文章目录

• 第1章 计算机系统概述
• • 1.1 操作系统的基本概念
  • • 1.1.1 操作系统的三大功能
    • 1.1.2 操作系统的四大特征
  • 1.2 操作系统的分类
  • 1.3 操作系统的运行机制和体系结构
  • • 1.3.1 运行机制和体系结构
    • 1.3.2 中断和异常
    • 1.3.3 系统调用
• 第 2 章 进程管理
• • 2.1 进程与线程
  • • 2.1.1 进程的定义、特征、组成、组织
    • • （1）进程的定义
      • （2）进程的特征
      • （3）进程的组成
      • （4）进程的组织
    • 2.1.2 进程的五种状态及状态转换
    • 2.1.3 原语实现对进程的控制
    • • （1）什么是进程控制？
      • （2）进程控制的五种原语
    • 2.1.4 进程之间的三种通信
    • 2.1.5 线程概念与多线程模型
    • • （1）什么是线程
      • （2）线程的属性
      • （3）多线程模型
  • 2.2 处理机的调度
  • • 2.2.1 处理机的三种调度
    • • （1）调度的概念
      • （2）高级调度（ 作业调度）
      • （3）中级调度（内存调度）
      • （4）低级调度（进程调度）
      • （5）三种调度对比
    • 2.2.2 进程调度的时机、过程、方式
    • 2.2.3 调度算法的五种评价指标
    • • （1）CPU利用率
      • （2）系统吞吐量
      • （3）周转时间
      • （4）等待时间
      • （5）响应时间
    • 2.2.4 六种作业/进程调度算法
    • • （1）先来先服务（FCFS）
      • （2）短作业优先（SJF）
      • （3）高响应比优先（HRRN）
      • （4）前三种算法对比
      • （5）时间片轮（RR）
      • （6）优先级调度算法
      • （7）多级反馈队列调度算法
      • （8）后三种算法对比
  • 2.3 进程的同步与互斥
  • • 2.3.1 进程的同步与互斥
  • 2.4 死锁
  • • 2.4.1 什么是死锁？
    • 2.4.2 死锁产生的四个必要条件
    • 2.4.3 什么时候会发生死锁？
    • 2.4.4 死锁的处理策略
    • • （1）预防死锁
      • （2）避免死锁：银行家算法
      • （3）死锁的检测和解除
• 第 3 章 内存管理
• • 3.1 内存管理的概念
  • • 3.1.1 什么是内存
    • • （1）什么是内存？有何作用？
      • （2）常用数量单位&内存地址
      • （3）逻辑地址（相对地址）vs物理地址（绝对地址）
      • （4）从写程序到程序运行：编译、链接、装入
      • （5）装入的三种方式
      • （6）链接的三种方式
    • 3.1.2 内存管理的四个内容
    • • （1）内存空间的分配与回收
      • （2）内存空间的扩展（实现虚拟性）
      • （3）地址转换
      • （4）内存保护
    • 3.1.3 覆盖技术与交换技术的思想
    • 3.1.4 内存的分配与回收
    • • （1）单一连续分配
      • （2）固定分区分配
      • （3）动态分区分配（可变分区分配）
      • （4）外部碎片和内部碎片
    • 3.1.5 动态分区分配的四种算法
    • • （1）首次适应算法
      • （2）最佳适应算法
      • （3）最坏（大）适应算法
      • （4）临近适应算法
      • （5）四种算法归纳比较
    • 3.1.6 分页存储
    • • （1）为什么学习分页存储？
      • （2）基本分页存储管理的思想
      • （3）分页存储的重要概念
      • （4）如何实现地址的转换
      • （5）如何计算页号和页偏移量
      • （6）如何知道页面在内存中的起始地址？
    • 3.1.7 分页存储管理：1.基本地址变换结构
    • • （1）页表寄存器
      • （2）地址变换过程
    • 3.1.8 分页存储管理：2.快表的地址变换结构
    • • （1）局部性原理
      • （2）快表（TLB）
      • （3）基本地址变换与块表地址变换的比较
  • 3.2 虚拟内存管理
  • • 3.2.1 虚拟内存的基本概念
    • • （1）传统存储管理的特征、缺点
      • （2）局部性原理
      • （3）虚拟内存的定义和特征
      • （4）如何实现虚拟内存技术
• 第 4 章 文件管理
• • 4.1 文件系统
  • • 4.1.1 文件管理的概念和功能
    • 4.1.2 文件逻辑结构
    • • （1）顺序文件
      • （2）索引文件
      • （3）索引顺序文件
      • （4）多级索引顺序文件
    • 4.1.3 文件目录结构
    • • （1）单级目录
      • （2）两级目录结构
      • （3）多级目录结构（树形目录结构）
      • （4）无环图目录结构
    • 4.1.4 文件物理结构
    • • （1）连续分配
      • （2）链接分配：隐式和显式
      • （3）索引分配
• 第5章 I/O管理
• • 5.1 I/O管理概述
  • • 5.1.1 I/O设备简介
    • • （1）什么是I/O设备？
      • （2）I/O设备分类
      • （3）I/O设备组成
    • 5.1.2 I/O控制器
    • • （1）四大功能
      • （2）三大组成
      • （3）两种寄存器编址方式
    • 5.1.3 OS控制I/O设备的四种方式
    • 5.1.4 I/O软件的层次结构
    • • （1）I/O软件层次总览
  • 5.2 I/O核心子系统
  • • 5.2.4 缓冲区管理
    • 5.1.4 I/O软件的层次结构
    • • （1）I/O软件层次总览
  • 5.2 I/O核心子系统
  • • 5.2.4 缓冲区管理

本博客只为方便学习，不做其他用途。
本文档在此博客基础上整理：https://bithachi.blog.csdn/article/details/104415990

第1章 计算机系统概述

1.1 操作系统的基本概念

1.1.1 操作系统的三大功能

参考博客：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/104408571

操作系统有以下三大功能：

1.1.2 操作系统的四大特征

参考博客：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/104416461

四大特征：并发、共享、虚拟、异步

这里注意区别并发和并行的概念：

• 并发：两个或多个事件在同一时间间隔内发生，这些事件在宏观上是同时发生的，在微观上是交替发生的。操作系统的并发性指系统中同时存在着多个运行的程序

• 并行：两个或多个事件在同一时刻发生

• 资源共享即共享，是指系统中的资源可以供内存中多个并发执行的进程共同使用

• 虚拟是把一个物理上的实体变为若干逻辑上的对应物。

• 异步：多道程序环境允许多个程序并发执行，但由于资源有限，如cpu只有一个，进程的执行并不是一贯到底的，而是走走停停的，它以不可预知的速度向前推进。

并发性和共享性互为存在条件

1.2 操作系统的分类

参考博客：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/104445449

总共有以下8种，由前发展到后

1.3 操作系统的运行机制和体系结构

1.3.1 运行机制和体系结构

参考博客：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/104452762

1.3.2 中断和异常

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/104462974

1.3.3 系统调用

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/104464558

第 2 章 进程管理

2.1 进程与线程

2.1.1 进程的定义、特征、组成、组织

参考博客：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/104758221

PCB是什么？

PCB：进程控制块

（1）进程的定义

（2）进程的特征

（3）进程的组成

（4）进程的组织

2.1.2 进程的五种状态及状态转换

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/104819326

2.1.3 原语实现对进程的控制

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/104880533

（1）什么是进程控制？

（2）进程控制的五种原语

进程的创建、终止、唤醒、阻塞、切换。

什么是原语呢？

系统中的设备驱动、CPU切换、进程通信等功能中的部分操作都可定义为原语。

具体细节内容就点上面博客链接了，这里主要是理一个大纲。

2.1.4 进程之间的三种通信

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/104882398

什么是进程通信呢？

进程通信是指进程间的信息交换。

三种通信：共享通信、消息传递、管道通信

2.1.5 线程概念与多线程模型

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/104885645

线程是处理机调度单位，进程是资源分配单位

（1）什么是线程

（2）线程的属性

（3）多线程模型

多对一模型

一对一模型

多对多模型

2.2 处理机的调度

2.2.1 处理机的三种调度

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/105323244

（1）调度的概念

（2）高级调度（ 作业调度）

（3）中级调度（内存调度）

（4）低级调度（进程调度）

（5）三种调度对比

2.2.2 进程调度的时机、过程、方式

参考博客：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/105324472

2.2.3 调度算法的五种评价指标

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/105325136

（1）CPU利用率

（2）系统吞吐量

系统吞吐量：单位时间内完成作业的数量

（3）周转时间

（4）等待时间

（5）响应时间

2.2.4 六种作业/进程调度算法

前三种参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/105328521

后三种参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/105333646

1. 先来先服务（FCFS）
2. 短作业优先（SJF）
3. 高响应比优先（HRRN）
4. 时间片轮转调度算法（RR）
5. 优先级调度算法
6. 多级反馈队列调度算法

（1）先来先服务（FCFS）

• First come first sever

（2）短作业优先（SJF）

• Shortest Job First

（3）高响应比优先（HRRN）

• Highest Response Ratio Next

问题：响应比是什么？

具体怎么计算参考链接博客

（4）前三种算法对比

（5）时间片轮（RR）

• Round-Robin

通俗讲，一人几分钟，轮流来。

（6）优先级调度算法

（7）多级反馈队列调度算法

（8）后三种算法对比

2.3 进程的同步与互斥

2.3.1 进程的同步与互斥

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/104942405

临界区一次只能进一个进程

实现临界区进程互斥的软件实现方法：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/104943004

实现临界区进程互斥的硬件实现方法：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/104944962

2.4 死锁

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/105437474

2.4.1 什么是死锁？

2.4.2 死锁产生的四个必要条件

互斥条件、不剥夺条件、请求和保持条件、循环等待条件

2.4.3 什么时候会发生死锁？

对不可剥夺资源的不合理分配

2.4.4 死锁的处理策略

（1）预防死锁

① 破坏互斥条件

采用SPOOLing技术将互斥的资源改造为共享资源

缺点：不是所有的资源都能改造成共享资源

② 破坏不可剥夺条件

强行释放手里的资源

③ 破坏请求和保持条件

进程一下子申请完所有需要的资源。

缺点：资源利用率低，可能造成某些进程饥饿

④ 破坏循环等待条件

相当于成环的链式资源分配改为不成环的顺序资源分配

（2）避免死锁：银行家算法

系统处于不安全状态未必死锁，但死锁时一定处于不安全状态。系统处于安全状态一定不会死锁。

什么是安全序列？

（3）死锁的检测和解除

① 死锁的检测

② 死锁的解除

三种方法：资源剥夺法、撤销进程法、进程回退法

第 3 章 内存管理

3.1 内存管理的概念

3.1.1 什么是内存

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/105662331

（1）什么是内存？有何作用？

（2）常用数量单位&内存地址

（3）逻辑地址（相对地址）vs物理地址（绝对地址）

（4）从写程序到程序运行：编译、链接、装入

编译：将高级语言翻译成机器语言

链接：将编译后形成的一组目标模块与所需库函数链接在一起，形成一个完整的装入模块

装入：将装入模块装入内存运行

（5）装入的三种方式

绝对装入、静态重定位、 动态重定位

①绝对装入

②静态重定位

③ 动态重定位

允许程序在内存中移动

需要重定位寄存器的支持

（6）链接的三种方式

静态链接、装入时动态链接、运行时动态链接

① 静态链接

在程序运行之前，将各目标模块和所需的库函数就打包成一个完整的可执行文件

②装入时动态链接

将各目标模块装入内存时，边装入边链接的方式

③运行时动态链接

在程序执行中需要该目标模块时，才对它进行链接。

3.1.2 内存管理的四个内容

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/105667165

主要负责四种管理：

• 内存空间的分配与回收
• 内存空间的扩充
• 地址转换
• 存储保护

（1）内存空间的分配与回收

（2）内存空间的扩展（实现虚拟性）

（3）地址转换

逻辑地址与物理地址的转换，也称为地址重定位

有三种地址重定位方式，即三种装入方式

（4）内存保护

保证各进程在各自内存空间内运行，互不干扰

两种内存保护方式：

1. 在CPU中设置一对上、下限寄存器
2. 采用重定位寄存器和界地址寄存器进行越界检查

3.1.3 覆盖技术与交换技术的思想

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/105713460

感觉不太重要

3.1.4 内存的分配与回收

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/105714392

内存的分配与回收是内存管理的内容之一

分配分 ：连续分配和非连续分配

连续分配：指为用户进程分配的必须是一个连续的内存空间

连续分配又包含三种：单一连续分配、固定分区分配、动态分区分配

（1）单一连续分配

（2）固定分区分配

（3）动态分区分配（可变分区分配）

（1）系统要用怎样的数据结构记录内存的使用情况呢？

空闲分区表和空闲分区链

（2）当多个空闲分区都能满足要求时，应该选择哪个分区进行分配？

（4）外部碎片和内部碎片

3.1.5 动态分区分配的四种算法

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/105718027

首次适应算法、最佳适应算法、最坏适应算法、临近适应算法

（1）首次适应算法

（2）最佳适应算法

（3）最坏（大）适应算法

（4）临近适应算法

（5）四种算法归纳比较

3.1.6 分页存储

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/105907291

前面说内存分配分连续分配和非连续分配；连续分配又有三种方法：单一连续分配、固定分区分配和动态分区分配。其中动态分区分配又有四种算法。

这里讲非连续分配；非连续分配又分三种，这里讲第一种分页存储

（1）为什么学习分页存储？

（2）基本分页存储管理的思想

（3）分页存储的重要概念

（4）如何实现地址的转换

地址转换即逻辑地址到物理地址

（5）如何计算页号和页偏移量

（6）如何知道页面在内存中的起始地址？

3.1.7 分页存储管理：1.基本地址变换结构

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/105909842

（1）页表寄存器

（2）地址变换过程

一道例题加深印象：

3.1.8 分页存储管理：2.快表的地址变换结构

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/105929440

基本地址变换的改进版

（1）局部性原理

（2）快表（TLB）

引入快表后，地址变换的过程的文字描述：

（3）基本地址变换与块表地址变换的比较

3.2 虚拟内存管理

内存管理的第二个内容，内存空间的扩展，即虚拟内存

3.2.1 虚拟内存的基本概念

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/105977595

（1）传统存储管理的特征、缺点

（2）局部性原理

（3）虚拟内存的定义和特征

虚拟内存的三大主要特征：

1. 多次性：无需在作业运行时一次性全部装入内存，而是允许被分成多次调入内存。
2. 对换性：在作业运行时无需一直常驻内存，而是允许在作业运行过程中，将作业换入、换出。
3. 虚拟性：从逻辑上扩充了内存的容量，使用户看到的内存容量远大于实际的容量。

（4）如何实现虚拟内存技术

需要建立在离散分配的内存管理方式基础上

第 4 章 文件管理

4.1 文件系统

4.1.1 文件管理的概念和功能

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/106276876

作为系统资源的管理者是操作系统的三大功能之一；

文件管理又是作为系统资源的管理者提供四大功能之一。

操作系统应该向上提供哪些功能

从上往下看，文件应该如何存放在外存？

4.1.2 文件逻辑结构

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/106277412

1.无结构文件

又称流式文件

2.有结构文件

又称记录式文件

根据每条记录的长度是否相等，又分定长记录和可变长记录两种

（1）顺序文件

（2）索引文件

（3）索引顺序文件

（4）多级索引顺序文件

将10^6个记录的文件分成100* 100* 10000

4.1.3 文件目录结构

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/106298565

文件控制块

可对目录的操作

（1）单级目录

（2）两级目录结构

（3）多级目录结构（树形目录结构）

绝对路径和相对路径

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-2wntd4vg-1637133554643)(C:\Users\14051\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211117113610770.png)]

树形目录结构可以很方便地对文件进行分类，但是不便于实现文件的共享，于是提出了无环图目录结构。

（4）无环图目录结构

索引节点(FCB的改进)瘦身

4.1.4 文件物理结构

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/106303759

文件块、磁盘块

（1）连续分配

连续分配缺点：

（2）链接分配：隐式和显式

链接分配采取离散分配的方式，可以为文件分配离散的磁盘块，分为隐式链接和显式链接两种。

隐式链接

磁盘利用率高，不会有碎片问题。

显式链接

链接分配总结

（3）索引分配

下面的不总结了；文件管理好像面试不问

第5章 I/O管理

5.1 I/O管理概述

5.1.1 I/O设备简介

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/106136127

（1）什么是I/O设备？

将数据输入到计算机的设备，或者可以接收计算机输出的外部设备。属于计算机中的硬件部分。

（2）I/O设备分类

按使用特性分

1. 人机交互类外部设备：鼠标、键盘
2. 存储设备：移动硬盘，光盘
3. 网络通信设备：调制解调器

按传输速率分

1. 低速设备：鼠标，键盘

2. 中速设备：激光打印机

3. 高速设备：磁盘

按信息交换单位分

1. 块设备：传输速率较高，可寻址，即对它可随机读写任一块。如磁盘传输数据的基本单位：磁盘块
2. 字符设备：传输速率较慢，不可寻址，在输入输出时常采用中断驱动方式。如鼠标键盘输入字符

（3）I/O设备组成

I/O设备由**机械部件和电子部件（I/O控制器、设备控制器）**组成。

下面细讲I/O控制器。

5.1.2 I/O控制器

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/106136990

（1）四大功能

1. 接收和识别CPU发出的命令

2. 向CPU报告设备的状态

3. 数据交换

4. 地址识别

（2）三大组成

1. CPU与控制器之间的接口：实现控制器与CPU之间的通信
2. I/O逻辑：负责识别CPU发出的命令，并向设备发出命令
3. 控制器与设备之间的接口：实现控制器与设备之间的通信

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ZJOIV57y-1637133554645)(C:\Users\14051\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211117144409457.png)]

（3）两种寄存器编址方式

1. 物理映像
2. 独立编址

5.1.3 OS控制I/O设备的四种方式

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/106144829

1. 程序直接控制方式
2. 中断驱动方式
3. DMA方式
4. 通道控制方式

每种方式需要注意的问题：

1.完成一次读写操作的流程

2.CPU干预的频率

3.数据传送的单位

4.数据的流向

5.主要缺点和主要优点

5.1.4 I/O软件的层次结构

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/106147270

（1）I/O软件层次总览

5.2 I/O核心子系统

什么是I/O核心子系统？

I/O核心子系统 = 设备独立性软件 + 设备驱动程序 + 中断处理程序

5.2.4 缓冲区管理

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/106274269

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-1zYOKj9p-1637133554646)(C:\Users\14051\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211117151447198.png)]

/106144829

1. 程序直接控制方式
2. 中断驱动方式
3. DMA方式
4. 通道控制方式

每种方式需要注意的问题：

1.完成一次读写操作的流程

2.CPU干预的频率

3.数据传送的单位

4.数据的流向

5.主要缺点和主要优点

5.1.4 I/O软件的层次结构

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/106147270

（1）I/O软件层次总览

5.2 I/O核心子系统

什么是I/O核心子系统？

I/O核心子系统 = 设备独立性软件 + 设备驱动程序 + 中断处理程序

5.2.4 缓冲区管理

参考链接：https://blog.csdn/weixin_43914604/article/details/106274269

[外链图片转存中…(img-1zYOKj9p-1637133554646)]