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操作系统概述
操作系统的作用:通过资源管理提高计算机系统的效率;改善人机界面向用户提供友好的工作环境。
操作系统的特征:并发性、共享性、虚拟性、不确定性。
操作系统的功能:进程管理、存储管理、文件管理、设备管理、作业管理(作业管理没有考过)。
操作系统的分类:批处理操作系统、分时操作系统(轮流使用CPU工作片)、实时操作系统(快速响应)、网络操作系统、分布式操作系统(物理分散的计算机互联系统)、微机操作系统(Windows) 、嵌入式操作 系统。
计算机启动的基本流程为: BIOS->主引导记录->操作系统。
进程的组成和状态
进程的组成:进程控制块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)。
进程基础的状态是下左图中的三态图，这是系统自动控制时只有三种状态，而下右图中的五态，是多了两种状态:静止就绪和静止阻塞，需要人为的操作才会进入对应状态，活跃就绪即就绪，活跃阻塞即等待。
- 可知，当人为干预后，进程将被挂起，进入静止状态，此时，需要人为激活，才能恢复到活跃状态，之后的本质还是三态图。
前趋图(重要考点)
前趋图:用来表示哪些任务可以并行执行，哪些任务之间有顺序关系，具体如下图:
ABC可以并行执行，而D需要ABC执行完才能执行，E需要等待D执行完才能执行。
可知，ABC可以并行执行，但是必须AB C都执行完后，才能执行D，这就确定了两点:任务间的并行、任务间的先后顺序。
进程资源图
进程资源图:用来表示进程和资源之间的分配和请求关系，如下图所示:
- P代表进程，R代表资源，R方框中有几个圆球就表示有几个这种资源，在图中，R1指向P1， 表示R1有一个资源已经分配给了P1，P1指向R2，表示P1还需要请求一个R2资源才能执行。
R1指向P1：P1已经占有一个R1资源
P1指向R2：P1仍需要一个R2资源
- 阻塞节点:某进程所请求的资源已经全部分配完毕，无法获取所需资源，该进程被阻塞了无法继续。如上图中P2。
P1和P3已经占用了R1的两个资源，因此P2获取R1的一个资源将会阻塞。
非阻塞节点:某进程所请求的资源还有剩余，可以分配给该进程继续运行。如上图中P1、P3。
当一个进程资源图中所有进程都是阻塞节点时，即陷入死锁状态。
真题：
例:在如下所示的进程资源图中，(27) ;该进程资源图是(28)。
(27)
A. P1、P2、P3都是阻塞节点
B. P1是阻塞节点、P2、P3是非阻塞节点
C. P1、P2是阻塞节点、P3是非阻塞节点
D. P1、P2是非阻塞节点、P3是阻塞节点
(28)
A.可以化简的，其化简顺序为P1>P2 >P3
B.可以化简的，其化简顺序为P3->P1>P2
C.可以化简的，其化简顺序为P2>P1→P3
D.不可以化简的，因为P1、P2、P3申请的资源都不能得
27C
28B
化简：需要从非阻塞进程推演，这里P3是非阻塞节点，当P3都执行完成后，释放掉R1一个资源，R2一个资源，R3一个资源，P1这时就可以获取到R2一个资源进行执行，同时P2也可以获取一个R1的一个资源。
因此，化简顺序可以是：P3->P1->P2或者P3->P2->P1
- 进程资源图化简的方法是:先看系统还剩下多少资源没分配，再看有哪些进程是不阻塞的，接着把不阻塞的进程的所有边都去掉，形成一个孤立的点，再把系统分配给这个进程的资源回收回来，这样，系统剩余的空闲资源便多了起来，接着又去看看剩下的进程有哪些是不阻塞的，然后又把它们逐个变成孤立的点。最后，所有的资源和进程都变成孤立的点。图中P3是不阻塞的，故P3为化简图的开始，把P3孤立，再回收分配给他的资源，可以看到P1也变为不阻塞节点了，故P3、P1、P2是可以的。
同步与互斥
互斥:某资源(即临界资源)在同一时间内只能由一一个任务单独使用，使用时需要加锁，使用完后解锁才能被其他任务使用;如打印机。
同步:多个任务可以并发执行，只不过有速度上的差异，在一一定情况下停下等待，不存在资源是否单独或共享的问题;如自行车和汽车。
临界资源:各进程间需要以互斥方式对其进行访问的资源。
临界区:指进程中对临界资源实施操作的那段程序。本质是一段程序代码。
互斥信号量:对临界资源采用互斥访问，使用互斥信号量后其他进程无法访问，初值为1。
同步信号量:对共享资源的访问控制，初值一般 是共享资源的数量。
信号量操作
P操作:申请资源，S=S-1, 若S>=0，则执行P操作的进程继续执行;若S<0， 则置该进程为阻塞状态(因为无可用资源)，并将其插入阻塞队列。
V操作:释放资源，S=S+1, 若S>0， 则执行V操作的进程继续执行;若S<=0， 则从阻塞状态唤醒一个进程，并将其插入就绪队列(此时因为缺少资源被P操作阻塞的进程可以继续执行)，然后执行V操作的进程继续。
当S>=0时表示资源数
当S<0时表示信号量
经典问题:生产者和消费者的问题
三个信号量:互斥信号量SO (仓库独立使用权)，同步信号量S1 (仓库空闲个数)，同步信号量S2 (仓库商品个数)。
例题：
解析：
P1执行该完成会释放两个信号量，即S1和S2，右图中P2执行需要一个S1,所以，P1指向P2的箭头释放的是S1，P1指向P3的箭头释放的是S2；
分析右图c处，这里P3就需要一个S2了，需要申请获取P1释放的S2，所以c处是P(S2)
分析d处，这里是P3释放信号量，可以确定选择B，V(S4)
分析e处，P4执行需要S3，P4执行完了就需要释放一个信号量，V(S4+1) V(S5)
分析f处，P5执行需要申请S4和S5。
例题：
解析：
P1执行完了，假设释放信号量S1(P1->P2)和S2(P1->P3)，
P2执行完了，释放S3和S4，假设S3(P2->P4),S4(P2->P3)
继续看P3，P3这里需要申请S2，因此P1—>P3释放的是S2，那么P1->P2释放的是S1，所以P2需要申请S1，所以序号2就是申请S1,即P(S1)。
所以：第一个空选择C
第三个序号：这里一定是P操作，然后再去执行，所以A和C选项错误，继续看P4这里需要申请S4，所以，P2刚刚释放的是S4,那么P3执行完了一定释放V(S5)和V(S6)
选择B
序号6就是P(S7)和P(S8)。
C B D
例题：
解析：
P1释放S1，S1初值是0，释放S1就需要加1，S1=0+1>0,所以P1可以继续执行。那么c=4,申请S2，S2=0-1<0了，因此P1在这里就阻塞了。
CPU执行P2，申请S1，S1=1-1=0,所以可以继续执行，b=6,
V(S2):释放资源S2=-1+1=0,则会唤醒P1，但是P2仍然要继续执行完后，才能执行P1，
答案：D B C
死锁
当一个进程在等待永远不可能发生的事件时，就会产生死锁，若系统中有多个进程处于死锁状态，就会造成系统死锁。
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。
- 死锁产生后，解决措施是打破四大条件，有下列方法:
死锁预防:采用某种策咯限制并发进程对于资源的请求，破坏死锁产生的四个条件之一，便系统任何时刻都不满足死锁的条件。
死锁避免:一 般采用银行家算法来避免，银行家算法，就是提前计算出一条不会死锁的资源分配方法，才分配资源，否则不分配资源，相当于借贷，考虑对方还得起才借钱，提前考虑好以后，就可以避免死锁。
死锁检测:允许死锁产生，但系统定时运行一个检测死锁的程序，若检测到系统中发生死锁，则设法加以解除。
死锁解除:即死锁发生后的解除方法，如强制剥夺资源，撤销进程等。
死锁计算问题:系统内有n个进程，每个进程都需要R个资源，那么其发生死锁的最大资源数为n*(R-1)。其不发生死锁的最小资源数为n*(R-1)+1。
例题：
某系统中有3个并发进程竞争资源R，每个进程都需要5个R，那么至少有()个R，才能保证系统不会发生死锁。
A.12
B.13
C.14
D.15
例题：
银行家算法真题:假设系统中有三类互斥资源R1、R2和R3，可用资源数分别为10、5和3。在TO时刻系统中有P1、P2、P3、P4和P5五个进程，这些进程对资源的最大需求和已分配资源数如下表所示，此时系统剩余的可用资源数分别为(27)。如果进程按(28)序列执行，那么系统状态是安全的。
(27)
A.1、1和10
B. 1、1和1
C. 2、1和0
D. 2、0和1
(28)
A. P1->P2->P4->P5->P3
B. P5->P2->P4->P3->P1
C. P4->P2->P1->P5->P3
D. P5->P1->P4->P2->P3
答案： D B
解析：
剩余可用资源数=可用资源数-已使用资源数
R1已使用资源数=1+2+3+1+1=8，那么R1的剩余可用资源数=10-8=2，以此计算R2和R3，答案是D
系统状态安全：按照最大需求量进程不阻塞可执行
先看A答案，首先执行P1，P1最大需要资源
R1需要资源数=最大需求量-已分配资源数=5-1=4，但目前R1的剩余可用资源数是2，因此P1不能执行
再看B选项：
P5最大需求量
R1需要资源数=2-1=1，R1可用资源数是2，所以满足，R2需要资源数=1-1=0，满足，R3需要资源数=1-0=1，R3剩余可用资源数是1，所以也满足，因此首先执行P5是可以的。
P5执行完成后，需要释放资源数，剩余可用资源数=当前剩余资源数+已分配资源数，
R1=2+1=3,R2=0+1=1,R3=1+0=1
然后执行P2进程，推演过程和P5类似，经过推演也是满足最大需求量的，
以此类推，选择B
线程
传统的进程有两个属性:可拥有资源的独立单位;可独立调度和分配的基本单位。
引入线程后，线程是独立调度的最小单位，进程是拥有资源的最小单位，线程可以共享进程的公共数据、全局变量、代码、文件等资源，但不能共享线程独有的资源，如线程的栈指针等标识数据。