第4章 计算机操作系统知识

一. 操作系统知识基础

• 特征：并发性、共享性、虚拟性、不确定性
• 功能：进程管理、存储管理、文件管理、作业管理
• 分类：批处理操作系统、分时操作系统、实施操作系统、网络操作体统、分布式操作系统、微机操作系统、嵌入式操作系统

  嵌入式操作系统初始化过程按照自底向上、从硬件到软件次序：芯片级初始化（微处理的初始化）->板级初始化（板卡和其它硬件设备初始化）->系统初始化（软件及操作系统）

二. 进程管理

1. 进程的组成和状态

• 进程的组成：进程控制快PCB(唯一标志)、程序(描述进程要做什么)、数据(存放进程执行时所需数据)

• 进程的三态图和五态图
  

• 进程前趋图和进程资源图
  

  • 进程阻塞：资源已全部分配完，进程请求资源无法获取，如上图P2
  • 非阻塞节点：资源还有剩余，进程请求资源可以分配，进程能够执行，如上图P1、p3
  • 死锁：当一个资源图中所有进程都是阻塞节点时，进入死锁状态

2. 进程间的同步和互斥

3. 死锁问题

• 死锁产生的四个必要条件：资源互斥、每个进程占有资源并等待其他资源、系统不能剥夺进程资源、进程资源图是一个环路
• 死锁资源计算
  • 有n个进程，每个进程需要R个资源，其发生死锁的最大资源数为 n * (R-1)
  • 不发生死锁的最小资源数为 n * (R-1) + 1

三. 存储管理

• 主要是 主存 和 外存之间的管理（就是内存和硬盘之间的数据置换）
• 地址重定位：将逻辑地址转为实际物理地址的过程，分为静态重定位（程序运行前已经装入主存）、动态重定位（边运行边转换）

1. 分区存储

• 静态分区，动态分区，重定位分区
• 将某进程运行需要的内存整体一起分配给它
• 缺点：进程需要的内存比较大时无法满足，进程无法运行

2. 页式存储

• 页式存储是： 逻辑页号 对应 物理块号（页帧号）

• 页号：对应物理块号，位数表示了有多少页（16-31；16位 2的16方个页面）

• 页内地址：物理偏移地址，位数表示了每个页的大小（0-15；16位 2的16方=64KB）每个页的大小是固定一样的
  

• 快表：是一种很快的页面

  • 是一种小容量的相联存储器，有快速存储器组成，按内容访问，速度快，快且可以从硬件上保证内容并行查找，一般用来存放当前访问最频繁的少数活动页面的页号
  • 快表是将页面存储于cache中；慢表将页面存储于内存上
  • 快表是访问一次cache和一次内存，因此更快（chche取页号组成物理地址，内存取页内地址数据）；慢表需要访问两次内存才能取出页（内存取页号组成物理地址，内存取页内地址数据）

3. 段式存储

• 页式存储是： 逻辑页号 对应 物理块号（页帧号）
• 段号：对应物理块号，位数表示了有多少页（16-31；16位 2的16方个页面）
• 段内地址：表示这个段的大小，位数表示了每个段的大小（0-15；16位 2的16方=64KB）每个段的大小是不一样的
• 真实内存地址是：段号 =》 (基址：段内开始的地址)40K + 30K(段长：表示这个段的大小（段长<段内地址）)
  

4. 段页式存储

四. 设备管理

1. 设备分类

• 数据组织分类：块设备、字符设备
• 资源分配角度分类：独占设备、共享设备、虚拟设备
• 数据传输速率分类：低速设备、中速设备、高速设备

2. I/O 软件层次结构

3. 输入输出技术

• 程序控制方式（查询）：CPU主动查询外设是否完成数据传输，效率极低
• 程序终端方式：外设完成数据传输后，向CPU发送终端，等待CPU传输数据，效率先对较高，适用于键盘等实时性较高的场景
• DMA方式（直接主存存取）：CPU只完成必要的初始化等操作吗，数据传输整个过程都有DMA控制器来完成，在主存与外设之间建立直接的数据通路，效率高。适用于硬盘等高速设备。

4. 虚设备和Spooling技术

五. 文件管理

1. 文件索引

• 每个物理块大小为 1kb，每个物理块地址为 4B
• 直接索引：存放物理块数据 1kb
• 一级间接索引：存放物理块地址，每个物理块可以存放 1kb / 4B = 1024 / 4 = 256 个物理块地址，每个物理块 1kb， 就是一共 256 * 1 kb
• 二级间接索引：存放一级索引地址，每个物理块可以存储 256 个一级地址索引，每个一级地址可以存储256个物理块地址，就是 256 * 256 个物理块，每个物理块 1kb，大小是 256 * 256 * 1 kb
  

2. 文件目录树形结构