第一章：计算机系统概述
第一节：基本概念
并发、共享、虚拟（多道程序设计技术）、异步。 并发和共享是最基本的两个特征。只要运行环境相同，操作系统就必须保证多次运行程序后都获得相同的结果。
程序接口：由一组系统调用组成（由库函数实现，通过用户程序间接使用）。用户通过系统调用来请求操作系统为其提供服务。
第二节：发展历程
批处理阶段
单道批处理系统：自动性、顺序性、单道性（内存总仅有一道程序运行）
多道批处理系统：多道、宏观上并行，微观上串行（不提供人工交互能力）
分时操作系统
按时间片轮流的让各个用户的作业使用。同时性、交互性、独立性
第三节：运行环境
操作系统执行两种不同性质的程序：操作系统内核程序、用户自编程序
特权指令、非特权指令。用户态（目态）、核心态（管态、内核态）。 切换到用户台的指令也是特权指令。 原语、中断机制、始终管理
中断：外部中断（来自CPU外部的事件）如：I/O结束中断、时钟中断 异常：内部终端（来自CPU内部的事件）如：地址越界、除数为0 异常分为： 故障：通常由指令执行引起的异常：非法操作码、缺页故障、除数为零、运算溢出 自陷（Trap）：用于在用户态下调用操作系统 终止：出现了CPU无法继续执行的硬件故障。如：控制器出错、存储器校验错（在CPU运行时要访问一些硬件，这是发现硬件出现了故障。）
故障和自陷属于软件中断，终止和外部中断属于硬件中断
第四节：结构
分层法：每层只能调用邻近它的低层的功能和服务。优点：便于调试和验证、易扩充和易维护。 缺点：合理定义各层比较困难、效率较差。
模块化：操作系统划分为具有一定独立性的模块。 各模块间通过接口通行。 优点：提高了设计的正确性和可维护性、增强了适应性、加速了开发过程。 缺点：模块间的规定难以满足对接口的实际需求、无法找到一个可靠的决定顺序。 内聚性：模块内部的紧密程度。越高越好 耦合性：模块间的相互联系和影响程度。越低越好
宏内核：单内核、大内核。Windows、iOS、macOS、Linux
微内核：采用C/S模式，将移除内核部分分为若干服务程序。借助微内核通信。 “机制与策略分离”的原理。机制位于内核，策略位于外部。 内核功能：低级存储管理（进程或线程间的通信、进程的切换、进程调度、同步） 低级存储器管理（页表机制和地址变换机制） 中断和陷入处理（捕获所发生的中断并进行中断响应处理，具体处理由由服务器来处理。） 特点：扩展性灵活性、可靠性安全性、可移植性、分布式计算 微内核结构的主要问题是性能问题，应为需要频繁的在用户态和核心态切换，开销大
第五节：操作系统的引导
激活CPU，读取ROM中的boot程序，将指令寄存器置为BIOS的第一条指令 硬件自检，启动BIOS程序，检查没有硬件故障 加载带有操作系统的硬盘，自检后BIOS将控制权交给怕、启动顺序排在第一位的存储设备，加载其引导扇区的内容到内存中 加载主引导记录MBR，MBR告诉CPU去硬盘的那个分区找操作系统。（分区找到） 扫描硬盘分区表，（活动分区、非活动分区）找到活动分区后将控制权交给活动分区 加载分区引导记录PBR，读取活动分区第一个扇区（分区引导记录PBR）其作用是找到引导操作系统的程序（启动管理器） 加载启动管理器，加载操作系统
第五节：虚拟机
第一类虚拟机：虚拟机作为用户态的一个进程运行，不允许执行敏感指令
第二类虚拟机：VMware workstation X86
第二章：进程与线程
第一节：进程与线程
进程映像（程序段、数据段、PCB构成：进程实体）是静态的，进程是动态的。
异步性导致结果不可再现性，所以必须为此佩慈进程同步机制
运行态、阻塞态、创建态（创建完成就放入就绪队列，如果没有完成就还是在创建态）、结束态（先设置为结束态，然后再处理资源释放和回收 ） 注：挂起 进程创建时为之创建PCB，常驻内存，进程结束时才删除。只能通过PCB感知该程序存在。 创建时资源分配不足就等待，并不是失败
组织：连接方式（同一状态连链接一个队列）、索引方式（同一状态放在同一张索引表中，表项指向相应的PCB） 注：程序可以被多个进程共享
进程通信
共享存储：通信进程之间存在一块可直接访问的共享空间。需使用互斥工具 低级共享：基于数据结构 高级共享：基于存储区的共享 数据交换由用户自己安排读/写指令完成
消息传递：进程间的信息以格式化的消息为单位。消息传递机制实现 进程通过操作系统的发送消息和接收消息两个原语进行数据交换。 直接通信方式：发送进程直接把消息发送给接收进程，并将他挂载接收进程的消息缓冲区中，接收进程从消息缓冲区中取得消息。 简介通信方式：发送进程将消息发送给中间实体（信箱）接收进程从中间实体取出
管道通信：以字符流方式将信息送入管道 采用半双工方式 要实现父子进程之间互动通信需要两个管道。可以双向传输数据
线程是基本的CPU执行单元，也是程序执行流的最小单元。是被调度和分配的基本单位，不拥有自己的资源（共享其进程的资源，进程时资源分配的基本单位）
用户级线程（ULT）、内核级线程（KLT，切换时需要用户态转到核心态，开销大） 线程库：内核级（操作系统提供，会导致系统调用），用户级（用户空间中） 线程模型：一对一、多对一、多对多
第二节：处理机的调度
高级调度（作业调度，每个作业只调入一次调出一次）中级调度（内存调度）低级调度（进程调度）
CPU利用率：有效工作时间/（有效工作时间+空闲等待时间） 系统吞吐量：单位时间CPU完成的作业数量 周转时间：作业提交到完成的时间 带权周转时间=作业周转时间/实际运行时间 等待时间：等待处理机执行的时间之和 响应时间
抢占调度方式（剥夺方式）非抢占调度方式（非剥夺方式） 闲逛程序
调度算法
先来先服务（FCFS）非抢占式，利于cpu繁忙型作业
短作业优先（SJF）对长作业不利（饥饿）平均等待时间和平均周转时间最短
优先级调度：抢占式和非抢占式优先级调度算法，静态优先级、动态优先级
高响应比优先级算法：响应比=（等待时间+要求服务时间）/要求服务时间 克服了饥饿现象，非抢占式
时间片轮转调度算法：分时系统 时间片大：退化为FCFS 小：系统开销大
多级队列调度算法：设置多个队列，不同队列设置不同调度算法，同意队列设置不同优先级，不同的队列本身也可设置优先级
模式切换：用户态和核心态之间切换 上下文切换：发生在内核态，改变cpu中的进程
第三节：同步与互斥
临界资源：一次只能允许一个进程使用的资源，访问临界资源的代码为临界区 空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待（不一定要实现）
实现互斥的方法
软件实现：单标志法（违背空闲让进）双标志法先检查（先循环，违背忙则等待） 双标志后检查法（先设置True，产生饥饿）peterson's Al(增加turn变量，违背让权等待)
硬件实现方式：屏蔽方法 硬指令方法（违背让权等待，可能导致饥饿） TestAndSet指令 Swap指令
信号量：整形信号量（违背让权等待）记录型信号量（设置堵塞队列）
利用信号量实现同步、利用信号量实现互斥、利用信号量实现前驱关系
管程：共享资源的数据结构及其一组方法所组成。 1、管程的数据只能被局部与管程的过程访问 2、一个进程只能通过调用管城内的过程才能进入访问数据 3、每次只允许一个进程在管城中执行某个过程 4、实现了进程间的同步（条件变量）、互斥（进入管程）
经典同步问题：生产者-消费者问题、苹果-橘子问题、读者-写者问题（设置count）哲学家进餐问题（一次拿起所有的资源） 、吸烟者问题
第四节：死锁
死锁条件：互斥条件 、不剥夺原则、请求并保持条件、循环等待条件（只是必要条件）
死锁处理策略：死锁预防、避免死锁、死锁的检测和解除
死锁预防：破坏互斥条件、破坏不可剥夺（释放自己的资源）、破坏请求并保持条件（一次申请完所有资源）、破坏循环等待条件（对资源 排序）
死锁避免：安全状态、银行家算法 不在安全状态可能会产生死锁，在安全状态一定不会产生死锁
死锁检测和死锁解除：资源分配图、死锁定理（不可完全化简的资源分配是死锁） 死锁解除：资源剥夺法、撤销进程法、进程回归法
区别条件变量（管程，没有值）和信号量（有值，代表资源剩余量）
二进制代码和常量放在正文段，动态分配的存储区放在数据堆段，临时使用的变量放在栈段（函数传参、未赋值的局部变量） 同一个进程（线程）可以通过系统调用被多个进程（线程）使用 对进程的控制和管理使用的时原语
进程不能访问其他进程空间，线程是自然共享进程空间的
保护错：PC机用户再程序访问不可访问的地址时出现的错误
常驻内存的只是操作系统内核，其他部分仅在需要时才调入 进程被终止时其子孙进程也会被终止
变态的过程是有成本的，要消耗不少的时间，频繁的变态会影响系统的性能
核心态到用户态由操作系统完成。用户态到核心态的转换是硬件完成（注意“转换”通过设置标志位来区分用户态和核心态）
系统调用：请求调用的是用户，运行在用户态。具体执行是操作系统内核程序执行运行在内核态
中断时PC的值由隐指令（硬件）保存。 中断是操作系统夺回CPU使用权的唯一途径
