操作系统核心概念详解-CSDN博客

本文链接：https://blog.csdn.net/CodingNO1/article/details/105805196

这篇博客详细介绍了操作系统的基础知识，包括进程与线程的区别、调度算法、死锁的处理方法等。重点讨论了进程状态切换、批处理、交互式和实时系统中的调度策略，以及进程同步和死锁的预防和避免策略。通过对信号量、互斥量和管程的理解，深入探讨了系统中同步和通信的重要性。

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前言：
记一下小知识点。

引用自https://www.bookstack.cn/read/Interview-Notebook/notes-%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E6%93%8D%E4%BD%9C%E7%B3%BB%E7%BB%9F.md#%E6%93%8D%E4%BD%9C%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E7%89%B9%E5%BE%81

操作系统基本功能

1.进程管理

进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度等。
2. 内存管理

内存分配、地址映射、内存保护与共享和内存扩充等功能。
3. 文件管理

文件存储空间的管理、目录管理及文件读写管理和保护等。
4. 设备管理

完成用户的 I/O 请求，方便用户使用各种设备，并提高设备的利用率，主要包括缓冲管理、设备分配、设备处理和虛拟设备等功能。

系统调用

如果一个进程在用户态需要使用内核态的功能，就进行系统调用从而陷入内核，由操作系统代为完成。
在这里插入图片描述
Linux 的系统调用主要有以下这些：

Task	Commands
进程控制	fork(); exit(); wait();
进程通信	pipe(); shmget(); mmap();
文件操作	open(); read(); write();
设备操作	ioctl(); read(); write();
信息维护	getpid(); alarm(); sleep();
安全	chmod(); umask(); chown();

中断分类

1.外中断

由 CPU 执行指令以外的事件引起，如 I/O 结束中断，表示设备输入/输出处理已经完成，处理器能够发送下一个输入/输出请求。此外还有时钟中断、控制台中断等。
2. 异常

由 CPU 执行指令的内部事件引起，如非法操作码、地址越界、算术溢出等。
3. 陷入

在用户程序中使用系统调用。

进程与线程

进程

进程是资源分配的基本单位。

进程控制块 (Process Control Block, PCB) 描述进程的基本信息和运行状态，所谓的创建进程和撤销进程，都是指对 PCB 的操作。

线程

线程是独立调度的基本单位。

一个进程中可以有多个线程，它们共享进程资源。

区别

拥有资源：进程是资源分配的基本单位，但是线程不拥有资源，线程可以访问隶属进程的资源。
调度：线程是独立调度的基本单位，在同一进程中，线程的切换不会引起进程切换，从一个进程内的线程切换到另一个进程中的线程时，会引起进程切换。
系统开销：由于创建或撤销进程时，系统都要为之分配或回收资源，如内存空间、I/O 设备等，所付出的开销远大于创建或撤销线程时的开销。类似地，在进行进程切换时，涉及当前执行进程 CPU 环境的保存及新调度进程 CPU 环境的设置，而线程切换时只需保存和设置少量寄存器内容，开销很小。
通信方面：进程间通信 (IPC) 需要进程同步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性。而线程间可以通过直接读/写同一进程中的数据段（如全局变量）来进行通信。

举例：QQ 和浏览器是两个进程，浏览器进程里面有很多线程，例如 HTTP 请求线程、事件响应线程、渲染线程等等，线程的并发执行使得在浏览器中点击一个新链接从而发起 HTTP 请求时，浏览器还可以响应用户的其它事件。

进程状态的切换

在这里插入图片描述
就绪状态（ready）：等待被调度
运行状态（running）
阻塞状态（waiting）：等待资源

应该注意以下内容：

只有就绪态和运行态可以相互转换，其它的都是单向转换。就绪状态的进程通过调度算法从而获得 CPU 时间，转为运行状态；而运行状态的进程，在分配给它的 CPU 时间片用完之后就会转为就绪状态，等待下一次调度。
阻塞状态是缺少需要的资源从而由运行状态转换而来，但是该资源不包括 CPU 时间，缺少 CPU 时间会从运行态转换为就绪态。