操作系统

磁盘管理

• 10分钟学懂磁盘的结构(盘片、磁道、扇区、柱面)

进程管理

进程的状态

试题：某计算机系统中的进程管理采用三态模型，那么下图所示的 PCB（进程控制块）的组织方式采用（1 ），图中（2 ）。

进程的同步与互斥

互斥：如千军万马过独木桥 同步：速度有差异，在一定情况下停下等待。

• 临界资源：诸进程间需要互斥方式对其进行共享的资源，如打印机、磁带机等。
• 临界区：每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区。
• 信号量：是一种特殊的变量。

试题一：看完了进程同步与互斥机制，我终于彻底理解了 PV 操作

试题二：某航空公司机票销售系统有n个售票点，该系统为每个售票点创建一个进程Pi（i=1，2，…，n）管理机票销售。假设Tj（j=1，2，…，m）单元存放某日某航班的机票剩余票数，Temp为Pi进程的临时工作单元，x为某用户的订票张数。初始化时系统应将信号量S赋值为（ ）。Pi进程的工作流程如下图所示，若用P操作和V操作实现进程间的同步与互斥，则图中空（a），空（b）和空（c）处应分别填入（ ）。

死锁

死锁的预防→打破四大条件：

• 互斥
• 保持和等待
• 不剥夺
• 环路等待

死锁的避免：

• 有序资源分配法
• 银行家算法

死锁产生的四个必要条件？如何避免和预防死锁产生？

操作系统——银行家算法（Banker's Algorithm）

存储管理

页式存储

页式存储：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。

高级程序语言使用逻辑地址； 运行状态，内存中使用物理地址。

物理块号又称页帧号。

\[逻辑地址=页号+页内地址\]

\[逻辑地址=页帧号+页内地址\]

例如，页式存储系统中，每个页的大小为4KB。 逻辑地址： 10 1100 1101 1110 对应的物理地址为： 110 1100 1101 1110

优点：利用率高，碎片小，分配及管理简单。 缺点：增加了系统开销；可能产生抖动现象。

页号(逻辑)	页帧号(物理)	状态位	访问位	修改位
高级程序语言中使用	内存中使用	1:在内存中 0:不在内存中	1:最近访问过 0:最近未被访问	1:内容被修改过 0:内容未被修改

试题

• 进程P有8个页面，页号分别为0-7，页面大小为4K，假设系统给进程P分配了4个存储块P，进程P的页面变换表如下所示。表中状态位等于1和0分别表示页面在内存和不在内存。若进程P要访问的逻辑地址为十六进制5148H,则该地址经过变换后，其物理地址应为十六进制（ ）；如果进程P要访问的页面6不在内存，那么应该淘汰页号为（ ）的页面。

段式存储

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。

试题

• 假设系统采用段式存储管理方法，进程P的段表如下所示

段页式存储

段页式存储：段式与页式的结合体。先分段，再分页。1个程序有若干个段，每个段中有若干个页，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存也有所增加，使得执行速度大大下降。

快表

快表是一块小容量的相联存储器(Associative Memory)，由高速缓存器组成，速度快，并且可以从硬件上保证内容并行查找，一般用来存放当前访问最频繁的少数活动页面的页号。

• 快表：将页表存于Cache上
• 慢表：将页表存于内存上

文件管理

索引文件结构

• 直接索引
• 一级间接索引
• 二级间接索引
• 三级间接索引

试题

• 假设文件系统采用索引节点管理，且索引节点有8个地址项iaddr[0]～iaddr[7]，每个地址项大小为4B，iaddr[0]～iaddr[4]采用直接地址索引，iaddr[5]和iaddr[6]采用一级间接地址索引，iaddr[7]采用二级间接地址索引。假设磁盘索引块和磁盘数据块大小均为1KB字节，文件File1的索引节点如下图所示。若用户访问文件File1中逻辑块号为5和261的信息，则对应的物理块号分别为（ ）；101号物理块存放的是（ ）。

• 某文件系统采用索引节点管理，其磁盘索引块和磁盘数据块大小均为1KB字节且每个文件索引节点有8个地址项i_addr[0]~i_addr[7]，每个地址项大小为 4字节，其中i_addr[0]~i_addr[4]采用直接地址索引，i_addr[5]和i_addr[6]采用一级间接地址索引，i_addr[7]采用二级间接地址索引。若用户要访问文件 userA中逻辑块号为4和5的信息，则系统应分别采用（），该文件系统可表示的单个文件最大长度是（）KB

位示图

• 空闲区表法(空闲文件目录)
• 空闲链表法
• 位示图法
• 成组链表法

操作系统—文件管理

嵌入式系统开发设计

交叉开发环境

• 宿主机系统
  • 交叉编译器
  • 交叉链接器
  • 调试器
• 目标机系统
  • 动态装载器
  • 链接装载器
  • 调试监视器
  • 调试代理

嵌入式操作系统

1. 嵌入式操作系统特点：
   1. 微型化
   2. 代码质量高
   3. 专业化
   4. 实时性强
   5. 可裁剪、可配置
2. 实时嵌入式操作系统的内核服务有：
   1. 异常和中断
   2. 计时器
   3. I/O管理

实时操作系统

常见的嵌入式RTOS(实时操作系统，Real-Time OperatingSystem)

• VxWorks
• RT-Linux
• QNX
• pSOS

比较类型	VxWorks	RT-Linux
工作方式	操作系统与应用程序处于同一存储空间	操作系统与应用程序处于不同存储空间
多任务支持	支持多任务（线程）操作	支持多进程、多线程操作
实时性	实时系统	实时系统
安全性	任务间无隔离保护	支持进程间隔离保护
标准API	支持	支持

微内核操作系统

	实质	优点	缺点
单体内核	将图形、设备驱动及文件系统等功能全部在内核中实现，运行在内核状态和同一地址空间。	减少进程间通信和状态切换的系统开销，获得较高的运行效率。	内核庞大，占用资源较多且不易剪裁。系统的稳定性和安全性不好。
微内核	只实现基本功能，将图形系统、文件系统、设备驱动及文件系统等功能放在内核之外。	内核精练，便于剪裁和移植。系统服务程序运行在用户地址空间，系统的可靠性、稳定性和安全性较高。可用于分布式系统	用户状态和内核状态需要频繁切换，从而导致系统效率不如单体内核。