操作系统学习分享
前言：
温故而知新，可以为师矣。没有笨的人，只有你不去学或者不去反复理解学。
理论性知识点：理解记忆，体会理解其思路以及存在的意义。
操作性知识点：模仿实操一遍，有必要掌握的则需要自己理解其原理并且独自实操。
学习资料引用：
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哔哩哔哩学习视频
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操作系统概念黑皮书（机械工业出版社）
1、操作系统概念
2、操作系统基础
前言：主要介绍的知识点面向于Linux操作系统
硬盘简单概念介绍 磁盘的读写，优先顺序，而非随机。
2.1 : 双重模式
系统API有一张索引表记录其接口函数，例如#1、#2等。
2.2 : 程序与进程
补充：一般书上的介绍有NEW，表示新建状态，Dead，表示终止状态。进程在CPU执行是运行态，如果被中断抢抢占CPU而得不到运行会进入就绪态等待下次执行，等待态一般是进程本身需要IO操作，需要一段时间等待IO执行完成，会主动放弃CPU使用权进行等待态。
text：代码文本，二进制代码，编译后的产物，可以直接执行。
data：进程结束才会回收，全局与静态变量。例如C中函数中 static修饰局部变量即可为其延长生命周期，例子博客。
stack：函数结束则调用栈结束，局部变量与函数返回地址
heap：运行时动态的内存分配。
注意点：进程信息在内存中的实际物理存储空间是离散的。
补充：就绪与等待队列的实现通过链表，而且单个节点存放的仅仅只是PCB，因为调用一个进程可以通过PCB来找到进程其它部分的信息，这也是PCB存在的意义与好处。
注意点：进程切换的过程中是依靠中断来实现的。
2.3 : 进程与线程
并发与并行的介绍：
一条路上多个人在”同时“的跑步，那么他们在”并发“的跑，多个人在多条路上同时的跑步，那么他们在”并行“的跑。这里的人比喻程序，路比喻CPU。
线程被引进的缘由：
说明：如上图所示，进程间的切换是需要CPU资源时间开销的。
线程的定义：
说明：如上图所示，单个进程中，可以存在多个不同的执行流，这些执行流被我们称之为线程（线程是目前CPU任务的最小计量单元），线程共享进程的code、data、files等。但多线程的出现导致了并发需要加锁的问题。下面用一个简单的程序来演示一下这种情况：
#include
#include
#include
#include
#include
int global_value = 100;
void *hello(void *arg)
{
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
global_value++;
printf("I am a hello thread\n");
printf("现在的全局value是%d\n", global_value);
sleep(2);
}
}
void *world(void *arg)
{
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
global_value++;
printf("I am a world thread\n");
printf("现在的全局value是%d\n", global_value);
sleep(1);
}
}
void *threadFuc(void *arg)
{
printf("I am a new Thread\n");
}
int main()
{
//定义线程一号，二号
pthread_t tid, tid2;
//创建线程
pthread_create(&tid, NULL, hello, NULL);
pthread_create(&tid2, NULL, world, NULL);
//join的含义是等待新开的线程回调完成
pthread_join(tid, NULL);
pthread_join(tid2, NULL);
printf("In main thread\n");
return 0;
}
// 编译命令：gcc thread.c -o thread -std=c99 -pthread 2.4 : 进程（线程）调度算法
2.4.1：FCFS（非抢占）
简单介绍：先来先服务，先来的线程先处理并且处理完成，不会被抢占。
优点：简单粗暴，朴实无华，先来先处理，不会被抢占。
2.4.2：RR （公平性抢占）
简单介绍：每个线程可以得固定的时间片去使用CPU，时间片用完自身就等待下次属于自己的时间片，虽然时间片使用完毕会自动被抢占，但具有”公平性“。
优点：可以让每个线程较为公平的得到处理，如果使用时间小的可能比FCFS先处理完，算是一种平均算法，被大多数调度使用，可以兼容大部分的需求。
缺点：增加线程切换开销，线程的上下文切换开销大约是0.1-1ms
2.4.3：SJB（非抢占）/ SRTF (抢占)
SJB优点：非抢占式，永远在就绪等待队列中选择开销最小的线程进行调度
SRTF(shortest remaining time first):抢占式的调度，每次有新任务到达的时候，都会进行最短所需时间任务的选择
SRTF缺点：如果任务到达的数量很多，则需要多次数停下目前调度进行排序现有队列的情况。
2.4.4：Linux系统调度策略
SCHER_OTHER:默认的正常的调度策略，本质还是RR，表示不紧急的任务的调度策略（占比高）
SCHER_FIFO、SCHER_RR：需要时刻知道任务运行状态的任务的调度策略。
查看调度策略的命令：chrt -p pid
Real-time下：PR = -1 - priority 属于【-100， -2】
注意点：SCHER_XX的调度策略不仅仅是上述我们介绍的那样，只能说上述算法思想已经实现了“开源”，各种不同的操作系统只是在这是调度算法的核心基础上实现再优化。架子还在，但其已经实现了不一样的优化。最重要的区别是在各个算法的基础上增加了优化级的概念和计算。例如更大的优先级在FIFO中能插入头部得到优先执行，在RR中得到的时间片就越大。
2.5 : 同步
2.5.1：进程同步的概念
2.5.2：临界区的引进
2.5.3:互斥锁
实现自旋锁的Demo：
#include
#include
#include
#include
#include
int global_value = 100;
pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
void *hello(void *arg)
{
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
pthread_mutex_lock(&lock);
global_value++;
printf("I am a hello thread\n");
printf("现在的全局value是%d\n", global_value);
sleep(1);
pthread_mutex_unlock(&lock);
}
}
int main()
{
pthread_t tid, tid2;
pthread_create(&tid, NULL, hello, NULL);
pthread_create(&tid2, NULL, hello, NULL);
pthread_join(tid, NULL);
pthread_join(tid2, NULL);
printf("In main thread\n");
return 0;
} 提问：
如果某个进程中加了锁，然后突然在没有释放锁之前终止会发生什么情况呢？
2.5.4:信号量
2.6 死锁
2.6.1 死锁定义
2.6.2：产生死锁的必要条件
2.6.3：死锁的解决探索
2.6.3：银行家安全算法
2.6.4：资源分配表视图
2.6.5：死锁的解除
2.7 内存管理策略
2.7.1：逻辑地址与物理地址
2.7.2：内存分区策略
固定分区：事先划分好固定不同大小的分区，等待调用使用，造成的内存碎片是未使用的
可变分区：划分程序所需要的空间，但造成的碎片是孔洞之间的遗留
2.7.3：分段与分页
内存分段
分页：
2.7.4：页表
快表（TLB）
2.7.5：页面保护与共享机制
2.7.6：缓存与内存
相关知识点：一文解决内存屏障 - 简书 (jianshu.com)
2.7.7：虚拟内存
调页操作
2.7.8：页面置换算法
相关类似Demo例子：MySQL 改进的LRU算法 - 简书 (jianshu.com)
2.7.9：内存抖动
2.8 存储系统
2.8.1：机械磁盘
2.8.2：磁盘调度算法
2.8.3：Linux中的磁盘扫描算法
