3.01 操作系统概述

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接口的区分：

人机之间的接口：命令，窗口
应用软件与硬件之间的接口：api的接口

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进程管理

3.02 进程管理——进程状态转换图

进程的状态：操作系统当中对进程进行管理的时候，为进程指定了几种状态，以便于给进程分配相应的资源，把它管理起来。

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最初的进程状态（三种）

最初的状态分类：

运行：指这个进程需要的所有资源都已经配足了，并且给他了cpu资源
就绪：指这个进程除了cpu资源，其他需要的所有资源都已经配足了
等待：指这个进程除了cpu资源，还缺其他需要的所有资源

各个状态之间的转换关系：

运行—（等待某个事件）—>等待：当进程缺少某一个资源的时候就会进入到等待
- 但是当进行补充好相应资源后不能直接去运行，需要去排队等待cpu资源的调用
等待—（等待事件发生）—>就绪：当补充好相应资源后就进入到就绪状态
就绪—（调度）—>运行：当资源配足的进程排到cpu进程时
运行—（时间片到）—>就绪：一个进程从就绪到运行只能执行一个时间片，当时间片到了就返回就绪状态继续排队。

注：三种状态成熟后发现并不能满足所有的情况（比如人为暂停），所以提出来五态模型

升级的进程状态（五种）

状态分类中：运行（运行），活跃阻塞（等待），活跃就绪（就绪）两两对应，一个意思

与三态的不同点：

多了一个静止就绪和静止阻塞
- 挂起：就和有人给你打电话，你放下手中的工作
- 恢复或激活：电话打完了，再开始手中的工作

3.03 进程管理——前趋图【考点】

考题考点：前趋图一般和PV操作结合考察
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前趋图：用来表达要完成的一系列活动，它的先后的约束关系。

想表达的内容：这样就可以看出那些任务可以并行，那些任务有先后关系
比如：包饺子可以绞肉，切菜，搅拌，包饺子顺序执行，但是绞肉和切菜可以同时进行，但是搅拌要受前两部的约束，同理包饺子要受到搅拌的约束。

3.04 进程管理——进程的同步与互斥

学习目的：同步与互斥是进行PV操作一些分析的前提

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互斥：

概念：在同一时刻，只允许某一个进程去使用这个资源【同一个资源不能同时服务于多个进程】
如果一个资源能同时服务于多个进程称为：共享

同步：

概念：有速度匹配要求，当差距拉的比较大的时候，要求速度快的停下来等待速度慢的。
官方：
- 同步：是指一个进程在执行某个请求的时候，若这个请求没有执行完成，
  那么这个进程将会一直等待下去，直到这个请求执行完毕，才会继
  续执行下面的请求。
- 异步：是指一个进程在执行某个请求的时候，如果这个请求没有执行完毕，进程不会等待，而是继续执行下面的请求。

讨论PV进程操作问题：生产者和消费者中关于同步，互斥问题

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单缓冲区情况：

互斥：生产者和消费者每次只能一位去市场操作
同步：生产者在市场放入一个商品就不能再放入商品，直到消费者消费掉之后生产者才可以继续在市场里放东西

3.05 进程管理——PV操作

考察：难度大

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一些概念：

临界资源：独木桥
临界区：是一个代码段【进程中访问临界资源的呢段代码】
信号量：应用于PV操作的一种专属变量
- 如：P（S）中的呢个S，就是信号量

PV操作：

是两大原子操作的一个组合，分为P操作和V操作。
- P(S)：加锁的过程
  - 申请锁定资源操作：信号量-1，做判断
- V(S)：解锁的过程
  - 申请解锁资源操作：信号量+1，做判断

从例题体会PV操作的作用

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当不引入PV操作的时候，先执行生产者就会造成溢出的风险，同理先执行消费者也会出错。

引入PV操作之后：
首先执行生产者情况和循环执行生产者情况【不行，会进入进程队列】
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满足P，V操作判断语句的时候会进入进程队列，否则会继续执行

首先执行消费者情况
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满足P，V操作判断语句的时候会进入进程队列，否则会继续执行

总结

PV操作其实是并发进程之间某些约束关系之间问题的解决。

3.06 进程管理——PV操作练习题

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先从收银员进程入手
解题时可以先假设没有这些操作，会面临什么样的问题，从而找出约束关系

3.07 进程管理——PV操作与前趋图【重点考点】

将一个前趋图转为PV操作的形式，都转成相应的进程，让这些进程在并发执行的时候依然按前趋图约束的先后顺序去执行。

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进程D开头要有，进程A，B，C的加锁过程P【都解锁之后才能进行下面的操作】
每一个进程A，B，C都有一个解锁过程V

例题演示

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解题步骤：

先在前趋图中标出信号量S，遵循从左到右，从上到下。
则可以通过前趋图箭头指向写出P与V的分布【如p1箭尾是V(s1)，p2箭尾是V(s2)，p3箭头是P(s1)和P(s2)；箭尾是V(s3)和V(s4)】
- 箭头为P操作，箭尾为V操作
将所有的操作具体写到（p1-p5示意图）中，问题就解决了

3.08 进程管理——死锁问题

考察考点：

计算不会死锁的情况
死锁预防与避免问题
- 会涉及到银行家算法

概念：

死锁：指系统当中有一系列的资源，有一系列需要用到这些资源的进程，这些进程需要系统给分配资源才能进行。如果系统在某一时刻发现所有可用的资源都已经分配出去了，而所有的进程都没有办法完成它本身的职责和任务，从而没办法释放占用的资源。

具体例题：
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求最少多少个资源不会发生死锁的情况：
- 先给每个进程分配它所需的总数-1个资源
- 然后有几个进程就乘几个
- 最后+1之后就是：最少多少个资源不会发生死锁的情

3.09 进程管理——银行家算法

本节讲：死锁的预防和避免

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死锁的预防【了解】

发生死锁的四种情况：

互斥
环路等待
不剥夺
保持和等待

死锁的预防：打破会发生死锁的四种情况

死锁避免的解决方案【掌握】

两种解决方案：

有序资源分配法【效率低】
银行家算法【常用，也是考点】

银行家算法

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思想：以银行房贷的思路，来做资源分配。

具体实例

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选B
考试就从A选项进行模拟，看能否走通，如果走不通就进行B选项的模拟。

存储管理

3.10 存储管理——分区存储组织

本章从软件的层次，来考虑存储机制
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分配前的空白区域是因为：前面作业做完了内存资源返回造成的
此时再分配作业4的时候，会有多种动态分配的方式

几种内存资源分配方式：【了解思想】

首次适应法：顺次找下来，找到第一个符合的空间
最佳适应法：将空闲区块按照从小到大顺序，练成一个链
- 在分配的时候先用作业4的大小和小的空闲区块做比较，如果小于该空闲区块就将作业4分配到这里
- 缺陷：系统运行一段时间，空闲碎块会非常多
最差适应法：将空闲区块按照从小到大顺序，练成一个链
- 在分配的时候先用作业4的大小和大的空闲区块做比较，如果小于该空闲区块就将作业4分配到这里，切出来一个9k的内存出来
循环首次适应算法：将空闲的区域按顺序连成一个环，每次按顺序比较，分配完再对下一个空白区块进行比较，以此类推。
- 优点：分配均匀，不会老是分配同一个块

3.11 存储管理——页式存储、段式存储、段页式存储

考点掌握：

页式存储当中的逻辑地址和物理地址之间的转化
页式存储、段式存储、段页式存储它们基本的特点，以及运作的方式

页式存储【掌握】

页式存储有了页表的中间件，而不是直接在用户程序和内存之间转换，从而增加了系统开销。
物理块号又称页帧号

如何通过逻辑地址来求物理地址呢？

先知道逻辑地址当中那些是页号，那些是页内地址
页内地址直接就对应，物理地址中的页内地址
再通过页号去查找相应的块号
将查到的块号和页内地址组合起来就是物理地址了

习题讲解

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段式存储

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按逻辑结构来划分的
段的大小不要求一致【页式存储不允许】
段号包括：段长和基址

优点：

便于共享

缺点：

内存利用率低

段页式存储

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先分段，再分页

优缺点折中：

优点：空间小，存储共享容易
缺点：复杂性和开销增加，执行速度下降

快表与慢表

快表

页式，段式，段页式存储放到Cache【高速缓存器】当中称为快表

慢表

页式，段式，段页式存储放到内存当中称为慢表

3.12 存储管理——【页面置换算法】页面淘汰算法

应用到：分层存储体系当中

由来：内存体系面临的问题，比如页式存储有100个页，但是内存有限只有3个页，这时候就不可避免的要淘汰不用的页和将用的页存调入进去，这就需要用的一些淘汰算法【共有四种】

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考点：先进先出，最近最少使用
抖动：我分配给你更多资源，想要更好的结果，但是给你更多资源反而结果并不好【如下图就出现了抖动现象】
- 第一行黄色，要访问的页面序列
- 第一列黄色，内存上的三个页面
- 当内存里没有相应页面序列就调入到内存当中
- 内存里没有就称为缺页

例题讲解淘汰机制

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FIFO淘汰机制：先进入内存的先淘汰【只考虑谁先进来】
- 本题3的页面序列位置，对于FIFO来说内存空间为【0，1，2】先进来的是0，则淘汰0
LRU淘汰机制：最近最少使用的先淘汰【考虑访问的情况，最近被访问到了就不会被淘汰】
- 本题3的页面序列位置，对于LRU视角来说内存空间为【1，2，0】，0刚刚被访问，1最久没被访问，则淘汰1

3.13 存储管理——页面淘汰算法练习题

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第一问内存访问次数解题思路：

没有使用快表说明每读一次程序的块，先在内存上查一下表，查一下表之后才能够读取相应的内存块
- 所以每一个内存块要进行2次的访问
题目中说明有6个页面块，则需要访问12次内存

第二问缺页中断次数解题思路：

这里有个约定俗成：
- 默认指令无论占几个块，都会一次性调入。
  - 本题占了两个块，所以缺页中断一次
- 但是操作数是占几个块，就会调入几次
  - 本题也是占了两个块，缺页中断两次
本题一个指令，两个操作数都占用2个块，根据上面约定俗成的规则得出结果1+2+2=5
- 占用2个块的原因：指令从内存的1023单元开始存储（1单元=1字节），题中给出页面大小为1kb（1kb=1024字节），在8位计算机系统中存16位的指令（1字节=8位，则只存了一半，另一半存到了下一块当中），则该指令一半存到了0页号中，一半存到了1页号中

文件管理

3.14 文件管理——索引文件结构

文件的一种扩展机制

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索引文件结构：直接索引，一级，二级，三级间接索引

一般是以13个结点的结构，对应的是地址，连接的是物理盘块（用来存内容）
在10这个结点位置链接的物理盘块不在存文件内容，而是存的地址
间接索引级别越高，访问效率越低

实例演示

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3.15 文件管理——文件和树型目录结构

考察：相对路径，绝对路径，全文件名的概念

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根目录一般是盘符，而Linux和unix是用/来做根文件
可以在不同的文件下面，存在相同的文件名【同级目录不行】
绝对路径：是从盘符开始的路径
相对路径：是从当前目录开始的路径
全文件名：绝对路径+文件名(包括格式扩展名)
注：上面打开访问磁盘的次数都只要一次，通过命令打开，并不是一层一层的进入【相对路径先进入，才进行的打开命令】

例题讲解

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第一空选：C
第二空选：B

3.16 文件管理——空闲存储空间的管理【位示图】

掌握：位示图法的计算问题

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空闲存储空间的管理：

指的是磁盘上有大量的空间，需要把空闲的空间管理起来，以便在某个文件要申请空间的时候，能有依据的分配空间。
- 有很多的方法，我们重点掌握位示图法
  - 空闲区表法：用一个表来记录那些是空闲的
  - 空闲链表法：把空闲区域都链起来，形成一个链表
  - 位示图法：
  - 成组链接法：分组也分链的方式