操作系统理论细节 1

分时操作系统具有以下特征： | 实时操作系统基本特征：
1.多路性 | 1.及时性
2.交互性 | 2.可靠性
3.独占性 |
4.及时性 |

执行系统调用的过程是这样的：正在运行的进程先传递系统调用参数，然后由陷入（trap）指令负责将用户态转化为内核态，并将返回地址压入堆栈以备后用，接下来CPU执行相应的内核态服务程序，最后返回用户态

操作系统的五大管理功能:
（1）作业管理：包括任务、界面管理、人机交互、图形界面、语音控制和虚拟现实等；
（2）文件管理：又称为信息管理；
（3）存储管理：实质是对存储“空间”的管理，主要指对主存的管理；
（4）设备管理：实质是对硬件设备的管理，其中包括对输入输出设备的分配、启动、完成和回收；
（5）进程管理：实质上是对处理机执行“时间”的管理，即如何将CPU真正合理地分配给每个任务。

老问题了：进程与线程的区别

定义方面：进程是程序在某个数据集合上的一次运行活动；线程是进程中的一个执行路径。
角色方面：在支持线程机制的系统中，进程是系统资源分配的单位，线程是系统调度的单位。
资源共享方面：进程之间不能共享资源，而线程共享所在进程的地址空间和其它资源。同时线程还有自己的栈和栈指针，程序计数器等寄存器。
独立性方面：进程有自己独立的地址空间，而线程没有，线程必须依赖于进程而存在。

导致一个进程创建另一个进程的典型操作有四种：
1 用户登录；系统为用户创建一个进程，并插入就绪队列
2 作业调度
3 提供服务 系统为用户请求创建一个进程
4 应用请求 用户程序自己创建进程

1， spinlock 介绍
spinlock又称自旋锁，线程通过busy-wait-loop的方式来获取锁，任时刻只有一个线程能够获得锁，其他线程忙等待直到获得锁。spinlock在多处理器多线程环境的场景中有很广泛的使用，一般要求使用spinlock的临界区尽量简短，这样获取的锁可以尽快释放，以满足其他忙等的线程。Spinlock和mutex不同，spinlock不会导致线程的状态切换(用户态->内核态)，但是spinlock使用不当(如临界区执行时间过长)会导致cpu busy飙高。因为pthread_spin_lock 自旋锁，在进入阻塞队列之前会先跑几个循环，然后再去尝试获取锁，直到自旋的次数超过阈值，才进入阻塞队列，此时才切换状态

2 ，使用准则

Spinlock使用准则：临界区尽量简短，控制在100行代码以内，不要有显式或者隐式的系统调用，调用的函数也尽量简短。例如，不要在临界区中调用read,write,open等会产生系统调用的函数，也不要去sleep；strcpy，memcpy等函数慎用，依赖于数据的大小。

虚存： 把辅助存储器作为对主存储器 的扩充, 向用户提供一个比实际主存大得多的的地址空间。即充分利用了辅存的地址空间

分时系统：一个系统可以同时为两个或两个以上的账户服务（现在流行的PC，服务器都是采用这种运行模式）
实时系统：能立即对指令做出反应的操作系统（一般用于单片机上，比如电梯的上下控制中，对于按键等动作要求进行实时处理）

支撑软件是支撑各种软件的开发与维护的软件,又称为软件开发环境。它主要包括环境数据库、各种接口软件和工具组。著名的软件开发环境有IBM公司的Web Sphere,微软公司的Studio.NET等。
包括一系列基本的工具（比如编译器，数据库管理，存储器格式化，文件系统管理，用户身份验证，驱动管理，网络连接等方面的工具）。

软件系统(Software Systems)是指由 系统软件 、 支撑软件 和 应用软件 组成的 计算机 软件系统，它是 计算机系统 中由 软件 组成的部分。
不十分准确的说，
–系统软件：操作系统，
–支撑软件：软件开发环境

首先互斥变量是相互对称的，第二没有互斥量会造成死锁。根据这两个条件就可以排除ABC。一个产品只能被一个消费者或一个生产者使用，必须要用互斥量，否则会进入两个角色会进入请求等待状态。

索引结构指一个文件的信息存放在若干不连续的物理块中，系统为每个文件建立一个专用的数据结构——索引表，并将这些块的块号存放在索引表中。有点是保留了链接结构的优点，同时解决了其缺点，即能顺序存取，又能随机存取，满足了文件动态增长，插入删除的需求，也能充分利用外存空间。缺点是索引表本身带来的系统开销。

在分段存储管理方式中，作业的地址空间被划分为若干个段，每个段定义了一组逻辑信息。每个段都有自己的名字。为了实现简单起见，通常可用一个段号来代替段名，每个段都从0开始编址，并采用一段连续的地址空间。其逻辑地址由段号(段名)和段内地址所组成。所以第一次访问段名，第二次访问段内地址。

1. 假如有快表，快表命中只需要访问主存一次，直接到指令的地方取指令即可；

2. 假如没有快表或者快表没有命中，需要两次访问主存：

第一次访问页表或者段表，找到指令或者操作数地址，第二次取数或取指令；

3. 假如页表或者段表也没有命中，就会发生内外存置换，这个时候需要访问主存三次。

虽然段表是二维的，但是逻辑地址也是一次访问的，和快表没啥区别

链接分硬链接和符号链接。
符号链接可以建立对于文件和目录的链接。符号链接可以跨文件系统，即可以跨磁盘分区。符号链接的文件类型位是l，链接文件具有新的i节点。

硬链接不可以跨文件系统。它只能建立对文件的链接，硬链接的文件类型位是－，且硬链接文件的i节点同被链接文件的i节点相同。

管程是管理进程间同步的机制，保证进程互斥的访问共享变量，并方便的阻塞、唤醒进程

面向块：将信息保存在块中，传输时一次传一块，块设备可以按照任意顺序进行访问，以块为单位进行操作，例如磁盘、usb智能卡等；

面向流：又称面向字符，将信息以字节流的方式输入输出数据，没有块结构，字符设备必须以串行顺序依次进行访问的设备，如触摸屏、磁带驱动器、鼠标、终端,，打印机等。

当进程在运行过程中由于某种原因停止运行
（1）当进程调度采用的是时间片轮转的调度算法，当时间片结束后：该进程为就绪状态，进入就绪队列；
（2）当进程是由于请求某种资源而停止运行时；分为静止阻塞和活动阻塞两种状态；
a:当进程停止运行且没有被挂起（执行Blocked原语）时，为活动阻塞状态；
b.当进程停止运行且被挂起时，为静止阻塞状态；
（3）当进程停止是由于用户或者其他原因强行结束时，为终止状态

文件物理结构即磁盘文件结构
连续文件类似于数组，顺序访问速度快，但是增删数据时要移动其他数据块，所以速度很慢；
链接文件类似于链表，随机访问速度慢，增删数据很快，不需要移动数据块，只需要改变指针指向即可；
索引文件糅合了连续文件和链接文件，但更适合大文件；
Windows使用显式链接文件