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### Java秋招复习资料——操作系统基础 #### 一、操作系统基本特征 1. **并发**：并发是指在宏观上能够同时运行多个程序的能力。而并行则是指在同一时刻能够执行多个指令，通常需要硬件的支持，比如多核心处理器或多流水线架构。在软件层面，操作系统通过进程和线程的概念，使得不同的程序或程序的不同部分能够并发运行。 2. **共享**：共享是指系统中的资源（如内存、文件、设备等）能够被多个并发运行的进程共同使用。这种共享可以通过两种方式实现：互斥共享和同时共享。互斥共享指的是在同一时间内只有一个进程可以访问某个资源，这类资源被称为临界资源，例如打印机。为了实现对临界资源的安全访问，需要使用同步机制，如信号量、互斥锁等。 3. **虚拟**：虚拟技术的核心思想是将一个物理实体转换为多个逻辑实体。主要的虚拟技术包括时分复用和空分复用。例如，在单个处理器上并发执行多个进程时，会采用时分复用技术，即通过时间片轮转的方式，让每个进程轮流占用处理器执行一小段时间。 4. **异步**：异步特性指的是进程的执行是非连续的，即进程的执行可能会暂停，之后再继续执行，这种执行模式使得进程无法以固定的速度前进，而是呈现出一种“走走停停”的状态。 #### 二、操作系统基本功能 1. **进程管理**：进程管理包括进程的创建、终止、同步、通信以及死锁处理等。其中，进程控制涉及到创建(new)、运行(run)、等待(wait)、终止(terminate)和唤醒(wake up)等状态变化；进程同步是指多个进程之间在执行顺序上的协调；进程通信则是指不同进程之间如何交换数据和信息；处理机调度则是决定哪一个进程应当获得CPU资源的过程。 2. **内存管理**：内存管理负责内存的分配、回收、地址映射、内存保护与共享等功能。内存分配策略直接影响到系统的性能和效率，常见的内存分配策略有连续分配、分页、分段和段页式管理等。 3. **文件管理**：文件管理系统负责文件的存储、检索、更新和删除等操作。具体来说，它需要提供文件存储空间的管理、目录管理、文件读写管理和保护等机制。 4. **设备管理**：设备管理的任务是完成用户的输入/输出请求，使用户能够更高效地使用各种输入/输出设备。这包括缓冲管理、设备分配、设备处理和虚拟设备等。 #### 三、系统调用 系统调用是指用户态下的程序向内核请求服务的一种机制。当用户程序需要访问内核提供的资源或服务时，就需要通过系统调用接口来完成。例如，在Linux系统中，系统调用包括但不限于进程控制(fork(), exit(), wait())、进程通信(pipe(), shmget(), mmap())、文件操作(open(), read(), write())、设备操作(ioctl(), read(), write())、信息维护(getpid(), alarm(), sleep())等。 #### 四、大内核与微内核 1. **大内核**：大内核将操作系统的主要功能作为紧密结合的整体放在内核中，各模块之间共享信息，因此具有较高的性能优势。然而，随着操作系统功能的不断增加，大内核的复杂度也随之增加。 2. **微内核**：为了降低内核的复杂性，微内核将部分操作系统功能移出内核，这些功能被划分为多个独立的服务。微内核结构下，只有核心的微内核部分运行在内核态，其他服务均运行在用户态。虽然这种方式能够降低内核的复杂度，但由于频繁的用户态和内核态之间的切换，可能会导致性能上的损失。 #### 五、中断分类 1. **外中断**：由CPU执行指令之外的事件触发，如输入/输出完成中断、时钟中断、控制台中断等。 2. **异常**：由CPU执行指令时发生的内部事件引起，如非法操作码、地址越界、算术溢出等。 3. **陷入**：在用户程序中主动发起的系统调用。 #### 六、进程管理——进程与线程 1. **进程**：进程是资源分配的基本单位，每个进程都有自己的独立内存空间。进程控制块(PCB)是描述进程状态和相关信息的数据结构，创建和撤销进程实际上是对PCB的操作。 2. **线程**：线程是独立调度的基本单位，它位于进程内部，共享进程的资源（如内存空间）。在一个进程中可以创建多个线程，这些线程之间可以共享进程的资源，同时它们也能够并发执行。 3. **进程与线程的区别**： - 资源拥有：进程是资源分配的基本单位，而线程不拥有资源，但可以访问隶属进程的资源。 - 调度：线程是独立调度的基本单位，在同一进程中，线程的切换不会引起进程切换；但如果从一个进程内的线程切换到另一个进程中的线程，则会引起进程切换。 - 系统开销：创建或撤销进程时，系统需要为其分配或回收资源，如内存空间、I/O设备等，这会带来较大的开销；而创建或撤销线程时，仅需分配少量的资源，因此开销较小。 - 通信方面：进程间通信需要使用进程同步和互斥手段来确保数据的一致性；而线程间的通信相对简单，因为它们共享同一进程的内存空间。 以上内容为Java秋招复习资料中关于操作系统的基础知识总结，希望对准备面试的同学有所帮助。