软考中级软件设计师—

二、操作系统基本原理

一个操作系统包括：

进程管理
存储管理
文件管理
作业管理
设备管理
微内核操作系统

进程管理：

进程状态

就绪状态
运行状态
等待状态

前趋图

前趋图解决顺序约束关系

进程的同步与互斥

PV操作

临界资源

在某一个时间点，只允许一个对象操作
临界区

是一段代码，访问临界资源的代码片段就叫做临界区
信号量

一种特殊的信号量，专门使用在pv操作中，类似于Java中进制之间通信的管程法

PV操作就是对进程的一种管理

p操作：

执行某一个进程之前先将信号量s-1，若结果为负数则阻塞它，加入等待队列。否则正常执行

v操作：

执行某一个进程之前先将信号量s+1，若结果不为正数，则唤醒它，否则正常执行

PV操作结合前趋图

首先会给出前趋图，然后让你补全线程的pv操作。

死锁问题：

进程之间相互抱锁而等待对方的锁的问题，类似于Java的死锁

死锁产生的四种条件：

资源互斥（这个资源不共享）
保持和等待
不剥夺
进程之间形成回路

打破四种条件之一即可解除死锁

避免死锁问题的产生：

有序的资源分配
银行家算法

存储管理：

分区存储组织：

首次适应法
最佳适应法
最差适应法
循环首次适应法

页式存储组织：

页式存储就是将内存等大小的分成一个个块。然后将用户程序等大小的分成一个个的页，将需要用到页调入内存允许，运行完后调出。不需要用到的页不调入内存。这中间需要用到页表来映射页和内存块之间的联系

优点是：利用率高，碎片小，分配管理简单

缺点是增加了系统的开销，可能发生抖动现象

例题：

页面大小为4k可以计算到页面位数为2的12次方，12次方就是页内地址的位数。逻辑地址是页号+页内地址，物理地址是块号+页内地址。一个十六进制位对应4个二进制位，那么5A29的后三位就是页内地址。

淘汰页号要查找访问位位0的页面

段式存储：

段式存储不需要等大小划分，它是按照程序的函数需要的内存大小来划分内存块，允许各个块有不同大小

优点：多道程序共享内存，各程序修改相互不影响

缺点：内存利用率低，内存碎片浪费大

段页式存储：

快表

页面置换算法：

最优算法OPT
随机算法RAND
先进先出算法FIFO

产生抖动，淘汰最先进入内存的页面
最近最少使用LRU

不会产生抖动，淘汰最久没被访问的页面

淘汰算法例题：

首先明确一点，在考试中约定指令虽然跨两个页，但是我们只计报缺页一次。

首先完全执行这个指令，需要访问６个页面，而访问页面需要查表也就是一个页面需要访问内存２次，总共访问12次.

缺页就是内存如果没有调入页面，但是需要访问时就会报一次缺页。指令只报一次，操作数跨两个页面报两次，总共就是5次

文件管理：

索引文件结构：
例题：

首先，题目告诉我们0到4是直接索引那么这里就占了5个地址了，然后5号是一级索引大小为1kb每个地址项大小为4b。那么1kb/4b=256个地址项。加上前面的5个地址，就是261个，也就是说187号物理地址对应的是261的逻辑块号.101显而易见的是二级索引

文件和树形目录结构

绝对路径和相对路径

空闲存储空间的管理

将系统内存在的空闲内存区管理起来，方便之后的读和写的操作

空闲区表示法（空闲文件目录）
空闲链表法
位示图法
成组链接法

设备管理：

数据传输控制方式

程序控制方式
程序中断方式DMA方式

虚设备和SPOOLING

简单来说就是队列的应用，当外设在执行某项任务时，你向外设传递的任务将会进入队列等待执行，提高外设的使用效率

微内核操作系统

将操作系统的各个部分分离开，将最核心的部分做成内核，各个部分不会相互影响。

用户态
内核态