操作系统

进程

• 进程与线程的区别：➀调度的基本单位 ➁是否可见 ➂资源占有量，共享堆区 ➃并发性 ➄进程空间 ➅通信 ➆切换

• 操作系统的特点➀并发 ➁共享 ➂异步 ➃虚拟

• 线程：➀线程ID ➁寄存器组 ➂线程的栈stack ➃共享堆区heap

5、 同步机制 ➀忙则等待 ➁有限等待 ➂空闲让进 ➃让权等待
6、 读者和写者问题（读者优先，读写公平）、生产者和消费者问题、哲学家就餐问题
7、 死锁 ➀互斥 ➁不可剥夺 ➂请求和保持 ➃循环等待
8、 死锁的避免：占有理论上来说是可以破坏4个中的一个，但是一般来说是3（静态分配）和4（资源编号）。银行家算法：假分配，然后看分配后是否安全
9、 死锁的解除➀回滚 ➁剥夺资源（最实际） ➂撤销进程
10、 内存管理➀内存分配与回收 ➁地址转换 ➂内存的扩充—虚拟内存 ➃内存的保护
11、 连续分配：一个用户进程分配一个连续的进程空间 ➀单一连续区（单用户） ➁固定分区，分区大小固定和分区大小不固定（内部碎片） ➂动态分区分配，首次适应，最佳适应，最差适应（外部碎片）
12、 非连续分配➀分页 ，块的大小比固定分区小很多；进程也是按块划分（最后一个分块才产生内部碎片）；页表，页表寄存器，快表 ，还有二级页表。硬件实现，对用户透明
13、 基本分段存储管理方式：逻辑地址结构：段号+段内偏移 段表：段号+段长+本段在主存中的地址，段内要求连续，段间不要求连续
14、 段页式存储：逻辑结构：段号+页号+页内偏移
15、 虚拟内存➀时间局部性 ➁空间局部性
16、 请求分页式管理方式见图
17、 页面置换算法➀OPT最佳适应 ➁FIFO ➂LRU最近最久未被访问 ④时钟置换算法
18、 文件的分配方式➀连续分配 ➁链接分配 ➂索引分配
19、 文件的存储管理➀空闲表法 ➁空闲链表 ➂位示图 ➃成组链接法（大型文件系统）
20、 磁盘的调度算法➀FIFO ➁最短寻找时间优先 ➂电梯算法 ➃循环扫描（单向）

进程的通信（IPC)方式：

进程通信的目的

• 数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程，发送的数据量在一个字节到几M字节之间

• 共享数据：多个进程想要操作共享数据，一个进程对共享数据

• 通知事件：一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知它（它们）发生了某种事件（如进程终止时要通知父进程）。

• 资源共享：多个进程之间共享同样的资源。为了做到这一点，需要内核提供锁和同步机制。

• 进程控制：有些进程希望完全控制另一个进程的执行（如Debug进程），此时控制进程希望能够拦截另一个进程的所有陷入和异常，并能够及时知道它的状态改变。

Linux下的进程通信手段基本上是从Unix平台上的进程通信手段继承而来的。而对Unix发展做出重大贡献的两大主力AT&T的贝尔实验室及BSD（加州大学伯克利分校的伯克利软件发布中心）在进程间通信方面的侧重点有所不同。前者对Unix早期的进程间通信手段进行了系统的改进和扩充，形成了“system V IPC”，通信进程局限在单个计算机内；后者则跳过了该限制，形成了基于套接口（socket）的进程间通信机制。Linux则把两者继承了下来

Linux使用的进程间通信方式

• 管道（pipe）,流管道(s_pipe)和有名管道（FIFO）

• 信号（signal）

• 消息队列

• 共享内存

• 信号量

• 套接字（socket)

管道( pipe )

• 管道这种通讯方式有两种限制，一是半双工的通信，数据只能单向流动，二是只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。

• 流管道s_pipe: 去除了第一种限制,可以双向传输。

• 管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，命名管道:name_pipe克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信；

信号量( semophore )

信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。

消息队列( message queue )

消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

消息队列是消息的链接表，包括Posix消息队列system V消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息，被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

信号( singal )

信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。除了用于进程间通信外，进程还可以发送信号给进程本身；linux除了支持Unix早期信号语义函数sigal外，还支持语义符合Posix.1标准的信号函数sigaction（实际上，该函数是基于BSD的，BSD为了实现可靠信号机制，又能够统一对外接口，用sigaction函数重新实现了signal函数）；

共享内存( shared memory )

共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号量，配合使用，来实现进程间的同步和通信。

套接字( socket )

套解字也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同机器间的进程通信。是更为一般的进程间通信机制，可用于不同机器之间的进程间通信。起初是由Unix系统的BSD分支开发出来的，但现在一般可以移植到其它类Unix系统上：Linux和System V的变种都支持套接字

各种通信方式的比较

各种通信方式的比较和优缺点

• 管道：速度慢，容量有限，只有父子进程能通讯

• FIFO：任何进程间都能通讯，但速度慢

• 消息队列：容量受到系统限制，且要注意第一次读的时候，要考虑上一次没有读完数据的问题

• 信号量：不能传递复杂消息，只能用来同步

• 共享内存区：能够很容易控制容量，速度快，但要保持同步，比如一个进程在写的时候，另一个进程要注意读写的问题，相当于线程中的线程安全，当然，共享内存区同样可以用作线程间通讯，不过没这个必要，线程间本来就已经共享了同一进程内的一块内存

如果用户传递的信息较少或是需要通过信号来触发某些行为．前文提到的软中断信号机制不失为一种简捷有效的进程间通信方式．

但若是进程间要求传递的信息量比较大或者进程间存在交换数据的要求，那就需要考虑别的通信方式了。

无名管道简单方便．但局限于单向通信的工作方式．并且只能在创建它的进程及其子孙进程之间实现管道的共享：

有名管道虽然可以提供给任意关系的进程使用．但是由于其长期存在于系统之中，使用不当容易出错．所以普通用户一般不建议使用。

消息缓冲可以不再局限于父子进程，而允许任意进程通过共享消息队列来实现进程间通信，并由系统调用函数来实现消息发送和接收之间的同步，从而使得用户在使用消息缓冲进行通信时不再需要考虑同步问题，使用方便，但是信息的复制需要额外消耗CPU的时间，不适宜于信息量大或操作频繁的场合。

共享内存针对消息缓冲的缺点改而利用内存缓冲区直接交换信息，无须复制，快捷、信息量大是其优点。但是共享内存的通信方式是通过将共享的内存缓冲区直接附加到进程的虚拟地址空间中来实现的，因此，这些进程之间的读写操作的同步问题操作系统无法实现。必须由各进程利用其他同步工具解决。另外，由于内存实体存在于计算机系统中，所以只能由处于同一个计算机系统中的诸进程共享。不方便网络通信。

共享内存块提供了在任意数量的进程之间进行高效双向通信的机制。每个使用者都可以读取写入数据，但是所有程序之间必须达成并遵守一定的协议，以防止诸如在读取信息之前覆写内存空间等竞争状态的出现。

不幸的是，Linux无法严格保证提供对共享内存块的独占访问，甚至是在您通过使用IPC_PRIVATE创建新的共享内存块的时候也不能保证访问的独占性。 同时，多个使用共享内存块的进程之间必须协调使用同一个键值。

线程间通信方式

• 使用全局变量：主要由于多个线程可能更改全局变量，因此全局变量最好声明为violate

• 使用消息实现通信：在Windows程序设计中，每一个线程都可以拥有自己的消息队列（UI线程默认自带消息队列和消息循环，工作线程需要手动实现消息循环），因此可以采用消息进行线程间通信sendMessage,postMessage。

• 使用事件CEvent类实现线程间通信：Event对象有两种状态：有信号和无信号，线程可以监视处于有信号状态的事件，以便在适当的时候执行对事件的操作。

线程间的同步方式

各个线程可以访问进程中的公共变量，资源，所以使用多线程的过程中需要注意的问题是如何防止两个或两个以上的线程同时访问同一个数据，以免破坏数据的完整性。数据之间的相互制约包括

• 直接制约关系，即一个线程的处理结果，为另一个线程的输入，因此线程之间直接制约着，这种关系可以称之为同步关系
• 间接制约关系，即两个线程需要访问同一资源，该资源在同一时刻只能被一个线程访问，这种关系称之为线程间对资源的互斥访问，某种意义上说互斥是一种制约关系更小的同步

线程间的同步方式有四种

• 临界区: 临界区对应着一个CcriticalSection对象，当线程需要访问保护数据时，调用EnterCriticalSection函数；当对保护数据的操作完成之后，调用LeaveCriticalSection函数释放对临界区对象的拥有权，以使另一个线程可以夺取临界区对象并访问受保护的数据。PS:关键段对象会记录拥有该对象的线程句柄即其具有“线程所有权”概念，即进入代码段的线程在leave之前，可以重复进入关键代码区域。所以关键段可以用于线程间的互斥，但不可以用于同步（同步需要在一个线程进入，在另一个线程leave）

• 互斥量: 互斥量与临界区很相似，但是使用时相对复杂一些（互斥量为内核对象），不仅可以在同一应用程序的线程间实现同步，还可以在不同的进程间实现同步，从而实现资源的安全共享。PS:1、互斥量由于也有线程所有权的概念，故也只能进行线程间的资源互斥访问，不能由于线程同步；2、由于互斥量是内核对象，因此其可以进行进程间通信，同时还具有一个很好的特性，就是在进程间通信时完美的解决了"遗弃"问题

• 信号量: 信号量的用法和互斥的用法很相似，不同的是它可以同一时刻允许多个线程访问同一个资源，PV操作PS:事件可以完美解决线程间的同步问题，同时信号量也属于内核对象，可用于进程间的通信

• 事件: 事件分为手动置位事件和自动置位事件。事件Event内部它包含一个使用计数（所有内核对象都有），一个布尔值表示是手动置位事件还是自动置位事件，另一个布尔值用来表示事件有无触发。由SetEvent()来触发，由ResetEvent()来设成未触发。PS:事件是内核对象,可以解决线程间同步问题，因此也能解决互斥问题