A可使用私用密钥Kda 对明文P进行加密，形成DKda(P)后传送给接收者B。B可利用 A的公开密钥Kea对DKda(P)进行解密，得到EKea(DKda(P))=P， 如图12-4(a)所示。
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第十二章
保护和安全
图12-4 数字签名示意图
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第十二章
保护和安全
12.1.3 计算机安全的分类
1. CC的由来 对一个安全产品(系统)进行评估，是件十分复杂的事， 需要有一个能被广泛接受的评估标准。
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第十二章
保护和安全
2. 计算机安全的分类
在“可信任计算机系统评价标准”中将计算机系统的安 全程度划分为：D、C、B、A四类。共分为D、C1、C2、B1、
以防止入侵者进行假冒、篡改等。通常利用验证技术作为保 障网络安全的第一道防线。
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第十二章
保护和安全
12.3.1 使用口令验证
1. 口令 用户要上机时系统首先要求用户输入用户名。登录程序 利用该名字去查找一张用户注册表，若从中找到匹配的用户 名后，再要求用户输入口令，如果输入的口令也与注册表中
的口令一致，系统便认为该用户是合法用户，允许该用户进
B2、B3和A1七个等级。
(1) D类， (2) C1级。 (3) C2级。 (4) B1级。 (5) B2级。 (6) B3级。 (7) A1级。
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第十二章
保护和安全
12.2 数据加密技术
12.2.1 数据加密原理 加密是一种密写科学，用于把系统中的数据(称为明文) 转换为密文。使攻击者即使截获到被加密的数据，也无法了
高等学校计算机类“十二五”规划教材 部级优秀教材
计算机操作系统 (第四版)
汤小丹 梁红兵 哲凤屏 汤子瀛 编著