操作系统
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前言
此文章中的全部内容均为Xmind思维导图导出的MD格式文件，阅读效果必定不如直接读思维导图
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PS:这是思维导图，不是知识点详解
操作系统概述
操作系统的基本概念
操作系统的概念
- 是控制和管理整个计算机软硬件资源，合理地组织，调度计算机的工作和资源的分配，进而为用户和其它软件提供方便接口与程序集合
操作系统的特征
- 并发
- 共享
- 虚拟
- 异步
操作系统的功能
作为计算机系统资源的管理者
- 处理机管理（CPU调度）
- 存储器管理（内存分配）
- 文件管理（外存管理）
- 设备管理（I/O设备管理）
用户与计算机硬件系统之间的接口
- 命令接口
- 程序接口
操作系统的发展和分类
手工操作阶段（此阶段无操作系统）
批处理阶段（操作系统开始出现）
- 单道批处理
- 多道批处理
分时操作系统
实时操作系统
网络操作系统和分布式计算机系统
个人计算机操作系统
操作系统的运行环境
操作系统的运行机制
- 时钟管理
- 中断机制
- 原语数英系统控制的数据结构及处理
用户态与核心态
- 特权指令与非特权指令
中断和异常的概念
中断和异常的概念
中断
内中断（异常）
- 自愿中断（陷入）
- 故障
- 终止
外中断（强迫中断）
- 外设请求
- 人的干预
中断的处理过程
系统调用
- 五大类系统调用
访管指令
操作系统的体系结构
- 大内核和微内核
进程管理
进程与线程
进程的概念和特征
进程的概念
- 具有独立功能的程序在一个数据集合上的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位
进程的特征
五大特性
- 动态性
- 并发性
- 独立性
- 异步性
- 结构性
进程的状态与转换
五种状态
- 运行态
- 就绪态
- 阻塞态
- 创建态
- 终止态
状态的相互转换
进程控制
- 进程的创建
- 进程的终止
- 进程的阻塞和唤醒
- 进程切换
进程的组织结构
- 进程控制块（PCB）
- 程序段
- 数据段
进程的通信
- 共享存储
- 消息传递
- 管道通信
线程概念和多线程模型
线程的基本概念
线程与进程的比较
- 调度
- 拥有资源
- 并发性
- 系统开销
- 地址空间和其他资源
- 通信
线程的属性
线程的实现方式
- 用户级线程
- 内核级线程
多线程模型
- 多对一
- 多对多
- 一对一
处理机调度
调度的概念
调度的基本概念
- 对处理机进行分配，即从就绪队列中选择一个进程，并将处理机分配给它运行，以实现进程的并发执行
调度的三个层次
- 作业调度
- 中级调度
- 进程调度
三级调度的关系
调度的时机、切换与过程
- 不能进行进程切换的三个时机
- 需要进程调度的三个时机
进程调度方式
- 剥夺调度方式
- 非剥夺调度方式
调度的基本准则
五大准则
CPU利用率
系统吞吐量
周转时间
- 平均周转时间
- 带权周转时间
- 平均带权周转时间
等待时间
响应时间
经典的调度算法
- 先来先服务算法（FCFS）
- 短作业优先算法（SJF）
- 优先级调度算法
- 高响应比优先调度算法
- 时间片轮转调度算法
- 多级反馈队列调度算法
进程同步
进程同步的基本概念
临界资源
- 一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源
同步（直接制约关系）
- 多个进程为完成任务，在某些位置上协调它们的工作次序而等待、传递信息所产生的制约关系
互斥（间接制约关系）
- 当一个进程进入临界区访问临界资源时，另一个进程必须等待
准则
- 空闲让进
- 忙则等待
- 有限等待
- 让权等待
实现临界区互斥的基本办法
软件实现方法
- 单标志法
- 双标志法先检查
- 双标志法后检查
- Peterson’s Algorithm
硬件实现方法
- 中断屏蔽方法
- 硬件指令方法
信号量
- 整型信号量
- 记录型信号量
- 利用信号量实现同步
- 利用信号量实现互斥
- 利用信号量实现前驱关系
- 进程同步与互斥问题
管程
- 定义
- 条件变量
经典同步问题
- 生产者—消费者问题
- 读者—写者问题
- 哲学家进餐问题
- 吸烟者问题
死锁
死锁的概念
- 死锁的定义
- 死锁的产生原因
死锁的处理策略
- 预防
- 避免
- 检测及解除
死锁预防
- 破坏互斥条件
- 破坏不剥夺条件
- 破坏请求并保持条件
- 破坏循环等待条件
死锁避免
- 系统安全状态
- 银行家算法
死锁的检测与解除
资源分配图
死锁定理
死锁解除
- 资源剥夺法
- 撤销进程法
- 进程回退法
内存管理
内存管理的功能
- 内存空间的分配与回收
- 地址转换
- 内存空间的扩充
- 存储保护
内存管理的概念
基本原理和要求
程序的装入与链接
3种链接方式
- 静态链接
- 装入时动态链接
- 运行时动态链接
3种装入方式
- 绝对装入
- 可重定位装入
- 动态运行时装入
逻辑地址空间与物理地址空间
- 逻辑地址和物理地址的转换
内存保护
2种内存保护方式
- 上下限寄存器
- 重定位寄存器和界地址寄存器
覆盖与交换技术
覆盖
- 覆盖技术的思想
交换
- 交换技术的思想
连续内存分配管理方式
单一连续内存分配
固定内存连续分区分配
- 2种不同分区方式
动态内存连续分区分配
- 4种动态分区算法
内部碎片与外部碎片
- 什么分区方式产生什么碎片
非连续内存分配管理方式
基本分页存储管理方式
分页存储的几个基本概念
页面
页面大小
分页存储的地址结构
页表
- 页表的几个特征
- 页表项
基本地址变换机构
逻辑地址转换物理地址的过程
具有快表的地址变换机构
- 快表的概念
两级页表
基本分段存储管理方式
分段存储的几个基本概念
- 分段
- 段表
地址变换机构
- 逻辑地址转换物理地址的过程
段的共享与保护
段页式管理方式
段页式管理的基本概念
- 逻辑地址结构
- 逻辑地址转换物理地址的过程
- 段表，页表
虚拟内存管理
虚拟内存基本概念
传统存储管理方式的特征
- 一次性
- 驻留性
局部性原理
- 时间
- 空间
虚拟存储器的定义和特征
定义
三个特征
- 多次性
- 对换性
- 虚拟性
虚拟内存技术的实现
- 3种请求存储管理方式
- 4种需要的硬件支持
请求分页内存管理方式
页表机制
页表项
- 状态位P
- 访问字段A
- 修改位M
- 外存地址
缺页中断机构
地址变换机构
页面置换算法
OPT
FIFO
LRU
CLOCK
- 简单的CLOCK
- 带标志位的CLOCK
页面分配策略
驻留集
2种分配方式
- 固定分配
- 可变分配
2种置换策略
- 全局置换
- 局部置换
调入页面的时机
- 预调入策略
- 请求调入策略
从何处调入页面
- 系统拥有足够的对换区
- 系统缺少足够的对换区
抖动
- 为什么会出现抖动
- 解决方案
工作集
- 工作原理
地址翻译
文件管理
文件系统基础
文件的概念
- 文件的定义
- 文件的属性
- 文件的基本操作
- 文件的打开与关闭
文件的逻辑结构
- 无结构文件(流式文件)
- 有结构文件(记录式文件)
目录结构
- 文件控制块和索引节点
- 目录结构
文件共享
- 基于索引节点的共享方式(硬连接)
- 利用符号链实现文件共享(软连接)
文件保护
- 访问类型
- 访问控制
文件系统实现
- 文件系统的层次结构
- 目录实现
- 文件实现—文件分配方式
- 文件实现—文件存储空间管理
磁盘组织与管理
- 磁盘的结构
- 磁盘调度算法
- 磁盘的管理
输入/输出管理
I/O管理概述
I/O设备
三种分类方式
- 按传输速率分配
- 按使用特性分类
- 按信息交换的单位分类
I/O控制方式
四种控制方式
- 程序直接控制
- 中断驱动方式
- DMA方式
- 通道控制方式
I/O子系统的层次结构
- 五个层次
- 设备控制器
I/O核心子系统
- I/O子系统概述
- I/O调度概念
- 高速缓存与缓冲区
- 设备分配与回收
- SPOOLing技术(假脱机技术)