操作系统核心功能与同步算法详解

操作系统原理课程的重要知识点集中在同步问题以及操作系统的基础结构和功能上。其中，"议题1：同步问题——过桥问题"是一个具体的例子，用于讲解信号量（Semaphore）和PV操作在并发控制中的应用。这个问题模拟了两个人过桥的场景，强调了在有限资源下协调多个进程的同步需求。通过信号量，可以确保任何时候同一方向只有一个行人，并且桥中央的空闲区域能够合理利用。 操作系统的核心概念包括： 1. **作用**：操作系统是计算机系统的核心，它提供程序执行环境，管理硬件和软件资源，组织工作流程，并为用户创造友好界面。 2. **功能**：操作系统的主要功能包括存储器管理（内存分配、映射、保护等）、处理机管理（作业和进程调度、进程通信等）、设备管理（缓冲区管理、设备驱动等）、文件管理（存储空间管理、文件操作等）以及用户接口设计（命令接口、程序接口和图形界面）。 3. **模式**：操作系统工作在两种模式下，核心模式（特权级别高，可执行所有指令）和用户模式（特权级别低，执行非特权指令）。切换模式是通过系统调用实现的，通常涉及中断处理。 4. **服务**：操作系统为用户提供程序执行、I/O操作、文件系统管理、通信、错误处理、资源分配、用户管理和权限保护等关键服务。 5. **系统调用**：用户在需要特殊服务时，通过系统调用请求操作系统执行，如执行特权指令。系统调用的过程涉及用户态转为核心态，执行相应处理代码后返回用户态。 过桥问题的解决方案通过信号量（Semaphore）来实现，通过互斥（mutex）和计数信号量（counting semaphore）确保桥上任何时候都只有一个人，且桥中央的可用性。这展示了操作系统在并发控制中的应用，是理解同步和并发的关键。 在复习操作系统时，这部分内容有助于加深对操作系统核心概念的理解，掌握同步机制在实际问题中的应用，并为后续学习进程管理、并发控制等高级主题打下坚实基础。