《现代操作系统》知识点目录

现代操作系统

第一章 引论

1.1 什么是操作系统

• p2 作为扩展机器的操作系统
• p3 作为资源管理者的操作系统

1.2 操作系统的历史

• 略

1.3 计算机硬件简介

• p12 处理器
• p14 存储器
• p15 磁盘
• p16 I/O设备
• p18 总线
• p19 启动计算机

1.4 操作系统大观园

• 略

1.5 操作系统概念

• p22 进程
  • p22 地址空间
  • p22 进程表
  • p22 进程间通信
  • p23 警告信号
  • p23 UID
• p23 地址空间
• p23 文件
  • p23 目录
  • p24 根目录和工作目录
  • p24 文件描述符
  • p25 特殊文件
• p25 输入输出
• p25 保护
• p25 shell

1.6 系统调用

• p28 操作系统的两种功能
• p28 read系统调用
• p29 TRAP指令
• p30 常用的POSIX系统调用
• p31 用于进程管理的系统调用
  • p31 fork系统调用
  • p31 进程标识符
  • p31 waitpid系统调用
  • p31 execve系统调用
  • p32 UNIX进程的存储空间划分：正文段、数据段和堆栈段
• p32 用于文件管理的系统调用
  • p32 lseek调用
• p32 用于目录管理的系统调用
  • p32 mkdir和rmdir系统调用
  • p32 link系统调用
  • p33 i-编号和i-节点
  • p33 mount系统调用

第二章 进程与线程

2.1 进程

• p48 进程模型

  • p48 进程的概念
  • p48 多道程序设计

• p49 进程的创建

  • p49 四种导致进程创建的主要事件
  • p50 守护进程
  • p50 fork系统调用
  • p50 写时复制机制

• p51 进程的终止

  • p51 导致进程终止的条件

• p51 进程的层次结构

  • p51 进程组

• p51 进程的状态

  • p52 进程的三种状态：运行态、就绪态、阻塞态

  • p52 操作系统最底层是调度程序

• p53 进程的实现

  • p53 进程表
  • p53 中断向量
  • p53 中断发生后操作系统底层的工作步骤

• p54 多道程序设计模型

  • p54 CPU利用率

2.2 线程

• p54 线程的使用
  • p54 使用多线程的理由
  • p56 高速缓存
  • p56 使用分派程序和工作线程的Web服务器设计
  • p57 有限状态机
• p57 经典的线程模型
  • p57 线程的概念
  • p59 每个线程有自己的堆栈
• p60 POSIX线程
• p60 在用户空间中实现线程
  • p61 运行时系统是一个管理线程的过程的集合
  • p61 线程表
  • p62 包装器
• p63 在内核中实现线程
• p63 混合实现
• p64 调度程序激活机制
  • p64 上行调用
• p65 弹出式线程
• p66 使单线程代码多线程化

2.3 进程间通信

• p67 竞争条件
• p68 临界区
  • p68 互斥
  • p68 临界区
• p68 忙等待的互斥
  • p68 屏蔽中断
  • p68 锁变量
  • p69 严格轮换法
    • p69 忙等待和自旋锁
  • p69 Peterson解法
  • p70 TSL指令
    • p71 测试并加锁
• p71 睡眠与唤醒
  • p72 优先级反转问题
  • p72 生产者-消费者问题
    • p73 唤醒等待位
• p73 信号量
  • p73 用信号量解决生产者-消费者问题
  • p74 二元信号量
  • p74 用信号量实现同步
• p74 互斥量
  • p76 快速用户去互斥量futex
  • p76 pthread中的互斥量
  • p76 条件变量
• p78 管程
  • p78 死锁
  • p78 管程的概念
• p81 消息传递
  • p81 消息传递系统的设计要点
  • p81 用消息传递解决生产者-消费者问题
• p82 屏障
• p83 避免锁：读-复制-更新
  • p84 读端临界区
  • p84 宽限期

2.4 调度

• p84 调度简介

  • p85 进程切换会使内存高速缓存失效

  • p85 进程行为

  • p85 I/O活动

    • p86 计算密集型和I/O密集型应用

  • p86 何时调度

    • p86 非抢占式调度算法和抢占式调度算法

  • p86 调度算法分类

  • p87 调度算法的目标

    • p87 吞吐量
    • p87 周转时间
    • p87 CPU利用率
    • p87 最小响应时间
    • p87 均衡性

• p88 批处理系统中的调度

  • p88 先来先服务
  • p88 最短作业优先
  • p89 最短剩余时间优先

• p89 交互式系统中的调度

  • p89 轮转调度
    • p89 时间片
  • p89 优先级调度
  • p90 多极队列
  • p91 最短进程优先
  • p91 保证调度
  • p91 彩票调度
  • p92 公平分享调度

• p92 实时系统中的调度

  • p92 实时系统
  • p92 硬实时和软实时
  • p92 周期性时间
  • p92 可调度系统

• p93 策略和机制

  • p93 调度机制和调度策略分离

  • p93 线程调度

2.5 经典的IPC问题

• p94 哲学家就餐问题
• p94 饥饿
• p96 读者-写者问题

2.6 有关进程与线程的研究

第三章 内存管理

• p102 存储管理器

3.1 无存储器抽象

3.2 一种存储器抽象：地址空间

• p104 把物理地址暴露给进程的问题
• p104 地址空间的概念
  • p104 地址空间
  • 基址寄存器和界限寄存器
• p106 交换技术
  • p106 处理内存超载的通用常用方法：交换和虚拟内存
  • p106 内存紧缩
• p107 空闲内存管理
  • p107 使用位图的存储管理
  • p108 使用链表的存储管理
    • p108 首次适配算法
    • p108 最佳适配算法
    • p108 最差适配算法
    • p109 快速适配算法

3.3 虚拟内存

• p109 虚拟内存的基本思想
• p110 分页
  • p110 虚拟地址和虚拟地址空间
  • p110 内存管理单元MMU
  • p110 页框
  • p111 缺页中断和缺页错误
  • p111 页表
• p112 页表
  • p112 页表项的结构
• p112 加速分页过程
  • p112 分页系统的两个主要问题
  • p113 转换检测缓冲区TLB
  • p114 软件TLB管理
    • p114 TLB软失效和硬失效
• p114 针对大内存的页表
  • p114 多级页表
  • p116 倒排页表

3.4 页面置换算法

• p117 最优页面置换算法
• p118 最近未使用页面置换算法
• p118 先进先出页面置换算法
• p118 第二次机会页面置换算法
• p119 时钟页面置换算法
• p119 最近最少使用页面置换算法
• p120 用软件模拟LRU
  • p120 最不常用算法NFU
  • p120 老化算法
• p121 工作集页面置换算法
  • p121 请求调页
  • p121 局部性访问
  • p121 工作集
  • p121 颠簸
  • p121 工作集模型和预先调页
  • p122 当前实际运行时间
  • p122 生存时间
• p123 工作集时钟页面置换算法WSClock
• p124 页面置换算法小结

3.5 分页系统中的设计问题

• p124 局部分配策略与全局分配策略
  • p125 局部页面置换算法和全局页面置换算法
  • p125 缺页中断率算法PFF
  • p125 缺页中断率随着分配的页面增加而降低
  • p126 对于工作集算法和WSClock算法，只有局部策略有意义
• p126 负载控制
  • p126 减少竞争内存地进程数的一个好方法是将一部分进程交换到磁盘
• p126 页面大小
  • p126 内部碎片
• p127 分离的指令空间和数据空间
  • p127 I空间和D空间
• p128 共享页面
  • p128 写时复制
• p128 共享库
  • p129 未定义外部函数
  • p130 位置无关代码
• p130 内存映射文件
• p130 清楚策略
  • p130 分页守护进程
• p130 虚拟内存接口
  • p130 分布式共享内存

3.6 有关实现的问题

• p131 与分页有关的工作
• p131 缺页中断处理
  • p131 缺页中断发生时的时间顺序
• p132 指令备份
• p132 锁定内存中的页面
  • p132 钉住页面
  • p132 I/O写内存时页面恰被移出的问题
• p133 后备存储
• p134 策略和机制的分离
  • p134 控制系统复杂度的一种重要方法是策略和机制的分离

3.7 分段

• p135 段
• p136 分页和分段的比较
• p136 纯分段的实现
  • p136 棋盘形碎片或外部碎片

第四章 文件系统

• p147 长期存储信息的三个基本要求
• p147 文件和文件系统

4.1 文件

• p148 文件命名
• p149 文件结构
  • p149 三种文件结构：字节序列、记录序列和树
• p149 文件类型
  • p150 字符特殊文件和块特殊文件
  • p150 目录
  • p150 普通文件分为ASCⅡ文件和二进制文件
  • p150 魔数
• p151 文件访问
  • p151 顺序访问
  • p151 随机访问文件
• p151 文件属性
  • p151 一些常用的文件属性
• p152 文件操作
• p152 使用文件系统调用的一个示例程序

4.2 目录

• p154 一级目录系统
• p154 层次目录系统
• p154 路径名
  • p154 绝对路径名
  • p155 相对路径名
  • p155 工作目录
• p156 目录操作

4.3 文件系统的实现

• p157 文件系统布局
  • p157 主引导记录
  • p157 分区表
  • p157 引导块
  • p157 超级块
• p157 文件的实现
  • p157 连续分配
  • p159 链表分配
  • p159 采用内存中的表进行链表分配
    • p159 文件分配表
  • p160 i节点
• p160 目录实现
  • p161 在何处存放文件属性
  • p161 在目录中处理长文件名的两种方法：在行中、在堆中
  • p162 加快文件查找速度的方法是在每个目录中使用散列表
• p162 共享文件
  • p162 链接
  • p162 符号链接
• p163 日志结构文件系统
• p164 日志文件系统
  • p165 幂等的
  • p165 原子事务
• p165 虚拟文件系统
  • p165 POSIX接口
  • p166 VFS接口

4.4 文件系统管理和优化

• p167 磁盘空间管理
  • p167 块大小
    • p168 数据率和空间利用率
  • p169 记录空闲块
  • p170 磁盘配额
    • p170 打开文件表
    • p170 配额记录
    • p170 磁盘配额文件
• p171 文件系统备份
  • p171 增量转储
  • p172 物理转储和逻辑转储
  • p173 逻辑转储算法执行的四个阶段
  • p174 从转储磁带上恢复文件系统
  • p174 不应该被转储的文件（特殊文件、命名管道等等）
• p174 文件系统的一致性
  • p174 两种一致性检查：块的和文件的
  • p174 块丢失
  • p174 块重复
  • p175 文件系统校验程序检查目录系统
• p176 文件系统性能
  • p176 高速缓存
    • p176 缓冲区高速缓存数据结构
    • p177 系统调用sync
    • p177 通写高速缓存
  • p177 块提前读
  • p177 减少磁盘臂运动
    • p177 不用块而用连续块簇来跟踪磁盘存储区
    • p178 在磁盘中部而不是开始处存放i节点
    • p178 将磁盘分成多个柱面组
• p178 磁盘碎片整理

第五章 输入/输出

5.1 I/O硬件原理

• p189 I/O设备
  • p189 块设备和字符设备
• p190 设备控制器（适配器）
  • p190 磁盘输出的实际是串行的比特流
  • p190 前导符和错误矫正码
• p190 内存映射I/O
  • p190 CPU如何与设备的控制寄存器和数据缓冲区进行通信
  • p190 I/O端口和I/O端口空间
  • p191 内存映射I/O
• p192 直接存储器存取
  • p192 直接存储器存取
  • p193 使用DMA的过程
  • p193 总线能以两种模式操作：每次一字和块模式
  • p194 周期窃取
  • p194 突发模式
  • p194 飞越模式
  • p194 为什么需要内部缓冲区
• p194 重温中断
  • p194 硬件层面的中断工作
  • p195 中断向量
  • p195 大多数CPU在堆栈中保存信息
  • p196 精准中断和不精准中断

5.2 I/O软件原理

• p196 I/O软件的目标
  • p196 设备独立性
  • p197 统一命名
  • p197 错误处理
  • p197 同步和异步传输
  • p197 缓冲
  • p197 共享设备和独占设备
• p197 程序控制I/O
  • p198 轮询（忙等待）
• p198 中断驱动I/O
• p199 使用DMA的I/O

5.3 I/O软件层次

• p199 I/O软件系统的层次

• p199 中断处理程序

  • p200 中断处理程序执行步骤

• p200 设备驱动程序

  • p201 设备驱动程序的若干功能
  • p202 驱动程序必须是重入的

• p202 与设备无关的I/O软件

  • p202 设备驱动程序的统一接口
    • p203 设备驱动程序特殊文件的i节点包含了主设备号和次设备号
  • p202 缓冲
    • p202 缓冲设计方案
    • p204 双缓冲
    • p204 循环缓冲区
  • p205 错误报告
  • p205 分配与释放专用设备
  • p205 与设备无关的块大小

• p205 用户空间的I/O软件

  • p206 守护进程
  • p206 I/O系统的层次以及每一层的主要功能

5.4 盘

• p206 盘硬件
  • p207 磁盘
    • p207 重叠寻道

第五章后面部分暂时省略

第六章 死锁

6.1 资源

• p245 需要排他使用的对象称为资源
• p245 可抢占资源和不可抢占资源
  • p245 可抢占资源
  • p246 不可抢占资源
• p248 资源获取

6.2 死锁简介

• p249 死锁的规范定义
• p249 资源死锁的条件
  • p249 死锁的四个必要条件：互斥、占有和等待、不可抢占、环路等待
• p249 死锁建模
  • p251 四种处理死锁的策略：忽略、检测并恢复、仔细对资源分配、破坏死锁四个必要条件之一

6.3 鸵鸟算法

6.4 死锁检测和死锁恢复

• p252 每种类型一个资源的死锁检测
  • p252 一个检测有环图的简单算法
• p253 每种类型多个资源的死锁检测
  • p254 死锁检测算法
• p254 从死锁中恢复
  • p254 利用抢占恢复
  • p255 利用回滚恢复
  • p255 通过杀死进程恢复

2.5 死锁避免

• p255 资源轨迹图