n个进程互斥，留坑

禁用中断

进入临界区以后禁用中断，离开临界区以后开启中断
一但禁用了中断，整个系统都停止，可能导致饥饿，要是临界区有个死循环就完蛋，多个CPU无法解决问题。

# CPU调度 # 调度指标 CPU使用率(CPU忙状态所占的时间比例)，吞吐量(单位时间内完成的进程数量)，周转时间(一个进程从初始化到结束，花费的所有时间), 等待时间(进程在就绪队列中等待的总时间)， 响应时间(一个请求从提交到产生相应所花费的时间) # FCFS first come first served 先来先服务 # SPN Shortest Process Next 短进程优先 （抢占或者不抢占） 导致长任务饥饿 # HRRN Highest Response Ratio Next 最高响应比优先，等待时间/执行时间 不可抢占，关注等待，防止无期限推迟。

线程管理

线程控制块 TCB

类似PCB

线程优点

一个进程可以同时存在多个线程，各个线程之间可以并发执行，各个线程之间可以恭喜那个地址空间和文件资源。

线程缺点

一个线程崩溃会导致所属进程的所有线程崩溃。

进程与线程

进程是资源分配单位，线程是CPU调度单位
进程拥有完整的资源平台，线程只独享其中的寄存器和栈
线程也有就绪阻塞执行三种状态和状态转化关系
线程能减少并发执行的时间和空间开销,线程创建终止块，切换快，共享资源可直接进行不依赖内核通信。

用户线程和内核线程

用户线程操作系统看不到，内核线程操作系统看得到

用户线程

线程的创建终止同步和调度都是线程库实现的。TCB在进程内部

用户线程的缺点

当一个线程阻塞以后，整个进程都阻塞了，因为操作系统看不到用户心线程，只能看到进程。

进程管理

进程的组成

代码+数据+程序计数器中的值，堆和栈，一组资源(打开的文件)

进程的特点

动态创建，并发或者并行，独立(执行的正确性不受其他进程影响)

进程控制块(PCB)

操作系统为每个进程维护了一个进程控制块，用来保存与该进程有关的各种状态信息。是进程存在的唯一标示。
包含了进程标识信息(父进程，用户标识)， 处理器状态信息保存区(用户可见寄存器，PC寄存器，程序状态字，栈指针)， 进程控制信息(调度和状态信息、进程键通讯信息，储存管理信息，进程所用资源信息，数据结构连接信息)
PCB的组织方式： 链表或者索引表

进程的创建的时机

系统初始化, 用户的请求，进程的请求

页面置换算法

当缺页中断发生的时候，需要做交换，我们需要尽量减少交换的次数。

最优页面置换算法

将等待下一层的访问时间最长的那个页面置换出去，这个算法不可能实现，但是可作为评价其他算法的标准

先进先出页面置换算法

维护一个队列，FIFO即可
性能很差，被调出的页面可能是要经常访问的页面

最近最久未使用算法 LRU

这个算法基于空间局部性
维护一个页面链表，将刚刚使用过的页面作为首节点，那么缺页中断的时候淘汰链表尾部即可

虚拟内存

覆盖技术

把一些不会相互调用的函数分配到相同的地址空间，当需要调用的时候覆盖内存就可以了。
需要程序员来设计，费时费力，模块的覆盖是时间换空间

交换技术

让暂时不运行的程序交换到磁盘中，当使用的时候换回内存。
只在内存不够的时候交换，磁盘的交换区的空间必须足够大，换出然后换入的时候物理内存不一定一样了，但是我们可以用虚地址解决这个问题。

虚存技术

像覆盖技术一样不把程序所有的内容都放入内存，想交换技术那样，只对进程的部分内容进行交换，

非连续内存分配

优点: 一个程序的物理空间是非连续的，更好的内存利用，允许共享代码与数据(共享库等),支持动态加载和动态链接

分段机制

程序等栈段、堆段、数据段、等等分散到多个物理空间，

硬件堆分段寻址方案

段号+偏移量，高位为段号，低位为偏移量，用段表来映射，段表中存了起始地址和长度信息，CPU可以在访问前做安全检测，

分页机制

让段的长度固定，就成了分页机制。

页帧

物理内存被分割为大小相等的帧

页表

dirtybit+residentbit+clockbit+页帧号

分页机制的性能

访问一个内存单元需要两次访问： 页表+数据
页表太大怎么办，多个程序多个页表，更大了，这个不能放到cpu，放到内存又会很慢

CPU内存

CPU-L1cache-L2cache-memery-disk

逻辑地址空间

抽象、隔离、保护、共享、虚拟化(临时放入disk)

内存管理

程序重定向，分段，分页，虚拟内存，按需分叶虚拟内存

地址空间和地址生成

C程序用变量表示地址，汇编还是用符号，机器码就开始使用逻辑地址了，CPU的MMU中有一段区域来映射逻辑地址到物理地址

约束程序的内存

程序只可以访问他自己的内存，当他访问其他地方的时候，操作系统应该使用安全检测

内存碎片

外部碎片，是分配单元之间的内存碎片
内部碎片，已经分配给了应用程序，但是应用程序没法使用它

连续内存分配

程序启动的时候要分配，运行的时候要分配

操作系统的启动

DISK中放操作系统，BIOS是基本的IO系统，检测外设，Bootloader能够加载OS，BIOS从CS段寄存器;IP指令寄存器开始执行，然后BIOS会POST(加电自检)，然后BIOS找到bootloader加载Bootloader，并传递控制权,然后Bootloader找到OS，读到内存吧控制权交给OS

操作系统的中断、系统调用、异常

系统调用是应用程序主动想操作系统发出服务请求，
异常是来源于不良的应用程序的非法指令
中断是来自不同硬件设备到额计时器和网络的中断
我们不能让应用程序直接访问外设，这不安全，另外OS可以提供更好的借口，通用可移植

中断处理

保存现场、查表、中断处理、清楚中断标志、恢复现场

操作系统是什么

是一个控制软件，能管理应用程序，为应用程序提供服务，杀死应用程序，能够分配资源，能够管理外部设备，承上启下，硬件之上，应用程序之下，

Kernel

CPU调度,物理内存管理，虚拟内存管理，文件系统管理，中断处理和设备驱动

Kernel特征

并发，共享(1在一个时间点，只有一个程序能够访问2同时访问)，虚拟（利用多到程序设计技术，让每个用户都觉得有一个计算机为他服务），异步(程序走走停停，而不是一直走)