操作系统 复习提纲 整理
操作系统 复习提纲 整理
核心态、用户态，它们之间的切换，尤其是用户态如何转为核心态
核心态（管态）：运行在内核上，可以执行所有指令，可以访问所有内存与其他资源，可以改变处理器状态
用户态（目态）：运行在一般应用程序上，只能执行非特权指令，只能访问属于该进程的内存和其他资源，不能改变处理器状态，除非采用特定的方式
它们之间的切换（从用户态到核心态）：
（1）程序请求操作系统的服务，执行系统调用。
（2）程序运行时，产生中断或异常事件，运行程序被中断，转向中断处理程序或异常处理程序工作。
PS：通过中断机制发生，是用户态到核心态的仅有途径。
中断的概念
在程序执行过程中，遇到急需处理的事件时，暂停中止现行程序在CPU上的运行，转而执行相应的事件处理程序，待处理完成后再返回断点或调度其他执行程序。
中断的分类（按事件的来源和实现的手段）
硬中断：由硬件发给CPU的中断
（1）外中断（中断、异步中断），来自处理器之外的硬件产生的中断信号（键盘中断，设备中断）
①可屏蔽中断
②不可屏蔽中断：紧急情况，不可忽略，须立即处理
（2）内中断（异常、同步中断），来自处理器内部的硬件产生的中断。不可屏蔽，一旦出现须立即响应，进行处理
①访管中断：由执行系统调用而引起
②硬件故障中断：电源失效、协处理器错误、奇偶校验错误等
③程序性异常：非法操作、地址越界、页面故障、调试指令等
软中断：由软件发给软件的中断
（1）信号：用于内核或进程，对某个进程的中断
（2）软件中断：用于硬中断服务程序对内核的中断
为何外部中断有些可屏蔽，而异常都不可屏蔽
有一些中断，是比较紧急的情况，是不可以忽略的，CPU在收到这些中断信号后，必须马上进行处理，否则会引起系统的问题，这些就是不可屏蔽中断。
时钟中断及其作用（主要的两大作用）
时钟是内核进行调度工作的重要工具，利用定时器能够确保内核可以获得控制权
（1）规定时间内，内核可以获得CPU控制权
（2）获取时间
进程的几种状态，它们之间的转换（尤其注意，不存在从阻塞态到运行态的转换）
（1）运行态（running）：满足运行条件、占有CPU
（2）就绪态（ready）：满足运行条件、不占有CPU（等待被调度）
（3）等待态（wait）：不满足运行条件、不占有CPU，也叫睡眠，阻塞
为了便于管理，特意加了：
新建态（new）和终止态（exit），描述进程刚创建和结束时候的两种状态
挂起态（suspend），指暂时把进程换到磁盘缓冲区内
(1) 就绪→执行
处于就绪状态的进程，当进程调度分配了处理机后，该进程便由就绪状态转变成执行状态。
(2) 执行→就绪
处于执行状态的进程在其执行过程中，因分配给它的一个时间片而不得不让出处理机，于是进程从执行状态转变成就绪状态。
(3) 执行→阻塞
正在执行的进程因等待某种事件发生而无法继续执行时，便从执行状态变成阻塞状态。
（4）阻塞→就绪
处于阻塞状态的进程，若其等待的事件已经发生，于是进程由阻塞状态转变为就绪状态。
进程的三种上下文
(1) 用户级上下文（user level contex）：进程自己的代码、数据、栈等
(2) 系统级上下文（system level contex）：进程陷入内核后，内核所使用的内存管理信息表、核心栈，也包括进程控制块
(3) 寄存器上下文（register contex）：各个寄存器当时的信息，用于保护和恢复现场
进程控制块的概念和作用
进程存在的唯一标识
内核用来记录和刻画进程状态的数据结构
管理和调度进程的依据
进程切换的过程
略
线程的概念
线程是进程中能够并发执行的实体，是进程的组成部分，也是处理器调度和分派的基本单位。传统的进程，都是运行在同一个处理器上，在同一个进程内，是串行的。
PS：线程只有三态（运行、就绪、等待）由于线程不是资源的拥有单位，挂起状态对于线程是没有意义的。
为什么要引入线程？
引入了线程，是为了减少程序并发执行时所付出的时空开销，使得并发力度更细、并发性更好。（实质是把CPU的分配权，进行进一步的细分）
对外：就可以把进程的不同部分放到不同的处理器上
对内：可以在一个功能暂时不执行时，转而去执行其他的功能
线程与进程的区别与联系
线程与进程的主要区别，就是进程有自己的独立空间，线程没有自己完全独立的空间。各个线程共享进程的代码区和全局数据区，各个线程执行的代码区的不同代码，访问全局数据的不同数据。
为什么线程没有挂起态？
由于线程不是资源的拥有单位，挂起状态对于线程是没有意义的。
（线程的挂起和激活，是随着宿主进程挂起和激活）
什么叫处理器调度
（原因：主存、处理器与作业、进程之间，永远是供不应求的关系）
按照何种原则挑选作业进入主存运行，如何把处理器进行分
衡量一个调度算法好坏的标准
①资源利用率
②吞吐量
③公平性
④响应时间
⑤周转时间
一言蔽之，先公平，后效率
同步、通信与死锁
Peterson算法（Dekker算法的演化）一种纯软件算法，通过两个变量来实现互斥访问临界区。
是免锁编程的基本算法之一，这个算法设计得很巧妙，核心就是三个标志位是怎样控制两个方法对临界区的访问的。
信号量的定义，取值含义，PV操作
信号量：表示物理资源的实体，是一个与队列有关的整型变量。
取值：用一个结构型数据结构表示，有两个分量（1）信号量的值（2）信号量队列的指针PV 操作：
P（s）：将信号量value值减1，若结果小于0，则执行P操作的进程被阻塞，排入与s信号量有关的list所指队列中；若结果大于等于0，则执行P操作的进程继续执行。
V（s）：将信号量value值加1，若结果不大于0，则执行V操作的进程从信号量s有关的list所指队列中释放一个进程，使其转换为就绪态，自己则继续执行；若结果大于0，则执行V操作的进程继续执行。
另种说法：信号量：强大的同步原语，既可以用于进程同步，也可以用于进程通信信号量sem为一个整型变量，对它可以有两个操作：增加（V）、减少（P）
P操作（down）：
sem - 1
if ( sem < 0 )
睡眠
V操作（up）：
sem + 1
if ( sem <= 0 )
唤醒
几种进程间的通信机制
（1）信号通信机制
（2）管道通信机制
（3）共享主存通信机制
（4）信息传递机制
（5）信号量机制
死锁产生的四个必要条件、破坏死锁方法的原则
（1）互斥条件（2）占有和等待（3）不剥夺条件（4）循环等待
这四个条件是死锁发生的必要条件，只要其中有一个不成立，则不会发生死锁
解决方法：
①死锁防止----分别破坏四个条件之一
②死锁避免----可以允许前三个条件发生，但不允许第四个条件发生
③死锁检测与恢复----定期检测，发生死锁后采取措施
④不采取任何措施
破坏条件（1）：不大现实的做法，因为资源的独占性通常是不可改变的
破坏条件（2）：进程运行前，只有资源全部申请到了，才能运行，运行过程中不能再申请新的资源
破坏条件（3）：当进程去申请新的资源时，必须释放原来占用的资源，重新申请
破坏条件（4）：建立一种策略，对资源进行分类，只能按照某种规则进行资源申请
⑤结束所有进程，重启操作系统
⑥撤销处于死锁状态的所有进程
⑦逐个撤销处于死锁状态的进程，回收其占用的资源，直到死锁解除
⑧逐个剥夺处于死锁状态进程占用的资源，直到死锁解除
⑨回滚到死锁发生前的状态
