操作系统笔记

第一章

1.1操作系统的功能与概念

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命令接口与程序接口都是用户接口

1.2操作系统的四个基本特征

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1.3操作系统的发展与分类

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1.4操作系统的运行机制

​ 如果cpu处于用户态的时候收到来着应用程序的内核指令时这个非法事件会引发一个中断信号，当cpu检测到中断信号时，会立即转变为核心态，并停止运行当前运行的应用程序，转而运行处理中断信号的内核程序。

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1.5中断与异常

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中断的基本原理

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1.6系统调用

与共享资源的有关的操作都是由操作系统内核统一管理，因此凡是与共享资源有关的操作，都必须通过系统调用的方式项操作系统内核提取服务请求。以保证系统的安全性与稳定性，防止用户进行非法操作。

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1.7操作系统的体系结构

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所以大内核结构的操作系统性能更好。

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红星是新内容，金星是老内容

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1.8操作系统的引导

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1.9虚拟机

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第一类虚拟机管理程序直接运行在硬件上，只有虚拟机管理程序运行在内核态只有他可以使用特权指令，又因为虚拟操作系统以为自己运行在内核态，所以在有时会使用特权指令又虚拟操作系统运行在用户态所以不能使用特权指令，这时虚拟机管理程序会截获该指令等价转换一下，给虚拟操作系统模拟出特权指令执行成功的状态。

第二类虚拟机管理系统不是直接运行在硬件之上，如果虚拟机管理程序想要为虚拟操作系统需要分配硬件资源，则需要请求宿主操作系统分配硬件资源之后自己再对资源进行再分配给虚拟操作系统。

第二类虚拟机管理程序的内核态部分是以虚拟机驱动程序的形式加载在操作系统内核中的

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第二章

2.1进程的概念、组成、特征

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2.2进程的状态与转换、进程的组织

进程的pcb正在被创建时就是”创建态“。创建完等待被cpu运行的状态就是“就绪态”。正在被cpu执行的就是”运行态“。在进程运行的过程中，可能会请求等待某个事件的发生（如等待某种系统资源的分配，或者等待其他进程的响应)在这个事件发生之前，进程无法继续往下执行，此时操作系统会让这个进程下CPU,并让它进入“阻塞态”

当CPU空闲时，又会选择另一个“就绪态”进程上CPU运行。

当那个事件发生后这个进程就进入“就绪态”。

一个进程可以执行exit系统调用，请求操作系统终止该进程此时该进程会进入“终止态”，操作系统会让该进程下CPU,并回收内存空间等资源，最后还要回收该进程的PCB。

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​

大多数系统的组织方式采用的链式方式

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2.3进程控制

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2.4进程通信

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直接通信的方式需要指名道姓的说明我是谁需要发给谁（PID）

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管道的通信只能是单向的，从一端写入数据从另一端读出文件。（先进先出）

第五小点的解决方案以第一种为准，即一个通道允许多个写进程，一个读进程，但是从实际应用的角度看多个写进程多个读进程的说法没有错。image-20230918215839838

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2.5线程的概念

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2.6线程的实现方式和多线程模型

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2.7线程的状态与转换

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第三章

3.1调度的概念、层次

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3.2进程调度的时机、切换与过程、方式

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3.3调度器和闲逛进程

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为什么避免cpu无事可做呢？

猜测：

当系统没有其他任务需要执行时，为什么不让 CPU 完全停止运行而是要让 Idle 进程占用 CPU，这涉及到操作系统的一些设计决策和计算机架构的考虑。以下是一些原因：

  1. 能源管理： 许多现代计算机系统采用了节能技术，可以动态地调整 CPU 的频率和电压以降低能耗。当没有任务需要执行时，系统可以将 CPU 转入低功耗模式，但不需要完全关闭它。Idle 进程可以协助系统在空闲时降低 CPU 的功耗，而不必完全关闭 CPU。
  2. 处理器加电之后必须不停工作，除非休眠！

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3.4调度算法的评价指标

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3.5调度算法（1）：适合批处理系统的调度算法

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3.5.1先来先服务（FCFS）

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3.5.2短作业优先（SJF）

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3.5.3高响应比优先（HRRN）

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总结

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3.6调度算法（2）：更加适合交互系统的调度算法

3.6.1时间片轮转（RR）

​ 时间片大小为2的情况:

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​ 时间片大小为5的情况：

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一般来说，设计时间片时要让切换进程的开销占比不超过1%

3.6.2优先级调度算法

（注：优先数越大，优先级越高)

非抢占式：

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抢占式：

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多级反馈队列调度算法

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总结

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3.7调度算法（3）

3.7.1多级队列调度算法

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3.8进程同步、进程互斥

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3.9进程互斥的软件实现方法

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3.10进程互斥的硬件实现方法

可以使用硬件的方式，使得检查其他人意愿的动作与上锁的动作一气呵成，从而满足四个原则。

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3.11互斥锁

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多核的情况中，因为另一个进程可能在其他进程循环忙的时候迅速使用完临界资源解锁，所以循环忙的进程可以在时间片未切换的情况 下获得临界资源，此时不需要切换上下文，反而代价会很低。

3.12信号量机制

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3.13用信号量机制实现进程互斥、同步、前驱关系

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3.14生产者-消费者问题

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3.15多生产者-多消费者问题

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此时去掉互斥变量也可以正常运行。

原因在于：本题中的缓冲区大小为1，在任何时刻，apple、orange、plate三个同步信号量中最多只有一个是1。因此在任何时刻最多只有一个进程的P操作不会被阻塞，并顺利地进入临界区…

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3.16吸烟者问题image-20230928220220777

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3.17读写者问题

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如何解决写进程饿死的问题呢?

再加一个锁

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3.18哲学家进餐问题

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3.19管程

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3.20死锁的概念

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3.21预防死锁

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3.22避免死锁

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3.23死锁的检测与解除

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第四章 内存管理

这里只有笔记的某一页，全部的需要去看pdf

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动态分区算法

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分页存储管理

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基本分段存储管理

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段页式存储管理

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文件管理

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IO管理

io控制方式

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