操作系統(tǒng)重點(diǎn)總結(jié)

1、 進(jìn)程、輕量級(jí)進(jìn)程和線程的概念以及它們的區(qū)別：進(jìn)程（Process）:進(jìn)程是程序執(zhí)行時(shí)的一個(gè)實(shí)例。可以看作是充分描述程序已經(jīng)執(zhí)行到何種程度的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的匯集。進(jìn)程的目的是擔(dān)當(dāng)分配系統(tǒng)資源CPU時(shí)間、內(nèi)存等）的實(shí)體。進(jìn)程是資源管理的最小單元，能被內(nèi)核單獨(dú)調(diào)度。?線程（Thread）：線程代表進(jìn)程的一個(gè)執(zhí)行流。是操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行運(yùn)算調(diào)度的最小單位。它被包含在進(jìn)程之中，是進(jìn)程中的實(shí)際運(yùn)作單位。一條線程指的是進(jìn)程中一個(gè)單一順序的控制流，一個(gè)進(jìn)程中可以并發(fā)多個(gè)線程，每條線程并行執(zhí)行不同的任務(wù)。線程不能被內(nèi)核單獨(dú)調(diào)度。輕量級(jí)進(jìn)程（LightwetghtProcess）:輕量級(jí)進(jìn)程（LWP）是一種實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的方法。與普通進(jìn)程相比，LWP與其他進(jìn)程共享所有（或大部分）它的邏輯地址空間和系統(tǒng)資源;與線程相比，LWP有它自己的進(jìn)程標(biāo)識(shí)符，并和其他進(jìn)程有著父子關(guān)系；這是和類Unix操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用vfork（）生成的進(jìn)程一樣的。另外，線程既可由應(yīng)用程序管理，又可由內(nèi)核管理，而LWP只能由內(nèi)核管理并像普通進(jìn)程一樣被調(diào)度。2、 什么導(dǎo)致操作系統(tǒng)不實(shí)時(shí)？Linux操作系統(tǒng)存在關(guān)中斷機(jī)制。導(dǎo)致的后果是：如果低優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程由于進(jìn)入臨界去或者為了盡快完成人物而關(guān)閉了中斷，那么即使有高優(yōu)先級(jí)實(shí)時(shí)進(jìn)程的中斷發(fā)生系統(tǒng)也無法響應(yīng)Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核是禁止搶占的。一個(gè)進(jìn)程一旦進(jìn)入內(nèi)核，它將運(yùn)行直到系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束或進(jìn)程被阻塞。這時(shí)候一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的實(shí)時(shí)進(jìn)程只能等待。Linux使用的是基于優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度策略。這種調(diào)度策略不能保證實(shí)時(shí)任務(wù)按時(shí)完成。Linux雖然給實(shí)時(shí)進(jìn)程提供了較高的優(yōu)先級(jí)，但是，并沒有加入時(shí)間限制。其他方面：Linux利用交換空間然進(jìn)程運(yùn)行在一個(gè)比實(shí)際內(nèi)存大的虛擬內(nèi)存空間中。當(dāng)進(jìn)程訪問的虛擬內(nèi)存的內(nèi)容在交換空間里時(shí)，Linux就要把在交換空間里的頁面交換到實(shí)際的內(nèi)存中，而這段時(shí)間是不可預(yù)測(cè)的，造成了實(shí)時(shí)響應(yīng)時(shí)間的不確定性。3、 tast_struct類型結(jié)構(gòu)（進(jìn)程描述符就是這種結(jié)構(gòu)）.其中，thread_info：描述進(jìn)程的基本信息；mm_struct：指向內(nèi)存區(qū)描述符的指針；tty_struct：描述與進(jìn)程相關(guān)的tty；fs_struct：當(dāng)前目錄；files_struct：指向文件描述符的指針;signal_struct：所接收的信號(hào)4、異常、中斷中斷通常分為同步（synchronous）中斷和異步（asynchronous）中斷。同步中斷：是指當(dāng)程序執(zhí)行時(shí)由CPU控制單元產(chǎn)生的，之所以成為同步，是因?yàn)橹挥性谝粭l指令終止執(zhí)行后CPU才會(huì)發(fā)出中斷。?異步中斷：是由其他硬件設(shè)備按照CPU時(shí)鐘信號(hào)隨機(jī)產(chǎn)生的。附：同步中斷也稱為異常（exception）、異步中斷也稱為中斷（interrupt）中斷和異常的分類：中斷分為：可屏蔽中斷、非屏蔽中斷。異常分為：處理器探測(cè)到的異常、故障（錯(cuò)誤、缺頁）、陷阱（主要用途是調(diào)試程序）、異常中止（通常是出現(xiàn)硬件或系統(tǒng)表的嚴(yán)重錯(cuò)誤X編程異常（通常是編程者發(fā)出請(qǐng)求時(shí)發(fā)生，一般是由int或int3指令或into、bound指令觸發(fā)）中斷上半部和中斷下半部中斷處理一般分為兩個(gè)部分，中斷處理程序是上半部:接收到一個(gè)中斷就立即執(zhí)行，但只做有嚴(yán)格時(shí)限的工作，這些工作都是在所有中斷被禁止的情況下完成的。能夠被允許稍后完成的工作被推遲到下半部去。通常情況下，下半部會(huì)在中斷處理程序返回時(shí)立即執(zhí)行。下半部具體放到以后的什么時(shí)候去做呢？下半部并不需要指明一個(gè)確切時(shí)間，只要把這些任務(wù)推遲一點(diǎn)，讓他們?cè)谙到y(tǒng)不太繁忙并且中斷恢復(fù)后執(zhí)行就可以了。通常下半部在中斷處理程序一返回就會(huì)馬上執(zhí)行。下半部執(zhí)行的關(guān)鍵在于當(dāng)它們運(yùn)行的時(shí)候，允許響應(yīng)所有中斷。5、同步訪問內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（保護(hù)內(nèi)核控制路徑訪問的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）訪問數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)核控制路徑單處理器保護(hù)多處理器進(jìn)一步保護(hù)異常信號(hào)量無中斷本地中斷禁止自旋鎖可延遲函數(shù)無無或自旋鎖異常與中斷本地中斷禁止自旋鎖異常與可延遲函數(shù)本地軟中斷禁止自旋鎖中斷與可延遲函數(shù)本地中斷禁止自旋鎖異常、中斷與可延遲函數(shù)本地中斷禁止自旋鎖6、進(jìn)程切換>通過一個(gè)進(jìn)程切換保留對(duì)進(jìn)程C的引用（示例圖）對(duì)進(jìn)程切換圖的理解以及解釋我們假定prev指向被替換進(jìn)程的描述符；而next指向被激活進(jìn)程的描述符；last是輸出參數(shù)表示宏把進(jìn)程C的描述符地址寫在內(nèi)存的什么位置。在進(jìn)程切換之前，宏把第一個(gè)輸入?yún)?shù)prev表示的變量的內(nèi)容存入存入CPU的eax寄存器。在完成進(jìn)程切換，A已經(jīng)恢復(fù)執(zhí)行時(shí)，宏把CPU的eax寄存器的內(nèi)容寫入由第三個(gè)輸出函數(shù)-last所指示的A在內(nèi)存中的位置。在schedule（）執(zhí)行過程中，參數(shù)last指向A的局部變量prev，所以prev被C的地址覆蓋。進(jìn)程切換步驟或由兩部分組成?切換頁全局目錄以安裝一個(gè)新的地址空間切換內(nèi)核態(tài)堆棧和硬件上下文，因?yàn)橛布舷挛奶峁┝藘?nèi)核執(zhí)行新進(jìn)程所需要的所有信息，包含CPU寄存器。7、mm_struct（內(nèi)存描述符所使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型）其中，mm_cout：表示主使用計(jì)數(shù)器；map_count:表示線性區(qū)個(gè)數(shù)；mmap_sem:表示線性區(qū)的讀/寫信號(hào)量；pgd:指向頁全局目錄Linux通過類型為vm_area_struct的對(duì)象實(shí)現(xiàn)線性區(qū)，其中vm_start表示線性區(qū)內(nèi)的第一個(gè)線性地址；vm_end表示線性區(qū)之后的第一個(gè)線性地址；vm_ops表示指向線性區(qū)的方法；vm_next表示進(jìn)程鏈表中的下一個(gè)線性區(qū)。其中vm_ops字段指向vm_operations_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)存放的是線性區(qū)的方法。分別是：open（當(dāng)把線性區(qū)增加到進(jìn)程所擁有的線性區(qū)的集合時(shí)調(diào)用、close（當(dāng)把進(jìn)程所擁有的線性區(qū)集合刪除線性區(qū)時(shí)調(diào)用）、nopage（當(dāng)程序視圖訪問RAM中不存在的一個(gè)頁，但該頁的線性地址屬于線性區(qū)時(shí)，由缺頁異常處理程序調(diào)用）8、缺頁異常處理seneaSI氐GY[toesItiejtiesLtypernatcF*ui&memoryregionaccessrigits?UOKthpaddresspr?p5sddrps!DKiiheeiwepiwi

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示的方案處理這個(gè)異常do_page_fault（）函數(shù)的第一步是讀取引起缺頁的線性地址。當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，CPU控制單元把這個(gè)值存放在cr2控制寄存器中。接下來缺頁處理程序檢查異常發(fā)生時(shí)是否內(nèi)核正在執(zhí)行一些關(guān)鍵例程或正在運(yùn)行內(nèi)核程序。假定沒有發(fā)生以上情況，則函數(shù)檢查進(jìn)程所擁有的線性區(qū)以決定引起缺頁的線性地址是否包含在進(jìn)程的地址空間中，為此必須獲得進(jìn)程的mmap_sem讀寫信號(hào)量，讀取后do_page_fault（）函數(shù)開始搜索錯(cuò)誤線性地址所在的線性區(qū)。如果address不屬于進(jìn)程的地址空間，那么do_page_fault（）函數(shù)繼續(xù)執(zhí)行bad_area標(biāo)記處的語句；如果address地址屬于進(jìn)程的地址空間，則do_page_fault（）函數(shù)轉(zhuǎn)到good_area標(biāo)記處的語句執(zhí)行。8、內(nèi)核同步技術(shù)flCPU本J&TPU木:地CPU所?仃CPULinux內(nèi)適用范圍描述宅了操作對(duì)一個(gè)計(jì)數(shù)搖原了地"讀一修改一寫X的指所有CFU卬iTjCPU禁止木地低中flCPU本J&TPU木:地CPU所?仃CPULinux內(nèi)適用范圍描述宅了操作對(duì)一個(gè)計(jì)數(shù)搖原了地"讀一修改一寫X的指所有CFU卬iTjCPU禁止木地低中斷禁止本CPUI：的數(shù)中新處理保此指令順序不被改變自旋鉞加鎖時(shí)忙留禁止本CPU1-.白中斷處廿禁止所有CPU上的中斷和救中斷處迎內(nèi)存屏障加鎖時(shí)阻寒等待（睡眠）禁止本地中斷令局禁止中斷struciT0CHf日」rry[hd|9、虛擬文件系統(tǒng)（fs_structstruciT0CHf日」rry[hd|9、虛擬文件系統(tǒng)（fs_struct結(jié)構(gòu)）Ucniry XpuodcoperaciS&ftETlt的imdctieintry進(jìn)程間廣曲日*的inodeLfcntrylklej>_0peniTicnisFilesAssociatedwithaProcessFs__struc結(jié)構(gòu)目的：每個(gè)進(jìn)程都有它自己當(dāng)前的工作目錄和它自己的根目錄。這是內(nèi)核用來表示進(jìn)程與文件系