操作系统相关知识总结
操作系统相关的常见知识点总结
线程状态
- 新建（new）状态：当一个线程被创建后，就处于新建状态，此时系统已经为该线程分配了资源，但尚未开始执行线程的代码
- 就绪（runnable）状态：当线程开始执行时，进入就绪状态。此时该线程准备好运行，等调度器分配时间片即可开始执行
- 运行（running）状态：当线程获得CPU时间片后，进入运行状态，开始执行线程的代码
- 阻塞（blocked）状态：线程在执行过程中，可能由于某些原因如等待I/O操作，获取不到锁等而暂时放弃CPU的使用权，进入阻塞状态，当等待的条件满足时，线程重新进入就绪状态，等待CPU重新分配时间片
- 终止（terminated）状态：线程执行完毕后，或者出现异常导致线程异常终止，线程将进入终止状态
进程和线程的区别
- 资源分配：进程是操作系统中资源分配的基本单位，每个进程都有独立的内存空间，代码，数据和文件等资源，不同的进程之间不能共享这些资源；线程是进程中的执行单元，多个线程共享进程的内存空间，代码和数据资源
- 调度方式：进程是操作系统中的调度单位，调度器在进程之间切换，实现多任务的并发执行；线程是进程中的调度单位，调度器在线程之间切换，实现单个进程内多线程的并发执行
- 系统开销：由于进程是独立的资源分配单位，所以进程切换的开销比较大，需要保存和恢复进程的所有状态信息；线程是共享进程的资源，线程切换的开销相对较小，只需要保存和恢复部分状态信息
- 安全性：进程之间的资源是独立的，进程之间不会相互干扰，所以进程在安全性上比较可靠；线程共享进程的资源，多个线程之间会相互干扰，需要通过同步机制来保证安全性
- 并发性：多进程之间的资源是独立的，所以不需要使用同步机制，可以实现真正的并发执行；线程共享进程资源，需要使用同步机制来保证线程安全，这影响多线程的并发性能
调度算法
- 先来先服务算法（FCFS）：按照作业到达的顺序，先到先得，适用于作业执行时间较长的场景
- 短作业优先算法：按照作业的执行时间，短作业优先，适用于作业的执行时间较短的场景
- 优先级调度算法：按照作业的优先级进行调度，高优先级先执行，适用于紧急任务优先执行的场景
- 时间片轮转算法：为每个进程分配一个时间片，在时间片到期时，将该进程挂起，执行下一个进程，适用于交互式系统和多用户系统
- 多级反馈队列算法：将作业分成多个队列，每个队列有不同的时间片大小和优先级，进程在队列之间转换，适用于复杂的多用户系统
- 最短剩余时间调度算法：在短作业优先算法的基础上，考虑每个进程的剩余执行时间，选择最短的进程执行，适用于交互式系统和多用户系统
- 最高响应比算法：根据作业的等待时间和执行时间的比值，选择最高响应比的作业执行，适用于优先级较高的多用户系统
进程间通信
进程间通信是指不同的进程之间进行数据交换和协调工作的机制，进程间通信的方式有：
- 管道：半双工的通信方式，只能实现单项数据传输，通常用于有亲缘关系的进程间通信
- 命名管道：是一种特殊的文件，可以实现不同进程之间的通信
- 信号量：信号量是一种计数器，用于控制多个进程对共享资源的访问，通常用于异步通信
- 消息队列：消息队列是一种消息传递机制，用于不同进程之间传递数据，通常用于异步通信
- 共享内存：共享内存是一种内存映射机制，多个进程可以映射同一快物理内存，从而实现共享数据
- 套接字：套接字是一种通用的进程间通信方式，可以在不同主机之间进行通信，常用于网络编程
不同的I/O方式
- 同步IO：同步IO是指发起IO操作后，必须等待IO操作完成后才能进行下一步操作，期间会一直占用CPU时间。其优点是简单可靠，但对于CPU利用率较低
- 异步IO：异步IO是指发起IO操作后，不需要等待IO操作完成就可以进行下一步操作，期间不会占用CPU时间。其优点是高效，可以提高CPU利用率，但实现较复杂
- 直接IO：直接IO是指数据传输时不需要借助用户空间和内核空间之间的缓冲区，数据直接从磁盘等设备传输到内存中。其优点是可以减少数据拷贝次数，提高效率。
- 缓冲IO：缓冲IO是指数据传输时需要借助用户空间和内核空间之间的缓冲区，数据先从磁盘等设备传输到缓冲区，再从缓冲区传输到内存中。其优点是可以减少IO次数，提高效率
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