硬件结构
存储器的层次结构
CPU Cache（L1 Cache、L2 Cache、L3 Cache）
内存
SSD/HDD硬盘
中断与软中断
中断：中断请求的响应程序，也就是中断处理程序，要尽可能快的执行完，这样可以减少对正常进程运行调度地影响
软中断：为了解决中断处理程序执行过⻓和中断丢失的问题，将中断过程分成了两个阶段，分别是上半部和下半部分，上半部用来快速处理中断，下半部用来延迟处理上半部未完成的工作。
负数、小数、补码
负数要用补码表示
补码就是把正数的二进制全部取反再加 1
小数部分的转换不同于整数部分，它采用的是乘 2 取整法，整数部分 + 小数部分
0.1转换成二进制
由于计算机的资源是有限的，所以是没办法用二进制精确的表示 0.1，只能用「近似值」来表示，就是在有限的精度情况下，最大化接近 0.1 的二进制数，于是就会造成精度缺失的情况
用32位来表示的浮点数，则称为单精度浮点数
用64位来表示的浮点数，称为双精度浮点数
内存管理
虚拟内存
操作系统会提供一种机制，将不同进程的虚拟地址和不同内存的物理地址映射起来
我们程序所使用的内存地址叫做虚拟内存地址
实际存在硬件里面的空间地址叫物理内存地址
内存分段
不同的段是有不同的属性的，所以就用分段（Segmentation）的形式把这些段分离出来。
分段会产生碎片，所以进行内存交换。
因为硬盘的访问速度要比内存慢太多了，每一次内存交换，我们都需要把一大段连续的内存数据写到硬盘上，为了解决内存分段的内存碎片和内存交换效率低的问题，就出现了内存分⻚
内存分页
分⻚是把整个虚拟和物理内存空间切成一段段固定尺寸的大小。这样一个连续并且尺寸固定的内存空间，我们叫页（Page）。在 Linux 下，每一页的大小为4KB。
采用了分⻚，那么释放的内存都是以页为单位释放的，也就不会产生无法给进程使用的小内存
把虚拟内存地址，切分成⻚号和偏移量；
根据⻚号，从⻚表里面，查询对应的物理⻚号；
直接拿物理⻚号，加上前面的偏移量，就得到了物理内存地址。
100个进程的话，就需要400MB的内存来存储⻚表，这是非常大的内存了
要解决上面的问题，就需要采用一种叫作多级⻚表。
段页式内存管理
先将程序划分为多个有逻辑意义的段，也就是前面提到的分段机制；
接着再把每个段划分为多个⻚，也就是对分段划分出来的连续空间，再划分固定大小的⻚；
地址结构就由段号、段内⻚号和⻚内位移三部分组成
第一次访问段表，得到⻚表起始地址；
第二次访问⻚表，得到物理⻚号；
第三次将物理⻚号与⻚内位移组合，得到物理地址。
进程与线程
进程
创建进程
为新进程分配一个唯一的进程标识号，并申请一个空白的 PCB，PCB 是有限的，若申请失败则创建失败；
为进程分配资源，此处如果资源不足，进程就会进入等待状态，以等待资源；
初始化 PCB；
如果进程的调度队列能够接纳新进程，那就将进程插入到就绪队列，等待被调度运行；
终止进程
查找需要终止的进程的 PCB；
如果处于执行状态，则立即终止该进程的执行，然后将 CPU 资源分配给其他进程；
如果其还有子进程，则应将其所有子进程终止；
将该进程所拥有的全部资源都归还给父进程或操作系统；
将其从 PCB 所在队列中删除；
阻塞进程
找到将要被阻塞进程标识号对应的 PCB；
如果该进程为运行状态，则保护其现场，将其状态转为阻塞状态，停止运行；
将该 PCB 插入到阻塞队列中去。
唤醒进程
在该事件的阻塞队列中找到相应进程的 PCB；
将其从阻塞队列中移出，并置其状态为就绪状态；
把该 PCB 插入到就绪队列中，等待调度程序调度；
进程的上下文切换
各个进程之间是共享 CPU 资源的，在不同的时候进程之间需要切换，让不同的进程可以在CPU 执行，那么这个一个进程切换到另一个进程运行，称为进程的上下文切换。
线程
线程是进程当中的一条执行流程
一个进程中可以同时存在多个线程；
各个线程之间可以并发执行；
各个线程之间可以共享地址空间和文件等资源；
当进程中的一个线程崩溃时，会导致其所属进程的所有线程崩溃
线程与进程的比较
进程是资源（包括内存、打开的文件等）分配的单位，线程是 CPU 调度的单位；
进程拥有一个完整的资源平台，而线程只独享必不可少的资源，如寄存器和栈；
线程同样具有就绪、阻塞、执行三种基本状态，同样具有状态之间的转换关系；
线程能减少并发执行的时间和空间开销；
线程的上下文切换
线程是调度的基本单位，而进程则是资源拥有的基本单位
当进程只有一个线程时，可以认为进程就等于线程；
当进程拥有多个线程时，这些线程会共享相同的虚拟内存和全局变量等资源，这些资源在上下文切换时是不需要修改的；
调度
非抢占式调度算法挑选一个进程，然后让该进程运行直到被阻塞，或者直到该进程退出，才会调用另外一个进程，也就是说不会理时钟中断这个事情。
抢占式调度算法挑选一个进程，然后让该进程只运行某段时间，如果在该时段结束时，该进程仍然在运行时，则会把它挂起，接着调度程序从就绪队列挑选另外一个进程。这种抢占式调度处理，需要在时间间隔的末端发生时钟中断，以便把 CPU 控制返回给调度程序进行调度，也就是常说的时间片机制。
调度算法
先来先服务：每次从就绪队列选择最先进入队列的进程，然后一直运行，直到进程退出或被阻塞，才会继续从队列中选择第一个进程接着运行
最短作业优先：优先选择运行时间最短的进程来运行
高响应比优先：每次进行进程调度时，先计算「响应比优先级」，然后把「响应比优先级」最高的进程投入运行。
时间片轮转：每个进程被分配一个时间段，称为时间片（Quantum），即允许该进程在该时间段中运行
多级反馈队列：
「多级」表示有多个队列，每个队列优先级从高到低，同时优先级越高时间片越短。
「反馈」表示如果有新的进程加入优先级高的队列时，立刻停止当前正在运行的进程，转而去运行优先级高的队列；
进程通信
管道、消息队列、共享内存、信号量、信号、socket
多线程同步
互斥与同步
同步就好比：「操作 A 应在操作 B 之前执行」，「操作 C 必须在操作 A 和操作 B 都完成之后才能执行」
互斥就好比：「操作 A 和操作 B 不能在同一时刻执行」
锁、信号量
死锁
互斥条件：指进程对所分配到的资源进行排它性使用，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源，则请求者只能等待，直至占有资源的进程用毕释放。
请求和保持条件：指进程已经保持至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其它进程占有，此时请求进程阻塞，但又对自己已获得的其它资源保持不放。
不剥夺条件：指进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放。
环路等待条件：指在发生死锁时，必然存在一个进程——资源的环形链，即进程集合{P0，P1，P2，···，Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源；P1正在等待P2占用的资源，……，Pn正在等待已被P0占用的资源。
悲观锁与乐观锁
悲观锁：互斥锁、自旋锁、读写锁
乐观锁
调度算法
进程调度算法
先来先服务调度算法
最短作业优先调度算法
高响应比优先调度算法
时间片轮转调度算法
最高优先级调度算法
多级反馈队列调度算法
内存页面置换算法
最佳页面置换算法（OPT）
置换在「未来」最⻓时间不访问的页面
先进先出置换算法（FIFO）
选择在内存驻留时间很⻓的页面进行中置换
最近最久未使用的置换算法（LRU）
选择最⻓时间没有被访问的⻚面进行置换
时钟页面置换算法（Lock）
当发生缺⻚中断时，算法首先检查表针指向的⻚面：
如果它的访问位位是 0 就淘汰该⻚面，并把新的⻚面插入这个位置，然后把表针前移一个位置；
如果访问位是 1 就清除访问位，并把表针前移一个位置，重复这个过程直到找到了一个访问位为 0 的⻚面为止；
最不常用置换算法（LFU）
当发生缺⻚中断时，选择「访问次数」最少的那个⻚面，并将其淘汰
磁盘调度算法
先来先服务算法
最短寻道时间优先算法
扫描算法算法
循环扫描算法
LOOK 与 C-LOOK 算法
