OS知识点总结

转自：https://blog.csdn.net/csdn_chai/article/details/78002202

1.什么是操作系统？

OS是用户与硬件之间的接口，管理计算机的软件和硬件资源。

2.计算机的硬件包括：CPU、输入输出设备、存储器、总线等。

3.什么是进程？什么是线程？

进程是资源分配的独立单位，进程有独立的地址空间。是程序的一次执行，包含代码和数据。

线程是CPU调度的基本单位，线程使用父进程的数据空间，调度线程比调度进程更快，开销更小。

*资源分配中的资源是指：CPU时间、 存储器、文件和IO设备。

4.进程和线程的区别，相比进程，线程有哪些好处?

线程切换开销小。（我能想到的就这么多，具体是指哪些开销呢？我不知道）

区别：

1）一个进程可以有多个线程，多个线程可以并发。

2）进程和线程是不同的资源管理方式，进程拥有独立的地址空间，线程没有，同一进程的线程共享数据。

3）线程不占用系统资源，调度线程比调度进程开销小。

4）对于要求同时进行并且共享变量，只能使用多线程。

但是到底进程切换都有哪些操作呢？如果明白了肯定会加深这个的理解。

转自：https://blog.csdn.net/shadow2512/article/details/73611805

概念：进程切换就是被中断进程与待运行进程之间的上下文切换（必须在内核模式下进行进程切换）。

具体过程：

转换为内核模式，压入程序状态字和程序计数器，将被中断进程的栈指针保存到进程控制块，调整被中断进程的状态，把被中断的进程加入相关队列等待，选中下一个进程改变其状态，设备被选中的进程的地址空间，将被选中进程的栈指针存到处理寄存器中；切换到用户模式并且弹出程序状态字和程序计数器。

进程切换发生在时间片中断、IO中断；终止系统调用、发生异常。

//看完上边这个还是不太懂啊，很抽象啊。

上下文包括：通用目的寄存器，浮点寄存器，程序计数器，用户栈，状态寄存器，内核栈，各种内核数据结构。

内核可以处于进程上下文和终端上下文

5.进程间通信的方式？

Linux和windows都有的通信方式：管道、socket、共享内存、消息。

但是具体都是怎么操作的呢？不知道

6.线程同步？进程同步？是什么？方式有哪些？

线程同步是指多线程通过特定的方式来控制线程之间的执行顺序（同步）。

1）互斥量。只能有一个线程访问公共资源，拥有互斥对象才能访问公共资源，保证公共资源不会被多个线程同时访问。

2）信号量。保证了访问公共资源的最大的线程个数。

3）临界区，同时只能由一个线程进入临界区，互斥访问。

//进程同步：信号量、管程、分布式系统。

7.那么什么是临界区呢？

临界区就是每个进程中访问临界资源的那段代码，不能多个进程同时进入。

1）如果一个进程进入了临界区，那么其他进程等待；

2）如果当前进程不能进入临界区，那么就要释放CPU资源。

3）进入临界区的进程有访问控制时间，以便其他进程进入。

比如访问打印机的代码，

实现临界区：软件实现，中断屏蔽，硬件指令法。

8.进程有几种状态？及其之间的转换？

就绪：进程已经获得了除CPU以外的所有资源，正在等待CPU调度。

运行：获得了CPU资源。

阻塞：进程等待某些条件，在某些条件达成前无法执行。

需要注意的是：运行到就绪状态转换是超时、时间片用完。

9.进程创建的过程

1. 给进程分类一个唯一的标识符

2.给进程分配存储空间

3.初始化进程控制块PCB（PCB见下）

4.放入队列，等待CPU资源。

10.PCB保存了哪些信息？

保存了进程的标识信息（进程的id），进程的状态信息（就绪、运行、阻塞），进程的控制信息（调度相关信息：进程优先级；正文段指针、数据段指针）

系统对进程的管理通过管理PCB实现；每个进程创建时否会分配PCB，在进程撤销时，收回PCB；提供进程调度需要的资源。

11.进程调度的几种算法？

1）时间片轮转调度：给每个进程固定的时间片来执行，按照顺序，时间片使用完了之后就执行下一个。属于抢占式调度，平均等待时间较长，而且上下文切换频繁，

2）先来先服务：属于非抢占调度，实现简单，但是对短作业不利。

3）多级反馈队列调度：多个优先级队列，根据优先级的降低时间片长度增加，先执行优先级高的，每个队列内部使用时间片轮转，如果没在当前时间片内执行完，那么就放到下一优先级队列的队尾；高优先级队列为空时，去执行低优先级队列内容。

12.进程调度和线程调度

两者均有3种状态，当线程进行系统调用时会阻塞进程，但是线程还是处于运行态，不会阻塞。

用户级线程和内核级线程不太懂欸。

13.什么是死锁？

在两个以上的并发进程中，每个进程都保持某种资源，并且申请其他进程所占用的资源，而且又有循环等待，无法推进。

条件：互斥、循环等待（若干进程首尾相连形成环等待关系）、非剥夺（无法在进程结束前剥夺对资源的占有）、请求与保持（一个进程请求资源时，不释放自己占有的资源）

如何解决死锁？

1）死锁预防。

破坏后三个条件：

a.破坏循环等待，就是不让申请资源形成环路。对资源排序，进程如果申请到了R资源，那么下次只能申请排在R后面的，不能申排在其前面的，定制一个规则。

b.破坏非剥夺。当无法得到自己申请的资源时，先释放自己的资源，等需要时再申请。

c.破坏请求与保持条件，在程序运行前，必须申请所有需要的资源。（感觉b和c有点像啊！）

2）死锁避免。

没有采取上边三个措施预防，而是在资源动态分配的过程中，防止系统进入不安全状态。

代表算法：银行家算法。

寻找安全的进程序列，安全才分配资源。

对每个进程查看现在资源能否满足 其所需资源，如果可以，那么就分配，并且现有资源要变为现在有的资源数+已经分配进程的资源。

再对下一个进程进行同样的判定。看是否存在安全序列，如果存在才分配资源。

//没复习之前看见这两个感觉都是一样的，并且根本就不知道其中指的内容是什么。

死锁检测与解除：

资源分配图（其实看见资源分配图已经不知道是什么了）

转自：https://blog.csdn.net/ai977313677/article/details/72780203

有边和节点，边表示对资源的申请和占有，点表示进程，是有向图。

如果图中存在环路，那么可能存在死锁；如果图中不存在环路，那么肯定不存在死锁。

14.线程/进程同步和PV操作

//不知道这个会不会考到啊，但是好像什么都不记得了，还是复习一下吧！

-读者-写者问题

-生产者消费者

-哲学家就餐问题

1）读者写者问题

读文件时其他进程也可以读；写文件时，其他进程不能读也不能写。

读者优先：

将所有读者读完，才允许写者进来，会导致写者饥饿。

怎么实现呢？

这个就说的很好，有三个变量，因为readercount是一个全局的，那么它需要有个锁来保持它的更新统一。

当有读者时，读者数量++，如果是第一个读者，那么就P读写文件的互斥量；如果最后一个读者已经读完，那么就V互斥量，允许写者写了。

写者优先：

那么就让写者一直进来，对写者进行计数，如果是第一个写者，那么就将读取的锁P，如果是最后一个写者，那么就将读取的锁V；读者的代码是不变的。

总之就是对读者写者分别计数，第一个和最后一个的情况要做P和V的操作。

2）哲学家就餐问题

每次最多只允许4位哲学家拿左筷子，这样就可以允许有一位哲学家就餐，就餐完之后放下筷子，。

3）生产者-消费者问题

消费者不能消费空的缓冲区，生产者不能向满的缓冲区产生数据。

那么在运行生产者代码的时候先P一下empty判断是否是满的，并且对缓冲区的访问也是互斥的，有一个互斥量；生产完之后就V一下通知缓冲区有内容。

消费者也是如此，通知缓冲区有空闲。

15.互斥量和信号量

互斥量是一种特殊的信号量。

互斥量：它总被初始化为1，它的PV操作是在一个函数内，主要就是对临界区的进行封锁。

信号量：它是线程间通信的方法，PV操作在两个线程中，PV操作在两个线程中，通常一个线程释放信号量，另一个在信号量上排队。初始化为非负数0~n.。

16.什么是物理内存？虚拟内存？

转自:https://blog.csdn.net/li187li/article/details/52802127

物理内存是实际的内存，在CPU中指的是寻址空间的大小，比如有20根总线，那么寻址空间就是1MB，32位内存寻址就是4GB。

那么为什么需要虚拟内存呢？

因为物理内存大小是有限的，如果现在运行的一个进程需要的内存可能是大于物理内存的，那么就不能所有的数据都加载到物理内存中，那么剩下的部分就需要先放到磁盘中，等需要时再调入内存，所以虚拟内存是进程运行时所用的内存空间的总和，并且有一部分是不在物理内存当中的。

什么是虚拟内存地址和物理内存地址呢？

计算机内存是分页的，有一个页表，映射虚拟内存页到磁盘，操作系统有页面失效功能，操作系统找到一个最少使用的页帧，并且将其写入磁盘，将需要访问的页调入内存，并且修改页表项的映射，保证了所有的虚拟页都会被调度。这就是处理虚拟内存到物理内存的步骤。

转自：http://www.cnblogs.com/dyllove98/archive/2013/06/12/3132940.html

在每个进程创建加载时，内核只是为进程创建了虚拟内存的布局，初始化PCB中的相关链表，建立起虚拟内存和磁盘的映射关系，并不需要立即把进程的程序和数据拷贝到物理内存中，等运行到对应的程序时，才通过缺页中断调入内存。

虚拟空间都被映射到了磁盘空间中，由页表映射到磁盘文件中，当访问到某个位置的时候，通过页表项判断是否在内存中，如果不是则缺页中断或会发生页面替换。

17.内存分区

四种：固定分区（内部碎片）、动态分区、分页、分段。

动态分区：最佳适配、首次适配、下次适配（从上次放置的位置开始选择一个满足大小的空闲块）

分页和分段的区别：

页表项映射到内存块中，每次CPU存取一个数据，都要两次访存，一次是访问页表，一次是访问实际物理地址，可以增加一个快表，

页面置换算法包括：NRU最近未使用、FIFO先进先出、尔二次机会等。

分段：