第一章

操作系统概述

基本概念

操作系统的接口

进程与线程

进程的引入

进程的状态及转换

进程的描述

进程的控制

线程

import multiprocessing
import time
import os
def child_process(char):
    print(f"Child process {char} (PID {os.getpid()}) is running.")
    time.sleep(2)
    print(f"Child process {char} (PID {os.getpid()}) is done.")
def parent_process():
    print(f"Parent process A (PID {os.getpid()}) is running.")
    # 创建第一个子进程
    process1 = multiprocessing.Process(target=child_process, args=("B",))
    process1.start()
    # 创建第二个子进程
    process2 = multiprocessing.Process(target=child_process, args=("C",))
    process2.start()
    # 等待两个子进程结束
    process1.join()
    process2.join()
    print("Parent process A is done.")
if __name__ == "__main__":
    parent_process()

处理器调度

进程调度

周转时间： 完成时间-到达时间
带权周转时间： 周转时间 / 服务时间
等待时间：周转时间-服务时间

第一问

进程	到达时间	服务时间	优先级	开始时间	完成时间	等待时间
P1	0	9	1	0	9	0
P2	1	4	3	19	23	18
P3	2	8	2	23	31	21
P4	3	10	4	9	19	6

P1->P4->P2->P3

第二问

进程	到达时间	服务时间	优先级	开始时间	完成时间	等待时间
P1	0	9	1	0	31	22
P2	1	4	3	1	15	10
P3	2	8	2	15	23	13
P4	3	10	4	3	13	0

进程	服务时间	优先级	开始时间	完成时间	周转时间
P1	10	3	0	10	10
P2	1	1	10	11	11
P3	2	3	16	18	18
P4	1	4	18	19	19
P5	5	2	11	16	16

有一个就绪队列，是按照先来先服务进行的

作业名	到达时间	运行时间	优先级	进入内存时间	开始时间	完成时间	周转时间
P1	8:00	50	4	8:00	8:00	10:00	120
P2	8:20	40	5	8:20	8:20	9:00	40
P3	8:30	60	3	10:00	10:00	11:00	150
P4	8:50	30	6	9:00	9:00	9:30	40

进程同步与死锁

进程同步的基本概念

选B，我也不知道为啥😥😥😥😥

信号量机制

选D，Peterson算法是双标志后检查法的改进，那么turn就是避免互相谦让导致进程饥饿的关键点。

多个进程，先V后P
单个进程，先P后V

生产者消费者问题

死锁

关于第三问，在（2）的基础上，可利用的还剩下（2，3，0），小于P4所需要的，不可分配。

存储管理

存储管理的基本概念

连续存诸空间管理

分段存储管理

分页存储管理

分页是把整个虚拟和物理内存空间切成一段段固定尺寸的大小。这样一个连续并且尺寸固定的内存空间，我们叫页（Page）。在 Linux 下，每一页的大小为 4KB。

如果内存空间不够，操作系统会把其他正在运行的进程中的「最近没被使用」的内存页面给释放掉，也就是暂时写在硬盘上，称为换出（Swap Out）。一旦需要的时候，再加载进来，称为换入（Swap In）。所以，一次性写入磁盘的也只有少数的一个页或者几个页，不会花太多时间，内存交换的效率就相对比较高。

一个页表对一块连续的内存进行随机映射，不过，要把这块内存映射满。

这里的H表示16进制

注意页号大小和页大小

一个进程一个页表，由于进程太多，会导致页表变多，页表所需要的内存会变大，引入多级页表。

局部性原理：程序在某个时刻很可能会访问最近已经访问过的数据或指令。

如果使用了二级分页，一级页表就可以覆盖整个 4GB 虚拟地址空间，但如果某个一级页表的页表项没有被用到，也就不需要创建这个页表项对应的二级页表了，即可以在需要时才创建二级页表。做个简单的计算，假设只有 20% 的一级页表项被用到了，那么页表占用的内存空间就只有 4KB（一级页表） + 20% * 4MB（二级页表）= 0.804MB，这对比单级页表的 4MB 是不是一个巨大的节约？

把最常访问的几个页表项存储到访问速度更快的硬件，于是计算机科学家们，就在 CPU 芯片中，加入了一个专门存放程序最常访问的页表项的 Cache，这个 Cache 就是 TLB（Translation Lookaside Buffer），通常称为页表缓存、转址旁路缓存、快表等。

TLB命中率

第一问为什么乘以2？

在页式存储技术中，我介们可看到每次存取数据，就要做两次访问内存的工作，一次是地址转换查页表时要作一次访问内存的工作，然后是根据转换后的物理地址访问内存存取数据，这样存取速度降低一倍，将会影响整个系统的使用效率。

选做

在二级页表的分页存储管理方式下，逻辑地址结构为页表目录号、页号、页内偏移。给定逻辑地址空间大小为 (2^16) 页，我们需要确定至少有多少页目录项。

首先，计算一页的大小：

页大小为 1KB=2^10字节。

然后，计算一页表所能包含的页表项数：

页表项大小为 2 字节，因此一页表可以包含(2^10)/2=2^9 个页表项。

最后，计算整个逻辑地址空间的页目录表中包含的表项数：

逻辑地址空间大小为 (2^16) 页，每个页目录项对应一页表，因此至少需要 (2^16 / 2^9 = 2^7) 个页目录项。

因此，整个逻辑地址空间的页目录表中至少包含 (2^7) 个表项。

虚拟存储

局部性原理

局部性原理是计算机科学中一个基本的概念，它指出在程序执行期间，对数据或指令的访问具有一定的局部性，即程序在某个时刻很可能会访问最近已经访问过的数据或指令。这个原理主要包含两个方面：时间局部性和空间局部性。

时间局部性（Temporal Locality）： 时间局部性指的是在一段时间内，如果程序访问了某个存储位置，那么在不久的将来，程序很可能再次访问相同或附近的存储位置。这反映了很多计算机程序中循环结构的特性，即程序在执行循环时会多次访问相同的数据。
空间局部性（Spatial Locality）： 空间局部性指的是如果程序访问了某个存储位置，那么在不久的将来，程序很可能会访问在物理内存中相邻的存储位置。这体现在计算机程序中的数组访问、顺序执行的代码等情况，即程序在一段时间内可能会依次访问相邻的存储单元。