系统架构设计师 - 操作系统(1)

操作系统

操作系统（5-6分）
- 操作系统概述
- 进程管理
- - 进程和线程的基本概念
  - 进程的状态 ★
  - 前趋图 ★★★★
  - 信号量与 PV 操作 ★★★★
  - 死锁及银行家算法 ★

大家好呀！我是小笙，本章我主要分享系统架构设计师 - 操作系统(1)知识，希望内容对你有所帮助！！

操作系统（5-6分）

操作系统概述

管理系统的硬件、软件、数据资源
控制程序运行
人机之间的接口
应用软件与硬件之间的接口

例题

计算机系统中硬件层之上的软件通常按照三层来划分，如下图所示，图中①②③分别表示 操作系统、其他系统软件和应用软件

操作系统、应用软件和其他系统软件
操作系统、其他系统软件和应用软件
其他系统软件、操作系统和应用软件
应用软件、其他系统软件和操作系统

进程管理

进程和线程的基本概念

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

进程控制块(PCB)：PCB是进程存在的唯一标志。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

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

例题

在支持多线程的操作系统中，假设进程P创建了若干个线程，那么 该进程中某线程的栈指针进程 是不能被这些线程共享的

该进程中打开的文件
该进程的代码段
该进程中某线程的栈指针进程
该进程的全局变量线程1

进程的状态 ★

三态模型

五态模型

例题

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 索引方式 ，图中 有2个运行进程，3个就绪进程，4个阻塞进程

A 顺序方式 B 链接方式 C 索引方式 D Hash
A 有1个运行进程，2个就绪进程，4个阻塞进程
B 有2个运行进程，3个就绪进程，3个阻塞进程
C 有2个运行进程，3个就绪进程，4个阻塞进程
D 有3个运行进程，2个就绪进程，4个阻塞进程

前趋图 ★★★★

A,B,C 是 D 的前趋，E 是 D 的后继，五个进程只需要4个信号量

间接制约：相同设备之间的制约
直接制约：不同设备之间的制约

例题

进程P1、P2、P3和P4的前趋图如下所示：

若用PV操作控制进程P1~P4并发执行的过程，则需要设置5个信号量S1、S2、S3、S4和S5,且信号量S1-S5的初值都等于0。下图中a、b和c处应分别填写 V(S1)V(S2)、P(S1)P(S3)和V(S4) ;d、e和f处应分别填写 P(S2)、V(S3)V(S5)和P(S4)P(S5)

A V(S1)V(S2)、P(S1)V(S3)和V(S4)
B P(S1)V(S2、P(S1)P(S2)和V(S1)
C V(S1)V(S2)、P(S1)P(S3)和V(S4)
D P(S1)P(S2)、V(S1)P(S3)和V(S2)
A P(S2)、V(S3)V(S5)和P(S4)P(S5)
B V(S2)、P(S3)V(S5)和V(S4)P(S5)
C P(S2)、V(S3)P(S5)和P(S4)V(S5)
D VS2)、V(S3)P(S5)和P(S4)V(S5)

信号量与 PV 操作 ★★★★

进程的同步和互斥

互斥：如千军万马过独木桥（间接制约）
同步：速度有差异，在一定情况下停下等待（直接制约）

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

案例：生产者 &消费者

未使用 PV 操作
- 生产者：生产一个产品 -> 送产品到缓冲区
- 消费者：从缓冲区取产品 -> 消费产品
使用 PV 操作（S1初值为1，S2初值为0）
- 生产者：生产一个产品 -> P(S1) -> 送产品到缓冲区 -> V(S2)
- 消费者：P(S2) -> 从缓冲区取产品 -> V(S1) -> 消费产品

例题

某航空公司机票销售系统有个售票点，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 = 1,2，…，m)单元存放某日某航班的机票剩余票数，Temp为P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 1 。P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©处应分别填入 **P(S),V(S)和V(S) **