献上膝盖！华为工程师抛出一份堪称“举世无双”操作系统笔记

写在前面

操作系统在计算机行业中是一门最基础的技术，无论是在开发项目还是在算法岗，我们都是基于计算机上进行的，我们对操作系统的了解体现我们从事计算机相关岗位的资深素质，因此，接下来，这篇文章给大家介绍在面试中常见的操作系统的知识点。当然，开发和算法岗对计算机网络的要求程度不同，相对而言，开发对操作系统的要求其实更高一些。但是一些基础、核心、常见的问题要求我们要掌握。

面试的过程中，为了考察面试者的基础功力，除了算法以外，操作系统将会占比很大的权重，本文就给大家全部分享吧

目录大纲

 

 

 

 

（由于知识点太多，Σ( ° △ °|||)︴，此处省略.............................................................）

 

第一章、认识操作系统

• 计算机硬件简介
• 操作系统博物馆
• 操作系统概念
• 系统调用
• 操作系统结构

现代计算机系统由一个或多个处理器、主存、打印机、键盘、鼠标、显示器、网络接口以及各种输入/输出设备构成。

 

CPU

CPU是计算机的大脑，它主要和内存进行交互，从内存中提取指令并执行它。一个CPU的执行周期是从内存中提取第一条指令、解码并决定它的类型和操作数，执行，然后再提取、解码执行后续的指令。重复该循环直到程序运行完毕。

 

多线程和多核芯片

对于操作系统来讲，多线程是有意义的，因为每个线程对操作系统来说都像是一个单个的CPU。比如一个有两个CPU的操作系统，并且每个CPU运行两个线程，那么这对于操作系统来说就可能是4个CPU。

 

内存

计算机中第二个主要的组件就是内存。理想情况下，内存应该非常快速(比执行一条指令要快，从而不会拖慢CPU执行效率)，而且足够大且便宜，但是目前的技术手段无法满足三者的需求。于是采用了不同的处理方式，存储器系统采用一种分层次的结构

 

 

 

总线

上面的结构(简单个人计算机的组件图)在小型计算机已经使用了多年，并用在早期的IBM PC中。然而，随着处理器核内存变得越来越快，单个总线处理所有请求的能力也达到了上线，其中也包括IBMPC总线。必须放弃使用这种模式。其结果导致了其他总线的出现，它们处理I/0设备以及CPU到存储器的速度都更快。这种演变的结果导致了下面这种结构的出现。

 

第二章、进程和线程

• 进程
• 线程
• 进程间通信
• 调度

进程模型

 

多线程解决方案

 

经典的线程模型

 

竞态条件

 

互斥量

 

消息传递

 

屏障

 

批处理中的调度

 

第三章、内存管理

• 无存储器抽象
• 一种存储器抽象:地址空间
• 虚拟内存
• 页面置换算法

 

 

运行多个程序

 

基址寄存器和变址寄存器

 

交换过程

 

 

内存针对自动增长的区域，会有三种处理方式

 

 

使用位图的存储管理

 

 

页表

 

先进先出页面置换算法

 

工作集时钟页面置换算法

 

第四章、文件系统

• 文件
• 目录
• 文件系统的实现
• 文件系统的管理和优化

 

文件结构

 

文件类型

 

层次目录系统

 

链表分配

 

 

日志文件系统

 

虚拟文件系统

 

磁盘空间管理

 

物理转储和逻辑转储

 

第五章、I/O

• I/O设备
• IO软件原理
• I/O层次结构
• 盘
• 时钟

 

设备控制器

设备控制器是处理CPU传入和传出信号的系统。

 

内存映射I/0

每个控制器都会有几个寄存器用来和CPU进行通信。通过写入这些寄存器，操作系统可以命令设备发送数据，接收数据、开启或者关闭设备等。通过从这些寄存器中读取信息，操作系统能够知道设备的状态，是否准备接受一个新命令等。

 

直接内存访问

 

精确中断和不精确中断

 

中断处理程序

 

磁盘

为了组织和检索数据，会将磁盘组织成特定的结构，这些特定的结构就是磁道、扇区和柱面

 

磁盘臂调度算法

 

第六章、死锁

• 鸵鸟算法
• 死锁检测和恢复
• 死锁避免
• 破坏死锁

 

计算机系统中有很多独占性的资源，在同一时刻只能每个资源只能由一个进程使用，我们之前经常提到过打印机，这就是一个独占性的资源，同一时刻能有两个打印机同时输出结果，否则会引起文件系统的瘫痪。所以，操作系统具有授权-个进程单独访问资源的能力。

死锁模型

Holt在1972年提出对死锁进行建模，建模的标准如下：

●圆形表示进程

●方形表示资源

 

 

通信死锁

 

死锁是一类通用问题，任何操作系统都会产生死锁。当每一-组进程 中的每个进程都因等待由该组的其他进程所占有的资源而导致阻塞，死锁就发生了。这种情况会使所有的进程都处于无限等待的状态。死锁的检测和避免可以通过安全和不安全状态来判断，其中一个检测方式就是银行家算法;当然你也可以使用鸵鸟算法对死锁置之不理，但是你肯定会遭其反噬。也可以在设计时通过系统结构的角度来避免死锁，这样能够预防死锁;也可以破坏死锁的四个条件来破坏死锁。资源死锁并不是唯一性的死锁，还有通信间死锁，可以设置适当的超时时间来完成。活锁和死锁的问题有些相似，它们都是-种进程无法继续向下执行的状态。 由于进程调度策略导 致尝试获取进程的一方永远无法获得资源后，进程会导致饥饿的出现。

第七章、操作系统面试题

解释一下什么是操作系统

 

微内核

 

多处理系统的优势

 

 

（由于内容太多了，就不一一展示了Σ( ° △ °|||)︴）

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