操作系统思维导图—（零基础—思维导图详细版本及知识点）

• 第一章 操作系统引论及概述

1.操作系统(Operating System，OS)是计算机系统中最重要的系统软件，它管理整个计算机系统的软件资源和硬件资源，是用户与计算机硬件的桥梁，是其它软件和程序的运行基础。

2.操作系统可以控制CPU的工作、访问存储器、进行设备驱动和设备中断处理。

3.计算机用户可以通过操作系统使用不同的界面，方便、快捷、安全、可靠地操作计算机硬件来完成自己的计算任务。

4.操作系统是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。

5.操作系统是用户和计算机的接口，同时也是计算机硬件和其他软件的接口。

6.操作系统是计算机硬件之上的第一层软件，屏蔽了硬件的物理特性和操作细节，用户通过操作系统来使用计算机系统。

7.用户在操作系统的帮助下能够方便、快捷、可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。

12.分时技术把处理器的时间分成很短的时间片，这些时间片轮流地分配给各个联机的作业使用。

如果某作业在分配给它的时间片用完时仍未完成，则该作业暂时中断，等待下一轮运行，并把处理器的控制权让给另一个作业使用。

这样在一个相对较短的时间间隔内，每个用户作业都能得到快速响应，以实现人机交互。

15.服务器操作系统 (Server operating system，SOS )，又称为网络操作系统，一般指的是安装在大型计算机上的操作系统，比如Web服务器、应用服务器和数据库服务器等，是企业IT系统的基础架构平台。

服务器操作系统也可以安装在个人电脑上。相比个人版操作系统，在一个具体的网络中，服务器操作系统要承担额外的管理、配置、稳定、安全等功能，处于每个网络中的心脏部位。

• 第二章 进程与线程

1.进程的定义： 进程是可并发执行的程序在某个数据集合上的一次计算活动，也是操作系统进行资源分配和运行调度的基本单位。

11.七状态模型

19.静态优先数是指进程在创建时就获得一个整数数值，此数值在进程的整个运行过程中固定不变。优先数的大小反映进程优先级的高低。有的系统规定越大的优先数其优先级越高，当然也可以反过来规定。优先数的决定一般取决于进程类型，资源需求量，紧迫程度和用户需求等。

20.动态优先数是指进程的优先级随着进程的推进可以动态改变。现代操作系统中，采用优先级调度算法的系统大多使用的是动态优先数的策略。动态优先数的选择可以根据进程占有CPU的时间长短以及就绪进程等待CPU的时间长短来确定。

• 第三章 进程并发控制

1.把并发进程中与共享变量有关的程序段称为“临界区”

2.共享变量所代表的资源称为“临界资源”

3.多个并发进程中涉及相同共享变量的那些程序段称为“相关临界区”

（2）任何一个进入临界区执行的进程必须在有限的时间内退出临界区，即任何一个进程都不应该无限地逗留在自己的临界区中。

（3）不能强迫一个进程无限地等待进入它的临界区，即有进程退出临界区时应让一个等待进入临界区的进程进入它的临界区。

5.进程的互斥是指当有若干进程都要使用某一共享资源时，任何时刻最多只允许一个进程去使用，其他要使用该资源的进程必须等待，直到占用资源者释放该资源。

6.信号量：在操作系统中，信号量S是一个整数。当S大于等于零时，代表可供并发进程使用的资源实体数；当S小于零时，则|S|表示正在等待使用资源实体的进程数。建立一个信号量必须说明此信号量所代表的意义并且赋初值。除赋初值外，信号量仅能通过PV操作来访问。

8.我们把不可被中断的过程称为“原语”，于是P操作和V操作实际上是“P操作原语”和“V操作原语”。P、V操作也分别称为Wait()和Signal()操作。

12.消息传递系统的通信方式属于高级通信方式。根据实现方式的不同可分为直接传递方式和间接传递方式。

13.管道，是指用于连接一个读进程和一个写进程，以实现它们之间通信的共享文件，又称为pipe文件。

向管道（共享文件）提供输入的发送进程（即写进程），以字符流形式将大量的数据送入管道；而接受管道输出的接收进程（即读进程），可从管道中接收数据。由于发送进程的接收进程是利用管道进行通信的，故又称为管道通信。

• 第四章 死锁

1.为了解决死锁问题，可使用下面几种对策。
　　（1） 死锁的预防：破坏产生死锁的四个必要条件中的一个或多个，使系统不会进入死锁状态。
　　（2）死锁的避免：在资源动态分配过程中使用某种算法防止系统进入不安全状态，从而避免死锁的发生。
　　（3）死锁的检测：通过系统所设置的检测机构，及时地检测出死锁的发生，并精确地确定与死锁有关的进程和资源，然后，采取适当措施，从系统中将已发生的死锁清除掉。
　　（4）死锁的解除：撤销或挂起一些进程，以便回收一些资源，再将这些资源分配给已处于阻塞态的进程，使之转为就绪态，以继续运行。

5.死锁产生的根本原因有两个：一是系统中的资源数目不能满足多个并发进程的全部资源需求，各进程竞争资源，如系统对资源分配不合理就会产生死锁，简记为资源竞争：二是并发执行进程间的推进顺序不合理也可能产生死锁，简记为推进顺序非法。

6.系统产生死锁有四个必要条件：互斥条件、占有且等待条件、不抢占条件和环路等待条件。解决死锁的方法有：死锁检测和恢复、避免死锁、预防死锁。死锁的检测和恢复表示对资源的申请和分配不施加任何限制，但必须建立检测机制，周期性地检测是否发生死锁，如果检测发现死锁则采取措施恢复死锁。

7.活锁和饥饿是同死锁非常相似的问题，但在技术上不同，活锁包含的是实际并没有被锁住的进程，而饥饿可以通过先来先服务的分配策略来避免。

8.死锁的避免采用动态分析和检测新的资源请求和资源的分配情况，以确保系统始终处于安全状态，其中最著名的算法是银行家算法。死锁的预防包括一切都是用假脱机技术（破坏互斥条件），资源一次性分配(破坏占有且等待条件)；抢占资源(破坏不抢占条件)；资源有序分配法(破坏环路等待条件)。

• 第五章 内存管理

3.固定分区的管理就是将内存分为固定的几个区域，每个区域的大小固定。最下面的分区为操作系统占用，其他分区由用户程序使用。这些分区大小可以一样，也可以不一样。考虑到程序大小不一的实际情况，分区的大小通常也各不相同。当需要加载程序时，选择一个当前闲置且容量够大的分区进行加载

4.地址翻译:物理地址＝虚拟地址+程序所在区域的起始地址

（1）如果程序数量很少，那么链表比较好，因为链表的表项数量少。位图表示法的空间成本是固定的，它不依赖于内存中程序的数量。因此，从空间成本上分析，到底使用哪种表示法得看链表表示后的空间成本是大于位图表示还是小于位图表示而定。

（2）从可靠性上看，位图表示法没有容错能力。如果一个分配单元为1，你并不能肯定它应该为1，还是因为错误变成1的，因为链表有被占空间和闲置空间的表项，可以相互验证，具有一定的容错能力。

（3）从时间成本上，位图表示法在修改分配单元状态时，操作很简单，直接修改其位图值即可，而链表表示法则需要对前后空间进行检查以便做出相应的合并。例如，在图4-18所示的情况下，如果程序中间的那个程序（占用位置从11开始，长度为4）终止，则链表将如图4-19所示。如果是最前面的程序终止，则链表将如图4-20所示。

7.存储管理的基本功能有：主存空间的分配与回收、地址转换、主存空间的共享与保护、主存空间的扩充。

8.在多道程序设计系统中，为了方便程序编制，用户程序中使用的地址是逻辑地址，而CPU则是按物理地址访问主存、读取指令和数据。为了保证程序的正确执行，需要进行地址转换。地址转换又称为重定位，有静态重定位和动态重定位。采用动态重定位的系统支持程序的浮动。

9.现代操作系统支持多道程序设计，满足多道程序设计最简单的存储管理技术是分区管理，有固定分区管理和可变分区管理。分区管理中，当主存空间不足时，交换技术和覆盖技术可以达到扩充主存的目的。

• 第六章 页式和段式内存管理

1.在分页内存管理系统中，允许将进程的各页离散地装入内存的任何空闲物理块中，这样就出现了进程页号连续，而物理块号不连续的情况。为了找到每个页面在内存中对应的物理块，系统为每个进程建立了一张页面映射表，简称页表。

2.进程的所有页面依次在页表中有一个页表项，记载着相应页面在内存中对应的物理块号。当进程执行时，按照逻辑地址中的页号在页表中查找对应的页表项，找到该页号在内存中对应的物理块号。

3.页表的作用就是实现页号到物理块号的地址映射，即逻辑地址到物理地址的映射。

4.采用分页内存管理技术不会产生外部碎片，但是可能产生内部碎片。由于分页内存管理系统的内存分配是以物理块为单位进行的，如果进程要求的内存不是页大小的整数倍，那么，最后一个物理块就用不完，从而导致页内碎片的出现。

5.分页系统的另一个优点是可以共享共同的代码，这一点对分时系统特别重要。

6.快表：为了提高从逻辑地址向物理地址转换过程中地址的变换速度，可在地址变换机构中增设一个具有并行查询能力的特殊高速缓冲存储器，又称为“联想寄存器”（Associative Memory）或称为“快表”。在IBM系统中称为TLB（Translation Lookaside Buffer），存放当前访问的那些页表项。

10.段式内存管理的基本思想是：把程序按内容或过程（函数）关系分成段，每个段都有自己的名称。一个用户作业或进程所包含的段对应于一个二维线性虚拟空间，也就是一个二维虚拟存储器。段式管理程序以段为单位分配内存，然后通过地址映射机制把段式虚拟地址转换成实际的内存物理地址。

11.分段内存管理系统中以段为单位分配内存，每段分配一个连续的内存区。由于各段长度不等，所以这些存储区大小不等。此外，同一进程包含的各段之间不要求连续。分段内存管理的内存分配与释放在作业或进程的执行过程中动态进行。首先，分段内存管理程序为一个进入内存准备执行的进程或作业分配部分内存，以作为该进程的工作区和放置即将执行的程序段。随着进程的执行，进程根据需要随时申请调入新段和释放旧段。

• 第七章 I/O管理

1.设备控制器是连接I/O设备和主机的中间接口，用来控制I/O和主机之间的数据交换。设备控制器可以接收主机发来的命令，从而控制外围设备，避免了主机直接处理繁杂的外围设备事务。

2.设备控制器一般包括控制器与主机的接口、控制器和设备的接口和控制器本身的I/O部分组成。控制器和主机的数据交换主要是通过数据线、地线和数据线相连。控制器中包含控制寄存器、状态寄存器和数据寄存器三类寄存器，用来存储需要完成的通信类型，I/O设备的状态和通信传输的数据。

3.I/O通道是一种特殊的处理机。它具有执行I/O指令的能力，并通过执行通道(I/O)程序来控制I/O操作。

4.按通道的工作方式，通道分为选择通道、字节多路通道和数组多路通道三种类型。

5.操作系统的I/O控制方式是指操作系统控制I/O设备执行I/O操作的方式，主要有程序直接控制方式、中断方式、DMA方式和通道控制方式。

7.单缓冲：在设备和处理机之间设置一个缓冲区。设备和处理机交换数据时，先把被交换数据写入缓冲区，然后需要数据的设备或处理机从缓冲区取走数据。

8.双缓冲：I/O设备输入数据时先装填到缓冲区1，在缓冲区1填满后才开始装填缓冲区2，与此同时处理机可以从缓冲区1中取出数据放入用户进程处理，当缓冲区1中的数据处理完后，若缓冲区2已填满，则处理机又从缓冲区2中取出数据放入用户进程处理，而I/O设备又可以装填缓冲区1。双缓冲机制提高了处理机和输入设备的并行操作的程度。

9.多缓冲：多缓冲区包含多个大小相等的缓冲区，每个缓冲区中有一个链接指针指向下一个缓冲区，最后一个缓冲区指针指向第一个缓冲区，多个缓冲区构成一个环形。循环缓冲用于输入/输出时，还需要有两个指针in和out。

10.独占设备的分配

• 第八章 文件管理

3.文件目录：一个计算机系统中有成千上万个文件，为了便于对文件进行存取和管理，计算机系统建立文件的索引，即文件名和文件物理位置之间的映射关系，这种文件的索引称为文件目录。

5.文件分配的存储空间是辅存中的空闲空间，辅存中的空闲空间应该由操作系统统一进行管理，常用的方法主要有空闲表法、空闲链表法、位示图法和成组链接法。

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