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操作系统
操作系统知识模块主要分为：操作系统概述、进程管理、内存管理、文件管理、输入/输出(I/O)管理。
1.操作系统概述
操作系统（Operating System，OS）是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织调度计算机的工作和资源分配，以提供给用户和其他软件方便的接口和环境的程序集合。
操作系统的基本特征包括：并发、共享、虚拟和异步。
- 并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
- 虚拟是指把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。操作系统的虚拟技术可归纳为：时分复用技术，如处理器的分时共享；空分复用技术，如虚拟存储器。
- 异步是指在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于自由有限，进程的执行不是一贯到底，而是走走停停，以不可知的速度向前推进，这就是进程的异步性。
2.进程管理
进程：
目的：更好地描述和控制程序并发执行；
定义：进程是进程实体的一次运行，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位；
组成：
- PCB：保存进程运行期间相关的数据，是进程存在的唯一标志
- 程序段：能被进程调度程序调度到CPU运行的程序代码段
- 数据段：存储程序运行期间的相关数据，可以是原始数据也可以是相关结果
进程状态：
-
状态种类：
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运行状态：进程正在处理机上运行
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就绪状态：进程已获得除处理机之外的一切所需资源
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阻塞状态：进程正在等待某一事件而暂停运行
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创建状态：进程正在被创建，尚未转到就绪状态
- 创建完成后转到就绪状态
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结束状态：进程正从系统中消失，分为正常结束和异常退出
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-
状态变化：
- 就绪->运行：经过处理机调度，就绪进程得到处理机资源
- 运行->就绪：时间片用完或在可剥夺系统中有更高优先级进程进入
- 运行->阻塞：进行需要的某一资源还没准备好
- 阻塞->就绪：进程需要的资源已准备好
进程控制：
- 创建：终端用户登录系统、作业调度、系统提供服务、用户程序的应用请求等；
- 终止：正常结束、发生异常、外界干预
- 阻塞：等待资源
- 唤醒：资源到达
- 切换：时间片用完、主动放弃处理机、被更高优先级的进程剥夺处理机
进程通信：
-
共享存储：
- 低级方式：基于数据结构的共享
- 高级方式：基于存储区的共享
-
消息传递：
- 直接通信方式：直接把消息挂到接收进程的消息队列
- 间接通信方式：挂到某个中间实体，接收进程找实体接收消息，类似电子邮件
-
管道通信：利用一种特殊的pipe文件连接两个进程
代价：
- 时间代价：进行进程间的切换、同步及通信等所付出的时间开销
- 空间代价：进程控制块及协调各运行机构所占用的内存空间开销
线程：
- 引入目的：为了更好的使多道程序并发执行，以提高资源利用率和系统吞吐量，增加并发程序
- 特点：是程序执行的最小单元，基本不拥有任何系统资源
- 实现方式：用户级线程、系统线程
调度：
调度层次：
- 作业调度（高级调度）：选择处于后备状态的作业分配资源，发送频率低
- 内存调度（中级调度）：选择暂时不能允许的进程调出内存，发送频率中等
- 进程调度（低级调度）：选择就绪队列中合适的进程分配处理机，发生频率高
进程调度原因：合理的处理计算机软硬件资源
进程调度方式：
- 剥夺式：有更为重要或紧迫的进程需要使用处理机，立即分配
- 非剥夺式：有更为重要或紧迫的进程需要使用处理机，仍让当前进程继续执行
典型调度算法：
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先来先服务：选择最先进入队列的
- 不可剥夺
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短作业优先：选择完成时间最短的
-
优先级调度：选择优先级最高的
-
高响应比优先：选择响应比最高的
- 响应比Rp = (等待时间+要求服务时间) / 要求服务时间
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时间片轮转：总数选择就绪队列中的第一个进程，但仅能运行一个时间片
- 绝对可抢占
-
多级反馈队列：时间片轮转调度算法和优先级调度算法的综合和发展
