操作系统

宋涛2025年2月27日大约 3 分钟

操作系统知识点

一、操作系统概述

1.1 基本概念

操作系统定义：管理系统资源、控制程序执行、改善人机界面、提供各种服务的系统软件
四大基本功能：
- 进程管理
- 内存管理
- 文件管理
- 设备管理

1.2 操作系统分类

类型	特点	典型代表
批处理系统	作业批量处理	IBM OS/360
分时系统	时间片轮转	Unix
实时系统	严格时间限制	VxWorks
分布式系统	多机协同工作	Google File System

二、进程管理

2.1 进程状态转换

graph LR
    新建 --> 就绪
    就绪 --> 运行
    运行 --> 阻塞
    阻塞 --> 就绪
    运行 --> 终止

2.2 经典调度算法

算法名称	调度策略	优缺点
先来先服务(FCFS)	按到达顺序	产生饥饿现象
时间片轮转(RR)	固定时间片	响应时间快
优先级调度	优先级队列	可能出现优先级反转
多级反馈队列	动态优先级调整	平衡响应和吞吐量

2.3 同步与互斥

临界区问题解决方法：
- 信号量（Semaphore）
- 管程（Monitor）
- 原子操作指令（TSL/XCHG）
典型问题：
- 生产者-消费者问题
- 读者-写者问题
- 哲学家进餐问题

三、内存管理

3.1 地址转换

逻辑地址→物理地址转换过程：
1. 计算页号与页内偏移
2. 查页表获取物理块号
3. 物理地址=块号×页大小+偏移

3.2 内存分配策略

方式	特点	碎片问题
连续分配	固定分区/动态分区	外部碎片
分页管理	等分物理内存	内部碎片
分段管理	按逻辑单元划分	外部碎片
段页式	分段+分页结合	综合特性

3.3 页面置换算法

算法	策略	Belady异常
OPT	置换未来最久不使用	无
FIFO	先进先出	存在
LRU	最近最久未使用	无
CLOCK	近似LRU	无

四、文件系统

4.1 文件组织结构

常见结构：
- 顺序文件
- 索引文件
- 哈希文件
- 倒排文件

4.2 磁盘调度算法

算法	扫描方式	特性
FCFS	按请求顺序	公平但效率低
SSTF	最短寻道优先	可能饥饿
SCAN	电梯算法	双向扫描
C-SCAN	循环扫描	单向服务

五、设备管理

5.1 I/O控制方式

方式	特点	CPU干预程度
程序查询	轮询设备状态	100%
中断驱动	完成后触发中断	适中
DMA	直接内存存取	低
通道控制	专用处理器控制	最低

六、安全与保护

6.1 安全威胁

常见攻击类型：
- 缓冲区溢出
- 病毒/蠕虫
- 权限提升
- 拒绝服务（DoS）

6.2 访问控制模型

模型	原理	应用场景
DAC	自主访问控制	个人文件管理
MAC	强制访问控制	军事系统
RBAC	基于角色控制	企业系统

附录：重点题型解题思路

PV操作题分析步骤：

确定资源类型及数量
分析进程间的制约关系
设置信号量初值
编写PV操作序列

页面置换计算题：

给定访问序列：1,3,0,3,1,2,4,3,2,1
物理块数=3，求LRU算法缺页次数：
缺页次数=7次（详细计算过程略）

💡 高频考点提示：
进程调度算法计算（周转时间/带权周转时间）
银行家算法安全性检测
FAT文件系统链式存储计算
SCAN与C-SCAN算法磁道扫描顺序