求职之操作系统

1.进程通信机制

2.3.1 管道 

管道是进程间通信中最古老的方式，它包括无名管道和有名管道两种，前者用于父进程和子进程间的通信，后者用于运行于同一台机器上的任意两个进程间的通信。 

2.3.2 消息队列 

消息队列用于运行于同一台机器上的进程间通信，它和管道很相似，是一个在系统内核中用来保存消息的队列，它在系统内核中是以消息链表的形式出现。

2.3.3 共享内存 

共享内存是运行在同一台机器上的进程间通信最快的方式，因为数据不需要在不同的进程间复制。通常由一个进程创建一块共享内存区，其余进程对 这块内存区进行 读写。

2.3.4 信号量 

信号量又称为信号灯，它是用来协调不同进程间的数据对象的，而最主要的应用是前一节的共享内存方式的进程间通信。本质上，信号量是一个计数器，它用来记录对某个资源（如共享内存）的存取状况。

2.3.5 套接字

WWW服务，FTP服务，TELNET服务都是基于套接字编程实现。套接字适用于不同主机进程间的通信，也适用于同一主机不同进程间的通信。

2.线程同步机制

线程同步机制：互斥量、信号量、读写锁、条件变量

一、互斥量（mutex）

　　互斥量本质上是一把锁，在访问共享资源前对互斥量进行加锁，在访问完成后释放互斥量上的锁。

　　对互斥量进行加锁以后，任何其它试图再次对互斥量加锁的线程将会被阻塞直到当前线程释放该互斥锁。如果释放互斥锁时有多个线程阻塞，所有在该互斥锁上的阻塞线程都会变成可运行状态，第一个变为运行状态的线程可以对互斥量加锁，其它线程将会看到互斥锁依然被锁住，只能回去再次等待它重新变为可用。在这种情况下，每次只有一个线程可以向前执行。

二、信号量(semaphore)

　　互斥量只能用于一个资源的互斥访问，它不能实现多个资源的多线程互斥问题。信号量可以实现多个同类资源的多线程互斥和同步。当信号量为单值信号量是，也可以完成一个资源的互斥访问。

三、读写锁

　　读写锁与互斥量类似，不过读写锁允许更高的并行性。互斥量要么是锁住状态要么是不加锁状态，而且一次只有一个线程可以对其加锁。

　　读写锁可以由三种状态：读模式下加锁状态、写模式下加锁状态、不加锁状态。一次只有一个线程可以占有写模式的读写锁，但是多个线程可以同时占有读模式的读写锁。

　　在读写锁是写加锁状态时，在这个锁被解锁之前，所有试图对这个锁加锁的线程都会被阻塞。当读写锁在读加锁状态时，所有试图以读模式对它进行加锁的线程都可以得到访问权，但是如果线程希望以写模式对此锁进行加锁，它必须阻塞直到所有的线程释放读锁。虽然读写锁的实现各不相同，但当读写锁处于读模式锁住状态时，如果有另外的线程试图以写模式加锁，读写锁通常会阻塞随后的读模式锁请求。这样可以避免读模式锁长期占用，而等待的写模式锁请求一直得不到满足。

　　读写锁非常适合于对数据结构读的次数远大于写的情况。当读写锁在写模式下时，它所保护的数据结构就可以被安全地修改，因为当前只有一个线程可以在写模式下拥有这个锁。当读写锁在读状态下时，只要线程获取了读模式下的读写锁，该锁所保护的数据结构可以被多个获得读模式锁的线程读取。

　　读写锁也叫做共享-独占锁，当读写锁以读模式锁住时，它是以共享模式锁住的；当他以写模式锁住时，它是以独占模式锁住的。

四、条件变量(condition)和监视器(monitor)

　　条件变量与互斥量一起使用时，允许线程以无竞争的方式等待特定的条件发生。

　　条件本身是由互斥量保护的。线程在改变条件状态前必须首先锁住互斥量，其它线程在获得互斥量之前不会察觉到这种改变，因此必须锁定互斥量以后才能计算条件。

互斥量和信号量的区别

1. 互斥量用于线程的互斥，信号量用于线程的同步。

这是互斥量和信号量的根本区别，也就是互斥和同步之间的区别。

互斥：是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的。

同步：是指在互斥的基础上（大多数情况），通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下，同步已经实现了互斥，特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源

以上区别是主要想记住的。

note:信号量可以用来实现互斥量的功能

2. 互斥量值只能为0/1，信号量值可以为非负整数。

也就是说，一个互斥量只能用于一个资源的互斥访问，它不能实现多个资源的多线程互斥问题。信号量可以实现多个同类资源的多线程互斥和同步。当信号量为单值信号量是，也可以完成一个资源的互斥访问。

3. 互斥量的加锁和解锁必须由同一线程分别对应使用，信号量可以由一个线程释放，另一个线程得到。

3.并发 。并行

并发当有多个线程在操作时,如果系统只有一个CPU,则它根本不可能真正同时进行一个以上的线程，它只能把CPU运行时间划分成若干个时间段,再将时间 段分配给各个线程执行，在一个时间段的线程代码运行时，其它线程处于挂起状。.这种方式我们称之为并发(Concurrent)。

并行：当系统有一个以上CPU时,则线程的操作有可能非并发。当一个CPU执行一个线程时，另一个CPU可以执行另一个线程，两个线程互不抢占CPU资源，可以同时进行，这种方式我们称之为并行(Parallel)。

区别：并发和并行是即相似又有区别的两个概念，并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生；而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理机系统中，每一时刻却仅能有一道程序执行，故微观上这些程序只能是分时地交替执行。倘若在计算机系统中有多个处理机，则这些可以并发执行的程序便可被分配到多个处理机上，实现并行执行，即利用每个处理机来处理一个可并发执行的程序，这样，多个程序便可以同时执行。

4.牛客网刷题总结

1.Windows下进程和线程的描述：

     线程必须从属于一个进程。

进程是系统资源与分配的基本单位，线程是CPU调度的基本单位。一个进程有一个或者多个线程，线程共享进程的资源。线程通信使用的资源也来源自进程，所以线程必须属于一个进程。

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2.虚存容量：

受到1.指令中表示的字长（寻址空间大小）；2.外存的容量  的影响。  取两者最小值

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3.Unix是分时系统

分时操作系统 (time-sharing system)，“分时”的含义：分时是指多个用户分享使用同一台计算机。多个程序分时共享硬件和软件资源。分时操作系统是指在一台主机上连接多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过主机的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。分时操作系统是一个多用户交互式操作系统。

分时操作系统，主要分为三类：单道分时操作系统，多道分时操作系统，具有前台和后台的分时操作系统。

分时操作系统将CPU的时间划分成若干个片段，称为时间片。操作系统以时间片为单位，轮流为每个终端用户服务。

实时操作系统（RTOS）是指当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理，其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统做出快速响应，调度一切可利用的资源完成实时任务，并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。提供及时响应和高可靠性是其主要特点。

实时系统与分时系统特征的比较

（1）多路性。实时信息处理系统与分时系统一样具有多路性。系统按分时原则为多个终端用户服务；而对实时控制系统，其多路性则主要表现在经常对多路的现场信息进行采集以及对多个对象或多个执行机构进行控制。

（2）独立性。实时信息处理系统与分时系统一样具有独立性。每个终端用户在向分时系统提出服务请求时，是彼此独立的操作，互不干扰；而在实时控制系统中信息的采集和对对象的控制，也彼此互不干扰。

（3）及时性。实时信息系统对实时性的要求与分时系统类似，都是以人所能接受的等待时间来确定；而实时控制系统的及时性，则是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的，一般为秒级、百毫秒级直至毫秒级，甚至有的要低于100微秒。

（4）交互性。实时信息处理系统具有交互性，但这里人与系统的交互，仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。它不像分时系统那样能向终端用户提供数据处理服务、资源共享等服务。

（5）可靠性。分时系统要求系统可靠，相比之下，实时系统则要求系统高度可靠。因为任何差错都可能带来巨大的经济损失甚至无法预料的灾难性后果。因此，在实时系统中，采取了多级容错措施来保证系统的安全及数据的安全。

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4.实时操作系统的调度算法是抢占式的，因为要保证对事件的实时响应，需要事件响应进程及时获得CPU时间，采用抢占式调度算法可以保证优先级高的进程可以暂停优先级低的进行而自身获取CPU时间

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5.银行家算法

银行家算法是一种最有代表性的避免死锁的算法。在避免死锁方法中允许进程动态地申请资源，但系

统在进行资源分配之前，应先计算此次分配资源的安全性，若分配不会导致系统进入不安全状态，则分配，否则等待。

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6.处理器调度的层次

从执行状态挂起的进程解除挂起时进就绪状态。

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7.互斥信号量

互斥信号量不采用自旋锁的方式实现，mutex初始值为1，当一个准备进入临界区时，mutex - 1 = 0，该进程进入临界区；

另一个进程准备进入临界区时，mutex - 1 = -1，mutex < 0时将该进程挂起到mutex的列表中，等待被唤醒。

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8.页式管理

     1.静态页时管理

     2.动态页式管理

静态页式管理是在作业或进程执行前，把作业或进程全部装进内存中，如果内存中可用页面数小于请求页面数，该作业或进程等待。

动态页式管理不会把作业或进程一次性全部装进内存，只装入被反复调用或执行的部分，其他部分在执行过程中动态装入。

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9.锁

剥夺资源法----------》解除死锁

资源分配图简化法----》检测死锁

资源静态分配--------》预防死锁

银行家算法----------》避免死锁

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10.系统抖动

在请求分页存储管理中，从主存中刚刚移走某一页面后，根据请求马上又调进该页，这种反复调进调出的现象，称为系统颠簸，也叫系统抖动。原因是调度的算法不科学。系统抖动大大降低系统效率。

解决办法：好的页替换算法 ；减少运行的进程数；增大内存。

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11.虚拟存储器的实现方法：

     1、分页请求系统

     2、分段请求系统

     3、两种方式的结合

分区分配是指如何为用户程序分配内存空间的策略

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12. 虚拟存储的容量

虚存容量不是无限的，最大容量受内存和外存可利用的总容量限制,虚存实际容量受计算机总线地址结构限制。

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5.操作系统执行可执行程序时，内存分配情况

1、栈区（stack）— 由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
2、堆区（heap）— 一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表，呵呵。
3、全局区（静态区）（static）—全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。 - 程序结束后有系统释放
4、文字常量区 —常量字符串就是放在这里的。程序结束后由系统释放
5、程序代码区(text)—存放函数体的二进制代码。