【软考】系统架构设计师-计算机系统基础（2）：操作系统

1、操作系统基础

OS的5个核心功能：进程管理、存储管理、设备管理、文件管理、作业管理

OS的3个作用：管理运行的程序和分配各种软硬件资源；提供友善的人机界面；为程序应用的开发和运行提供高效的平台

OS的4个特征：并发性、共享性、虚拟性、不确定性

OS分类：批处理OS、分时OS、实时OS、网络OS、分布式OS、微型计算机OS（Windows\MacOS\Linux）、嵌入式OS、微内核OS

嵌入式OS主要特点：微型化、可定制、实时性、可靠性、可移植性

2、嵌入式系统初始化顺序：自底向上、从硬件到软件的次序依次为：片级初始化 → 板级初始化 → 系统初始化

3、进程管理

进程：进程控制块PBC、程序、数据

进程调度状态转换3态图：

进程调度状态转换5态图：

4、前驱图和进程资源图：

前驱图 ：

进程资源图：

P -> R：表示申请/等待；

R -> P：表示分配给了一个进程.

5、PV信号量

进程的同步与互斥：临界资源/临界区/信号量（互斥信号量/同步信号量）

P操作：申请资源：S = S - 1，P(S)

V操作：释放资源：S = S + 1，V(S)

S>0 表示资源个数；S<0 表示有多少个进程在等待

生产者消费者问题：

互斥信号S0（使用者）；同步信号S1（仓库空闲个数）；同步信号S2（仓库商品数）

进程调度：可剥夺式、不可剥夺式

先来先服务FCFS、时间片轮转、优先级调度（优先级队列）、多级反馈调度

6、死锁：

产生死锁的4个必要条件：资源互斥、进程占有资源并等待其他资源；系统不能剥夺资源；进程资源图是一个环路

死锁防御、死锁避免、死锁检测、死锁解锁

死锁资源计算（假设，n个进程，每个进程都需要R个资源）

发生死锁的最大资源数为：n（R - 1），即每个P都刚好少一个R

不发生死锁的最小资源数：n（R - 1 ）+ 1

银行家算法（结合实例）

进程：拥有资源的独立单位；线程：作为调度和分配的基本单位

7、分页存储管理：

不用一次性全给程序，分批调度

地址：页号 + 页内地址

页号就是告诉有多少个页，即页的个数；页内地址则表示页的大小；

优点：利用率高，碎片小，分配管理简单，

缺点：增加了系统开销，可能产生抖动现象

地址组成：页地址 + 页内偏移地址

物理地址：物理块号 + 页内偏移地址（外存地址）

逻辑地址：页号 + 页内偏移地址（页内地址）

所以，逻辑地址转物理地址方法：页内地址不变，页号通过页表查映射关系即可

快表：快速的页面（最常用的部分，Cache）

页面置换算法：最优算法、先进先出、最近最少使用

淘汰原则：先看访问，没被访问的优先淘汰；再看修改，没被修改的优先淘汰。

8、分段存储管理：

段号 + 段内地址 （分段管理一般只考是否为合法的地址，不考如何转换）

优点：多道程序共享内存，互不影响

缺点：内存利用率低，内存碎片浪费大

9、段页式管理：先分段，再分页

优点：空间浪费小，存储空间共享容易，存储

10、设备管理

I/O请求：用户进程 --> 设备无关软件 -> 设备驱动程序 -> 中断处理程序 -> 硬件

Spooling技术（外围设备联机操作技术）：两个数据缓冲区，输入井、输出井

11、文件管理

索引文件结构：

直接索引：索引节点存放的就是内容（物理盘块），一个物理盘块的大小，如：4KB * N

一级间接索引：存放的是链接到直接物理的盘块的地址；如：4KB/4B * 4KB * N

二级间接索引：4KB/4B * 4KB/4B * 4KB * N

文件目录：相对路径/绝对路径/全文件名路径

空闲区表、位示图、空闲块链、成组链接法

位示图：bit位，每一位对应文件存储器上的物理块：