第二章、操作系统（6~8分）
1、进程管理
1、进程的概念
1、进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
2、它是有程序块、进程控制块（PCB）和数据块三个部分组成。
1、进程和程序的区别
1、进程：
- 是程序的一次执行过程，没有程序就没有进程。
- 有创建而产生，完成任务后因撤销而消亡。
- 动态概念。
- 是系统进行资源分配和调度的独立单位。
2、程序：
- 是完成某个特点功能的一系列程序语句的集合，只要不被破坏，就永远存在。
- 程序是一个静态的概念
- 程序不是
2、进程的状态
1、就绪
2、运行
3、等待（阻塞）
1、三态模型（重点）
2、五态模型
3、进程的同步与互斥
1、直接制约关系
2、间接制约关系
3、临界资源
4、同步：一起出发，速度可能有差异，在一定情况下等待
5、互斥：千军万马过独木桥
4、PV操作
1、概念
1、临界资源：诸进程间需要互斥方式对其进行共享的资源。例如打印机
2、临界区：每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区
3、信号量：是一种特殊的变量（一般用来记录）
4、P是荷兰语 Passeren 。也是资源申请操作
5、V是荷兰语 Verhoog。 也是资源释放操作
6、如图
2、多个进程共享一台打印机问题（互斥模型）
1、PV成对出现
3、单缓冲区生产者、消费者问题（同步模型）
1、如图
2、这里s1是生产的产品，s2是可以消费的产品
3、在生产者中消费s1，产生s2
4、在消费者中消费s2，产生s1
4、例子1
1、从收银员入手，b1，是要开始扫描然后卖书就申请资源P（S1)。收完费我们就释放资源b2 V(S2)，目的是让下一个可以来扫码拿书了。
2、对应a1就是先释放资源我要买书V（S1），然后a2对应就是申请付款V（S2）
5、例子2—前驱图
1、箭头进来是P操作
2、箭头出去是V操作
5、死锁问题
1、概念
1、进程管理是操作系统的核心，如果设计不当，就会出现死锁问题。如果一个进程在等待一件不可能发生的事，则进程就死锁了
2、如果一个或多个进程产生死锁，就会造成系统死锁
2、避免和预防死锁
1、预防死锁的四大条件
- 互斥
- 环路等待
- 不剥夺
- 保持和等待
2、死锁的避免
- 有序资源分配
- 银行家算法
3、银行家算法
1、分配资源的原则
1、当一个进程对资源的最大需求量不超过系统中的资源数时，可以接纳该进程
2、进程可以分期请求，但请求总数不能超过最大需求量
3、当系统现有的资源不能满足进程尚需资源数时，对进程可以推迟分配，但总能使进程在有限的时间里得到资源。
2、例子
1、答案：
2、存储管理
1、页式存储组织
1、概念
1、将程序与内存均匀划分为同样大小的块，以页为单位将程序调入内存。
2、物理块又称为页帧号
3、逻辑地址计算
- 逻辑地址 = 页号 + 页内地址
4、物理地址计算
- 物理地址 = 物理块号（页帧号）+ 页内地址
5、完整的页号
2、优缺点
1、优点：利用率搞，碎片小，分配及管理简单
2、缺点：增加了系统开销，可能产生抖动现象
2、段式存储组织
1、概念
1、按用户作业的自然段来划分逻辑空间，然后调入内存段，段的长度可以不一样。（就是这个程序要多少内存就调用多少）
2、完整结构
2、优缺点
1、优点：多道程序共享内存，各段程序修改互不影响
2、缺点：内存利用率低，内存碎片浪费大
3、段页式存储组织
1、概念
1、段式和页式的综合题，先分段，再分页。
2、1个程序有若干段，每个段可以有若干页，每个页的大小相同，但每个段的大小不同
3、完整结构
2、优缺点
1、优点：空间浪费小，存储容易共享，存储容易保护，能动态链接
2、缺点：管理软件增加，复杂性和开销也变大，需要硬件及占用的内容也增加，使得执行速度大大下降。
4、页面置算法
1、最优（Optimal,OPT)算法
2、随机（RAND）算法
3、先进先出（FIFO）算法
- 可能产生抖动，可能进进出出
- 性能也会差
4、最近最少使用（LRU）算法
- 不会抖动，LRU的理论依据是“局部性原理”
5、时间局部性：刚被访问的内容，立即又被访问
6、空间局部性：刚被访问位的内容，邻近的空间很快被访问
5、磁盘管理
1、概念
1、寻道时间：指磁头移动到磁道所需的时间。
2、等待时间：等待读写的扇区转到磁头下方所用的时间。
3、存取时间的计算
- 存取时间 = 寻道时间 + 等待时间；
4、图示
5、每个磁道的大小是一样的，圈越小密度越大。
6、磁盘调度算法
1、先来先服务（FCFS）
2、最短寻道时间优先（SSTF）
3、扫描算法（SCAN） —也叫电梯算法
4、循环扫描（CSCAN）算法
7、读取磁盘数据时间计算
1、三部分
- 找磁盘的时间
- 找块（扇区）的时间，旋转延迟时间
- 传输时间
2、例子
3、作业管理
1、作业状态与作业管理
1、四个状态：
- 提交
- 后备
- 执行
- 完成
2、如图
2、作业的调度算法
1、先来先服务法
2、时间片轮转法（时间片调度算法）
3、短作业优先法
4、最高优先权优先法
5、高响应比法
4、文件管理
1、索引文件结构
1、用1个索引节点
2、如图
3、编号是从0开始的
4、一级间接索引：256K
5、二级间接索引：64MB
6、三级间接索引：16G
2、树型目录结构
1、这里以Linux为例
2、主要考察的是相对路径和绝对路径
3、例子
- 题目
- 求F2的相对路径？
- 答：W2/F2
- 求F2的绝对路径？
- 答：/D1/W2/F2
3、空闲存储空间的管理
1、位示图
2、可以理解为电影院订票的那个页面
5、设备管理
1、 数据传输控制方式
1——5效率会越来越高，价格也越来也贵
1、程序控制（查询）方式
- 分为无条件传送和程序查询方式两种
- 方法简单，硬件开销小，I/O能力不高，严重影响CPU的利用率
2、程序中断方式：
- 与程序控制方式相比，中断方式因为CPU无需等待，所以提高了传输请求的响应速度
3、DMA方式（常考）
- DMA方式是为了在主存与外设之间实现高速、批量数据交而设置的。
- DMA方式比程序控制方式与中断方式都高效。
4、通道方式
- 专门弄个通道，价格昂贵
5、I/O处理机
- 这个也很重要
2、虚设备与SPOOLING技术
1、概念
1、SPOOLING是关于慢速字符设备如何与计算机主机交换信息的一种技术
2、通常称为“假脱机技术”。
3、SPOOLING技术通过磁盘实现
2、理解
3、图示
