课件#
全书知识地图#
围绕八大模块：
- 操作系统概述 — 概念、特征、发展历程、运行环境
- 进程管理 — 进程与线程、调度、同步与死锁
- 内存管理 — 连续/分页/分段、虚拟内存与页面置换
- 文件管理 — 逻辑结构、目录结构、物理分配
- 设备管理 — I/O 控制方式、缓冲与假脱机
- 磁盘调度 — FCFS、SSTF、SCAN、C-SCAN
- 文件系统 — 组织、存储、检索与保护
- 系统观 — 四大模块如何协同工作
操作系统是什么？#
操作系统（OS）是管理计算机硬件与软件资源的系统软件，向上为应用程序提供接口，向下控制 CPU、内存、外设等硬件，是用户与机器之间的桥梁。
四大特征#
| 特征 | 含义 |
|---|---|
| 并发 | 宏观上多任务同时进行 |
| 共享 | 资源被多个进程共同使用 |
| 虚拟 | 物理资源抽象为逻辑资源 |
| 异步 | 进程以不可预知的速度推进 |
用户态 vs 内核态#
OS 通过特权级隔离保护内核。用户程序运行在用户态，需要访问硬件或敏感资源时，通过系统调用、中断、异常切换到内核态，执行完毕后再返回。
进程管理#
- 进程：资源分配的基本单位，有独立地址空间
- 线程：CPU 调度的基本单位，共享进程资源，切换开销更小
- 经典调度算法：FCFS、SJF、优先级、时间片轮转
- 死锁：四个必要条件（互斥、占有且等待、不可抢占、循环等待），银行家算法用于避免死锁
- PV 操作：信号量机制是进程同步的核心，需重点掌握生产者-消费者、读者-写者、哲学家就餐三类经典问题
内存管理#
内存管理方式不断演进：
连续分配 → 分页 → 分段 → 段页式
虚拟内存借助请求分页/分段，让程序逻辑地址空间大于物理内存。常见页面置换算法：
- OPT（最优，理论参考）
- FIFO
- LRU（最近最久未使用）
- CLOCK（近似 LRU，实用性强）
设备与磁盘#
设备管理负责 I/O 的分配与控制，涉及程序直接控制、中断驱动、DMA 等方式。
磁盘调度的目标是减少平均寻道时间：
| 算法 | 特点 |
|---|---|
| FCFS | 公平，寻道距离大 |
| SSTF | 选最近请求，可能饥饿 |
| SCAN | 电梯算法，无饥饿 |
| C-SCAN | 循环扫描，响应更均匀 |
文件系统#
文件系统负责文件的组织、存储、检索、共享与保护，是用户与外存之间的抽象层。需理解逻辑结构、目录结构（单级→树形）和物理结构（连续、链接、索引分配）。
怎么学好操作系统#
- 三轮复习：建框架 → 攻重难点 + 刷真题 → 模拟 + 查漏补缺
- 动手练题：PV 操作和页面置换一定要动笔写完整过程
- 理解优先：多问自己「为什么引入这个概念」
- 建立系统观：进程需要内存，结果要存文件，过程中要 I/O —— 各模块协同服务于「让程序高效运行」
操作系统是建立计算机「系统观」的钥匙。它连接软件与硬件，是理解整个计算机系统的枢纽。