摘自《操作系統(tǒng)概念》（高等教育出版社）第七版
第一部分 概述
1暑塑、事件的發(fā)生通常通過硬件或軟件中斷表示谤绳。硬件可隨時通過總線向cpu發(fā)出信號，以觸發(fā)中斷蛇更；軟件可通過執(zhí)行特別的操作，如系統(tǒng)調(diào)用癞季，而觸發(fā)中斷歼跟。
2刑棵、一個典型的指令執(zhí)行周期：首先從內(nèi)存中獲取指令赏廓，并保存在指令寄存器中
3涵紊、多處理器系統(tǒng)的優(yōu)點：
a. 增加吞吐量
b. 規(guī)模經(jīng)濟
c. 增加可靠性
4、現(xiàn)代操作系統(tǒng)是由中斷驅(qū)動的
5幔摸、系統(tǒng)調(diào)用類可大致分為五大類：進程控制摸柄、文件管理、設(shè)備管理既忆、信息維護和通信

第二部分 進程管理

進程概念：
1驱负、進程包括代碼段、當(dāng)前活動（程序計數(shù)器的值和處理器寄存器的內(nèi)容）患雇、堆棧段跃脊、數(shù)據(jù)段（包括全局變量），堆（動態(tài)分配的內(nèi)存）
2苛吱、進程的狀態(tài)：新的匾乓，運行，等待又谋，就緒拼缝，終止
3、進程控制塊pcb存儲如下信息：進程狀態(tài)彰亥、程序計數(shù)器咧七、cpu寄存器、cpu調(diào)度信息任斋、內(nèi)存管理信息继阻、記賬信息、I/O狀態(tài)信息

進程調(diào)度：
1废酷、進程進入系統(tǒng)時瘟檩，會被加入作業(yè)隊列中。駐留在內(nèi)存中就緒的澈蟆，等待運行的稱為就緒隊列墨辛，使用鏈表實現(xiàn)，其頭結(jié)點指向第一個和最后一個PCB趴俘。
2睹簇、設(shè)備調(diào)度：等待特定I/O設(shè)備的列表稱為設(shè)備隊列。
3寥闪、長期調(diào)度程序（作業(yè)調(diào)度）從大容量存儲設(shè)備中選擇進程裝入內(nèi)存中太惠，以準(zhǔn)備執(zhí)行；短期調(diào)度從內(nèi)存中選擇進程疲憋，并為之分配cpu凿渊。
4、上下文切換：將cpu切換到另一個進程需要將當(dāng)前進程的狀態(tài)保存并恢復(fù)另一個進程的狀態(tài)缚柳，這一任務(wù)成為上下文切換埃脏。
5、進程上下文存儲在PCB中喂击，它包含cpu寄存器的值剂癌，進程狀態(tài)和內(nèi)存管理信息等。

進程間通信：
1翰绊、獨立進程：如果一個進程不能被其他進程影響且不能影響其他進程佩谷，則它是獨立進程；如果一個進程能被其他進程影響或影響其他進程监嗜，則為協(xié)作進程谐檀。
2、與其它進程共享數(shù)據(jù)的進程是協(xié)作進程裁奇。
3桐猬、進程間通信：
（1）共享內(nèi)存：協(xié)作進程通過在共享內(nèi)存中讀寫數(shù)據(jù)交換信息
（2）進程間通信機制（Interprocess communication ,IPC）
4、共享內(nèi)存：通信進程建立共享內(nèi)存區(qū)域刽肠，其它進程將該區(qū)域放到自己的地址空間上溃肪。
5免胃、為了說明協(xié)作進程這一概念，可研究生產(chǎn)者消費者問題惫撰。

線程：
1羔沙、線程是CPU使用的基本單元，由線程ID厨钻，程序計數(shù)器扼雏，寄存器集合和棧組成。它與進程中的其它線程共享代碼段夯膀、數(shù)據(jù)和其它系統(tǒng)資源诗充。
2、線程的優(yōu)點：
（1）響應(yīng)度高
（2）資源共享
（3）經(jīng)濟
（4）多處理器體系結(jié)構(gòu)的利用
3诱建、線程分為用戶級的用戶線程和內(nèi)核線程蝴蜓。

cpu調(diào)度：
1、進程執(zhí)行有cpu區(qū)間和I/O等待周期組成涂佃。
2励翼、每當(dāng)CPU空閑時，操作系統(tǒng)就必須從就緒隊列中選擇一個進程來執(zhí)行辜荠。進程選擇由短期調(diào)度程序來執(zhí)行汽抚，從內(nèi)存中選擇進程并為之分配CPU區(qū)間。
3伯病、分派程序是一個模塊造烁，用于將cpu的控制分派給短期調(diào)度程序選擇的進程，其功能包括切換上下文午笛，切換到用戶模式惭蟋，跳轉(zhuǎn)到用戶程序的合適位置，以重新啟動程序药磺。
4告组、衡量cpu調(diào)度算法的標(biāo)準(zhǔn)：
（1）CPU使用率
（2）吞吐量：cpu在單位時間內(nèi)完成進程的數(shù)量
（3）周轉(zhuǎn)時間：從進程提交到進程完成的時間稱為周轉(zhuǎn)時間。周轉(zhuǎn)時間包括等待進入內(nèi)存癌佩、在就緒隊列中等待木缝、在cpu上執(zhí)行和I/O執(zhí)行的時間。
（4）等待時間：由于調(diào)度算法并不影響進程的cpu執(zhí)行和I/O等待時間围辙，所以用等待時間衡量我碟，即進程在就緒隊列中的等待時間。
（5）響應(yīng)時間：從提交請求到產(chǎn)生響應(yīng)的第一時間姚建。
5矫俺、cpu調(diào)度算法：
（1）先到先服務(wù)調(diào)度：先請求cpu的進程分配到cpu。會產(chǎn)生護航效果（所有進程都在等待一個大進程釋放cpu）
（2）最短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度（sjf）：將cpu控制提供給具有最短cpu區(qū)間的進程。若可搶占厘托，則稱為最短剩余時間優(yōu)先調(diào)度友雳。
（3）優(yōu)先級調(diào)度：每一個進程與一個優(yōu)先級關(guān)聯(lián)，具備最高優(yōu)先級的進程會分配到cpu催烘。會遇到無窮阻塞問題沥阱，解決辦法之一是老化。
（4）輪轉(zhuǎn)法調(diào)度：類似于FCFS調(diào)度伊群，增加了搶占以切換進程、定義一個較小時間單元策精，稱為時間片舰始。cpu調(diào)度程序循環(huán)就緒隊列，為每個進程分配不超過一個時間片的cpu咽袜。
（5）多級隊列調(diào)度：將就緒隊列分為多個獨立隊列丸卷，每個隊列有自己的調(diào)度算法。隊列之間可以按優(yōu)先級劃分询刹，也可以按照時間片劃分谜嫉。
（6）多級反饋隊列調(diào)度：允許進程在隊列之間移動。

進程同步：
1凹联、競爭條件：多個進程同時訪問和操作統(tǒng)一數(shù)據(jù)且執(zhí)行結(jié)果與訪問的特定順序有關(guān)沐兰，稱為競爭條件。
2蔽挠、臨界區(qū)問題的三項條件：互斥住闯，前進，有限等待澳淑。peterson算法比原。
3、信號量：可以用來控制訪問具有若干個實例的某種資源杠巡。自旋鎖：忙等待量窘。

死鎖：
1、死鎖的四個條件：互斥氢拥、占有并等待蚌铜、循環(huán)等待、非搶占兄一。同時滿足則有可能出現(xiàn)死鎖厘线。
2、若資源分配圖中出現(xiàn)環(huán)出革，則有可能發(fā)生死鎖造壮。
3、死鎖的處理辦法：避免、檢測并恢復(fù)耳璧、忽視成箫。
4、資源分配圖算法
5旨枯、銀行家算法

內(nèi)存管理：
1蹬昌、內(nèi)存由很大一組字或者字節(jié)組成，每一組字或者字節(jié)都有自己的地址攀隔。cpu根據(jù)程序計數(shù)器的值從內(nèi)存中提取指令皂贩。
2、通過基地址寄存器和界限地址寄存器確保進程具有獨立的內(nèi)存空間昆汹。
3明刷、將指令和數(shù)據(jù)綁定到內(nèi)存地址分為如下三種情況：
（1）編譯時，生成絕對代碼
（2）加載時满粗，生成可重定位代碼
（3）執(zhí)行時辈末，需要特定硬件
4、邏輯地址：cpu所生成的地址映皆。由程序生成的邏輯地址的集合稱為邏輯地址空間挤聘。
物理地址：內(nèi)存單元中的地址，即加載到內(nèi)存地址寄存器中的地址捅彻。邏輯地址空間對應(yīng)的物理地址的集合稱為物理地址空間组去。
5、虛擬地址到物理地址的映射是由內(nèi)存管理單元管理的沟饥，也就是memory_management_unit.
6添怔、動態(tài)加載：子程序以可重定位的形式保存在磁盤中。使用時才加載子程序贤旷，可獲得更好的內(nèi)存空間使用率广料。
7、內(nèi)存通常分為兩部分：一個用于駐留操作系統(tǒng)幼驶，一個用于用戶進程
8艾杏、連續(xù)內(nèi)存分配：每個進程位于一個連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域
9、動態(tài)存儲分配的常用方法：首次適應(yīng)盅藻，最佳適應(yīng)购桑，最差適應(yīng)
10、首次適應(yīng)算法和最佳適應(yīng)算法都有外部碎片問題
11氏淑、解決外部碎片的方法：
（1）緊縮：要求執(zhí)行時綁定指令和數(shù)據(jù)到內(nèi)存勃蜘，且開銷大
（2）允許物理空間地址非連續(xù)：分頁和分段
12、實現(xiàn)分頁：將物理內(nèi)存分為固定大小的塊假残，稱為幀缭贡；將邏輯內(nèi)存分為固定大小的塊炉擅，稱為頁。當(dāng)需要執(zhí)行進程時阳惹，將頁從備份存儲調(diào)用到可用的內(nèi)存幀中谍失。分頁增加了切換時間。
13莹汤、當(dāng)頁變表過大以至于無法在內(nèi)存中連續(xù)地分配該頁表時快鱼，可以采用多級頁表。
14纲岭、分段：分段是支持用戶視角的內(nèi)存管理方案抹竹。通過段名稱和偏移來確定段的地址。
15止潮、段表的每個地址都有段基地址和段界限柒莉。

虛擬內(nèi)存：
1、通常情況下沽翔，并不需要將進程全部放入內(nèi)存中，且不是同時需要全部的內(nèi)容窿凤。比如仅偎，錯誤處理的代碼就很少使用；某些功能很少用到雳殊；
2橘沥、虛擬內(nèi)存將用戶邏輯內(nèi)存與物理內(nèi)存分開，為用戶提供了巨大的虛擬內(nèi)存夯秃。
3座咆、按需調(diào)頁：在需要時才將進程對應(yīng)的頁調(diào)入內(nèi)存中。
4仓洼、當(dāng)換入進程時介陶，調(diào)頁程序會推測在換出進程前將用到的頁。并非將整個進程調(diào)入內(nèi)存空間色建，而是將必需的頁調(diào)入內(nèi)存哺呜。這樣，調(diào)頁程序就避免了讀入不使用的頁箕戳，減少了交換時間和占用的物理內(nèi)存某残。
5、若進程試圖訪問未調(diào)入內(nèi)存的頁陵吸，也就是訪問標(biāo)記為無效的頁玻墅，則會產(chǎn)生也錯誤陷阱（page-fault trap）
6、寫時復(fù)制：可以快速創(chuàng)建子進程壮虫，且最小化創(chuàng)建新進程需要分配的頁的數(shù)量澳厢。
7、內(nèi)存的過度分配：在多道程序系統(tǒng)中，有可能發(fā)生頁錯誤后赏酥，卻沒有空閑幀用于存儲頁喳整。
8、可以使用修改位（臟位）降低額外開銷裸扶。若某頁被選中為替換頁框都，且其修改位表明并未修改過，則直接覆蓋即可呵晨。
9魏保、為了實現(xiàn)按需調(diào)頁，需要幀分配算法和頁置換算法摸屠。
10谓罗、頁置換算法：
（1）FIFO:
belady異常：隨著幀數(shù)的增加，頁錯誤率有可能會增高季二。
（2）最優(yōu)置換算法：置換最長時間不會被使用的頁
（3）LRU置換：最長時間未被使用的頁將被置換檩咱，為了給頁幀確定排序序列，可以使用計數(shù)器或者棧胯舷。
11刻蚯、幀分配：
（1）平均分配：給每個進程分配相同多的幀
（2）比例分配：根據(jù)進程大小，將內(nèi)存分配給每個進程桑嘶。
12炊汹、全局分配與局部分配：
（1）全局置換：允許進程從所有幀集合選擇一個置換幀，而不管該幀是否已經(jīng)分配給其它進程逃顶。
（2）局部置換：進程僅從自己的分配幀中進行選擇讨便。
13、系統(tǒng)顛簸：頻繁的頁錯誤導(dǎo)致頻繁的調(diào)頁以政，稱為顛簸霸褒。如果一個進程的換頁時間多于執(zhí)行時間，那么該進程就在顛簸妙蔗。