操作系统摘要

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操作系统基础

1.什么是操作系统

  • 操作系统（Operating System，简称 OS）是管理计算机硬件与软件资源的程序，是计算机的基石

  • 操作系统屏蔽了软件层的复杂性

  • 操作系统的内核（Kernel）是操作系统的核心部分，它负责系统的内存管理，硬件设备的管理，文件系统的管理以及应用程序的管理,内核是连接应用程序和硬件的桥梁，决定着系统的性能和稳定性

2.系统调用

根据进程访问资源的特点，我们可以把进程在系统上的运行分为两个级别：
  1. 用户态(user mode) : 用户态运行的进程或可以直接读取用户程序的数据。
  2. 系统态(kernel mode):可以简单的理解系统态运行的进程或程序几乎可以访问计算机的任何资源，不受限制。
系统调用
  • 我们运行的用户程序中，凡是与系统态级别的资源有关的操作（如文件管理、进程控制、内存管理等)，都必须通过系统调用方式向操作系统提出服务请求，并由操作系统代为完成

进程和线程

线程间的同步的方式有哪些呢?

  1. 互斥量(Mutex)：采用互斥对象机制，只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限。因为互斥对象只有一个，所以可以保证公共资源不会被多个线程同时访问。比如 Java 中的 synchronized 关键词和各种 Lock 都是这种机制。

  2. 信号量(Semphares) ：它允许同一时刻多个线程访问同一资源，但是需要控制同一时刻访问此资源的最大线程数量

  3. 事件(Event) :Wait/Notify通过通知操作的方式来保持多线程同步，还可以方便的实现多线程优先级的比较操作

进程间的通信方式

操作系统中进程的调度算法

  • 先到先服务(FCFS)调度算法 : 从就绪队列中选择一个最先进入该队列的进程为之分配资源，使它立即执行并一直执行到完成或发生某事件而被阻塞放弃占用 CPU 时再重新调度。
  • 短作业优先(SJF)的调度算法 : 从就绪队列中选出一个估计运行时间最短的进程为之分配资源，使它立即执行并一直执行到完成或发生某事件而被阻塞放弃占用 CPU 时再重新调度。
  • 时间片轮转调度算法 : 时间片轮转调度是一种最古老，最简单，最公平且使用最广的算法，又称 RR(Round robin)调度。每个进程被分配一个时间段，称作它的时间片，即该进程允许运行的时间。
  • 多级反馈队列调度算法 ：前面介绍的几种进程调度的算法都有一定的局限性。如短进程优先的调度算法，仅照顾了短进程而忽略了长进程 。多级反馈队列调度算法既能使高优先级的作业得到响应又能使短作业（进程）迅速完成。，因而它是目前被公认的一种较好的进程调度算法，UNIX 操作系统采取的便是这种调度算法。
  • 优先级调度 ： 为每个流程分配优先级，首先执行具有最高优先级的进程，依此类推。具有相同优先级的进程以 FCFS 方式执行。可以根据内存要求，时间要求或任何其他资源要求来确定优先级。

操作系统内存管理系统

CPU 寻址了解吗?为什么需要虚拟地址空间?

  • 现代处理器使用的是一种称为 虚拟寻址(Virtual Addressing)*的寻址方式。使用虚拟寻址，CPU 需要将虚拟地址翻译成物理地址，这样才能访问到真实的物理内存。 实际上完成虚拟地址转换为物理地址转换的硬件是 CPU 中含有一个被称为 内存管理单元
  • 如果直接把物理地址暴露出来的话会带来严重问题，比如可能对操作系统造成伤害以及给同时运行多个程序造成困难

缓存 内存 虚拟内存

  • 缓存是为了解决CPU速度和内存速度的速度差异问题 内存中被CPU访问最频繁的数据和指令被复制入CPU中的缓存
  • 虚拟内存是WINDOWS操作系统用来管理内存的一种方法 虚拟内存说穿了就是把内存中的信息分出去一部分存在硬盘上 这样从表面上看就扩大了内存容量
  • 缓存是一种硬件，是CPU的一部分；而虚拟内存并不是一种硬件，而是存在于硬盘上的一个文件，是根据WINDOWS的要求生成的（二者中的信息都是随时变化的）
  • 缓存的目的是加快系统的速度，而虚拟内存技术是为了使更多的程序能够在有限的内存中运行

未完成