操作系统提纲总结

###1 处理机管理功能
进程控制；进程同步；进程通信；调度
###2 储存器管理功能
内存分配；内存保护；地址映射；内存扩充虚拟储存
###3 设备管理功能
缓冲管理；设备分配；设备处理
###4 文件管理
文件储存空间的管理；目录管理；文件的读写管理和保护
###5 用户接口
命令接口：终端或控制台；程序接口：系统调用；图形接口

2 进程管理

2.1进程

###1 进程定义：
进程是程序的一次执行；
进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动；
进程是程序在一个数据集合上运行的过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位
进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位
###2 进程的三种基本状态
就绪、执行、阻塞
###3 每一个进程都有
逻辑控制流、私有地址空间
###4 进程控制块（PCB）
OS是根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理的

进程控制块中的信息包括

进程标识符
处理机状态：寄存器、指令计数器、程序状态字、用户栈指针
进程调度信息
进程控制信息

2.2进程控制与同步

###1 信号量的应用
实现进程互斥；
实现前驱关系

###2 经典进程的同步问题

生产者-消费者问题？
哲学家进餐问题？
读者-写者问题

2.3线程

###1 线程定义
线程是程序中一个单一的顺序控制流程，是系统独立调度和分派CPU的基本单位。同一个进程的多个线程共享相同的：代码段、数据段、操作系统的资源，可并发执行
###2 线程间的同步和通信

互斥锁：开锁和关锁两个状态
条件变量：每个条件变量通常与一个互斥锁一起使用
信号量机制：分为私有信号量与公有信号量

2.4进程间的通信

###1 共享内存：允许两个或更多进程共享一个给定的存储区，不需要复制数据，是最快的IPC，但是多个进程对一个给定存储区的同步访问是有限制的

但是传递消息对于传递少量信息、数据更有用，一般通过系统调用实现，有较大的开销

###2 Message passing system:是用的最广泛的一种进程通信机制
信号是送到进程的“软件中断”，通知进程出现了非正常事件

发送信号：

通过命令kill发信号
通过系统调用发送信号
通过键盘发送信号

进程对信号的处理方式：

设置为缺省处理方式
忽略该信号
捕捉信号并定义相关的handler。用户在自己的程序中事先定义好一个函数，当信号发生后就去执行

消息传递通信的两种方法：

直接通信方式
间接通信方式：信箱

###3 管道pipe通信
数据传输：一个进程的输入作为另一个进程的输出
生产者消费者模式，内存不共享

无名管道实际上是内存中的一个临时存储区，它由系统安全控制，并且独立于创建它的进程的内存区。
父子进程需要双向通信时，应采用两个管道

3 处理器调度

3.1 处理器调度的层次

低级调度：进程调度，决定哪个可用进程占用处理器执行
就绪态->运行态
低级调度的主要功能：
记住进程或者内核级线程的状态
决定某个进程或者内核级线程什么时候获得处理器，以及占用多长时间
吧处理器分配给进程或者内核级线程
收回处理器
中级调度：平衡负载调度，决定主存中的可用进程集合，把一些进程调至外存去等待
挂起就绪态->就绪态
高级调度：作业调度，决定能否加入到可执行的进程池中
新建态->挂起就绪态/就绪态

3.2 调度算法

###1 先来先服务
###2 短作业优先调度算法
###3 优先权调度算法
非抢占式优先权算法与抢占式优先权调度算法
###4 基于时间片的轮转调度算法

3.3 Linux任务调度

linux将进程分成实时进程和普通进程，其实时进程应先于普通进程运行。
对于实时进程，采用FIFO和RR（时间片轮转调度）
对于普通进程，采取动态优先调度

4 储存器管理

4.1 程序的链接

静态链接方式
装入时动态链接
运行时动态链接

4.2 分页储存管理

将一个进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的片，称为页面或页
页表：map virtual pages to physical pages
多级页表：逻辑地址空间很大，页表也就很大
一张位示图表面页是否被占用

快表：为提高地址转换速度设置一个专用的高速存储器，用来存放页表的一部分，且高速存储器为理想存储器，即按内容寻址

4.3 虚拟内存virtual memory

访问局限性定理
为什么采用虚拟内存？
让主存更有效、简化内存管理、隔离地址空间

作为caching的工具：逻辑上对内存容量加以扩充，逻辑容量有内存容量和外存容量之和决定
作为内存管理的工具：每个进程有自己的虚拟内存空间，并且process can view memory as a simple linear array
作为内存保护的工具：permission bits决定能否读写

4.4 请求分页储存管理方式

把进程的全部页面装入虚拟存储器，执行时先把进程第一页装入实际内存，然后根据执行行为，动态调入不在主存的页，同时进行必要的页面调出

地址转换：
CPU处理地址：若页在内存，则获得块号形成绝对地址；若页不再内存，则CPU发出缺页中断
操作系统处理缺页中断：若有空闲物理也架，则根据外存地址调入页，更新页表与快表；若无空闲页架，则决定淘汰页，调出已修改页，调入新页，更新页表与快表

物理块分配、页表创建和初始化、页面调度置换算法
……

4.5 段式存储管理

分段存储器的逻辑地址由两部分组成：段号：单元号，
基于可变分区存储管理实现，一个进程要占用多个分区
硬件要增加一组用户可见的段地址寄存器（代码段、数据段、堆栈段、附加段）

4.6 段页式存储管理

段式存储管理基于页式存储管理实现，每一段不必占据连续的存储空间，可存放在不连续的主存页架中

5 设备管理

5.1 I/O设备

低速设备、中速设备、高速设备
块设备（以数据块为单位储存信息）、字符设备（基本单位为字符）
设备控制器→数据线、状态线、控制线→I/O设备

5.2 I/O控制方式

###1 程序I/O方式：循环测试等待
###2 中断驱动I/O控制方式
###3 直接储存器访问I/O控制方式（DMA direct memory access）
设备与内存之间，使CPU不介入传送时的操作，基本单元是数据块
###4 I/O通道控制方式：可实现CPU、通道、和I/O设备三者的并行操作

5.3 缓冲

缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾，减少对CPU的中断频率，提高CPU和I/O设备之间的并行性
缓冲池：既可用于输入又可用于输出的公用缓冲池，可形成三个队列：空缓冲队列、输入队列、输出队列

5.4 设备分配

设备控制表
设备的独立性：应用程序独立于具体使用的物理设备。应用程序使用逻辑设备名称来请求使用某类设备，系统执行使用物理设备名称。

5.5 SPOOLing技术

SPOOLing程序与外设进行数据交换，应用程序进行I/O操作时，是和SPOOLing程序交换数据，因为虚拟I/O比实际I/O速度快，可以对独占设备互斥共享使用

6 文件管理

6.1 文件定义

具有文件名的一组相关元素的集合，是文件系统中最大的一个数据单位，分成有结构文件和无结构文件。
有结构文件有若干个相关记录组成
无结构文件：即流式文件，被看成一个字符流，在UNIX系统中，所有的文件被看作成流式文件

6.2 文件系统模型

用户
↓
文件系统接口
↓
对对象操纵和管理的软件集合
↓
对象及其属性

6.3 外存分配方式

连续分配：顺序访问很快，但事先必须知道文件的长度
链接分配：不支持高效的直接存取
索引分配：可单级索引分配和多级索引分配

6.4目录管理

多级目录结构
目录查询技术：线性检索法、hash方法

6.5 文件存储空间管理：

空闲表法、空闲链表法

6.6 文件共享与文件保护：

利用符号链实现文件共享

6.7 数据一致性控制

事务是用于访问和修改各种数据项的一个程序单位。事务也可以被看作是一系列相关读和写操作。
事务记录、恢复算法、检查点check point

7 操作系统接口

UNIX系统调用的类型
进程控制、文件操纵、进程间通信、信息维护