操作系统复习
进程与线程
通道和中断技术出现，才有了并发。（通道可以使IO设备无需CPU即可运行，但是需要不断轮询。中断解决了轮询问题。
基础
进程：PCB进程控制块、程序段、数据段
进程组织：链接方式、索引方式 （一般是链接方式：就绪队列、阻塞队列
进程的控制：就绪、运行、阻塞
调度：决策行为
切换：执行行为
进程通信：因为一个进程不能直接访问另一个进程的地址空间
共享存储：设置一个共享的空间
管道通信：类似于缓存机制，没写满就不能读，没空不能写。
消息传递：挂到对方的消息队列里
传统：进程是资源分配、调度的基本单位。
线程：处理机调度的单位 （TCB是线程控制块
进程：资源分配的单位 （统一进程的线程共享资源
线程：为了增加进程的并发度（有的进程可能需要同时做很多事（传统的进程是程序执行流的最小单位，现在是线程
多线程模型：多对一（并发度不高）、一对一（一个进程占用太多内核级线程，切换开销大）、多对多
调度
处理机调度：作业调度、内存调度、进程调度
调度算法的评价指标：CPU利用率、吞吐量、周转时间、等待时间、响应时间
周转时间中有带权周转时间。代权周转和周转时间越短越好。
调度算法：先来先服务（短作业不利）、短作业优先（容易饥饿）、高响应比优先 (等待时间+预计运行时间)/预计运行时间 1+等待/运行
以上三种算法不适用于交互式系统，适用于早期批处理系统。
调度算法：时间片轮转（不区分优先级）、优先级调度（可能导致饥饿）、多级反馈队列调度
同步、互斥
同步：A做完之后，B才能做
异步：A、B并发时独立的。
临界资源：一个时间段，只允许一个进程使用
临界区：一段互斥的执行程序。进程进入到临界区才可以使用临界资源
互斥访问原则：空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待
信号量机制：解决进程互斥与同步问题
信号量：一个变量，表示系统某种资源的数量
实现互斥：初值1、临界区之前P、临界区之后V
进程同步：初值0、前操作之后V、后操作之前P（这样可以实现前驱关系（如果要交替，则使用两个信号量
互斥同步使用：互斥在同步之后。（如果同步之前先加了锁，则生产者进不去，也就生产不了资源。
管程机制：
类似于class类，共享数据结构是类里面的变量，操作可以看做类里面的函数。
死锁：互斥、不剥夺、请求和保持、循环等待
预防死锁：破坏条件（互斥spooling、
避免死锁：防止系统进入不安全状态（银行家算法 → 安全序列
检测死锁：检测系统有无死锁发生
解除死锁：采取某种措施解除死锁（资源剥夺、进程撤销、进程回退
内存（页面）
代码程序运行：编译、链接、装入（装入内存）
链接方式：静态链接、装入时动态链接、运行时动态链接
装入：绝对装入、静态重定位、动态重定位
内存分配
连续分配：
单一连续分配（只能有一道用户程序，独占整个内存的用户区）、
固定分区分配（分区固定，会产生内部碎片）、
动态分区分配（根据进程大小动态建立分区）
记录内存使用情况：空闲分区表（放入表、空闲分区回收）、空闲分区链（删除节点）——分配和回收的问题
内部碎片：分配给某进程的内存区域中，有些部分没有用上
外部碎片：内存中某些空闲分区太小而难以利用
四种动态分区分配算法：首次适应算法、最佳适应算法、最坏适应算法、邻近适应算法
非连续分配：
基本分页存储管理
基本分段存储管理
段页式存储管理
内存空间分为许多相等的分区（分区、页框、页帧、内存块、物理块）
每个页框有一个编号（页框号、内存块号、页帧号、物理块号）
用户进程的地址空间分为与页框大小相等的一个个区域（页、页面）
每个页面一个编号（页号）
OS以页框为单位，给进程分配空间。页框与页一一对应。
逻辑地址→物理地址：
计算页号、页偏移量：
页号 = 逻辑地址 / 页面长度
偏移量 = 逻辑地址 % 页面长度
二进制表示：页面长度2的K次bit。 逻辑地址末尾K位表示偏移，前面的部分是页号。
逻辑结构：
页表：
页表寄存器：存放 页表在内存中的起始地址F，页表长度M。
页号二对应第三块内存块。因此直接取商就好。商就是页号。
越界中断：P>=M 页号在页表中不存在。
缺页中断：页框已经分配给进程了，但是进程还没有装入这个页面。
文件、磁盘
文件的逻辑结构
无结构：流式文件
有结构：记录式文件。由一组相似记录组成，每条记录又由若干数据项组成。
顺序文件、索引文件、索引顺序文件、多级索引顺序文件（100个记录为1组，每组平均查找50次）
目录结构
一个文件对应一个FCB，一个FCB就是一个目录项。多个FCB组成文件目录。
目录结构：单级目录、两级目录、多级目录、无环图目录
删除时，只是删除该用户的FCB，并且使共享计数器减一。 只有共享计数器为0时，才能删除文件。
文件的物理结构
磁盘中存储单元也被分块，与页面（内存块）大小相同。
分配方式：连续分配、链接分配、索引分配
磁盘
一次读写时间：寻道时间、延迟时间
磁盘调度算法：先来先服务、最短寻找时间优先算法、扫描算法、循环扫描算法（快速到达起始端）
IO
IO设备：机械部件、电子部件
电子部件：IO控制器（CPU → IO控制器 → 设备的机械部件
IO控制器的两种期存器编址方式：内存影响、寄存器独立编址
IO控制方式：程序直接控制方式、中断驱动方式、DMA方式、通道控制方式
程序直接控制方式：在IO的过程中，CPU需要不断轮询检查
中断驱动方式：CPU可和IO并行 但是每个字传输需要经过CPU，这样的中断处理太消耗时间（每次只能读写一个字
DMA方式：数据传送单位由字变成块 数据直接从设备到内存，或内存到设备。不需要CPU传递。
但如果读写多个离散存储的数据块，或者将数据分别写入到不同
的区域内存时，CPU需要发出多次IO指令，进行多次中断处理。
通道控制方式：通道是硬件，“弱鸡CPU”。 每次读写一组数据块。
IO软件层次：用户层软件、设备独立性软件、设备驱动程序、中断处理程序、硬件
用户层软件：用户使用库函数进行IO操作
设备独立性软件：实现与设备的硬件无关的功能。
1）向上层提供调用接口 2）设备保护 3）差错处理 4）设备的分配与回收 5）数据缓冲区管理
6）建立逻辑设备到物理设备的映射、根据类型选择驱动（逻辑设备表LUT）
设备驱动程序：对设备进行具体控制。
库函数翻译、设置设备寄存器、检查设备状态
中断处理程序：进行中断处理
用户层软件通过systemcall请求设备独立性软件层的服务。
设备独立性软件层根据LUT调用设备对应的驱动。
驱动程序向IO控制器发出命令。
等待IO完成的进程会被阻塞。因此需要进程切换。进程切换需要中断。
IO任务完成时，IO控制器发出中断信号。系统根据中断信号类型，找到相应的中断处理程序并执行。
IO核心子系统
IO的软件层次中，除了用户层，其他的是IO系统。
用户层软件：假脱机技术（SPOOLing）
设备独立性软件：IO调度（如：磁盘调度）、设备保护（UNIX中，设备被看做文件，有对应的FCB，判断用户是否有访问权限）
脱机：脱离主机控制，进行输入输出。
磁盘：输出井、输入井
内存：输入缓冲区、输出缓冲区（输入进程、输出进程分别模拟脱机输入的外围控制机
IO设备 ←→ 内存 ←→ 磁盘
SPOOLing技术可以把独占式设备改为共享设备。
IO设备的分配与回收
设备控制表：DCT 每个设备一张，用于记录设备情况
控制器控制表：COCT 每个设备控制器一张，OS根据COCT对控制器进行操作、管理。
通道控制表：CHCT 每个通道一张，OS根据CHCT对通道进行操作、管理。
系统设备表：SDT 记录了系统中全部设备的情况。
设备分配步骤：
根据设备名找SDT
根据SDT，找DCT 分配设备给进行
根据DCT，找COCT 分配控制器给进程
根据COCT，找CHCT 分配通道给进程
缓冲区管理
缓冲区充满后，才能把缓冲区的数据传出。
单缓冲、双缓冲、循环缓冲、缓冲池（h,s）
浙公网安备 33010602011771号