操作系统复习：进程管理与并发控制

操作系统是计算机系统的核心组成部分，负责管理和协调计算机硬件和软件资源，提供公共服务，保障系统的稳定运行。操作系统（OS）的主要功能包括处理机管理、设备管理、作业管理、存储管理、文件管理和用户接口。 处理机管理是操作系统中关键的一环，涉及到进程的基本概念，如进程的状态（新建、就绪、运行、阻塞）及其转换，以及进程控制块（PCB）的作用，用于存储进程的状态信息。进程同步和互斥是处理机管理的重要方面，用于解决多个进程之间的协作问题。典型的同步机制包括信号量机制，如P、V操作，用于解决如生产者-消费者问题、读者-写者问题和哲学家进餐问题等经典同步问题。死锁是并发环境下可能出现的问题，包括四个必要条件：互斥、占有并等待、无剥夺和循环等待。操作系统通过预防、避免、检测和解除策略来处理死锁。 设备管理关注I/O系统，包括I/O控制方式（如中断、DMA、通道技术）、缓冲技术用于提高效率，以及设备独立性和设备分配策略。虚设备技术和通道技术能实现I/O操作的并行性，而磁盘调度算法则优化了磁盘读写性能。 存储管理主要涉及内存资源的分配与回收，如动态分区分配、交换技术、页式、段式、段页式存储管理，以及虚拟存储技术，例如分页和分段系统。这些机制允许程序超过实际内存大小，通过在磁盘和内存之间交换数据来实现。 文件管理包括文件的基本概念，如逻辑结构和物理结构，文件目录结构，以及外存空间管理策略，如空间分配和回收。文件共享与保护机制确保数据一致性，防止并发访问引发的问题。用户接口是操作系统与用户交互的桥梁，包括命令行接口和图形用户界面，让用户能够方便地执行作业和管理资源。 作业管理在批处理系统、分时系统和实时系统中各有不同，涉及作业的提交、调度和执行过程。程序的装入与链接是将编译后的二进制代码放入内存的过程。 操作系统有多种类型，如批处理操作系统、分时系统、实时操作系统、个人计算机操作系统和网络、分布式操作系统。其设计目标是实现有效管理、合理调度、提高吞吐量，同时确保系统稳定、安全和用户友好。 操作系统的设计通常采用层次结构、微内核、模块化等结构设计方法，其中硬件运行环境、操作系统设计原则（并发性、共享性、虚拟性和异步性）以及操作系统实现技术（如中断、地址映射、存储保护等）都是重要组成部分。操作系统还提供了系统调用和库函数作为用户接口，使用户能够访问和控制系统的各种功能。