计算机操作系统知识点汇总

1、1、基本特征（1）并发：并发是指宏观上在一段时间内能同时运行多个程序，而并 行则指同一时刻能运行多个指令。操作系统通过引入进程和线程使得程 序能够并发运行；（2）共享：共享是指系统中的资源可以被多个并发进程共同使用。共 享的方式有两种：互斥共享和同时共享；其中互斥共享的资源成为临界 资源，例如打印机等，在同一时间只允许一个进程访问，需要用同步机 制来实现对临界资源的访问；（3）虚拟：虚拟是指把一个物理实体转换为多个逻辑实体。主要的虚 拟技术有两种：时分复用技术和空分复用技术；多个进程能在同一个处 理器上并发执行使用了时分复用技术，让每个进程轮流占有处理器，每 次只执行一小个时间片并快速切换；空

2、分复用技术是指将物理内存抽象 为地址空间，每个进程都有各自的地址空间。地址空间和物理内存使用 页进行交换，地址空间的页并不需要全部在物理内存中，当使用到一个 没有在物理内存的页时，执行页面置换算法，将该页置换到内存中；（4）异步：异步只进程不是一次性执行完毕，而是走走停停，以不可 知的速度向前推进；2、基本功能（1）进程管理：进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机 调度等； （2 ）内存管理：内存分配、地址映射、内存保护与共享、虚拟内存等；（3）文件管理：文件存储空间的管理、目录管理、文件读写管理和保 护等；（4）设备管理：完成用户的IO请求，方便用户使用各种设备，并提高 设备的利用率

3、。主要包括缓冲管理、设备分配、设备处理、虚拟设备等；3、中断分类（1）外中断：由CPU执行指令以外的时间引起，如IO完成中断，表 示设备输入/输出处理已经完成，处理器能够发送下一个输入/输出请求。 此外还有时t中中断、控制台中断等；（2）异常：由CPU执行指令的内部时间引起，如非法操作码、地址越 界、算术溢出等；（3）陷入：在用户程序中使用系统调用；二、进程管理1、进程与线程（1）进程：进程是资源分配的基本单位，进程控制块PCB描述进程的 基本信息和运行状态，所谓的创建进程和撤销进程，都是指对PCB的 操作；每个进程都有独立的代码和数据空间（进程上下文），进程间的 切换会有较大的开销，一个进程

4、包含至少一个线程；（2）线程线程是CPU调度的基本单位一个进程中可以有多个线程， 它们共享进程资源；每个线程有独立的运行栈和程序计数器PC,线程 切换开销小；区别：拥有资源：进程是资源分配的基本单位，但是线程不拥有资源，线程 可以访问隶属进程的资源；调度：线程时独立调度的基本单位，在同一进程中，线程的切换不会 引起进程切换，从一个进程中的线程切换到另一个进程中的线程时，会 引起进程切换；系统开销：由于创建或撤销进程时，系统都要为之分配或回收资源， 如内存空间、I/O设备等，所付出的开销远大于创建或撤销线程时的开 销。类似地，在进行进程切换时，涉及当前进程CPU环境的保存及新 调度进程CPU环境

5、的设置，而线程切换时只需保存和设置少量寄存机 内容，开销很小；通信：线程间可以通过直接读写同一进程中的数据进行通信，但是进程通信需要借助IPC ；2、线程状态切换（1）新建状态（New）:新创建了一个线程对象；（2）就绪状态（Runnable）:线程位于可运行线程池中，等待获取 CPU的使用权；（3）运行状态（Running）:就绪状态的线程获取了 CPU，执行程序 代码；（4）阻塞状态（Blocked）:因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停 止运行。其原因主要有 等待阻塞wait（）、同步阻塞synchronized）、 其他阻塞（sleep（）、join（）、I/O 输入）；（5）死亡状态

6、（Dead）:线程执行完成了或因一场退出了 run（）方法；3、进程同步临界区：对临界资源进行访问的那段代码称为临界区；为了互斥访问临 界资源，每个进程在进入临界区之前，需要先进行检查；同步：多个进程按一定顺序执行；互斥：多个进程在同一时刻只有一个进程能进入临界区；信号量:信号量是一个整型变量，可以对其执行down和up操作，也 就是常见的P和V操作。down :如果信号量大于0，执行-1操作；如果信号量等于0，进程睡 眠，等待信号量大于0 ；up :对信号量执行+1操作，唤醒睡眠的进程让其完成down操作经典同步问题：生产者-消费者问题、读者-写者问题、哲学家进餐问题、理发师问题、烟鬼问题4

7、、进程通信进程同步是控制多个进程按一定顺序执行，进程通信是进程间传输信息; 进程通信是一种手段，而进程同步是一种目的。也可以说，为了能够达 到进程同步的目的，需要让进程进行通信，传输一些进程同步所需要的信息；（1）管道：通常指无名管道，它是半双工的（即数据只能在一个方向 上流动），具有固定的读端和写端，且只能在父子进程中使用，它不是 普通的文件，并不属于其他任何文件，并且只存在于内存中；（2）FIFO :也称命名管道，它是一种文件类型，可以在无关的进程之 间交换数据，与无名管道不同，它由路径名与之相关联，以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。它的通信方式类似于在进程中使用文件 来传输数据，只

8、不过FIFO类型文件同时具有管道的特性，在数据读出 时，FIFO管道中同时清除数据，并且先进先出；（3）消息队列:是消息的链接表，存放在内核中。一个消息队列由一 个标识符（即队列ID）来标识，它是面向记录的，其中的消息具有特 定的格式以及特定的优先级。相比于FIFO，消息队列可以独立于读写 进程存在，从而避免了 FIFO中同步管道的打开和关闭时可能产生的困 难；避免了 FIFO的同步阻塞问题，不需要进程自己提供同步方法；读 进程可以根据消息类型有选择地接收消息，而不像FIFO那样只能默认 地接收；进程在终止时，消息队列及其内容并不会被删除，它可以实现 消息的随机查询；（4）信号量：它是一个计数

9、器，用于为多个进程提供对共享数据对象 的访问。它基于操作系统的PV操作，程序对信号量的操作都是原子操 作，每次对信号量的操作不仅限于对信号量值的+1或-1，可以加减任 意正整数，支持信号量组；（5）共享内存：允许多个进程共享一个给定的存储区。因为数据不需 要在进程之间复制，所以这是最快的一种IPC ；需要使用信号量用来同 步对共享内存的访问，多个进程可以将同一个文件映射到它们的地址空 间从而实现共享内存。另外XSI共享内存不是使用文件，而是使用内存 的匿名段；（6）套接字：与其它通信机制不同的是，它可以用于不同机器间的进程通信；5、进程调度（1）先来先服务调度算法（FCFS）:按作业或者进程到

10、达的先后顺序 依次调度；有利于长作业，不利于短作业；（2）短作业优先调度算法（SJF）:从就绪队列中选择估计时间最短的 作业进行处理，直到得出结果或者无法继续执行。不利于长作业，未考 虑作业的重要性，运行时间是预估的，并不靠谱；（3）高响应比调度算法（HRN）:响应比二（等待时间+要求服务时 间）/要求服务时间；（4）时间片轮转调度算法（RR）:将所有就绪进程按FCFS的原则排 成一个队列，每次调度时，把CPU时间分配给队首进程，该进程可以 执行一个时间片。当时间片用完时，由计时器发出时钟中断，调度程序 便停止该进程的执行，并将它送往就绪队列的末尾，同时继续把CPU 时间分配给队首的进程；时间

11、片轮转算法的效率和时间片的大小有很大 关系，因为进程切换都要保存进程的信息并且载入新进程的信息，如果 时间片太小，会导致进程切换得太频繁，在进程切换上就会花过多的时 间；但另一方面，如果时间片过长，那么实时性就不能得到保证；优先级调度算法：为每个进程分配一个优先级，按优先级进行调 度；为了防止低优先级的进程永远等不到调度，可以随着时间的推移增 加等待进程的优先级；多级反馈队列调度算法：一个进程需要执行100个时间片，如果 采用时间片轮转调度算法，那么需要交换100次；多级队列是为这种需 要连续执行多个时间片的进程考虑，它设置了多个队列，每个队列时间 片大小都不同，例如124,8,.，进程在第一

12、个队列没执行完，就会被 移到下一个队列。这种方式下，之前的进程只需要交换7次；每个队列 优先权也不同，最上面的优先权最高。因此只有上一个队列没有进程在 排队，才能调度当前队列上的进程；可以将这种调度算法看成是时间片 轮转调度算法和优先级调度算法的结合；三、死锁1、必要条件互斥：每个资源要么已经分配给了一个进程，要么就是可用的；请求和保持：进程被阻塞的时候并不释放锁请求到的资源；不可抢占：已经分配给一个进程的资源不能强制性地被抢占，它 只能被占有它的进程显式地释放；（4）环路等待：有两个或者两个以上的进程组成一条环路，该环路中 的每个进程都在等待下一个进程所占有的资源；2、处理方法（1）鸵鸟策略

13、：把头埋在沙子里，假装根本没有发生问题；因为解决 死锁问题的代价很高，因此不采取任何措施的方案会获得更高的性能； 当发生死锁时不会对用户造成多大影响，或发生死锁的概率很低，可以 采用鸵鸟策略；（2）死锁检测；每种类型一个资源的死锁检测、每种类型多个资源的 死锁检测；（3）死锁恢复：利用抢占恢复、利用回滚恢复、通过杀死进程恢复；（4）死锁预防：破坏必要条件任意一条即可；（5）死锁避免：银行家算法；四、内存管理虚拟内存：从逻辑的角度扩充内存容量，基于局部性原理，在程序装入 的时候，可以将程序的一部分装入内存，而将其余部分留在外存就可以 启动程序执行。在程序执行过程中，当所访问的信息不在内存时，由操

14、 作系统将所需要的部分调入内存，然后继续执行程序。另一方面，操作 系统将内存中暂时不使用的内容换出到外存上，从而腾出空间存放将要调入的内存的信息。这样，系统就好像为用户提供了一个比实际内存大得多的存储器，称为虚拟存储器； 页面置换算法：在程序运行过程中，如果访问的页面不在内存中，就发 生缺页中断从而将该页调入内存中。此时如果内存已无空闲空间，系统 必须从内存中调出一个页面到磁盘对换去中来腾出空间；页面置换算法 和缓存淘汰策略类似，可以将内存看成磁盘的缓存。在缓存系统中，缓 存的大小有限，当有新的缓存到达时，需要淘汰一部分已经存在的缓存， 这样才有空间存放新的缓存数据；（1）最佳置换算法：只具有

15、理论意义的算法，用来评价其他页面置换 算法；置换策略是将当前页面中在未来最长时间内不会被访问的页置换 出去；（2）先进先出置换算法：每次淘汰最早调入的页面，没有考虑页面的 访问频率细信息。会使缺页率升高；（3）最近最久未使用算法（LRU）:将最近最久未使用的页面换出； 实现的时候需要在内存中维护一个所有页面的链表，当一个页面被访问 时，将这个页面移到链表表头。这样每次只要找链表表尾的页面就是最 近最久未访问的。因为每次访问都需要更新链表，因此这种方式实现的 LRU代价很高；（4 ）最近未使用算法（NRU）:每个页面都有两个状态位R与M，当 页面被访问时设置页面的R=1，当页面被修改时设置页面的M = 1。其 中R位会定时被清零；当发生缺页中断时，NRU算法随机地从类编号 最小的非空类中挑选一个