计算机系统概述

操作系统的定义？

操作系统能够进行工作调度和资源分配，为上层提供接口。

1. 操作系统是计算机资源的管理者：处理机管理、存储器管理、文件管理、设备管理
2. 为上层提供接口：命令接口、程序接口（系统调用）、GUI接口

Linux创建文件的命令

touch 或者直接 vim

操作系统目录

1. 处理机管理：进程管理
2. 存储器管理
3. 文件管理：一切皆文件
4. 设备管理：I/O

操作系统的作用

1. 工作调度
2. 资源分配
3. 为用户提供接口

操作系统的运行机制

两种状态：内核态，用户态
两种程序：内核程序，应用程序
两种指令：特权指令，非特权指令
在内核态下运行的程序叫内核程序，只有内核程序可以使用特权指令
在用户态下运行的程序叫应用程序，应用程序只能使用非特权指令

原语

1. 原子性，执行过程不可被打断
2. 构造原语的最简单方式就是开关中断

原语原子性被破坏的后果

导致程序执行紊乱。可能会发生读后写之类的

中断和异常

中断：CPU暂停当前执行的程序，转而去执行中断服务程序，中断处理结束后，返回执行原程序。
中断，外中断，狭义中断。中断源来自CPU外部
异常，内中断。中断源来自CPU内部，如陷入、故障、终止

系统调用

1. 操作系统给程序员提供的接口
2. 是用户态与硬件交互的接口
3. 使用户以固定的方式访问资源。

进程管理

进程

系统资源分配和调度的基本单位。

进程与程序

1. 进程是戏，程序是剧本。进程动态，程序静态。
2. 进程由程序控制块，代码段和数据段组成。

进程的特征

1. 动态性
2. 独立性
3. 异步性
4. 并发性

进程的工作状态

二状态：未运行态，运行态 五状态：创建态，就绪态，运行态，阻塞态，终止态

如何使计算机优先处理任务

1. 任务调度算法
2. 多线程：优先交给单独的线程处理
3. 负载均衡：分配强算力服务器

进程间通信方式

1. 共享内存
2. 管道
3. 消息传递。分为直接通信（指名道姓）和间接通信（需要邮箱）

进程和线程

进程是资源分配的基本单位，线程是调度的基本的单位

进程调度的定义

按照一定策略分配CPU

同步和互斥

互斥：同一资源只允许一个访问者进行访问
同步：在互斥的基础上，按照某种机制实现访问者的有序访问

优先级反转

低优先级任务占用高优先级任务的共享资源，低优先级任务得不到CPU时间无法执行，高优先级任务得不到共享资源无法执行，导致中优先级任务反而执行。
解决办法：提高低优先级任务的优先级。

1. 优先级继承：提高到（当前）需要该共享资源的任务的优先级。
2. 优先级天花板：提高到（所有）可能需要该共享资源的任务中的最高优先级。

优先级算法

1. 非抢占式优先级调度：系统等待当前进程执行完才会将处理机分配给高优先级
2. 抢占式优先级调度：一旦出现高优先级任务，会直接抢占低优先级级的处理机资源

银行家算法

每个客户要声明最大资金量，在满足所有贷款要求时，客户能及时归还。基本原理就是能借的先借，用还的钱继续借给别人。

系统的资源是非剥夺好还是剥夺好

非剥夺，若是打印机被剥夺，那么接下来打印出来的就错了。

死锁

1. 概念：多个进程争用同一个共享资源而造成的相互等待的现象
2. 条件：互斥、不可剥夺、请求与保持（每次只申请一部分资源，并且没运行完毕之前不释放）、循环等待
3. 预防：破坏四大条件

饥饿和死锁

1. 饥饿概念：某一进程无限等待资源。
2. 死锁等待不会被释放的进程
3. 饥饿等待会被释放，但是永远不会分配到自己的资源（嗷嗷待哺）

进程调度算法

1. 先来先服务（顺序）
2. 短作业优先算法（短作业）
3. 高响应比优先算法（响应比）
4. 最短剩余时间有限算法（剩余时间）
5. 时间片轮转调度算法
6. 最高优先级调度算法（优先级）
7. 多级反馈队列调度算法

内存管理

内存管理方法

1. 连续分配：单一连续分配，固定分区分配，动态分区分配
2. 非连续分配：页式管理、段式管理、段页式管理

覆盖和交换

1. 覆盖定义：内存分为覆盖区和固定区。只在程序段要执行时才将程序段放入覆盖区。
2. 交换定义：磁盘分为对换区和文件区。内存紧张时，将进程暂时换出到对换区。
3. 区别：交换技术主要在进程之间进行，覆盖技术在进程内执行

内存连续分配方式

一个分区只能装入一个作业

1. 单一连续分配：分为系统区和用户区，相当于能用的只有用户区这一个分区
2. 固定分区分配：预先分为大小固定的分区，不同分区的大小可以不同
3. 动态分区分配：要用的时候再分区。

什么是调度

按照某种规则按顺序处理任务

页表和快表的定义及其作用

1. 页表是逻辑地址中页号和主存块号的映射。
2. 快表是相联存储器，类似于cache，满足了空间局部性。
3. 页面过大，换页速度下降，页面过小，换页过于频繁。

分页管理和分段管理的区别

分页管理是按照物理空间大小划分（多大空间一个页），地址空间一维，只需要给出一个地址，有内部碎片，无外部碎片 分段管理是进程代码逻辑划分（一个功能一个段），地址空间二维，给出段号和段内地址（每个功能段大小又不一样，没办法像分页那样搞），有外部碎片，无内部碎片

虚拟内存的作用

解决内存不足的问题。

虚拟内存的为什么可以实现

多级存储系统的作用

多级存储系统中包含cache-主存层次和主存-辅存存层次，能够实现成本低，容量大，速度快的存储系统。

页面置换算法

先进先出（FIFO），最近最少使用（LRU），clock置换算法

操作系统标记已被占用的内存的数据结构

1. 固定分区分配：内存分配表
2. 动态分区分配：空闲分区表或者空闲分区链
3. 分页管理：页表
4. 分段管理：段表

CLOCK置换算法

使用循环队列

1. 每个页面设置一个引用位，被访问时置为1
2. 扫描队列，若引用位为1，则置为0，若引用位为0，则淘汰
3. 若找不到则继续循环

中断处理过程

1. 中断判优
2. 中断响应：关中断，保存断点，执行中断隐指令
3. 中断服务：保护现场，开中断，执行中断服务程序，关中断，恢复现场。
4. 中断结束

文件管理

I/O管理

I/O控制方式

程序控制方式（一直轮询）、中断控制方式（等数据准备好）、DMA方式（等传满一块数据）、通道方式

DMA方式和中断控制方式的区别

1. 中断控制方式传送每个数据都需要中断处理。
2. DMA方式只有传满一批数据才发出中断请求。

spooling技术

假脱机，解决cpu运行速度和I/O设备速度不匹配的问题。将低速I/O设备的数据先放在高速的存储设备。

设备独立性

将所有外部设备都当作文件对待。