操作系统思维导图

欠下的总是要还的，对操作系统的学习！
持续更新：

操作系统

操作系统引论

进程的描述与控制

前趋图和程序执行

• 前趋图

  • 程序执行的先后顺序图

• 程序顺序执行

• 程序并发执行

进程的描述

• 进程的定义和特征

  • 进程实体（进程映像）

    • 程序段
    • 相关数据段
    • PCB

  • 进程的特征

    • 动态性
    • 并发性
    • 独立性
    • 异步性

• 进程的基本状态及转换

  • 三种状态

    • 就绪

    • 执行

    • 阻塞

      • 静止阻塞
      • 活动阻塞

  • 引入

    • 创建
    • 激活

• 挂起操作和进程状态的转换

  • 挂起

  • 终止

    • 操作系统善后
    • PCB清零

• 进程管理中的数据结构

  • 数据结构分类

    • 内存

      • 内存表

    • 设备

      • 设备表

    • 文件

      • 文件表

    • 进程

      • 进程1....n

        • 进程实体及资源

  • PCB作用

    • 作为独立运行基本单位的标志
    • 能实现间断性运行方式
    • 提供进程管理所需要的信息
    • 提供进程调度所需要的信息
    • 实现与其他进程的同步与通信

  • PCB中的信息

    • 进程标识符

      • 外部标识符
      • 内部标识符

    • 处理机状态

      • 处理及寄存器中的内容组成

        • 通用寄存器

          • 用户寄存器

        • 指令计数器

        • 程序状态字

        • 用户栈指针

    • 进程调度信息

      • 进程状态

      • 进程的优先级

      • 进程调度所需的其他信息

      • 事件

        • 阻塞原因

  • PCB的组织方式

    • 线性方式
    • 链接方式
    • 索引方式

进程控制

• 操作系统内核

  • OS内核两大功能

    • 支撑功能

      • 中断处理
      • 时钟管理
      • 原语操作

    • 资源管理功能

      • 进程管理
      • 存储器管理
      • 设备管理

• 进程的创建

  • 申请空白PCB
  • 为新进程分配其运行所需的资源
  • 初始化进程控制块
  • 如果进程就绪队列能够接纳新进程，就将新进程插入就绪队列

• 进程的终止

  • 终止原因

    • 正常结束
    • 异常结束

  • 终止过程

    • 根据被终止的进程标识符，检索PCB，读取进程状态
    • 若处于执行态，立即终止执行，并置调度标志为真，用于指示该进程被终止后应重新调度
    • 若该进程还有子孙进程，也予以终止
    • 将被终止进程所拥有的全部资源或者归还父进程，或系统
    • 将被终止的进程，移出其所在队列或列表，等待其他程序收集信息

• 进程的阻塞与唤醒

  • 阻塞原因

    • 资源亲求失败
    • 等待某种操作的完成
    • 新数据尚未到达
    • 等待新任务的到达

  • 阻塞过程

    • 自身过程（调用block）
    • 将PCB插入阻塞队列

  • 唤醒步骤

    • 1、其他进程调用wakeup
    • 2、从阻塞队列移出
    • 3、将状态修改为就绪
    • 4、将PCB插入就绪队列

• 进程的挂起与激活

  • 挂起

    • 1、调用suspend源语

    • 2、检查状态：

      • 处于就绪->改为静止就绪
      • 活动阻塞->静止阻塞

    • PCB移至某指定内存区域

  • 激活

    • 1、调用active

    • 2、从外存调入内存

    • 3、检查状态

      • 静止就绪->活动就绪
      • 静止阻塞->活动阻塞

进程同步

• 进程同步的基本概念

  • 两种制约关系

    • 间接相互制约
    • 直接相互制约

  • 临界资源

  • 临界区

  • 同步机制应遵守的规则

    • 空闲让进
    • 忙则等待
    • 有限等待
    • 让权等待

• 硬件同步机制

  • 关中断

    • 在进入锁测试前关闭中断

      • 缺点

        • 1、滥用关中断权力可能导致严重后果
        • 2、时间过长会影响系统效率
        • 3、不适用于多CPU

  • Test-and-Set实现互斥

  • Swap

• 信号量机制

  • 1、整型信号量
  • 2、记录型信号量
  • 3、AND型信号量
  • 4、信号量集

• 信号量的应用

  • 实现进程互斥
  • 实现前趋关系

• 管程机制

  • 资源管理程序

经典进程的同步问题

• 生产者消费者问题
• 哲学家进餐问题
• 读者-写者问题

进程通信

• 进程通信的类型

  • 管道通信系统

    • 需要提供的能力

      • 互斥
      • 同步
      • 确定对方存在

  • 消息传递系统

    • 直接通信方式
    • 间接通信方式

  • 共享存储器系统

    • 基于共享数据结构的通信方式
    • 基于共享存储区的通信方式

  • 客户机-服务器系统

    • 套接字

      • 1、基于文件型
      • 2、基于网络型

    • 远程过程调用

    • 远程方法调用

• 消息传递通信的实现方式

  • 直接消息传递系统

    • 直接通信原语
    • 消息的格式
    • 进程的同步方式
    • 通信链路

  • 信箱

• 直接消息传递系统实例

线程的基本概念

• 线程的引入

  • 减少程序在并发执行时的时空开销

• 线程与进程的比较

  • 进程的基本属性

    • 拥有资源的独立单位
    • 可独立调度和分配的基本单位

  • 线程

    • 作为调度和分配的基本单位

  • 比较dian

    • 调度基本单位
    • 并发性
    • 资源
    • 独立性
    • 系统开销
    • 支持多处理机

• 线程的状态和线程控制块

  • 线程状态

    • 执行
    • 就绪
    • 阻塞

  • TCB

    • 线程标识符
    • 一组寄存器
    • 线程运行状态
    • 优先级
    • 线程转悠存储区
    • 信号屏蔽
    • 堆栈指针

线程的实现

• 线程的实现方式

  • 内核支持线程KST
  • 用户级线程ULT
  • 组合方式
  • 多对多模型

• 线程的实现

• 线程的创建和终止

  • 线程的创建

处理机调度与死锁

处理机调度的层次和调度算法的目标

• 处理机调度的层次

  • 高级调度

    • 对象是作业

  • 低级调度

    • 进程调度
    • 短程调度
    • 对象是进程

  • 中级调度

    • 内存调度

• 处理机调度的目标

  • 资源利用率
  • 公平性
  • 平衡性
  • 策略强调执行

• 批处理系统的目标

  • 平均周转时间短
  • 系统吞吐量高
  • 处理机利用率大

• 分时系统的目标

  • 响应块
  • 均衡性

• 实时系统的目标

  • 截至时间的保证
  • 可预测性

作业与作业调度

• 批处理系统中的作业

  • 作业的定义

    • 比程序广泛
    • 程序和数据
    • 作业说明书

  • 作业步

  • 作业运行的三个阶段

    • 收容阶段
    • 运行阶段
    • 完成阶段

  • 作业的三个状态

    • 后备状态
    • 运行状态
    • 完成状态

• 调度算法

  • 先来先服务

  • 短作业优先

  • 优先级调度算法

  • 高响应比优先调度算法

    • R=（等待时间+要求服务时间）/要求服务时间=响应时间/要求服务时间

  • 最早截至时间优先

  • 最低松弛度优先

    • 任务越紧，优先级越高

• 调度算法的分类

  • 轮转调度算法
  • 优先级调度算法
  • 多队列调度算法
  • 多级反馈队列

死锁

• 定义

  • 每个进程都在等待别人的条件

• 产生死锁的必要条件

  • 互斥条件
  • 请求和保持条件
  • 不可抢占条件
  • 循环等待条件

• 死锁处理

  • 预防

    • 破坏请求和保持条件

      • 第一种协议

        • 第开始运行就请求全部资源

      • 第二种协议

        • 获得初期运行的资源就开始运行

    • 破坏不可抢占条件

    • 破坏循坏等待条件

  • 避免死锁

    • 系统安全状态
    • 银行家算法

  • 检测死锁

  • 解除死锁

    • 抢占资源
    • 终止进程

存储器规则

存储器的层次

• CPU寄存器
• 主存
• 赋存

程序的装入和链接

• 程序的装入

  • 绝对装入
  • 可重定位
  • 动态运行的装入

• 程序的链接

  • 静态链接
  • 装入时动态链接
  • 运行时动态链接

• 连续分配存储的管理方式

  • 单一连续分配
  • 固定连续分配
  • 动态分区分配

• 分区算法

  • 基于顺序搜索的动态分区分配算法

    • 首次适应算法
    • 循环首次适应算法
    • 最佳适应算法
    • 最坏适应算法

  • 基于索引搜索的动态分区分配算法

    • 快速适应算法
    • 伙伴系统
    • 哈希算法

  • 动态可重定位分区分配

    • 紧凑
    • 动态重定位
    • 动态重定位分区分配算法

对换

• 类型

  • 整体对换
  • 页面（分段）对换

• 对换空间的管理

分页存储的管理

虚拟存储器

输入输出系统

文件管理

磁盘存储器的管理

操作系统的接口

多处理机操作系统

多媒体操作系统

保护和安全

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