操作系统

要刷的几个题目

进程

1. 进程实体：PCB 程序段 数据段。进程：进程实体运行的过程，动态的，系统资源分配和调度的单位。

2. PCB：进程描述信息：pid(进程标识符)，uid；进程管理控制信息：进程优先级，当前状态；资源分配清单：程序段、数据段指针，键盘、鼠标等资源；处理机cpu相关：寄存器值。

3. 进程的组织：1链接方式–PCB分多个队列、os有队列的指针；2索引方式–建立几个索引表(索引表的每一项是属于该表的各个PCB的指针)、os有索引表指针

4. 进程特性：动态性、并发性、独立性–独立获得资源、异步性、结构性

5. 三种基本状态：运行、就绪、阻塞。还有两种：创建态、终止态(撤销pcb、回收系统资源等)。阻塞原语：等待资源；等待其他进程。唤醒原语：等待的事件发生。挂起状态，比如就绪挂起，那么创建态、阻塞挂起、运行态、就绪态的进程都有可能被调入到就绪挂起里。挂起的进程，进程除了pcb会被调入到外存中。

6. 进程控制：对进程各个状态中切换进行控制。os提供了几种原语：功能–更新PCB、插入PCB到合适的队列、分配回收资源

7. 原语：采用关中断和开中断实现，过程中不能被中断，这样的操作也是 原子操作。在 核心态执行。

8. 进程通信：由于进程有自己的内存空间，所以之间的通信需要一定的共享机制。1共享存储，分为数据结构的共享(queue)和存储区域的共享(更快、高级)。2管道，即内存的一块缓冲区，连接着读写，半双工的通信。读写之间是阻塞的，没有写满不允许读，没有读空不允许写。3消息传递，分为直接和间接两种方式。直接就是每个进程有自己的消息队列，其他进程往这个队列里去发消息，间接则有个中间邮箱暂存消息，大家都往一个地方写，系统管理着信箱。

9. 多线程及属性：来提高系统并发度。1进程就只作为资源分配的单元，而调度的基本单位是线程。2切换线程的系统开销很低，线程几乎没有系统资源，而是共享一个进程的资源，线程间的通信只要通过进程而不用系统干预。3多cpu ，各个线程可以占用不同的cpu。4线程有threadid，以及TCB。

10. 线程实现方式：

    1. 用户级线程：用户线程由应用程序通过线程库(pool)实现，切换也是用户态完成。os意识不到线程存在，对os是透明的，是多对一。(多cpu 的，我开了多个线程，如果是用户级的，能不能充分利用多核？–是不能的。) –>切换效率高，但并发度就很低，一个线程被阻塞，整个进程都会被阻塞，多线程不能在多核上并行。

    2. 内核级线程：线程管理是os内核负责的，内核线程切换要核心态完成。用户的线程和核心线程是一一对应的。而内核级线程才是os分配cpu的单位。–>并发能力强，管理成本高。

    3. 1和2的组合，n个用户的线程映射到m个内核线程上。n>=m。

    4. 上面的总结，可以理解为是多线程模型。多对一。一对一。多对多。

11. cpu调度：分为高级调度、中级和低级。高级(面向作业)：后备的作业队列中选择一个或多个作业，调入内存并分配资源，建立PCB，然后就可以去竞争cpu。中级：引入虚拟存储技术后，os会将空闲的进程调出到外存，即为挂起状态(有就绪挂起和阻塞挂起)，(PCB常驻内存)被os放在挂起队列里；中级调度是决定哪个挂起状态的进程重新调入内存。低级：即进程调度，从就绪队列里选择进程进入运行(是内存和cpu之间的，其他为内存和外存之间)。三种名称又是，作业调度、内存调度、进程调度。

12. 进程调度：时机、方式、与进程切换。

    1. 时机

       1. 主动放弃cpu以及被动。主动：完成、异常、等待io。
       2. 被动：时间片到了、优先级高的抢了、有其他需要先处理如io中断。
       3. 不能调度：处理中断过程、原子操作过程、os内核程序临界区(临界区是指访问临界资源的那段代码，临界资源是必须要互斥地被访问的资源)中(某个进程正在访问内核的数据结构如PCB队列，此时会将此结构上锁，那么如果在此时进行调度，调度必然要访问这个PCB队列，而已被锁住，这就死锁了，此时要等进程对内核临界区访问结束然后再调度。如果是一般的非内核临界区，则可以直接剥夺进行调度。不会有系统隐患。)。

    2. 方式

       1. 抢占式，分时操作和实时操作系统

       2. 非抢占，早起的批处理

    3. 进程切换：

       1. 调度选中的进程可能是刚刚暂停的进程，切换是进程让出cpu而另一个进程占用cpu。切换需要保存，pc、程序状态字、寄存器现场等
       2. 广义的进程调度包括，选择一个进程以及进程切换

13. 调度算法评价指标

    1. cpu利用率 = 忙碌时间/总时间
    2. 系统吞吐量 = 总共完成的作业/总共的时间
    3. 周转时间 = 完成时间 - 作业提交时间 ，os更加关注平均周转时间
    4. 带权周转时间 = 周转时间/作业实际运行时间
    5. 等待时间 = 所有等待时间之和
    6. 响应时间 = 首次响应时间 - 提出请求时间

14. 调度算法

    1. FCFS

       1. 等待时间越长越先，可以用于作业调度也可以用于进程调度，非抢占式，公平、简单
       2. 缺点：带权周转时间比较大，不利于短作业
       3. 不会饥饿

    2. SJF

       1. 进程调度时候是，短进程优先。有抢占版本：最短剩余时间优先算法。默认做题是非抢占
       2. 在所有的进程同时可运行时/几乎同时到达，SJF的平均等待和平均周转时间是最少的。但相比于FCFS，是要少的平均等待和平均周转
       3. 不公平，利于短作业，会饥饿，且作业时间是用户可设置的

    3. HRRN高响应比算法

       1. 响应比= (等待时间+作业时间)/作业时间，非抢占
       2. 不会饥饿

    4. 总结

       1. FCFS考虑了等待时间但不考虑作业时间，所以短作业不友好，SJF考虑了作业时间但是没考虑等待，所以不公平。=>来了HRRN。

       2. 这三种，考虑了公平、系统性能，但是没有考虑响应时间及优先级，适用于批处理系统，但是不适用交互式。

15. 调度算法二

    1. 时间片轮转RR
    2. 优先级调度
    3. 多级反馈队列

本文作者： yuqing wang
本文链接： https://satyrswang.github.io/2021/07/20/操作系统/
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