导图社区 操作系统大纲
这是一个关于操作系统大纲的思维导图，主要内容有第—章操作系统引论、第二章进程的描述与控制、第三章处理机调度与死锁、第四章存储器管理等。
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操作系统
第一章操作系统引论
操作系统定义p9
操作系统的类型p5
裸机
脱机
单道批处理系统
多道批处理系统
分时系统
实时系统
操作系统的特性p14
并发
并行性
并发性
共享
虚拟
异步
操作系统的功能p17
处理机管理
进程控制
进程同步
进程通信
调度
存储器管理
内存分配
内存保护
地址映射
内存扩充
设备管理
缓冲管理
设备分配
设备处理
文件管理
存储空间管理
目录管理
读写保护
接口p22
用户接口
作用：用户控制自己的作业
分类
联机用户接口
脱机用户接口
图形用户接口
程序接口（系统调用）
用户程序在执行中访问系统资源，取得系统服务
特权指令
子主题从调用源头上，为保证计算机系统正确可靠地工作（避免引起冲突或意外错误），限制部分指令不允许用户程序调用，称为特权指令（只允许操作系统调用）。
用户态（目态）
当程序运行在3级特权级上时，就可以称之为运行在用户态，因为这是最低特权级，是普通的用户进程运行的特权级，大部分用户直接面对的程序都是运行在用户态；
内核态（系统态、管态）
当程序运行在0级特权级上时，就可以称之为运行在内核态。运行在用户态下的程序不能直接访问操作系统内核数据结构和程序。
第二章进程的描述与控制
顺序程序与并发程序的特点与定义p36
顺序程序
定义：一个应用程序由若干个程序段组成，每一个程序段造成特定的功能，他们执行时，都需要按照某种先后次序顺序执行，仅当前一程序段执行完后，才运行后一程序段
特征
顺序性
封闭性
可再现性
并发程序
定义：两个及以上程序在同一时间段内运行
间断性
失去封闭性
不可再现性
进程p39
定义：进程是程序的一次执行
动态性
独立性
异步性
进程与程序的区别与联系p39
区别
进程是动态的，程序是静态的，进程有生命周期，而程序是指令的集合，没有生命周期
一个程序可以对应多个进程，而一个进程只能对应一个程序
组成不同，进程由程序段、数据段和进程控制块组成，而程序是一组有序的指令集合
联系
进程是程序的一次执行
进程的三个状态转换及原因p40
PCB p45
组成
进程标识符
处理机状态
进程调度信息
进程控制信息
作用
作为独立运行基本单位的标志
实现间断性运行方式
提供进程管理的信息
提供进程调度信息
实现与其他进程的同步与通信
进程控制p46
创建进程
终止进程
异常处理
原语
destroy 终止
block 阻塞
suspend 挂起
挂起是一种主动行为，不释放cpu 阻塞是被动的，一般在等待某种资源或信号量的时候出现，其他程序可以运行
wakeup 唤醒
active 激活
管程p63
定义：管程定义了一个数据结构和能为并发进程所执行的一组操作
线程p81
定义：是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。
减少程序并发执行时空开销，使os拥有更好的并发性
TCB
特征
调度的基本单位
系统开销小
支持多处理机系统
实际上不拥有资源
线程与进程的区别
进程拥有资源，线程本身不拥有资源
进程比线程拥有更高的独立性
进程比线程系统开销大
进程同步p52
与时间有关的错误p53
进程互斥p52
临界区
访问临界资源的那段代码
临界资源
共享的资源
实现互斥的办法
关中断
TS（测试并建立）
Swap指令
信号量机制
第三章处理机调度与死锁
处理机的调度层次
高级调度
低级调度
中级调度
处理机调度的目标
提高资源利用率
公平性
平衡性
策略强制执行
作业
定义：是程序、数据和作业说明书的集合
作业控制块JCB
作业调度
定义：作业调度的主要功能是根据 作业控制块 中的信息，审查系统能否满足用户作业的资源需求，以及按照一定的算法，从外存的后备 队列 中选取某些作业调入内存，并为它们创建进程、分配必要的资源。 然后再将新创建的 进程插入 就绪 队列 ，准备执行。
方式
抢占式
非抢占式
算法
先来先服务
短作业优先
优先级调度
高响应比优先
进程调度
进程调度算法
先来先服务FCFS
时间片轮转RR
动态优先级
静态优先级
多队列调度算法
多级反馈队列
死锁的四大条件
互斥
不可剥夺
请求和保持
循环等待
避免死锁
使用某种算法可以避免
预防死锁
破坏四大条件之一
第四章存储器管理
程序的装入
绝对装入方式
可重定位装入方式
静态重定位
动态重定位
连续分配存储管理方式
单一连续分配
固定分区分配
动态分区分配
基于顺序搜索p140
首次适应FF
循环首次适应算法NF
最佳适应BF算法
最坏适应WF算法
基于索引搜索
快速适应算法
优点
无碎片
无分割
查找效率高
缺点
回收分区算法复杂
分配空间时容易浪费
特征：以空间换时间
伙伴系统
哈希算法
动态可重定位分区分配
分页定义p148
分页和分段的区别
分页面对的是进程，是把进程的逻辑地址空间分成若干个页，并为各页加以编号。
分段面对的是作业，是把作业的地址空间分成若干个段，每个段定义了一组逻辑地址
页是信息的物理单位
页的大小固定且由系统决定
分页的用户程序地址空间是一维的，分段是二维的
快表
提高地址变换速度
第五章虚拟存储器
存储管理方式
请求分页存储管理方式
请求分段存储管理方式
存储保护方法
分段保护
越界检查
存取控制检查
环保护机构
分区
分页保护
存储保护的目的
降低系统实现开销，提高保护效率
虚拟存储管理
作用：从逻辑上扩充内存容量
概念：虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统
特征p166
多次性
对换性
虚拟性
原因：内存容量不足以容纳作业
容量：等于内存容量和外存容量之和，且由计算机地址结构和寻址方式（或cpu字长）决定
对换
目的：节省内存空间
页面置换算法
最佳置换算法Opt
先进先出FIFO页面置换算法
最近最久未使用LRU算法
Clock算法
抖动
抖动预防
局部置换策略
把工作机算法融入到处理机调度中
利用L=S准则调节缺页率
选择暂停的进程
第六章输入输出系统
磁盘的结构和布局p230
设备分类
按传输速率
低速设备
高速设备
中速设备
按使用特性
存储设备
i/o设备
I/O控制方式
程序I/O
中断
DMA
DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问) 是所有现代电脑的重要特色，它允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于 CPU 的大量中断负载。
通道
缓冲
定义：缓冲是一个存储区域，可以由专门的硬件寄存器组成
目的
解决CPU和I/O设备速度不匹配的问题
减少对CPU的中断频率，放宽对CPU中断响应时间的限制
解决数据粒度不匹配问题
提高CPU和I/O设备之间的并行性
设备分配原则
设备分配原则：设备分配应根据设备特性、用户要求和系统配置情况。
分配的总原则是充分发挥设备的使用效率，尽可能地让设备忙碌，又要避免由于不合理的分配方法造成进程死锁。
设备分配算法
优先级高者优先
spooling技术
输入和输出井
输入缓冲区和输出缓冲区
输入进程和输出进程
井管理程序
移臂调度（磁盘调度）算法
目的：有效利用磁盘，保证磁盘的快速访问。
先来先服务FIFO
最短寻道时间优先SSTF
扫描SCAN（电梯调度）
循环扫描算法CSCAN
磁臂粘着
避免算法
NStepScan算法
FScan算法
第七章文件管理
文件定义：文件是具有文件名的若干相关元素的集合
文件管理的目的：管理外存空间并实现对文件的按名存取
文件
有结构文件
无结构文件
存储
连续存储
存取效率高
增删改记录困难
链式
存取效率低
增删改简单
索引存储
随机存取
原因
克服变长记录的顺序文件不能随机访问
克服不便于增删记录
目录
定义：文件目录也是一种数据结构，用于标识系统中的文件及其物理地址，供检索时使用
分类
单级目录
查找速度慢
不允许重名
不便于共享
多级目录
提高检索速度
允许重名
允许共享
树形目录
明显提高检索速度和文件系统的性能
可重名
不可共享
最通用最实用的是树形结构
第八章磁盘存储器的管理
位示图法p280
成组链接法
适用于小型文件系统
用于逻辑组织结构
可以增加文件访问速度的优化方法
索引组织方式
