软考架构-操作系统

操作系统概述

• 特征： 并发行、虚拟性、共享姓、不确定性
• 功能： 设备管理、文件管理、进程管理、存储管理、作业管理
• 计算机启动的流程： BIOS->主引导记录->操作系统

进程管理

• 进程时计算机中正在运行的程序的实例。
• 进程的组成： 进程控制快PCB（唯一标识）、程序、数据
• 进程是可拥有资源的独立单位，可独立调度和分配的基本单位
• 线程是独立调度的最小单位，进程时拥有资源的最小单位

三态图

1. 就绪态（Ready）：进程已获得除CPU外的所有资源，等待CPU调度
2. 运行态（Running）：进程正在CPU上执行
3. 等待态（Blocked/Waiting）：进程等待某个事件发生（如I/O完成）

状态转换：

• 就绪 → 运行：进程调度
• 运行 → 就绪：时间片用完或被抢占
• 运行 → 阻塞：等待I/O或其他事件
• 阻塞 → 就绪：等待的事件发生

五态图

1. 活跃就绪（New）：等待CPU调度
2. 静止就绪态（Ready） 认为干预
3. 运行态（Running）：正在执行
4. 活跃阻塞态（Blocked）：等待事件发生
5. 静止阻塞终止态（Exit）：进程执行完毕，等待回收资源

前趋图

用来表示那些任务可以并行执行，哪些任务之间有顺序关系

进程资源图

P为进程，R为资源，有向边表示进程P需要资源R，箭头指向资源R，表示P需要R 化简： 不形成死锁就可以化简，先让非阻塞节点先走

同步、互斥

• 互斥： 多个进程只能互斥的方位某个资源，即只有一个进程可以访问该资源。该资源叫临界资源
• 同步： 多个进程之间相互协调，以确保他们按照一定的顺序执行。不通可以防止进程之间出现竞争和冲突。

PV操作

P：申请资源 V： 释放资源 先P后V，即先申请资源后使用资源

死锁和线程

当一个进程在等待永远不可能发生时，就会死锁

• 死锁的四个必要条件： 资源互斥、进程占有资源并等待其他资源、不能剥夺进程资源、进程资源图是环路
• 避免死锁的方法： 避免、预防、检测、剥夺（解除死锁）
• 死锁的计算：系统里有n个进程，每个进程需要R个资源，那么发生死锁的最大资源数为 n*（R-1），不发生死锁的最小资源为n*（R-1）+1
• 银行家算法： 让能运行的程序先运行

存储管理

分区存储

页式存储

把程序分成若干个页，每个页固定大小，一般为4K。页离散的存入到内存。内存按块划分，所以通过页表进行映射 页表存储在磁盘上，页表项包括页号和块号

• 优点： 利用率高，碎片小、分配及管理简单
• 缺点： 增加了系统开心，可能产生抖动现象
• 块表 页面存储在Cache中，慢表存储在内存上

段式存储

将进程空间分成一个个的段，每个段有短号和段内地址，与页式存储不同的是，每段无力大小不同，根据逻辑整体分段

• 优点 程序逻辑完整，修改互不影响，内存利用率低
• 缺点 碎片多

逻辑地址 （0， 1000）0代表存储的段号，1000是数据长度

• 基地址 ：段的开始存储地址
• 段长： 段能够存储的数据长度

段页式存储

页面置换算法

• 最优算法 OPT算法，无法实现
• 先进先出算法 FIFO，会产生抖动
• 最近最少使用算法 LRU，性能较好，不会抖动，效率高

文件管理

设备管理