简介
操作系统负责管理协调硬件、软件等计算机源的工作，为上层用户、应用程序提供简单易用的服务，本质是一种系统软件；
功能目标：1、管理计算机资源：处理机、存储器、文件、设备；2、向上层提供服务：包括用户GUI和开发者的系统接口；3、硬件机器扩展；
操作系统的四大特征：
并发：两个或多个事件在同一事件间隔里发生；
共享：系统中的资源可以供内存中的多个进程共同使用；
虚拟：把一个物理存储映射成若干个虚拟逻辑存储；
异步：并发过程中的程序非同步执行结束；
发展过程
手工操作阶段-批处理-分时处理-实时操作
->网络操作系统->分布式操作系统->个人计算机
进程的中断和异常
中断机制：CPU从用户态变为内核态、操作系统夺回当前进程的CPU控制权；
中断分类：内中断（即异常、例外）、外中断（主动中断）
中断实现原理：
1、通过检查中断信号、CPU在执行指令时检查异常、执行结束后检查中断信号；
2、找到相应的中断处理程序，通过中断向量表来实现；
操作系统结构
操作内核必须在内核态；非内核一般是用户态；
内核是操作系统核心部分；包含功能
始终管理、中断处理、原语：原子性的操作底层硬件语句、系统资源调度；
进程概念
进程是动态的程序的依次一次执行过程；是系统进行资源分配和调度的一个独立单位；
进程的组成PCB（Process Control Block）、程序段、数据段；对于进程管理的信息都存储在PCB中；
进程控制块中的信息：
进程标识符：唯一表示一个进程，有两种：
1）外部标识符：方便用户对进程的访问，通常有数字和字母组成
2）内部标识符：方便系统对进程的访问，每一个进程有一个唯一的数字标识符。
处理机状态：（主要指的是处理机中寄存器的状态）
1）通用寄存器：又称为用户寄存器，用户的程序可以访问，用于暂存信息，一般为8~32个
2）指令计数器：存放了将要访问的下一条指令的地址。
3）程序状态字（PSW）：含有状态信息，条件码，执行方式（指在系统还是用户状态下执行），中断屏蔽标志（允不允许在执行的过程中被打断）
4）用户栈指针：每个用户进程都有系统栈，用于存放过程和系统调用参数及调用地址。
进程调度信息
1）进程状态：指明了进程的当前状态
2）进程优先级：即一个整数，用于描述进程使用CPU的优先级，数字越大，优先级越高
3）其他信息：与采用的进程调度算法有关
4）事件：指进程由执行状态变为阻塞状态所等待发生的事件。
进程控制信息
1）程序和数据的地址：由于程序段和数据段并不是常驻内存的，而是使用的时候才调入，因此需要保存其地址
2）进程同步和通信机制：
3）资源清单：一张清单列出了该进程在运行期间所需的全部资源（除了CPU资源），另一张列出了分配到该进程的资源的清单。
4）链接指针：给出了本进程（PCB）所在队列中的下一个进程的PCB的首地址。
进程控制块的组织方式：
线性方式：不重要
链接方式：类似静态链表，把具有同一状态的PCB用其中的链接字链接成一个队列
系统需要记录的进程信息：PID、用户id、分配资源、进程运行状态（包括CPU磁盘网络使用情况）；
进程的特征：
动态性、并发性、独立、异步、结构；
进程组织方式：链接方式或者索引方式；即通过链表的方式、或者通过索引表的方式；
进程的控制和通信
进程的状态：创建态、就绪态、运行态、阻塞态、中止态；状态的转化通过原语实现；
创建进程：初始化PCB并分配系统资源；
新建态->就绪态：将PCB插入就绪队列，等待CPU调度；
运行态->阻塞态：找到对应PCB，保护进程运行的上下文；将PCB插入相应事件的等待序列；
阻塞->就绪态：在等待队列找到PCB，队列中移除并插入就绪列；
终止态：找到PCB，剥夺CPU、终止子进程、资源归还、删除PCB;
进程通信方式：
管道pipe：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。
进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。
命名管道FIFO：有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。
消息队列MessageQueue：消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。
消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
共享存储SharedMemory：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，
但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。
它往往与其他通信机制，如信号量，配合使用，来实现进程间的同步和通信。
信号量Semaphore：信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。
它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。
因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
套接字Socket：套解口也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同主机间的进程通信。
信号 ( sinal ) ： 信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。
进程调度算法：
1．先来先服务调度算法（FCFS）
2．短作业(进程)优先调度算法
3. 非抢占式优先权算法
4. 抢占式优先权调度算法
5．高响应比优先调度算法
6．时间片轮转法
7．多级反馈队列调度算法
线程相关
线程概念：基本的CPU执行单元、处理及分配的最小单位，可以增加并发度；
进程和线程的区别：
进程是资源分配的最小单位，线程是CPU调度的最小单位。
拥有资源上，进程是拥有资源的，线程只能访问隶属于进程的资源，自身无资源
系统开销：进程的系统开销大，线程的系统开销小；
内存分配,同一进程中的线程共享本进程程的地址空间和资源，进程间的地址空间和资源是相互独立的
一个进程崩溃后，其他进程在保护模式下不受影响，而一个线程崩溃后，进程会死掉。即多进程的健壮性比多线程好
独立的进程有程序运行的入口、顺序执行序列和程序出口，而线程不能独立执行。需要依附于应用程序中。
对于一些相关性不大的操作或需要多机分布，此时内存不共享，使用进程，使用进程。
在需要频繁创建销毁地段使用线程，需要大量使用计算。
需要多机分布，此时内存不共享，使用进程。
协程
源自（https://zhuanlan.zhihu.com/p/172471249）
当需要同时执行多项任务的时候，就会采用多线程并发执行。协程运行在线程之上，当一个协程执行完成后，可以选择主动让出，让另一个协程运行在当前线程之上。协程并没有增加线程数量，只是在线程的基础之上通过分时复用的方式运行多个协程，而且协程的切换在用户态完成，切换的代价比线程从用户态到内核态的代价小很多。
在有大量IO操作业务的情况下，我们采用协程替换线程，可以到达很好的效果，一是降低了系统内存，二是减少了系统切换开销，因此系统的性能也会提升。
在协程中尽量不要调用阻塞IO的方法，比如打印，读取文件，Socket接口等，除非改为异步调用的方式，并且协程只有在IO密集型的任务中才会发挥作用。
协程只有和异步IO结合起来才能发挥出最大的威力。
死锁
死锁是由于两个或以上的线程互相持有对方需要的资源,导致这些线程处于等待状态,无法执行。
四个条件：
互斥条件：进程要求对所分配的资源（如打印机）进行排他性控制，即在一段时间内某 资源仅为一个进程所占有。此时若有其他进程请求该资源，则请求进程只能等待。
不剥夺条件：进程所获得的资源在未使用完毕之前，不能被其他进程强行夺走，即只能 由获得该资源的进程自己来释放（只能是主动释放)。
请求和保持条件：进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源 已被其他进程占有，此时请求进程被阻塞，但对自己已获得的资源保持不放。
循环等待条件：存在一种进程资源的循环等待链，链中每一个进程已获得的资源同时被 链中下一个进程所请求。即存在一个处于等待状态的进程集合{Pl, P2, …, pn}，其中Pi等 待的资源被P(i+1)占有（i=0, 1, …, n-1)，Pn等待的资源被P0占有。
预防死锁的方式：
一旦出现死锁很难解决；尽量通过破坏条件的方式去预防死锁。
1.破坏“请求和保持”条件
想办法，让进程不要那么贪心，自己已经有了资源就不要去竞争那些不可抢占的资源。比如，让进程在申请资源时，一次性申请所有需要用到的资源，不要一次一次来申请，当申请的资源有一些没空，那就让线程等待。不过这个方法比较浪费资源，进程可能经常处于饥饿状态。还有一种方法是，要求进程在申请资源前，要释放自己拥有的资源。
2.破坏“不可抢占”条件
允许进程进行抢占，方法一：如果去抢资源，被拒绝，就释放自己的资源。方法二：操作系统允许抢，只要你优先级大，可以抢到。
3、.破坏“循环等待”条件
将系统中的所有资源统一编号，进程可在任何时刻提出资源申请，但所有申请必须按照资源的编号顺序（升序）提出
具体方案；
加锁顺序（线程按照一定的顺序加锁）
加锁时限（线程尝试获取锁的时候加上一定的时限，超过时限则放弃对该锁的请求，并释放自己占有的锁）
死锁检测（或银行家算法提前预判）
内存分配
连续的分配方式：
1、单一连续分配：一道程序在内存中，内存浪费严重
2、固定分区分配：程序变多缺点：会产生内碎片
3、动态分区分配（重点）不能消除外碎片 思想：按需分配
4、可重定位的分区分配，在动态分区分配方式上增加一个紧凑（拼接碎片）功能
以动态运行时装入方式为前提
动态分区分配算法
首次适应算法FF
循环首次适应算法
最佳适应算法
磁盘调度算法
先来先服务算法
最短寻找事件算法
扫描算法
循环扫描算法