操作系统的类型：批处理，分时，实时，络操作系统和分布式操作系统。

操作系统具有的五大功能：处理器管理，存储管理，设备管理，文件管理和作业管理。不管任何类型的操作系统都有这样的分配。

现代的操作系统大多拥有两种工作状态：核心态和用户态。我们一般的应用程序工作在用户态，而内核模块和最基本的操作系统核心工作在核心态。

操作系统的结构可以分为无序结构，层次结构，面向对象结构，对称多处理结构和微内核结构。

进程

进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。它由程序块、进程控制块（PCB）和数据块三部分组成。

PCB，PCB是进程存在的唯一标志，是进程的一个组成部分，是一种记录型数据结构。内容包含进程标识符、状态、位置信息、控制信息、队列指针（链接同一状态的进程）、优先级、现场保护区等。

进程与程序

进程与程序的区别：进程是程序的一次执行过程,没有程序就没有进程。

程序是一个静态的概念，而进程是一个动态的概念，它由创建而产生，完成任务后因撤销而消亡;进程是系统进行资源分配和调度的独立单位，而程序不是。

进程与线程

进程的2个基本属性：可拥有资源的独立单位，可独立调度和分配资源的基本单位。

一般情况下，一个进程会包含多个线程。

例题1：

进程 – PCB

PCB的组织形态	描述
线性表形式	把所有的PCB组织在一张线性表中，每次查找需要扫描全表这种方式适用于系统中进程数目不多的情况
索引表形式	是线性表形式的改变，将同一状态的进程归入一个索引表多个状态对应多个不同的索引表
链接表形式	把具有同一状态的PCB用其中的链接字链接成一个队列 PCB存储在一个连续的区域

进程管理 – 进程状态

例题2解析与答案：

? 答案：C C

? 解析：典型索引表形式，进程状态也如图描述

进程管理 – 同步与互斥

如何区分同步与互斥p>

互斥，千军万马过独木桥，同类资源的竞争关系

同步，速度有差异，在一定情况停下等待，进程之间的协作关系

互斥，主要讲的是同类资源的竞争关系

一个进程在执行过程中，可能要停下来等等其他的进程，这就是同步（会有类似选择题）

多个进程共享一台打印机，典型互斥

消费者消费商品后生产者生产商品才可以投入市场，属于同步关系

典型例题：

注：P是荷兰语的Passeren，V是荷兰语的Verhoogo。

PV操作是实现进程同步与互斥的常用方法。

P操作表示申请一个资源，负责获得资源并阻塞，V操作表示释放一个资源。

P操作和V操作是低级通信原语，在执行期间不可分割。

PV操作由P操作原语和V操作原语组成（原语是不可中断的过程）。

PV操作的意义：我们用信量及PV操作来实现进程的同步和互斥。

信量：是一种特殊的变量（全局的），习惯用大写S表示。

大部分情况下（没有事先说明），信量S的初始值会被认为是1，1代表初始情况下有资源进行分配调用。

对信量进行操作，具体定义如下：

P操作（请求分配一个资源）：

将信量S的值减1，即 S = S – 1
如果S >= 0，则该进程继续执行，否则该进程进入等待状态

V操作（释放一个资源）：

将信量S的值加1，即S = S + 1
如果S > 0，该进程继续执行，否则表示在等待队列中有某些进程正在等待该资源，需要唤醒等待

典型例题：

例题3解析与答案：

? 答案：D A C

? 解析：S1 = 0，S2 = 0，P1和P2并发执行开始

? 并发执行，代表可以从任何一个程序段开始，结果是一样的。

? 所以假设P1先执行

? P1执行到V(S1)，a = 2，此时S1 = S1 + 1 >>> S1 = 1，V操作后S1 > 0继续执行

? P1执行到P(S2)，c = 7，此时S2 = S2 – 1 >>> S2 = -1，P操作后S2

? P2开始执行

? P2执行到P(S1)，b = 3，此时S1 = S1 – 1 >>> S1 = 0，P操作后S1 >= 0继续执行

? P2执行到V(S2)，b = 5，此时S2 = S2 + 1 >>> S2 = 0，V操作后S2

? 由于是非抢占式调度，所以P2会继续执行

? P2继续执行，c = 12，P2执行结束，P1等待中继续再执行，a = 14

? 最终结果：a = 14，b = 5，c = 12

? 知识点：阻塞的进程会被先唤醒进入等待执行状态，并不只是直接就绪运行

? 如有兴趣，可以从P2先执行，结果也是一样，请自行验证

例题4：

例题5：

例题6：

例题7解析与答案：

? 答案：C A

? 解析：

例题8解析与答案：

? 答案：B

? 解析：n个进程，每个进程最大需要W个资源，那么需要满足 m > n * (w – 1) 即可，所以B选项不满足

进程管理 – 银行家算法

银行家算法分配资源的原则：

当一个进程对资源的最大需求量不超过系统中的资源数时，可以接纳该进程
进程可以分期请求资源，但请求的总数不能超过最大需求量
当系统现有的资源不能满足进程尚需资源数时，对进程的请求可以推迟分配，但总能使进程在有限的时间里得到资源

典型例题：假设系统中有三类互斥资源R1、R2、R3，可用资源分别是9、8、5。在T0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量和已分配资源数如下所示，如果进程按___序列执行，那么系统状态是安全的。

? 从上面中获得，由于R1剩余2，R2剩余1，R3剩余0，只能满足P2和P4的再需求资源数

? 所以排除掉选项A，验证B选项：P2→P4→P5→P1→P3。

? (R1剩 2R2剩1 R3剩0)分配给P2还需(0 1 0) >>> (R1剩2 R2剩0 R3余0)，P2进程结束返还(R1剩4 R2剩2 R3余1)

? (R1剩4 R2剩2 R3余1)分配给P4还需(0 0 1) >>> (R1剩4 R2剩2 R3余0)，P4进程结束返还(R1剩5 R2剩4 R3余1)

? (R1剩5 R2剩4 R3余1)分配给P5还需(2 3 1) >>> (R1剩3 R2剩1 R3余0)，P5进程结束返还(R1剩6 R2剩5 R3余4)

? (R1剩6 R2剩5 R3余4)分配给P1还需(5 3 1) >>> (R1剩1 R2剩2 R3余3)，P1进程结束返还(R1剩7 R2剩7 R3余5)

? (R1剩7 R2剩7 R3余5)分配给P3还需(6 0 1) >>> (R1剩1 R2剩7 R3余4)，P1进程结束返还(R1剩9 R2剩8 R3余5)

? 根据以上步骤，确定B选项没有问题，每次分配剩余资源数都满足需求，其他选项也可以同样方式验证。

? 比如，我们验证C选项：P2→P1→P4→P5→P3，同上步骤：

? (R1剩 2R2剩1 R3剩0)分配给P2还需(0 1 0) >>> (R1剩2 R2剩0 R3余0)，P2进程结束返还(R1剩4 R2剩2 R3余1)

? (R1剩4 R2剩2 R3余1)分配给P1还需(5 3 1) >>> R1资源和R2资源不够分配，故C选项为不安全序列

例题9：

逻辑地址 = 页 + 页内地址，物理地址 = 页帧 + 页内地址

页式存储（细节问题）：将程序与内存均划分为同样大小的块，以页为单位将程序调入内存
计算步骤	1 逻辑地址拆分为：页 + 页内地址 2 页 = 逻辑地址/页大小页内地址 = 逻辑地址%页大小 3 使用页表进行页和物理块对应映射 4 物理地址 = 物理块 *页大小 + 页内地址页大小/块大小的基本单位是B字节，注意题目单位转换二进制、十进制和十六进制的区别，注意简便算法

页式存储主要考察，逻辑地址转换物理地址，注意各个进制的简便算法

典型例题：逻辑地址2100B（字节），页大小 = 块大小 = 1024B p>

解：页面 = 2100/1024 = 2，从逻辑页列表中对应寻找2页对应的物理块（比如对应物理块是8）

? 页内地址 = 2100 % 1024 = 52，则物理地址 = 8 * 1024 + 52 = 8244

例题10：

例题11解析与答案：

? 答案：C D

? 解析：此题为十进制的逻辑地址，页大小为512字节

? 用A的逻辑地址1111，1111 / 512 = 2，结果“2”即是页

? 通过“进程A页表”中对应“2”的页对应物理块 “4”，所以选C

? 第2空，A页的逻辑页4和B页的逻辑页5共享物理页8，对应的地方分别填8、8，选D

? 注，简便算法

? 可以将1111转换成二进制数“10001010111”，又因为页大小为512字节

? 512是2的9次方，根据（逻辑地址 = 页 + 页内地址）

? 那么“10001010111”后9位为页内地址，前面的2位“10”为页

? 二进制页 “10”，转换十进制为“2”，根据“进程A页表”页 “2”对应物理块 “4”

典型例题：如下图

例题12解析与答案：

? 答案：A B

? 解析：页面大小是4K，也就是2的12次方，代表页内地址为12位

? 十六进制数5148H，十六进制数每位数上对应的是一个2的3次方，后三位“148”代表是页内地址

? 所以前1位“5”为逻辑页，从图表中获得，页 “5”对应页帧（物理块）为“3”

? 根据（物理地址 = 页帧 + 页内地址），得到物理地址为十六进制数“3148H”，选项A

? 第2问，页面6不在内存，同理页面0、3、4也不在内存中，需要淘汰的有页面1、2、5、7

? 页面1、2、5、7，观察“访问位”只有页面2访问位为0（未被访问），可以淘汰，选项B

存储管理 – 段式存储/分段存储（非连续空间）

段式存储 == 分段存储

分段式存储管理系统中，为每个段分配一个连续的分区，而进程中的各个段可以离散地分配到主存的不同分区中。

在系统中为每个进程建立一张段映射表，简称为“段表”。每个段在表中占有一个表项，在其中记录了该段在主存中的起始地址（又称为“基址”）和段的长度。进程在执行时，通过査段表来找到每个段所对应的主存区。

段式存储：按用户作业中的自然段来划分逻辑空间，然后调入内存，段的长度可以不一样。

优点：多道程序共享内存，各段程序修改互不影响。

缺点：内存利用率低，内存碎片浪费大。

例题13解析与答案：

? 答案：D C

? 解析：依据“偏移量不能超过段长”的判断标准，将4个选项带入图表中进行验证即可

? 所以，选项D（0，810），810超过段 0的段长800

? 第2问，不能转换的原因，逻辑地址向物理地址转换时地址越界

存储管理 – 段页式存储管理（非连续空间）

段页式系统的基本原理是先将整个主存划分成大小相等的存储块（页框），将用户程序按程序的逻辑关系分为若干个段，并为每个段赋予一个段名，再将每个段划分成若干页，以页框为单位离散分配。在段页式系统中，其地址结构由段、段内页和页内地址三部分组成。

段页式存储:段式与页式的综合体。先分段，再分页。1个程序有若干个段，每个段中可以有若干页，每个页的大小相同，但每个段的大小不同。

优点：空间浪费小、存储共享容易、存储保护容易、能动态连接。

缺点：由于管理软件的增加，复杂性和开销也随之增加，需要的硬件以及占用的内容也有所增加,使得执行速度大大下降。

文件在逻辑上一定是连续的，在物理上可以是分散的。

文件的逻辑结构，方便用户使用；文件的物理结构，在物理设备的存放方式。

此部分经常考察逻辑与物理的计算转换，采取的具体什么类型索引，计算文件长度等等

直接索引范围：索引块数量 * 索引块大小

一级间接索引范围：（磁盘数据块(物理盘块)大小 / 地址项大小）* 索引块大小

二级间接索引范围：（磁盘数据块(物理盘块)大小 / 地址项大小）的2次方 * 索引块大小

三级间接索引范围：（磁盘数据块(物理盘块)大小 / 地址项大小）的3次方 * 索引块大小

典型例题：某文件系统文件存储采用文件索引节点法。假设文件索引节点中有8个地址项iaddr[0]～iaddr[7]，每个地址项大小为4字节，其中地址项iaddr[0]～iaddr[5]为直接地址索引，iaddr[6]是一级间接地址索引，iaddr[7]是二级间接地址索引，磁盘索引块和磁盘数据块大小均为4KB。该文件系统可表示的单个文件最大长度是（）KB，若要访问iclsClient.dll文件的逻辑块分别为6、520和1030，则系统应分别采用( )。

解：直接索引范围：6 * 4KB = 24KB

? 直接索引范围的逻辑块：24KB / 4 == 6 >>> 0 ~ 5，对应存有5个物理块

? 一级索引范围：(4KB / 4字节) * 4KB = 4096KB

? 一级索引范围的逻辑块：4096KB / 4 == 1024 >>> 6 ~ 1029，对应存有1024个物理块

? 二级索引范围：(4KB / 4字节) ² * 4KB = 4194304KB，逻辑块：1030以上，包括1030

? 文件长度：24KB + 4096KB + 4194304KB = 4198424KB

例题14：

例题15解析与答案：

? 答案：A D

? 解析：直接索引范围：6 * 1KB = 6KB

? 直接索引范围的逻辑块：6KB / 1 == 6 >>> 0 ~ 5，对应存有5个物理块

? 一级索引范围：(1KB / 4字节) * 1KB = 256KB（对应逻辑块：(256KB / 1 == 256) >>> 6 ~ 261）

? 一级索引范围的逻辑块：256KB / 1 == 256 >>> 6 ~ 261，对应存有256个物理块

? 二级索引范围：(1KB / 4字节)² * 1KB = 65536KB，逻辑块：262以上

? 所以，逻辑块 0在直接地址索引，260在一级地址索引，518在二级地址索引

? 文件最大长度 = 6KB + 256KB + 65536KB = 65798KB

文件管理 – 位示图

位示图法。该方法是在外存上建立一张位示图（Bitmap），记录文件存储器的使用情况。每一位仅对应文件存储器上的一个物理块，取值0和1分别表示空闲和占用。

例题16解析与答案：

? 答案：C B

? 解析：注意，这种题目如果没有给定基础条件，默认的认为字要从1开始算，位要从0开始算

? 2053 物理块，因为是0开始排序，那么2053“ ”物理块它应该在第2054“个”物理块

? 用2054除以字长32等于64余6，也就是代表需要64个字放不下，取天花板数应该是65“个”字

? 第65“个”字，因为是从0开始编排序，所以第65“个”字应该是第64“ ”上，故先C

? 第2问，余数是6，又因为是0开始编排序，所以位 5位置应该是“1”表示，故选B

例题17：

例题18解析与答案：

? 答案：B C

? 解析：考察“程序中断方式”。

例题19：

例题20解析与答案：

? 答案：D

? 解析：考察DMA的特点

设备管理 – I/O管理软件

例题21解析与答案：

? 答案：D

? 解析：略

SPOOLing技术

SPOOLing是Simultaneous Peripheral Operation On-Line （即外部设备联机并行操作）的缩写，它是关于慢速字符设备如何与计算机主机交换信息的一种技术，通常称为”假脱机技术”。

SPOOLing技术（虚拟输入输出设备常用到的技术）先放入到磁盘缓冲区，再放入到设备区，它是在磁盘上开辟响应的区域，所以缓冲区是外存。

SPOOLing技术将一台独享打印机改造为可供多个用户共享的打印机。

SPOOLing技术特点：

输入井和输出井，在磁盘上开辟出来的两个存储区域，用于存放I/O设备输入的数据和用户程序向设备输出的数据
输入缓存区和输出缓冲区，在内存中开辟的两个缓冲区。输入缓冲区用户暂存输入设备送来的数据，再送入输入井；输出缓冲区暂存从输出井送来的数据，再传送到输出设备
输入进程和输出京城，负责传输输入输出的数据
提高了I/O速度，通过对输入井和输出井的操作，缓和了主机和外设速度不匹配的矛盾
设备没有直接和用户进程关联
实现虚拟设备，多个进程同时使用一个逻辑设备，每个进程都认为自己独占了设备

微内核

微内核就是对操作系统进行瘦身，只保留最为基本的功能。普通的操作系统内核包括了进程，存储，设备，文件，任务管理五个部分，而在微内核操作系统中，已对其进行了裁剪，文件系统，通信，外设管理都放到操作系统之外去处理了。
现代操作系统大多拥有两种工作状态，分别是核心态和用户态。一般应用程序工作在用户态，而内核模块和最基本的操作系统核心工作在核心态。因为在微内核中，核心态功能少了，很多原本属于操作系统的操作放到了用户态去实施了。
微内核系统的安全性，可靠性得到了提升。微内核操作系统在分布式中有着广泛的应用，它也成为了微内核操作系统的最大优势。
当然微内核操作系统中，一个任务需要不断的在用户态和核心态直接切换来完成，频繁地切换效率自然不会很高。

将传统的操作系统代码放置到更高层，从操作系统中去掉尽可能多的东西，而只留下最小的核心，称之为微内核(C/S结构)。

例题22解析与答案：

? 答案：A