本栏博客目录
软考-软件设计师 笔记二（操作系统基本原理）
软考-软件设计师 笔记三（数据库系统）
软考-软件设计师 笔记六（数据结构与算法基础）
软考-软件设计师 笔记七（程序设计语言与语言处理程序基础）
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概述
操作系统相当于人和硬件之间的一种接口（命令的方式，窗口的方式），（比如往硬盘里面存放数据（依赖于操作系统）），也是应用软件与硬件之间的接口（专用的API接口）
操作系统具备的管理职能: 进程管理，存储管理，文件管理，作业管理，设备管理。
进程管理
进程状态
进程状态是指的在操作系统当中，对进程进行管理的时候，为进程指定了几种状态，以便于给进程分配相应的资源，对其进行管理。
最初将进程分为运行态，等待态和就绪态三种状态。
运行态指的是某一个进程它所需要的所有资源都已经配足了，并且给它了CPU资源，这个时候它就处于运行状态。
就绪状态: 某进程的其它所有资源都已经配足了，但缺CPU资源。
等待状态: 除了没有CPU资源还缺其它的资源（比如与外设有交互/等待用户的指令）
五态当中的运行态、活跃阻塞态（等待）、活跃就绪态（就绪），对应着三态模型。
某进程是运行态，执行挂起操作后，就会进入静止就绪态（人为的搁置）
静止就绪态的进程执行恢复或者激活操作后，则会进入活跃就绪态，然后等待CPU的调度。
前趋图
前趋图可以看到哪些任务可以并行，而哪些任务有先后关系。
进程的同步与互斥
互斥: 在同一时刻，只允许某一个进程去使用资源（同一个资源不能同时服务于多个进程）
（同起点、同终点）同步有速度匹配的要求，当速度拉的太大时，速度快的停下来等速度慢的。
互斥: 同一时刻只能进行一个操作（即读写只能有一个在执行），即同一时刻生产者和消费只能一个在市场进行操作。
同步: 当生产者放了一个资源进去之后再放资源时，就会产生溢出（这是不允许的操作），只有等到消费者将商场里面的商品拿走消费掉，才允许生产者往里面放东西。
PV操作
P操作意味着请求一个资源，V操作意味着释放一个资源
临界资源: 进程间需要互斥访问的那些资源。
临界区: 访问临界资源的代码。
信号量: P(S)，V(S)中的S，就是信号量，信号量是一种特殊的变量。
PV操作就是两大原子操作的组合
P操作: 假设执行P(S)这样一个操作，操作过程 - 首先把S作自减一的操作（S = S - 1），然后判断S是否小于零，如果S小于零（S < 0），系统将阻塞当前进程，并把这个进程放入一个进程队列中，当前进程进入等待状态。如果S不小于零，系统将继续执行此进程。
V操作: 首先把信号量自加一，然后再判断S是否小于等于0（S <= 0），如果S <= 0，则会在系统的进程队列中取出一个进程，唤醒它，让它继续执行。
上图思想同多线程里面的生成者、消费者模式。
P相当于wait，V相当于notify，假如先执行消费者进程，P(S2)导致S2先减一，此时S2 = -1 < 0，说明缓冲区里面还没有资源，所以消费者进程进入阻塞状态（进入系统进程队列），生产者进程执行（并非顺次关系，有可能一起执行），生产者生成一个产品，执行P(S1)操作，S1变为0，不满足S1<0，所以继续执行当前进程，将产品送入缓冲区（缓冲区就有了产品），继续执行当前进程的V(S2)操作，S2自加1后 S2 = 0，满足S2 <= 0，唤醒刚才由于执行P(S2)而被阻塞的消费者进程，消费者进程也开始执行…
PV操作练习题
购书者进程中 P(Sn)和 V(Sn)执行的操作就是书店最多允许n个购书者进入。
上面的题选AC
可以假设先执行收营员进程，如果不加任何限制条件，此时显然没有购书者，而收银员进程则循环执行，显然这样是不行的，所以我们想到在b1处加一个P操作，用来限制，当有购书者时，才会执行收银员进程，所以对应者a1肯定是一个V操作。假设先执行购书者进程时，我们刚才已经推断出a1是V操作，但是者显然不具备约束，此时如果收银员没有进行收费操作时，显然我们不能完成购书，所以a2必须是一个P操作，对应着b2是V操作。
PV操作与前趋图
解决上面问题的方法: 首先在每个箭头上标识一个信号量，顺序按从左到右（从上到下）的形式
箭头的开始处一般对应V操作，结束处（目标处）一般对应P操作，可以明显推出 a处空填 V(S1) b处空填V(S2)，c 处空填 P(S1)和P(S2)，d 处空填V(S3)和V(S4)，e处填P(S3)，f处填P(S4)
死锁问题
设有k个进程，每个进程需要n个资源，不发生死锁的最少的资源数 = k(n - 1) + 1
死锁形成的四大条件
互斥: 如果进程间不是互斥使用资源，而是同时使用属于自己的资源，那就不存在死锁的情况了。
保持和等待: 各个进程会保持自己的资源，并且等待别的进程释放更多的资源给自己。
不剥夺: 系统不会把分配给某进程的资源剥夺掉给其它的进程。
环路等待: 如 - A，B，C进程，A等待B释放资源，B等C释放资源，C又等A释放资源。
解决死锁问题的两种方案: 死锁的预防(打破四大条件)和死锁的避免。
银行家算法
求出剩余资源数，列出每个进程还需要的资源数，然后带选项，如果中途出现死锁则舍弃此选项。
存储管理
首次适应算法: 顺次找下来，在首次能够容纳任务所需资源的地方分配内存给此任务。
最佳适应算法: 把空闲区块按大小连接成一个链，然后从小往大查找，在首个能够容纳任务的地方分配内存给任务。（可能会造成很多小碎块式的空闲区域）
最差适应算法: 把空闲区块按大小连接成一个链，然后从大往小查找，在首个能够容纳任务的地方分配内存给任务。
循环首次适应算法: 把空闲区域连成一个环状，每次都从上次找到空闲区的下一个空闲开始查找，直到找到第一个能满足要求的空闲区为止
页式存储
页式存储: 将用户程序分成等分大小的页（假如是4k一个块），把内存中的存储区也分成4k一个的块，调入程序在内存运行时，不再是整个调入，而是运行哪些块，就将哪些块/页调入进来。页表记录用户程序的页和内存地址的块号的映射关系。（优点: 内存利用率高；缺点: 增加了系统的开销，可能出现抖动现象）
通过逻辑地址求物理地址: 先明确逻辑地址中的页号与页内地址（每个页中地址的编号或者说是偏移量），页内地址对应物理地址的页内地址，然后通过页号查找块号，将两部分拼接起来就得到了物理地址。
页面大小为: 4K = 212，说明一个页的页内地址是12位，所以逻辑地址中高于12位的地址就是页号（此题中页内地址就是后三位，四个2进制位对应一个16进制位，16个2进制位就对应3个16进制位。），页号为5，页内地址是A29，查表得页号5对应的物理块号（页帧号）是6，所以物理地址 = 块号 + 页内地址 = 6A29 H
淘汰时只能淘汰在内存中的（状态位为1的），所以需要在页号为0、1、2、5中淘汰，刚刚被访问过的（访问位为1）的不能被淘汰，所以只能淘汰1号页。
段式存储
按逻辑方式划分段长，所以段长可以不同。
段页式存储
快表
页面置换算法
最优算法（理想模型）在实际应用中没有办法使用。
先进先出(FIFO)算法: 最先进入内存的最先淘汰。
抖动（分配给更多的资源却使效率降低）
最近最少使用(LRU): 刚刚被访问过的页面不会被淘汰。
可以将其理解为访问元素时，都在向队列尾部添加元素，淘汰时都淘汰队列头部的元素，区别在于，LRU(最近最少使用算法)在访问某元素，并且这个元素在内存中时，会更新其在队列的位置，将其更新到队列尾部。但对于FIFO算法，当访问某元素，并且此元素在队列中时，不会更新其位置。
没有使用快表，说明每读一次内存块，需要先查页表，查表后才能读取相应的内存块。读取每个内存块要进行两次的访问。由图可知，执行swap指令需要读取6个页，6个页就需要12次访问。对于指令，默认一次读入。由于A在2、3页中各一次，所以需要两次缺页中断。B也对应两次，总次数 = 1 + 2 + 2 = 5次。（约定操作数两次，指令一次）
文件管理
索引文件结构
索引文件结构默认13个节点。
每个数据项的大小是4B，所以一个磁盘块中可以存 1 KB / 4 B = 1024 / 4 = 256，而前5个块（0～4）采用直接地址，所以，逻辑号为5的对应物理块号为58，而编号为261的对应第262个物理块，即编号为187的物理块（直接索引5个 + 90对应的256个 = 261个）。
注意: 不要被数字迷惑，58~136，这里面有256个块。
101物理块存放的是二级间接地址索引。原理同下图
树形目录结构
空闲存储空间管理
空闲存储空间管理: 将磁盘上大量的空闲空间管理起来，以便在某一个文件要申请相应的存储空间时，能够有依据的分配给其相应的空间。
空闲区表法: 用一个表记录那些地方是空闲的，以便将其管理起来。
空闲链表法: 把空闲区连接成一条链表，需要进行空间分配的时候，在这条链表上滑出相应的空间来用。
位示图法: 1标记的区域已经被占用，0代表区域是空闲的，可以直观的看出哪些是空闲/占用的。
成组链表法: 链表结合。
4195号物理块是第4196个物理块，4196 / 32 = 131.125，说明要将前131个填满，并且当前物理块所占的位在132个字当中，所以第一个选D；要占用这个物理块，肯定要置为1的，注意: 位置是从第0位置开始算的。如下图，所以第2个空选B。
设备管理
数据传输控制方式
数据传输控制方式主要指内存与外设之间的数据的传输控制问题。
程序控制方式（程序查询方式）:最为低级的，CPU介入最多的一种机制，整个的数据传输控制很多时候都需要CPU的介入，外设处于一种非常被动的方式，它不会主动的反馈信息（比如传输完成与否，不会自动反馈，而是由CPU发出相应的查询指令来看其是否传输完）。
程序中断方式: 主动性较第一种方式强，如果外设完成了相应数据的传输，它会发一个中断出来，系统收到后会作下一步的处理。
DMA方式（直接存取控制方式）: 会有专门的DMA控制器，只要是外设与内存之间的数据交换过程中，由这个控制器（DMA）管控它，CPU只需在开始介入， 其他整个过程都由这个DMA的控制器来完成/监管。完成之后由CPU来作后续的工作。（效率就要高很多）
虚设备与Spooling技术
微内核操作系统
