操作系统核心功能

操作系统是计算机硬件和应用程序之间的桥梁，主要功能包括：

• 进程管理：进程创建、调度、同步和通信
• 内存管理：内存分配、虚拟内存、页面置换
• 文件系统：文件存储、目录管理、权限控制
• 设备管理：设备驱动、I/O调度
• 安全管理：用户认证、访问控制

进程与线程

进程概念：

进程是程序的一次执行，拥有独立的内存空间和系统资源。

线程概念：

线程是进程内的执行单元，共享进程的内存空间和资源。

进程与线程对比：

特性	进程	线程
资源开销	大（独立内存空间）	小（共享内存空间）
通信方式	进程间通信（IPC）	共享内存
创建销毁	慢	快
独立性	独立，崩溃不影响其他进程	依赖进程，线程崩溃可能导致进程崩溃

进程调度算法

• 先来先服务(FCFS)：按到达顺序执行
• 短作业优先(SJF)：执行时间短的进程优先
• 优先级调度：按优先级执行
• 轮转调度(RR)：每个进程分配时间片轮流执行
• 多级反馈队列：结合多种调度策略

内存管理

虚拟内存：

虚拟内存使程序可以使用比物理内存更大的地址空间。

页面置换算法：

• 最优置换(OPT)：淘汰未来最长时间不被访问的页面
• 先进先出(FIFO)：淘汰最早进入内存的页面
• 最近最久未使用(LRU)：淘汰最近最久未使用的页面
• 时钟算法(Clock)：近似LRU，性能较好

内存分配策略：

// C语言中的动态内存分配
#include <stdlib.h>

int main() {
    // 分配内存
    int *arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));

    if (arr == NULL) {
        // 处理分配失败
        return 1;
    }

    // 使用内存
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        arr[i] = i * i;
    }

    // 释放内存
    free(arr);

    return 0;
}

死锁与处理

死锁是指多个进程因竞争资源而相互等待的现象。

死锁产生的四个必要条件：

1. 互斥条件：资源只能被一个进程占用
2. 占有并等待：进程已占有资源，同时请求新资源
3. 不可剥夺：资源不能被强制剥夺
4. 循环等待：进程间形成资源请求的循环链

死锁处理方法：

• 预防：破坏死锁产生的必要条件
• 避免：银行家算法，确保系统处于安全状态
• 检测与恢复：定期检测死锁，发现后采取措施恢复
• 忽略：鸵鸟策略，假设死锁不会发生