星辰火之梦

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314298操作系统概述计算机操作系统 操作系统概述 操作系统的认识计算机操作系统 操作系统概述 操作系统的运行进程管理计算机操作系统 进程管理 进程的概念和控制计算机操作系统 进程管理 线程计算机操作系统 进程管理 进程的调度计算机操作系统 进程管理 进程的通信与同步计算机操作系统 进程管理 进程同步经典问题计算机操作系统 进程管理 死锁内存管理内存管理 内存管

批处理操作系统(批量处理作业，单道批处理/多道批处理系统，用户不能与之交互)，分时操作系统(时间片轮转，可以进行用户交互)，实时操作系统(相对分时操作系统，紧急任务无需排队等待)并发与并行：并发性，又称共行性，是指能处理多个活动的能力。并行与并发是不同的，并行是指进程在CPU上同时执行，而并发只要求一段时间内进程同时能够运行，有可能是在这段时间内两者是串行执行的。程序：放在外存中的程序代码作业：正准备从外存调入内存的程序进程：正在从内存中运行的程序。

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计算机系统的组成包括（ ）A、程序和数据B、处理器和内存C、计算机硬件和计算机软件D、处理器、存储器和外围设备财务软件是一种（ ）A、系统软件B、接口软件C、应用软件D、用户软件世界上第一个操作系统是（ ）A、分时系统B、单道批处理系统C、多道批处理系统D、实时系统批处理操作系统提高了计算机的工作效率，但（ ）A、系统资源利用率不高B、在作业执行时用户不能直接干预C、系统吞吐量小D、不具备并行性。

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765磁盘的认识磁盘物理结构认识每个盘片有两个盘面，每个盘面有若干扇区和磁道磁盘访问时间计算磁盘访问时间 = 寻道时间 + 旋转时间 + 传输时间磁盘的调度存取时间决定性因素:寻道时间和旋转延迟往往机械过程时间远大于电磁过程，故传输时间可以忽略不计。磁盘带宽是传输的数据字节总数和请求服务开始和数据传输最后完成所需时间的比值。通过调度请求磁盘I/O的序列，可

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765操作系统部分的考试大纲（50分）（一）可参考书目1.操作系统实用教程（第三版），任爱华，清华大学出版社。2.现代操作系统(Modern Operating System) (The 3rd Edition),陈向群,马洪兵等译,Andrew S. Tanenbaum著,机械工业出版社。（二）复习内容1.操作系统概述a)操作系统的基本概念；内核态与用户态、中断、异

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765设备控制器主机与设备关系控制控制器构成主要构成：控制器-CPU接口，控制器-设备接口，I/O逻辑单元控制器-CPU接口：数据寄存器、控制寄存器、状态寄存器控制器-设备接口：数据信号、控制信号、状态信号I/O逻辑单元：用于实现CPU对外部设备的控制设备管理器的地址设备管理器的两种编址方式：内存映像编址，设备独立编址。前者是将端口地址视为内存一部分，从属于内

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765内存管理概述存储层次结构内存保护的方法上下限寄存器在CPU中设置上下限寄存器，用于分别存放作业在主存中的上限和下限地址界地址寄存器界地址寄存器存有进程的最大逻辑地址，若不越界，加上重定位寄存器(存有进程的起始物理地址)的值即为物理地址程序装入内存细节编译链接装入分区存储管理分类固定式分区：程序适应分区可变式分区：分区适应程序固定式分区的内存

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765进程的概念程序作业进程；程序+数据+程序控制块PCB通过多次执行，一个程序对应多个进程；通过调用关系，一个进程对应多个程序进程的状态进程挂起进程调度的分类与原则低级调度：作业调度中级调度：内存调度高级调度：进程调度剥夺式调度/非剥夺式调度CPU利用率：CPU实际工作时间除以总工作时间。无论哪种调度算法都要确保CPU利用率最高。系统吞吐量：单位时

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765文件系统实现概述文件系统是操作系统专门负责存取和管理外存上的文件信息的功能模块，文件系统的实现主要分两部分：目录实现和文件实现。文件系统的实现，需考虑的主要方面有：组织方式，层次结构，存取控制文件控制块文件分为两部分：文件体和文件控制块FCB(File Control Block)文件体：文件正文部分，存储文件本身的内容和有效的数据，是用户需要处理和保存的信息

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765认识文件系统文件系统模型常见文件系统FAT文件系统FAT文件系统(File Allocation Table)诞生于1977年，它最初是为软盘设计的文件系统，但是后来软盘逐渐被时代淘汰，加上微软推出Dos和Win系列系统，FAT文件系统经过适配被逐渐用到了硬盘上，并且在曾经的20年中，一直是主流的文件系统。后来随着硬件技术的进步，硬盘的容量也越来

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765文件的起源计算机的主要用途是利用软硬件资源，高效处理数字信息，这些信息包括程序和数据。随着计算机技术的不断发展和进步，处理的信息量越来越多，信息的存储和检索变得愈加重要。由于计算机内存容量有限，并且不能长期保存信息，所以通常把信息以一种单元的形式，也就是所谓的文件，存储在磁盘等外部存储器（简称外存）上。随着文件数量规模越来越大，种类越来越多，为方便文件的管理，出现了多

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765文件初步概念文件是数据的一种组织形式，是具有符号名的一组相关数据信息的集合。该符号名是用来标识文件的，称为文件名。文件名有两部分组成：文件主名和文件扩展名。文件主名通常用来体现文件的内容，文件扩展名用来体现文件的类型，两者用“.”这个符号分开。如下图所示的文件，文件名为“半山听雨.mp3”，是一个音频文件，主名为“半山听雨”，扩展名为“mp3”，主名体现了文件内容，扩

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765廉价冗余磁盘阵列的背景随着磁盘驱动器变得越来越小和廉价，在计算机系统中连接多个磁盘在经济上是可行的。如果计算机系统中的多个磁盘能够并行操作，可以提高数据读写的速率。此外由于冗余信息可以存储在多个磁盘上，这种组织结构潜在地提高了数据存储的可靠性。这样，一个磁盘的损坏不会导致所有数据的丢失。这种磁盘组织技术通称为廉价冗余磁盘阵列（Redundant Arrays of Ine

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765磁盘空间管理意义文件信息在大部分时间内都是存放在外存储器（主要是磁盘）上的，只在文件创建时放在内存和使用时从外存调入内存。一块磁盘的容量常有几百兆到数千兆字节，如果由用户来分配空间是不可想象的事情。为了使用户能够直接使用文件名存取所需的信息，而又无须知道信息存放的位置，文件系统除了要建立一个文件目录之外，还应建立一套文件存放空间的管理办法，以便能自动地和动态地分配、管理

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765磁盘调度算法概述磁盘存取时间主要取决于两个因素:寻道时间和旋转延迟，往往机械过程时间远大于电磁过程，故传输时间可以忽略不计。磁盘带宽是传输的数据字节总数和请求服务开始和数据传输最后完成所需时间的比值。通过调度请求磁盘I/O的序列，可以提高磁盘的带宽和效率。而如何高效调度请求磁盘I/O的序列，就是磁盘调度算法的主要内容。磁盘调度算法主要有：先来先服务算法（FCFS），

目录硬盘简史磁盘结构磁盘分类固定头磁盘这种磁盘在每条磁道上都有一个读/写磁头，所有的磁头都被装在一刚性磁臂中，通过这些磁头可访问所有的磁道，并进行并行读/写，有效地提高了磁盘的I/O速度。这种结构的磁盘主要用于大容量磁盘上。移动头磁盘每一个盘面仅配有一个磁头，也被装入磁臂中，为能访问该盘面上的所有磁道，该磁头必须能移动以进行寻道。可是，移动头磁盘只能进行串行读/写，致使IO速度较慢，但由于结构简单，故仍广泛地用于中、小型磁盘设备中。磁盘访问时间计算磁盘访问时间 = 寻道时间

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765介绍(SPOOLing, Simultaneous Peripheral Operation On Line), 也称为虚拟设备技术可把独享设备转变成具有共享特征的虚拟设备，从而提高设备利用率SPOOLing系统组成举例...

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765缓冲区概述I/O子系统可以使用主存或者磁盘上的存储空间来建立缓冲区，高速缓存来改善计算机效率。引入缓冲区的主要目的如下：克服速度传输时，发送方与接收方速度不匹配问题，利用缓冲区控制传输节奏在数据传输规模不同的设备之间重新组装数据包，避免资源浪费支持应用程序的复制语义复制语义举例说明：如果应用程序有一个数据缓冲区，使用系统调用将数据传递出去，但是按照正常逻辑

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765I/O控制概述CPU接口，控制器，设备是相互独立的三方CPU接口通过数据线，地址线，控制线与控制器通信控制器通过数据线，状态线，控制线与设备通信数据寄存器服务于CPU接口与设备的数据传输；控制寄存器用于实现逻辑控制；状态寄存器用于指明设备的工作状态(比如0代表可用，1代表不可用)；地址线往往是用于指示控制器具体是使用哪个设备。I/O控制的方式主要有四种：直接控制，

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765设备控制器的功能主机：主要由处理器和内存构成，与一般意义上的主机含义不同实现主机和设备间的交互与通信接收和识别来自处理器的控制命令设备状态的具体了解，记录和报告对设备传来的数据进行差错检测设备控制器的构成主要构成：控制器-CPU接口，控制器-设备接口，I/O逻辑单元控制器-CPU接口：数据寄存器、控制寄存器、状态寄存器控制器-设备接口：数据信号、控

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765I/O系统简述I/O设备是操作系统庞大复杂的主要原因之一，不同外部设备之间，速度差异很大，控制接口复杂，数据表示各异，与其它功能联系紧密，特别是文件系统。在这种情况下，难以针对设备做统一的规划与设计。对I/O设备的直接控制，是通过特定的设备控制器进行的，主机只需要对控制器进行操作即可，无需理会具体设备的参数细节。如下图所示，其中接口适配器只是针对设备控制器的管理和一些

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765虚拟页式管理的调页策略与置页策略调页策略虚拟存储器的调入策略决定什么时候将一个页由外存调入内存之中。在虚拟页式管理中有两种常用调入策略。请求调页（demand paging）∶只调入发生缺页时所需的页面。这种调入策略实现简单，但容易产生较多的缺页中断，造成对外存I/O次数多，时间开销过大，容易产生抖动现象。预调页（prepaging）∶在发生缺页需要调入某页时，一

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765局部性原理虚拟存储技术的实现依赖于局部性原理，即进程往往会不均匀地高度局部性地访问内存。局部性原理表现在时间局部性和空间局部性。时间局部性如果程序中的某条指令一旦被执行，不久以后该指令很可能会被再次执行；如果某数据被访问过，不久以后该数据很可能会被再次访问。产生时间局部性原理的典型原因，是由于程序中存在大量的循环操作或者重要函数模块的重复调用。空间局部性原理一旦

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765段页式存储管理

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765段式存储管理的来源与思想段氏存储管理的地址映射段氏存储管理的优劣与对比

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765基本概念如果可以把一个逻辑地址连续的的程序分散存放到若干不连续的内存区域内，并保证程序的正确执行，则既可充分利用内存空间，又可减少移动带来的开销。这就是页式管理的基本思想，结合前面的分区存储管理会更加容易理解。相当于程序代码中所使用的逻辑地址划分成页，进程实际用的内存物理地址划分成存储块，且一个页与一个存储块大小一样，这样可以实现页内地址和存储块内地址的一一对应。

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765单道程序的内存管理多道程序的内存管理后面详细讨论固定式分区分配和可变式分区分配，它们都是分区存储管理。固定式分区分配把内存划分为若干个固定大小的连续分区，每个分区装入一个作业，分区可以同等大小，也可以差异不等。面对分区大小的差异，可以用两种方法进行处理：单一队列的分配方式，多队列分配方式单一队列的分配方式多队列分配方式固定式分区分配的优劣讨论

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765内存管理的认识存储器的发展方向是高速、大容量和小体积，即存储器尝试更高读写速度，更大存储容量，更小物理体积。在计算机中，常见的存储器有：寄存器，缓存，内存，硬盘，一般硬盘之类的辅助存储器又称外存。在平均读写速度上，有：寄存器>缓存>内存>外存在单位容量价格上，有：外存<内存<缓存<寄存器CPU处理器只能直接访问内存，而不能访问外

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765线程的由来如果说，在操作系统中引入进程的目的，是为了使多个程序并发执行，以改善资源利用率及提高系统的吞吐量;那么，在操作系统中再引入线程则是为了减少程序并发执行时所付出的时空开销，使操作系统具有更好的并发性。为了说明这一点，我们首先回顾进程的两个基本属性∶一是进程是一个可拥有资源的独立单位;二是进程同时又是一个可以独立调度和分配的基本单位。正是由于进程具有这两个基本属性

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765死锁的概念与原因死锁的概念死锁发生的四个必要条件环路等待条件又叫循环等待条件循环等待条件，请求和保持条件，互斥条件，不可剥夺条件。死锁的处理死锁的预防只要保证任何时刻产生死锁的四个条件至少有一个不成立，就可以起到预防死锁的目的。破坏互斥条件即允许进程同时访问某些资源，这样就没有资源的互斥使用问题了。但是，有的资源是不允许被同时访问的，像打印机等

目录生产者－消费者问题用PV操作解决生产者/消费者问题读者－写者问题用PV操作解决读者－写者问题哲学家进餐问题用PV操作解决哲学家进餐问题

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765进程的同步与互斥在计算机中有许多资源一次只能允许一个进程使用，如果有多个进程同时使用这类资源就会引起激烈的竞争，即互斥。因此必须保护这些资源，避免两个或多个进程同时访问这类资源，例如打印机等硬设备和变量、队列等数据结构。我们把那些某段时间内只允许一个进程使用的资源称为临界资源。几个进程若共享同一临界资源，它们必须以互相排斥的方式使用这个临界资源，即当一个进程正在使用临界

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765进程的通信进程通信是指进程间的信息交换进程通信的分类进程通信分为低级通信和高级通信低级通信：交换少量信息，PV操作(后面进程同步会讲)是低级通信方式，常用来实现对临界资源的互斥共享。高级通信：以较高的效率交换大量数据的通信方式高级通信方式共享存储：共享存储是在通信的进程之间存在一块可直接访问的共享空间，通过对这片空间的读写操作实现进程之间的消息交换。值得注意

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765进程调度分类进程调度是对CPU资源进行合理的分配使用，以提高处理机利用率，并使各用户公平地得到处理机资源。进程调度分为低级调度，中级调度，高级调度。低级调度又称作业调度，主要任务是按一定的原则从外存上处于后备状态的作业中挑选一个或几个作业，调入内存并分配必要的资源，建立进程，一般调度频率低。中级调度又称内存调度，主要任务是将一些暂时不能运行的进程从内存调至外存，

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765进程的状态注：处理机即CPU由此可以看出，进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。进程的周期举例说明：假设程序A具有检验一个正整数是否为素数的功能进程创建：为该程序创建一个进程(姑且叫素数检验进程)，并申请一个空白的PCB，填写一些关键参数和数据，分配必要的硬件资源(如内存空间)进程就绪：素数检验进程创建和分配了必要的硬件资源后，只需要处理器即可执行

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314765由CPU并行引发的思考现代计算机CPU是并行执行程序的，本质上宏观上并行，微观上串行。比如有A，B两个程序在并行执行，将CPU的1s时间平均分为一万份时间片，并排上序号0，1，2…，9999.在序号为偶数的时间片执行A，序号为奇数的时间片执行B，由于1s的万分之一特别短，以致出现了在宏观上感觉A和B在并行执行。程序指令在CPU中执行，会使用CPU中的寄存器保存一些状态

目录https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45792450/article/details/109314298用户态和核心态操作系统是负责管理各种软硬件资源的软件，在计算机系统中，CPU不仅要执行操作系统，也要执行用户程序。这两种程序作用不同，作为管理者的操作系统自然要有一些特权指令才行。执行操作系统的状态称为核心态(管态)，执行用户程序的状态称为用户态。执行在管态下的系统软件称为操作系统的内核，通常包括一些对硬件密切相关的模块和使用频率较高的程序。操作系统内核相关内容：时钟管

目录计算机的发展第一代计算机：采用电子管，体积大，耗电多，价格贵，可靠性差第二代计算机：采用晶体管，体积，耗电，价格，可靠性方面均大幅改善第三代计算机：采用集成电路，功能日益完善，硬件资源更加充分利用第四代计算机：采用超大规模集成电路，运算速度等性能指标更进一步提高，典型案例：超级计算机操作系统的功能现代计算机含有丰富的软件，硬件资源，操作系统就是实现硬件资源与软件资源充分利用和交互的一套专门软件资源。有了操作系统，多数软件工程师不用过于关心底层硬件的二进制机器语言如何执行，只需按照一定的

目录随着磁盘驱动器变得越来越小和廉价，在计算机系统中连接多个磁盘在经济上是可行的。如果计算机系统中的多个磁盘能够并行操作，可以提高数据读写的速率。此外由于冗余信息可以存储在多个磁盘上，这种组织结构潜在地提高了数据存储的可靠性。这样，一个磁盘的损坏不会导致所有数据的丢失。这种磁盘组织技术通称为廉价冗余磁盘阵列（redundant arrays of inexpensive disks，RAID），通常用于提高系统的性能和可靠性。磁盘阵列中针对不同的应用使用的不同技术，称为RAID level，每一lev