三、操作系统知识（1）
1.基础知识
软件分类：应用软件、系统软件
操作系统
作用：1.通过资源管理（CPU管理、存储管理、设备管理、文件管理），提高计算机系统的效率。
2.改善人机界面，向用户提供友好的工作环境。
特征：并发性、共享性、虚拟性、不确定性
功能：
1.处理机管理（进程控制、进程同步、进程通信、进程调度）
2.文件管理，即信息管理（存储空间管理、目录管理、读写管理、存取管理）
3.存储管理（分配与回收、存储保护、地址映射、贮存扩充）
4.设备管理（分配、启动、完成、回收）
5.作业管理
接口：系统命令级接口、编程级接口
类型：
1.批处理操作系统：单道批处理操作系统、多道批处理操作系统（多道、宏观上并行运行、微观上串行运行）
作业组成：用户程序、数据、作业说明书（作业控制语言）
2.分时操作系统：将CPU的工作时间划分为许多很短的时间片，轮流为各个终端的用户服务。
特点：多路性、独立性、交互性、及时性
UNIX，多用户、多任务的分时操作系统
3.实时操作系统：
分类：实时控制系统、实时信息处理系统
特点：快速的相应时间（中断方式、“事件驱动”方式）、有限的交互能力、高可靠性（双机系统、多级容错）
与分时系统的区别：
1.设计目标不同。分时：多用户的通用系统，交互能力强；实时：专用系统
2.交互性强弱不同。分时：交互能力强；实时：仅允许操作、访问有限的专用程序，不能随便修改，交互能力差
3.相应时间敏感度不同。分时：以人能接受的等待时间；实时：以被测物体所能接受的延迟，响应时间敏感度强
4.网络操作系统：使联网计算机共享网络资源
5.分布式操作系统：网络操作系统的更高级形式（+透明性、可靠性、高性能……）
与网络操作系统的差别：
1.网络：用户必须知道网址；分布：不必知道计算机的确切地址
2.分布：负责全系统的资源分配，很好地隐藏系统内部的实现细节（物理位置、并发控制、系统故障……对用户透明）
6.微机操作系统：配置在微机上
7.嵌入式操作系统：运行在嵌入式智能芯片环境中
2.处理机管理
即进程管理，重点：进程之间的并发、进程间相互合作与资源竞争问题
进程：是资源分配、独立运行的基本单位
基本概念
程序顺序执行特征：顺序性、封闭性、可再现性
程序并发执行特征:失去程序的封闭性；程序与执行活动不再一一对应；并发程序间相互制约
引发问题：进程间同步、互斥
进程：程序的一次执行，可以与其他程序并发执行。
组成：程序、数据、进程控制块（PCB）
进程控制块：进程存在的唯一标志
进程状态：
终止分为两个阶段：1.等待操作系统进行善后处理；2.释放主存
活跃就绪：进程在主存，且可被调度的状态
静止就绪：进程对兑换到辅存的状态
进程控制：由操作系统内核（Kernel）中的原语实现的
内核：是计算机系统硬件的首次延伸，是基于硬件的第一层软件扩充，为系统对进程控制、管理提供了良好的环境。
原语：由若凡条机器指令组成，用于完成特定功能的程序段。特点：在执行时不能被分割，即原子操作要么都做，要么都不做。
进程通信：各个进程交换信息的过程
多道系统中，多进程并发执行，进程间存在资源共享、相互合作的问题。
同步：合作进程间的直接制约问题。进程间完成一项任务时，直接发生相互作用的关系
互斥：申请临界资源进程间的间接制约问题。系统中各进程互斥使用临界资源。
临界区（Critical Section，CS）:进程中对临界资源实施操作的那段程序。
管理原则：有空即进、无空则等、有限等待、让权等待
信号量机制：一种有效的进程同步、互斥工具
分类：整型信号量、纪录型信号量、信号量集机制
公用信号量：实现进程间的互斥，初值为1，或资源的数目
私用信号量：实现进程间的同步，初值为0，或某个正整数
信号量S：S>=0，表示某资源的可用数；S<0,绝对值表示阻塞队列中等待该资源的进程数。
进程执行正确：1.自身的正确性；2、执行中与其他相关进程正确同步、互斥
PV操作：实现进程同步、互斥的常用方法。低级通信语言，执行期间不可分割。
P操作：申请一个资源；
V操作：释放一个资源
PV操作实现：令信号量mutex初值为1，当进入临界区执行P操作，退出临界区执行V操作
典型：单缓冲区的生产者和消费者的同步问题
PV操作缺点：1、编程难度大，通信不透明，易死锁，利用低级通信工具实现；2、效率低，每次只能操作一个消息
进程通信：低级方式（PV操作）、高级方式
高级通信方式：共享存储模式、消息传递模式、管道模式
管程：
为了解决分散编程带来的困难。提供的以中国可以允许都进程安全、有效地共享抽象数据类型的机制（由“条件结构”所提供）
基本思想：采用资源集中管理的方法，将系统中的资源用某种数据结构抽象地表示出来。由于临界区是访问共享资源的代码段，建立一个管程管理进程提出的访问请求
组成：共享数据、能为并发进程所执行的作用在共享数据上的操作的集合、初始代码、存取权
结构：每个管程都要有一个名字以供标识
生产者—消费者问题
进程调度
当有更高优先级的进程到来时如何分配CPU
方式分类：可剥夺、不可剥夺
三级调度：
1.高级调度：即长调度、作业调度、接纳调度。哪个后备作业调入主系统，成为就绪进程。系统中一个作业只需经过一次高级调度
2.中级调度：即中程调度、对换调度。哪个就绪进程调入内存，内存紧张时，将内存阻塞进程与盘交换区的进程互换位置。
3.低级调度：即短程调度、进程调度。那个内存中就绪进程占用CPU。是操作系统中最活跃、最重要的调度程序
调度算法：
1.先来先服务：作业提交次序、就绪状态次序。利于长作业，不利于短作业；利于CPU繁忙的作业，不利于I/O繁忙的作业。主要用于宏观调度
2、时间片轮转：提高进程并发性、相应时间，从而提高资源（除CPU之外）利用率。主要用于微观调度。固定时间片、可变时间片
3、优先级调度：每个进程都拥有一个优先数，大的占用CPU。静态优先级、动态优先级
4、多级反馈调度算法：时间片轮转算法和优先级算法的综合。短进程，提高系统吞吐量、缩短平均周转时间；I/O型进程，获得较好的I/O设备利用率，缩短相应时间；不必估计进程的执行时间，动态调节优先级
优先级：
1.I/O型进程：最高优先级队列，小的时间片，执行后转入阻塞队列。以及时响应需要I/O交互的进程
2.计算型进程：最大时间片，最少调度次数，执行后转入更低级队列。
3.I/O请求不多，主要是CPU处理的进程：执行后转入优先I/0请求时离开的队列
5.I/O完成时，提高优先级；时间片用完，降低优先级。
死锁：两个以上的进程相互都要去对方已经占有的资源（硬件、软件）导致无法继续运行下去的现象
1.进程推进顺序不当
2.同类资源分配不当
3.PV操纵不当
原因：竞争资源、进程推进顺序非法
产生的必要条件：互斥、请求保持、不可剥夺、环路
处理策略：
1.鸵鸟策略（不理睬策略）
2.预防策略：限制并发进程对资源的请求，严格防止死锁产生。预先静态分配法（破坏“不可剥夺”条件）、资源有序分配法（破坏“环路”条件）
3.避免策略：不那么严格防止死锁产生。
银行家算法：如果进程发出可以满足的资源请求，检测分配后，系统是否进入安全状态，来决定是否分配资源。
安全状态：系统能按某种顺序（安全序列）为每个进程分配其所需资源，直至最大需求，使每个进程都可顺利完成
4.死锁检测：允许死锁，形同定时运行一个死锁检测程序，如果发现死锁，设法解除
5.死锁解除：资源剥夺法、撤销进程法
线程
进程
基本属性：独立分配资源的单位
系统时空开销大（进程创建、撤销、切换），系统中设置进程的数目不宜过多，进程切换频率不宜太高，限制了并发程度的提高。
线程：
即，轻型进程
基本属性：拥有资源的独立单位，独立调度、分配的基本单位
减少程序并发执行时付出的时空开销
是进程中的一个实体，是被系统独立发你陪、调度的基本单位。线程基本上不拥有资源，只拥有一点运行中必不可少的资源（程序计数器、寄存器、栈），与同属一个进程的其他县城共享进程中所拥有的全部资源
基本状态：就绪、运行、阻塞
可创建另一个咸亨，同一个进程中的多个线程可并发执行。
用户级线程、内核支持线程：是否依赖内核，系统的创建、撤销、切换是否通过系统调用来实现。
系统进程、用户进程：都依赖于内核中的进程调度，且在内核支持下进行切换的
