操作系统刷题总结——知识点归纳1（虚拟地址空间+死锁）

1. 虚拟地址空间

几个概念

虚拟内存： 虚拟内存是一种逻辑上扩充物理内存的技术。基本思想是用软、硬件技术把内存与外存这两级存储器当做一级存储器来用。虚拟内存技术的实现利用了自动覆盖和交换技术。简单的说就是将硬盘的一部分作为内存来使用。

虚拟地址空间： 在32位的i386 CPU的地址总线的是32位的，也就是说可以寻找到4G的地址空间。我们的程序被CPU执行，就是在0x00000000到0xFFFFFFFF这一段地址中。高2G的空间为内核空间，由操作系统调用，低2G的空间为用户空间，由用户使用。

寻址过程

CPU在寻址的时候，是按照虚拟地址来寻址，然后通过MMU(内存管理单元)将虚拟地址转换为物理地址。因为只有程序的一部分加入到内存中，所以会出现所寻找的地址不在内存中的情况（CPU产生缺页异常），如果在内存不足的情况下，就会通过页面调度算法来将内存中的页面置换出来，然后将在外存中的页面加入到内存中，使程序继续正常运行。

虚拟地址空间计算方法

虚拟地址对应于物理存储空间的大小，因而可以虚拟出看起来很大的内存空间，这里虚拟地址的地址结构是：
31—页号—12—位移量w—0,这里的地址长度正好是操作系统的内存位数，所以可以知道最大寻址为2的32次方b,对应于kb,mb,gb的换算式如下：
2^10b = 1kb
2^20b = 1mb = 1kb2^10
2^30b = 1gb = 1mb2^10
这里2^32 = 2^2*1gb = 4gb

2.死锁

定义 ： 在一个进程集合中，所有的进程都在等待只能由该进程集合中的其它进程才能引发的事件，这就是死锁

解释 ：由于进程集合中的所有进程都在等待集合中的其它进程引发唤醒该进程的事件，所以所有进程都会阻塞而无法向前推进。

一般大多数的等待事件都是释放进程集合中其它进程所占有的资源，也叫资源死锁。

资源死锁的四大必须条件

1>互斥条件:

每个资源要么已经分配给了一个进程，要么是可用的。即就是资源非共享

2>占有和等待条件:

已经得到资源的进程还能继续请求新的资源

3>不可抢占条件:

当一个资源分配给了一个进程后，其它需要该资源的进程不能强制性获得该资源，除非该资源的当前占有者显示地释放该资源

4>环路等待：

死锁发生时，系统中一定有由两个或两个以上的进程组成的一条环路，环路上的每个进程都在等待下一个进程所占有的资源

死锁预防

防止死锁的发生只需破坏死锁产生的四个必要条件之一即可。

1) 互斥条件（不可破坏！）

如果允许系统资源都能共享使用，则系统不会进入死锁状态。但有些资源根本不能同时访问，如打印机等临界资源只能互斥使用。所以，破坏互斥条件而预防死锁的方法不太可行，而且在有的场合应该保护这种互斥性。

2) 不剥夺条件（设置优先级，高优先级可要求低优先级让出资源。）

当一个已保持了某些不可剥夺资源的进程，请求新的资源而得不到满足时，它必须释放已经保持的所有资源，待以后需要时再重新申请。这意味着，一个进程已占有的资源会被暂时释放，或者说是被剥夺了，或从而破坏了不可剥夺条件。

该策略实现起来比较复杂，释放已获得的资源可能造成前一阶段工作的失效，反复地申请和释放资源会增加系统开销，降低系统吞吐量。这种方法常用于状态易于保存和恢复的资源，如CPU的寄存器及内存资源，一般不能用于打印机之类的资源。

3) 请求和保持条件（一次性分配：要么全给，要么啥也不给。）

釆用预先静态分配方法，即进程在运行前一次申请完它所需要的全部资源，在它的资源未满足前，不把它投入运行。一旦投入运行后，这些资源就一直归它所有，也不再提出其他资源请求，这样就可以保证系统不会发生死锁。

这种方式实现简单，但缺点也显而易见，系统资源被严重浪费，其中有些资源可能仅在运行初期或运行快结束时才使用，甚至根本不使用。而且还会导致“饥饿”现象，当由于个别资源长期被其他进程占用时，将致使等待该资源的进程迟迟不能开始运行。

4) 循环等待条件（对资源进行编号，按照编号顺序申请访问）

为了破坏循环等待条件，可釆用顺序资源分配法。首先给系统中的资源编号，规定每个进程，必须按编号递增的顺序请求资源，同类资源一次申请完。也就是说，只要进程提出申请分配资源Ri，则该进程在以后的资源申请中，只能申请编号大于Ri的资源。

这种方法存在的问题是，编号必须相对稳定，这就限制了新类型设备的增加；尽管在为资源编号时已考虑到大多数作业实际使用这些资源的顺序，但也经常会发生作业使用资源的顺序与系统规定顺序不同的情况，造成资源的浪费；此外，这种按规定次序申请资源的方法，也必然会给用户的编程带来麻烦。

死锁避免

避免死锁同样是属于事先预防的策略，但并不是事先釆取某种限制措施破坏死锁的必要条件，而是在资源动态分配过程中，防止系统进入不安全状态，以避免发生死锁。这种方法所施加的限制条件较弱，可以获得较好的系统性能。

（1）系统安全状态

（2）银行家算法

死锁解除

检测出死锁，就应立即釆取相应的措施，以解除死锁。死锁解除的主要方法有：

1) 资源剥夺法。

挂起某些死锁进程，并抢占它的资源，将这些资源分配给其他的死锁进程。但应防止被挂起的进程长时间得不到资源，而处于资源匮乏的状态。

2) 撤销进程法。

强制撤销部分、甚至全部死锁进程并剥夺这些进程的资源。撤销的原则可以按进程优先级和撤销进程代价的高低进行。

3) 进程回退法

。让一（多）个进程回退到足以回避死锁的地步，进程回退时自愿释放资源而不是被剥夺。要求系统保持进程的历史信息，设置还原点。